Similarity law of cylindrical ammunition explosions in air
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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。Abstract: In order to solve the issues of high cost and large risk factor of ammunition explosion in the battlefield damage test, the method of dimensional analysis is used to analyze the establishment method of cylindrical ammunition similar models. The explosive power field relationship between different similar models and an original model is studied. The AUTODYN finite element simulation software is used to simulate the explosive power field, and the effectiveness of the similar models is verified by real-experiment data. The results show that the simulated results are consistent with the results of both the dimensional analysis and the actual tests. Therefore, in the actual test, the similar model can be used instead of the original model. This study provides a theoretical basis for the use of the ammunition similar model in battlefield damage test and has certain engineering value.
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Key words:
- battlefield damage test /
- similarity theory /
- dimensional analysis /
- shock wave
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图 2 不同时刻弹药爆炸冲击波场
Figure 2. Shock wave field of ammunition explosionat different moments
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 pm ML−1T−2 空气初始状态压力 p0 ML−1T−2 装药质量 Q M 空气密度 ρa ML−3 装药密度 ρe ML−3 空气绝热指数 γa 1 质量化学能 e L2T−2 弹壳密度 ρs ML−3 膨胀指数 γe 1 弹壳弹性模量 Es ML−1T−2 长径比 k 1 弹壳泊松比 μs 1 爆距 R L 弹壳屈服极限 Ys ML−1T−2 赤道面夹角 α 1 弹壳厚度 hs L 轴向夹角 φ 1 
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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 64.000 480 160 6.00 1/2缩比模型 8.000 240 80 3.00 1/3缩比模型 2.370 162 54 2.00 1/4缩比模型 1.000 120 40 1.25 1/5缩比模型 0.512 96 32 1.20
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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 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 1/2缩比模型 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 1/3缩比模型 0.333 0.667 1.000 1.333 1.667 2.000 2.333 1/4缩比模型 0.250 0.500 0.750 1.000 1.250 1.500 1.750 1/5缩比模型 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200 1.400
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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 12 744.1 4 763.6 1 894.9 911.9 552.1 376.7 277.7 1/2缩比模型 12 719.5 4 761.2 1 892.5 907.7 540.0 366.3 273.6 1/3缩比模型 12 764.2 4 819.8 1 922.4 929.8 560.6 382.6 280.3 1/4缩比模型 12 739.8 4 752.3 1 897.0 910.3 551.0 374.6 275.7 1/5缩比模型 12 709.5 4 714.0 1 891.2 910.6 543.1 380.5 279.4
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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 9 927.2 4 357.5 2 160.9 1 145.5 692.0 466.4 349.6 1/2缩比模型 9 925.5 4 354.0 2 161.2 1 144.3 691.9 464.4 345.4 1/3缩比模型 10 099.0 4 465.6 2 198.9 1 171.7 701.6 474.8 353.6 1/4缩比模型 9 921.2 4 356.2 2 158.8 1 138.9 690.0 463.3 347.3 1/5缩比模型 9 916.9 4 355.2 2 157.2 1 134.9 685.9 465.3 343.5
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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 0.20 0.05 0.13 0.46 2.19 2.76 1.46 1/3缩比模型 0.16 1.18 1.45 1.96 1.55 1.58 2.77 1/4缩比模型 0.04 0.24 0.11 0.18 0.19 0.55 0.72 1/5缩比模型 0.27 1.04 0.21 0.14 1.63 1.02 0.63
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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 0.02 0.08 0.01 0.10 0.02 0.43 1.19 1/3缩比模型 1.73 2.48 1.76 2.29 1.39 1.80 1.16 1/4缩比模型 0.06 0.03 0.10 0.58 0.29 0.67 0.66 1/5缩比模型 0.10 0.05 0.17 0.93 0.89 0.24 1.73
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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 14.00 19.00 24.00 缩比模型A1 11.61 15.75 19.90 缩比模型A2 7.31 9.92 12.53 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 257.3 185.5 145.3 缩比模型A1仿真试验 248.2 176.5 137.2 缩比模型A2仿真试验 246.0 176.0 137.2 缩比模型A3仿真试验 247.5 177.0 136.7
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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 3.5 4.9 5.6 缩比模型A2仿真试验 4.4 5.1 5.6 缩比模型A3仿真试验 3.8 4.6 5.9
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[1] 吴晓颖, 李帆, 张万君, 等. 装备毁伤模拟试验方案的设计与优化 [J]. 兵器装备工程学报, 2014, 35(10): 5–7. DOI: 10.11809/scbgxb2014.10.002.WU Xiaoying, LI Fan, ZHANG Wanjun, et al. Design and optimization of equipment damage simulation test [J]. Journal of Ordnance Equipment Engineering, 2014, 35(10): 5–7. DOI: 10.11809/scbgxb2014.10.002. [2] 石全. 装备战伤理论与技术 [M]. 北京: 国防工业出版社, 2007: 243−244. [3] 杨亚东, 李向东, 王晓鸣, 等. 密闭空间内爆炸缩比相似模型研究 [J]. 振动与冲击, 2014, 33(2): 128–133. DOI: 10.3969/j.issn.1000-3835.2014.02.025.YANG Yadong, LI Xiangdong, WANG Xiaoming, et al. Scale similarity model of internal explosion in closed field [J]. Journal of Vibration and Shock, 2014, 33(2): 128–133. DOI: 10.3969/j.issn.1000-3835.2014.02.025. [4] 杨亚东, 李向东, 王晓鸣, 等. 钢筋混凝土结构内爆炸相似模型试验研究 [J]. 南京理工大学学报, 2016, 40(2): 135–141.YANG Yadong, LI Xiangdong, WANG Xiaoming, et al. Experimental study on similarity model of reinforce concrete structure under internal explosion [J]. Journal of Nanjing University of Science and Technology, 2016, 40(2): 135–141. [5] 吕祥锋, 潘一山, 李忠华, 等. 冲击波作用下巷道破坏规律相似模拟研究 [J]. 振动与冲击, 2011, 30(10): 212–215. DOI: 10.3969/j.issn.1000-3835.2011.10.041.LV Xiangfeng, PAN Yishan, LI Zhonghua, et al. Similarity simulation tests for failure law of a rock burst roadway under shock wave [J]. Journal of Vibration and Shock, 2011, 30(10): 212–215. DOI: 10.3969/j.issn.1000-3835.2011.10.041. [6] 张玉磊, 王胜强, 袁建飞, 等. 不同量级TNT爆炸冲击波参数相似律实验研究 [J]. 弹箭与制导学报, 2016, 36(6): 53–56.ZHANG Yulei, WANG Shengqiang, YUAN Jianfei, et al. Experimental research on similarity law of explosive shock wave parameters with different orders of magnitude TNT [J]. Journal of Projectiles, Rocks, Missiles and Guidance, 2016, 36(6): 53–56. [7] 荣吉利, 何轩, 项大林, 等. 定向战斗部水下爆炸相似性研究 [J]. 兵工学报, 2014, 35(9): 1329–1334. DOI: 10.3969/j.issn.1000-1093.2014.09.001.RONG Jili, HE Xuan, XIANG Dalin, et al. The similarity research on underwater explosion of directional warhead [J]. Acta Armamentarii, 2014, 35(9): 1329–1334. DOI: 10.3969/j.issn.1000-1093.2014.09.001. [8] 刘文韬, 姚熊亮, 李帅, 等. 离心机水下爆炸缩比实验原理及数值研究 [J]. 爆炸与冲击, 2016, 36(6): 789–796. DOI: 10.11883/1001-1455(2016)06-0789-08.LIU Wentao, YAO Xiongliang, LI Shuai, et al. Experimental principle and numerical study of scaled-down underwater explosion model on a centrifuge apparatus [J]. Explosion and Shock Waves, 2016, 36(6): 789–796. DOI: 10.11883/1001-1455(2016)06-0789-08. [9] LI Jian, RONG Jili. Experimental and numerical investigation of the dynamic response of structures subjected to underwater explosion [J]. European Journal of Mechanics, 2012, 32(1): 59–69. DOI: 10.1016/j.euromechflu.2011.09.009. [10] 朱如意. 杀爆榴弹动静态爆炸仿真及毁伤威力差异性分析[D]. 石家庄: 军械工程学院, 2016: 31−34. -
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