• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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近水面空中爆炸冲击波的载荷特性

黄超 徐维铮 曾繁 张磐 黄宇 刘娜

黄超, 徐维铮, 曾繁, 张磐, 黄宇, 刘娜. 近水面空中爆炸冲击波的载荷特性[J]. 爆炸与冲击, 2026, 46(1): 011001. doi: 10.11883/bzycj-2024-0457
引用本文: 黄超, 徐维铮, 曾繁, 张磐, 黄宇, 刘娜. 近水面空中爆炸冲击波的载荷特性[J]. 爆炸与冲击, 2026, 46(1): 011001. doi: 10.11883/bzycj-2024-0457
HUANG Chao, XU Weizheng, ZENG Fan, ZHANG Pan, HUANG Yu, LIU Na. The characteristics of shock wave loads from air blast near the water surface[J]. Explosion And Shock Waves, 2026, 46(1): 011001. doi: 10.11883/bzycj-2024-0457
Citation: HUANG Chao, XU Weizheng, ZENG Fan, ZHANG Pan, HUANG Yu, LIU Na. The characteristics of shock wave loads from air blast near the water surface[J]. Explosion And Shock Waves, 2026, 46(1): 011001. doi: 10.11883/bzycj-2024-0457

近水面空中爆炸冲击波的载荷特性

doi: 10.11883/bzycj-2024-0457
基金项目: 中国工程物理研究院院长基金(YZJJZQ2023024)
详细信息
    作者简介:

    黄 超(1984- ),男,博士,副研究员,huang_chao@iapcm.ac.cn

    通讯作者:

    曾 繁(1989- ),男,博士,副研究员,zeng_fan@iapcm.ac.cn

  • 中图分类号: O382.1

The characteristics of shock wave loads from air blast near the water surface

  • 摘要: 靠近水面的空中爆炸是舰船的重要威胁之一。为了研究水面传播冲击波的载荷特性,采用TNT/RDX(40/60)炸药开展了触水、近水和空中3种典型比高条件下的爆炸实验,测量得到了冲击波超压和爆炸的高速摄影图像。采用数值模拟方法进一步研究了爆炸现象和水面冲击波的载荷规律。结果表明:触水、近水和空中爆炸现象存在显著差异。触水爆炸时,爆轰产物直接驱动水面形成半球形空腔,水坑边缘的水被挤压向上飞溅形成空心水柱;近水爆炸时,爆轰产物对水面的碰撞作用相对较弱,水面上的冲击波主要以马赫波沿着水面向外传播;空中爆炸时,冲击波在水面存在明显的规则和非规则反射区。在同等当量条件下,触水爆炸时的水面冲击波超压较近水爆炸的低,但水中冲击波压力更高,因此水面不能再看成刚性平面。通过数据拟合得到了触水和典型近水爆炸条件下,水面上水平距离在0.5~4.0 m/kg1/3范围内的冲击波超压和正压持续时间计算公式,可为冲击波载荷计算和分析提供参考。
  • 图  1  近水和触水爆炸初始阶段示意图

    Figure  1.  Illustration of initial stage of near-surface blast and contact burst

    图  2  实验装置及布局

    Figure  2.  Experimental facility and layout

    图  3  典型近水、触水条件下的爆炸图像

    Figure  3.  Image of typical near-surface blast and contact burst

    图  4  不同网格尺寸模型得到的冲击波超压对比

    Figure  4.  Comparison of shock wave overpressures obtained by different mesh size models

    图  5  水面上不同位置的冲击波超压曲线

    Figure  5.  Shock wave overpressure curves at different distances on water surface

    图  6  水中不同位置的冲击波超压曲线

    Figure  6.  Shock wave overpressure curves at different distances underwater

    图  7  空中爆炸的气体密度场分布

    Figure  7.  Density field distribution of gas in air blast

    图  8  近水爆炸的气体密度场分布

    Figure  8.  Density field distribution of gas in near-surface blast

    图  9  触水爆炸的气体密度场分布

    Figure  9.  Density field distribution of gas in contact burst

    图  10  冲击波在水面的反射规律

    Figure  10.  Reflection of shock wave on the surface

    图  11  规则反射区和非规则反射冲击波超压

    Figure  11.  The regular reflected and irregular reflected shock wave overpressure

    图  12  近水爆炸水面的冲击波超压峰值和正压作用时间分布

    Figure  12.  Distribution of shock wave overpressure and positive pressure duration on water surface of near-surface blast

    图  13  触水爆炸水面的冲击波超压峰值和正压作用时间分布

    Figure  13.  Distribution of shock wave overpressure and positive pressure duration on water surface of contact burst

    图  14  近水面爆炸的水下冲击波

    Figure  14.  Underwater shock waves from the near-surface blast

    图  15  触水爆炸产生的水下冲击波

    Figure  15.  Underwater shock waves from the contact burst

    图  16  近水爆炸和触水爆炸的水下冲击波超压曲线

    Figure  16.  Underwater shock wave overpressure curves of near-surface blast and contact burst

    表  1  实验工况

    Table  1.   Experimental conditions

    工况 场景 当量/kg 爆高/m 比高/(m·kg−1/3) 空中测点高度/m 水中测点深度/m
    1触水爆炸0.12000.050.08
    2触水爆炸0.24000.060.09
    3触水爆炸0.48000.070.11
    4近水爆炸0.120.1060.2150.050.08
    5近水爆炸0.240.1260.2030.060.09
    6近水爆炸0.480.1470.1880.070.11
    7空中爆炸0.120.3190.6470.160.08
    8空中爆炸0.240.3780.6080.190.09
    9空中爆炸0.480.4720.6030.230.11
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    表  2  空中冲击波超压峰值的实验和模拟结果对比

    Table  2.   Comparison of air blast overpressures between experiment and simulation

    工况 超压峰值
    0.5 m 测点 1.0 m 测点 1.5 m 测点 2.0 m 测点
    实验/kPa 模拟/kPa 误差/% 实验/kPa 模拟/kPa 误差/% 实验/kPa 模拟/kPa 误差/% 实验/kPa 模拟/kPa 误差/%
    1 751.8 671.1 −10.7 250.2 169.2 −32.4 114.9 81.9 −28.7 69.8 52.0 −25.5
    2 631.1 717.5 13.7 264.3 119.8 74.7
    3 1335.0 1215.0 −9.0 384.7 192.0 169.1 −11.9 117.9 99.0 −16.0
    4 1697.4 1503.4 −11.4 360.8 293.1 −18.8 144.2 122.7 −14.9 90.7 70.1 −22.7
    5 2855.1 2332.6 −18.3 529.9 197.4 108.5
    6 2912.2 3480.1 19.5 717.5 950.3 32.4 278.4 327.3 17.6 138.5 170.0 22.7
    7 1129.1 722.1 −36.0 376.2 285.7 −24.1 194.9 125.0 −35.9 101.6 72.6 −28.5
    8 1868.7 1207.4 −35.4 563.8 546.1 −3.1 203.1 112.5
    9 1807.6 1651.9 −8.6 671.1 271.8 322.2 18.5 151.6 170.3 12.3
    平均值 18.1 22.1 21.2 21.3
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-11-20
  • 修回日期:  2025-01-16
  • 网络出版日期:  2025-01-17
  • 刊出日期:  2026-01-05

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