高原爆炸冲击波传播特性研究

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在高原地区,由于其较低的大气压、温度和空气密度,爆炸冲击波的传播特性较平原地区而言有着不一样的表现,装药爆炸对人员和建筑的毁伤效能会发生变化。针对目前高原环境的爆炸冲击波威力场的特征研究不足的问题,开展了高原爆炸冲击波传播特性研究。考虑高原作战的需求,研究高原环境中的爆炸毁伤效应具有重要的军事应用价值。本文采用密封罐模拟高原环境进行爆炸测试,结合数值模拟手段,探究高原环境爆炸冲击波的传播特性,主要获得以下结论:(1)现有的适用于平原和高原的冲击波超压和比冲量的经验计算模型之间的预测结果有较大区别,且平原公式未考虑环境因素影响。为分析压力和温度的影响,利用有限元软件对不同空气压力和温度的影响进行了仿真分析,结果表明压力是冲击波参数变化的主要原因。(2)为对高原冲击波进行定量分析,依托密封罐技术的模拟高原低压环境的爆炸冲击波测试系统,进行了低压环境中的冲击波压力测试,分析了环境压力、温度对冲击波超压、比冲量和到达时间的影响。结果表明,不同海拔压力条件的超压都随比例距离呈现幂函数衰减。随着压力的减小,不同距离处的冲击波超压、比冲量和到达时间都降低,比冲量的减幅更大。当温度降低时,到达时间有随之增大的趋势,但是超压和比冲量没有显示出明显的规律性。(3)为了获得不同高原的冲击波参数特性,本文利用Sachs爆炸相似定律建立了可用于计算不同压力和温度的冲击波参数的计算模型,并推广至高原环境。利用本模型分析了海拔0~5000 m时的爆炸冲击波威力参数,结果表明:在5000 m高原时,比例距离0.9<z<3 m/kg1/3范围内的冲击波超压最大下降约为18.79%,比冲量最大下降约为23.76%,到达时间最大下降约为14.03%。并在现存的毁伤准则的基础上,利用本文的冲击波参数模型分析了高原条件下爆炸冲击波对生物和建筑物等典型目标的毁伤特性,结果表明相同装药在高原的毁伤效果降低明显,但对于人体某些器官的伤害效应有待进一步研究。
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