有限空间内部爆炸研究进展 表1坑道或洞室中冲击波参数的经验计算公式 Table 1 Empirical formulation of calculating the shock wave parameter in tunnels or cave application range application conditions reference a)-3.5 m/kg =R/Q<0.3 m/kg"3 C=2200e R/Q/3, B=0.95+0. 16R/Q blast at a)the external, entrance and b)[7, 8] C=3000,B=1.00 p=0.155Q/54)4+0.92(Q/51)2+44Q 1≤(5L/2mQ)≤10-15 internal blast in long straight tunnel [9] p=176Q/D2L+0.426(Q/D21) 0.656≤(Q/DL)≤10.5 blast at the entrance of tunnel △p=0.169(Q/5L)/+0.027(Q/51)2+2.03Q/5 1.2≤R/Q≤2.8m/kgl3 blast inside tunnel △p=(0.4+H/(H+12)a)(Q/s)°(Q/H 0.35<S/Q<80, 0.26<HQ<0.65 shock wave overpressure of near field [10 the tunnel which have n right-angle tum [12] △P2=△P2(A1/A2)2 long time shock-wave shock wave transmit from small space [121 =3143(Q/s)(Q/RS)1/-2(Q/R5)2+1.52Q/R5)1.2≤R/QA≤2.8m/kg3 at the entrance of tunnel t=A(L/D)°(D/Q) constant-area tunnel blast at the entrance of tunnel Note: Q is TNT equivalent, kg: S is the cross-sectional area of tunnel or cavern, m2: L is the distance from the center of charg D is the diameter of tunnel or cavern, m; R is the distance from charges to the entrance of tunnel, m: B, Cis a 冲击波初次反射的压力值可以用刚性壁面上产生流密度及其持续时间,即qt关系。TDS公司在 的反射理论来估算。王鹤鸣等研究了巷道内爆炸3.7m×3.0m×2.4m密闭结构中,使用热电偶测量 冲击波的多次峰值现象,提出了二次峰值的计算公式。了一系列胶质、复合高能温压炸药内爆炸的热效应,用 0.205 Ap2=Ap·ep(0.197311) (1)0~10s的温度波形进行积分计算得到的数值用来表 示热输出。 Astbury等人在房间大小的封闭体内进 但由于冲击波在地面、侧壁和顶部发生多次反射行爆炸的研究发现,一个房间内的火焰传播的另一个 并发生汇聚作用,后续的冲击波变得十分复杂,三次峰房间时,会在第二个房间产生更严重的破坏。李媛媛 值以后的压力很难精确计算。 等研究了在半密闭条件下不同含铝炸药爆炸场温 3.2有限空间内爆炸热效应 度,研究表明铝含量的增加可提高爆炸场温度及温度 与冲击波研究相比,最初热效应和热杀伤作用的对环境的作用时间,当铝粉的质量分数为30%-40% 研究主要集中在核爆炸。而常规杀爆战斗部是靠战斗 时,爆炸温度出现温度平台(大约在1000℃)。胡宏 部壳体内凝聚炸药瞬时爆轰来驱动壳体运动,利用冲伟等利用比色测温仪测量了TNT和某种非理想炸 击波和破片毁伤目标,热效应研究并没有得到重视, 药的爆炸火球的表面温度,研究发现爆炸火球的表面 主要原因在于:(1)开放空间,常规弹药的热效应持续 时间较短,热杀伤作用有限;(2)由于爆炸的瞬间破坏温度与炸药的性质有关,而炸药的质量对其影响很小。 Baker等ω研究得到了不同种类炸药火球直径、持续 效应,爆炸热效应的实验测量困难。温压炸药出现后 热效应成为一种重要的毁伤方式,在有限空间内,温压 时间与炸药(燃料)质量之间的关系模型 炸药产生高热和冲击波无孔不入,可以进入破片无法 D=am°,t=cm (2) 到达的地方杀伤目标,特别适合毁伤洞穴、地下工事、式中,a,b,c,d为常数。 建筑物等封闭空间内的人员,并对隐匿地下的设备和 但由于接触测温测试技术还不太成熟,目前的研 系统造成严重损毁 究工作者主要采用非接触测温(比色测温、红外测温 与开放空间相比,有限空间内的高温作用时间变等)开展相关研究,工作相应也较少一些 长,金属粉更容易反应释放更多的能量,增强毁伤效3.3有限空间内爆炸准静态压力研究 果。目前对有限空间内爆炸热效应的研究主要集中在 有限空间内爆炸的爆炸能量由爆轰和后燃烧能量 热效应测试技术、热辐射破坏准则、火球和爆炸场的温两部分组成(2,即冲击波动压和爆轰产物产生的准静态 度效应等方面。惠君明等人研究了高温场的燃烧压力,见图4。准静态(爆炸产物)压力,即高能炸药 和热作用,研究表明影响热毁伤的因素主要决定于热在结构内爆炸时,冲击波在结构内产生反射,随着时间 CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS 含能材料 2013年第21卷第4期(539-546有限空间内部爆炸研究进展 表 １ 坑道或洞室中冲击波参数的经验计算公式 Ｔａｂｌｅ１ Ｅｍｐｉｒｉｃａｌｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｓｈｏｃｋｗａｖｅｐａｒａｍｅｔｅｒｉｎｔｕｎｎｅｌｓｏｒｃａｖｅ ｆｏｒｍｕｌａ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒａｎｇｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Δｐ＝Ｃ（Ｌ／Ｄ）－Ｂ（Ｑ１／３／Ｄ） ａ） －３．５ｍ／ｋｇ１／３≤Ｒ／Ｑ１／３ ＜０．３ｍ／ｋｇ１／３ Ｃ＝２２００ｅＲ／Ｑ１／３，Ｂ＝０．９５＋０．１６Ｒ／Ｑ１／３ ｂ）Ｒ／Ｑ１／３≥０．３ｍ／ｋｇ１／３ Ｃ＝３０００，Ｂ＝１．００ ｂｌａｓｔａｔａ）ｔｈｅｅｘｔｅｒｎａｌ，ｅｎｔｒａｎｃｅａｎｄｂ） ｉｎｔｅｒｎａｌｏｆｔｕｎｎｅｌ ［７，８］ Δｐ＝０．１５５（Ｑ／ＳＬ）１／３ ＋０．９２（Ｑ／ＳＬ）２／３ ＋４．４Ｑ／ＳＬ １≤（ＳＬ／２πＱ）≤１０－１５ ｉｎｔｅｒｎａｌｂｌａｓｔｉｎｌｏｎｇｓｔｒａｉｇｈｔｔｕｎｎｅｌ ［９］ Δｐ＝１．７６Ｑ／Ｄ２Ｌ＋０．４２６（Ｑ／Ｄ２Ｌ）１／２ ０．６５６≤（Ｑ／Ｄ２Ｌ）≤１０．５ ｂｌａｓｔａｔｔｈｅｅｎｔｒａｎｃｅｏｆｔｕｎｎｅｌ ［１０］ Δｐ＝０．１６９（Ｑ／ＳＬ）１／３ ＋０．０２７（Ｑ／ＳＬ）２／３ ＋２．０３Ｑ／ＳＬ １．２≤Ｒ／Ｑ１／３≤２．８ｍ／ｋｇ１／３ ｂｌａｓｔｉｎｓｉｄｅｔｕｎｎｅｌ ［１１］ Δｐ＝（０．４＋Ｈ／（Ｈ２ ＋Ｌ２）１／２）（Ｑ／ＳＬ）０．８７（Ｑ１／３／Ｈ）１．１１ ０．３５＜ＳＬ／Ｑ＜８０， ０．２６＜Ｈ／Ｑ１／３ ＜０．６５ ｓｈｏｃｋｗａｖｅｏｖｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｎｅａｒｆｉｅｌｄ ［１０］ Δｐｎ ＝Δｐ０（０．９４）ｎ － ｔｈｅｔｕｎｎｅｌｗｈｉｃｈｈａｖｅｎｒｉｇｈｔａｎｇｌｅｔｕｒｎ ［１２］ Δｐ２ ＝Δｐ０（Ａ１／Ａ２）１／２ ｌｏｎｇｔｉｍｅｓｈｏｃｋｗａｖｅ ｓｈｏｃｋｗａｖｅｔｒａｎｓｍｉｔｆｒｏｍ ｓｍａｌｌｓｐａｃｅ ｔｏｂｉｇｓｐａｃｅ ［１２］ Ｉ＝３１４３（Ｑ１／３／Ｓ１／２）（（Ｑ／ＲＳ）１／３ －２（Ｑ／ＲＳ）２／３ ＋１．５２Ｑ／ＲＳ） １．２≤Ｒ／Ｑ１／３≤２．８ｍ／ｋｇ１／３ ｂｌａｓｔａｔｔｈｅｅｎｔｒａｎｃｅｏｆｔｕｎｎｅｌ ［１１］ ｔｄ ＝Ａ（Ｌ／Ｄ）Ｂ（Ｄ２／Ｑ１／３） ｃｏｎｓｔａｎｔａｒｅａｔｕｎｎｅｌ ｂｌａｓｔａｔｔｈｅｅｎｔｒａｎｃｅｏｆｔｕｎｎｅｌ ［１３］ Ｎｏｔｅ：Ｑ ｉｓＴＮＴｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ，ｋｇ；Ｓｉｓｔｈｅｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎａｌａｒｅａｏｆｔｕｎｎｅｌｏｒｃａｖｅｒｎ，ｍ２；Ｌｉｓｔｈｅｄｉｓｔａｎｃｅｆｒｏｍ ｔｈｅｃｅｎｔｅｒｏｆｃｈａｒｇｅｓｔｏｓｅｎｓｏｒｓ，ｍ； Ｄ ｉｓｔｈｅｄｉａｍｅｔｅｒｏｆｔｕｎｎｅｌｏｒｃａｖｅｒｎ，ｍ；Ｒｉｓｔｈｅｄｉｓｔａｎｃｅｆｒｏｍ ｃｈａｒｇｅｓｔｏｔｈｅｅｎｔｒａｎｃｅｏｆｔｕｎｎｅｌ，ｍ；Ｂ，Ｃｉｓａｃｏｎｓｔａｎｔ． 冲击波初次反射的压力值可以用刚性壁面上产生 的反射理论来估算。王鹤鸣等［１４］研究了巷道内爆炸 冲击波的多次峰值现象，提出了二次峰值的计算公式。 Δｐ２＝Δｐ１·ｅｘｐ（０．１９７３１１）· ＨΔｐ１／３ １ ( ) Ｒ１／３ －０．１６６２５１ · Ｓ ( ) Ｒ２ －０．２６０７５ （１） 但由于冲击波在地面、侧壁和顶部发生多次反射 并发生汇聚作用，后续的冲击波变得十分复杂，三次峰 值以后的压力很难精确计算。 ３．２ 有限空间内爆炸热效应 与冲击波研究相比，最初热效应和热杀伤作用的 研究主要集中在核爆炸。而常规杀爆战斗部是靠战斗 部壳体内凝聚炸药瞬时爆轰来驱动壳体运动，利用冲 击波和破片毁伤目标，热效应研究并没有得到重视。 主要原因在于：（１）开放空间，常规弹药的热效应持续 时间较短，热杀伤作用有限；（２）由于爆炸的瞬间破坏 效应，爆炸热效应的实验测量困难。温压炸药出现后， 热效应成为一种重要的毁伤方式，在有限空间内，温压 炸药产生高热和冲击波无孔不入，可以进入破片无法 到达的地方杀伤目标，特别适合毁伤洞穴、地下工事、 建筑物等封闭空间内的人员，并对隐匿地下的设备和 系统造成严重损毁。 与开放空间相比，有限空间内的高温作用时间变 长，金属粉更容易反应释放更多的能量，增强毁伤效 果。目前对有限空间内爆炸热效应的研究主要集中在 热效应测试技术、热辐射破坏准则、火球和爆炸场的温 度效应等方面。惠君明等人［１５］研究了高温场的燃烧 和热作用，研究表明影响热毁伤的因素主要决定于热 流密度 及 其 持 续 时 间，即 ｑｔ关 系。ＴＤＳ公 司［１６］在 ３．７ｍ ×３．０ｍ ×２．４ｍ 密闭结构中，使用热电偶测量 了一系列胶质、复合高能温压炸药内爆炸的热效应，用 ０～１０ｓ的温度波形进行积分计算得到的数值用来表 示热输出。Ａｓｔｂｕｒｙ［１７］ 等人在房间大小的封闭体内进 行爆炸的研究发现，一个房间内的火焰传播的另一个 房间时，会在第二个房间产生更严重的破坏。李媛媛 等［１８］ 研究了在半密闭条件下不同含铝炸药爆炸场温 度，研究表明铝含量的增加可提高爆炸场温度及温度 对环境的作用时间，当铝粉的质量分数为 ３０％ ～４０％ 时，爆炸温度出现温度平台（大约在 １０００℃）。胡宏 伟［１９］ 等利用比色测温仪测量了 ＴＮＴ和某种非理想炸 药的爆炸火球的表面温度，研究发现爆炸火球的表面 温度与炸药的性质有关，而炸药的质量对其影响很小。 Ｂａｋｅｒ等［２０］ 研究得到了不同种类炸药火球直径 、持续 时间 与炸药（燃料）质量 之间的关系模型： Ｄ＝ａｍｂ ，ｔ＝ｃｍｄ （２） 式中，ａ，ｂ，ｃ，ｄ为常数。 但由于接触测温测试技术还不太成熟，目前的研 究工作者主要采用非接触测温（比色测温、红外测温 等）开展相关研究，工作相应也较少一些。 ３．３ 有限空间内爆炸准静态压力研究 有限空间内爆炸的爆炸能量由爆轰和后燃烧能量 两部分组成［２］ ，即冲击波动压和爆轰产物产生的准静态 压力，见图 ４［３］ 。准静态（爆炸产物）压力，即高能炸药 在结构内爆炸时，冲击波在结构内产生反射，随着时间 １４５ ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＥＮＥＲＧＥＴＩＣＭＡＴＥＲＩＡＬＳ 含能材料 ２０１３年 第 ２１卷 第 ４期 （５３９－５４６）