圆柱形弹药空气中爆炸相似性规律

陈材 石全 尤志锋 郭驰名 戈洪宇

陈材, 石全, 尤志锋, 郭驰名, 戈洪宇. 圆柱形弹药空气中爆炸相似性规律[J]. 爆炸与冲击, 2019, 39(9): 092202. doi: 10.11883/bzycj-2018-0255
引用本文: 陈材, 石全, 尤志锋, 郭驰名, 戈洪宇. 圆柱形弹药空气中爆炸相似性规律[J]. 爆炸与冲击, 2019, 39(9): 092202. doi: 10.11883/bzycj-2018-0255
CHEN Cai, SHI Quan, YOU Zhifeng, GUO Chiming, GE Hongyu. Similarity law of cylindrical ammunition explosions in air[J]. Explosion And Shock Waves, 2019, 39(9): 092202. doi: 10.11883/bzycj-2018-0255
Citation: CHEN Cai, SHI Quan, YOU Zhifeng, GUO Chiming, GE Hongyu. Similarity law of cylindrical ammunition explosions in air[J]. Explosion And Shock Waves, 2019, 39(9): 092202. doi: 10.11883/bzycj-2018-0255

圆柱形弹药空气中爆炸相似性规律

doi: 10.11883/bzycj-2018-0255
基金项目: 国家自然科学基金(71401173)
详细信息
    作者简介:

    陈 材(1990- ),男,博士研究生,caichen20091165@126.com

  • 中图分类号: O381; TP391.9

Similarity law of cylindrical ammunition explosions in air

  • 摘要: 针对战场损伤试验中弹药费用高、使用风险系数大的问题,采用量纲分析的方法对圆柱形弹药相似性模型的建立方法进行分析,研究原型同相似性模型之间冲击波峰值压力的关系,利用有限元仿真软件AUTODYN对冲击波传播过程进行数值仿真,并结合实弹试验数据对相似模型的有效性进行验证。研究结果表明,AUTODYN仿真结果同量纲分析结果一致,同时与实弹试验结果也吻合较好,说明在实际试验中可以使用缩比模型替代原型进行试验。该研究为弹药缩比模型在战场损伤试验中的使用提供了理论基础,具有一定的工程价值。
  • 图  1  数值仿真模型

    Figure  1.  Numerical simulation model

    图  2  不同时刻弹药爆炸冲击波场

    Figure  2.  Shock wave field of ammunition explosionat different moments

    图  3  轴向冲击波峰值压力

    Figure  3.  Peak pressure of shock wave in the axial direction

    图  4  径向冲击波峰值压力

    Figure  4.  Peak pressure of shock wave in the radial direction

    图  5  弹药战斗部实体

    Figure  5.  Entity of ammunition warhead

    图  6  冲击波测量试验布置图

    Figure  6.  Test layout of shock wave measurement

    表  1  弹药空气中爆炸相关参数及其量纲

    Table  1.   Explosion-related parameters and their dimensions

    物理量符号量纲物理量符号量纲
    峰值压力pmML−1T−2空气初始状态压力p0ML−1T−2
    装药质量QM空气密度ρaML−3
    装药密度ρeML−3空气绝热指数γa1
    质量化学能eL2T−2弹壳密度ρsML−3
    膨胀指数γe1弹壳弹性模量EsML−1T−2
    长径比k1弹壳泊松比μs1
    爆距RL弹壳屈服极限YsML−1T−2
    赤道面夹角α1弹壳厚度hsL
    轴向夹角φ1
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    表  2  弹药原型及缩比模型结构参数值

    Table  2.   Ammunition prototype and scale model structural parameter values

    弹药模型TNT质量/kg长度/mm半径/mm外壳厚度/mm
    原型64.0004801606.00
    1/2缩比模型 8.000240 803.00
    1/3缩比模型 2.370162 542.00
    1/4缩比模型 1.000120 401.25
    1/5缩比模型 0.512 96 321.20
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    表  3  缩比模型中同原型具有相同冲击波峰值压力的爆距

    Table  3.   Detonation distance with same peak pressure of original model in the similar model

    弹药类型爆距/m
    原型1.0002.0003.0004.0005.0006.0007.000
    1/2缩比模型0.5001.0001.5002.0002.5003.0003.500
    1/3缩比模型0.3330.6671.0001.3331.6672.0002.333
    1/4缩比模型0.2500.5000.7501.0001.2501.5001.750
    1/5缩比模型0.2000.4000.6000.8001.0001.2001.400
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    表  4  轴向方向上冲击波峰值压力

    Table  4.   Peak pressure of shock wave in the axial direction

    弹药类型峰值压力/kPa
    原型12 744.14 763.61 894.9911.9552.1376.7277.7
    1/2缩比模型12 719.54 761.21 892.5907.7540.0366.3273.6
    1/3缩比模型12 764.24 819.81 922.4929.8560.6382.6280.3
    1/4缩比模型12 739.84 752.31 897.0910.3551.0374.6275.7
    1/5缩比模型12 709.54 714.01 891.2910.6543.1380.5279.4
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    表  5  径向方向上冲击波峰值压力

    Table  5.   Peak pressure of shock wave in the radial direction

    弹药类型峰值压力/kPa
    原型 9 927.24 357.52 160.91 145.5692.0466.4349.6
    1/2缩比模型 9 925.54 354.02 161.21 144.3691.9464.4345.4
    1/3缩比模型10 099.04 465.62 198.91 171.7701.6474.8353.6
    1/4缩比模型 9 921.24 356.22 158.81 138.9690.0463.3347.3
    1/5缩比模型 9 916.94 355.22 157.21 134.9685.9465.3343.5
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    表  6  缩比模型轴向方向峰值压力绝对值偏差

    Table  6.   Absolute deviation of peak pressure of scale model in the axial direction

    弹药类型缩比模型轴向峰值压力同原型偏差/%
    1/2缩比模型0.200.050.130.462.192.761.46
    1/3缩比模型0.161.181.451.961.551.582.77
    1/4缩比模型0.040.240.110.180.190.550.72
    1/5缩比模型0.271.040.210.141.631.020.63
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    表  7  缩比模型径向方向峰值压力绝对值偏差

    Table  7.   Absolute deviation of peak pressure of scale model in the radial direction

    弹药类型缩比模型径向峰值压力偏差/%
    1/2缩比模型0.020.080.010.100.020.431.19
    1/3缩比模型1.732.481.762.291.391.801.16
    1/4缩比模型0.060.030.100.580.290.670.66
    1/5缩比模型0.100.050.170.930.890.241.73
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    表  8  冲击波峰值压力测量距离

    Table  8.   Measure distance of peak pressure

    弹药类型测量距离/m
    原型14.0019.0024.00
    缩比模型A111.6115.7519.90
    缩比模型A2 7.31 9.9212.53
    缩比模型A3 4.61 6.25 7.90
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    表  9  现场试验与仿真试验冲击波峰值压力

    Table  9.   Peak pressure in field and simulation tests

    试验类型冲击波峰值压力/kPa
    原型实际试验257.3185.5145.3
    缩比模型A1仿真试验248.2176.5137.2
    缩比模型A2仿真试验246.0176.0137.2
    缩比模型A3仿真试验247.5177.0136.7
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    表  10  冲击波峰值压力误差

    Table  10.   Error of peak pressure

    试验
    类型
    误差/%
    缩比模型A1仿真试验3.54.95.6
    缩比模型A2仿真试验4.45.15.6
    缩比模型A3仿真试验3.84.65.9
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-07-14
  • 修回日期:  2018-08-25
  • 刊出日期:  2019-09-01

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