工程计算空气冲击波参数

2.4.4.1　空气冲击波峰值超压的计算

根据大量的实验结果,梯恩梯球形装药(或形状相近的装药)在无限空气介质中爆炸时,空气冲击波峰值超压(单位MPa)计算式为

或

适用范围:1≤r-≤10～15。

式中,Δpm为无限空中爆炸时冲击波的峰值超压,MPa;m为梯恩梯装药质量,kg;r为到爆炸中心的距离,m;r-为对比距离,m/kg2/3,由下式求得:

无限空中爆炸是指炸药在无边界的空中爆炸。这时,空气冲击波不受其他界面的影响。一般认为,只有在装药的对比高度满足下式时,才能认为符合无限空中爆炸条件:

式中,H为装药离地面的高度,m。

对于其他炸药,由于爆热不同,可以根据能量相似原理,按下式换算成梯恩梯当量。例如,1 kg黑索今的梯恩梯当量为1.3 kg。

式中,m0、m分别为某炸药的实际质量和TNT当量;Qv和QTNT分别为某炸药和梯恩梯炸药的定容爆热。

装药在地面爆炸时,由于地面的阻挡,空气冲击波不是向整个空间传播,而只向一半无限空间传播,被冲击波带动的空气量也减少一半。装药在混凝土、岩石类的刚性地面爆炸时,可看作是2倍的装药在无限空间爆炸。于是,可将me=2m代入式(2.31a)进行计算。整理后得装药在刚性地面爆炸时空气冲击波的峰值超压:

适用范围:。

装药在普通土壤地面爆炸时,地面土壤受到高温、高压爆炸产物的作用发生变形、破坏,甚至抛掷到空中形成一个炸坑。1 t梯恩梯在地面爆炸留下的炸坑约38 m3。因此,在这种情况下就不能按刚性地面全反射来考虑,而应考虑地面消耗了一部分爆炸能量,即反射系数要比2小,在此种情况下mw=(1.7～1.8)m。于是,对普通地面可取mw=1.8 m,代入式(2.31a),得到装药在普通土壤地面爆炸时空气冲击波的峰值超压:

适用范围:。

如果装药在堑壕、坑道、矿井、地道内爆炸,则空气冲击波沿着坑道两个方向传播。这时卷入运动的空气要比在无限介质中爆炸的少得多,冲击波的压力同样可以根据能量相似律进行计算。(www.xing528.com)

式中,S为一个方向上传播的空气冲击波面积,等于坑道截面积,m2。将上式代入式(2.31a)后可得

整理后为

如果装药在一端堵死的坑道内爆炸,那么空气冲击波只沿着坑道一个方向传播,这时将代入式(2.31a)进行计算。

在装药近旁,空气冲击波波阵面压力与距离的关系很复杂。从装药近处到很远距离处冲击波超压的计算式如下:

以上两式适用于无限空间的爆炸,其优点是计算对比距离的范围很宽。

2.4.4.2　正压区作用时间的计算

正压区作用时间t+是空气爆炸冲击波另一个特征参数,它是影响目标破坏作用大小的重要参数之一。如同确定Δpm一样,它也是根据爆炸相似律、通过实验方法建立的经验公式。梯恩梯球形装药在无限空中爆炸时,t+的计算式为

如果装药在地面爆炸,则m应该以梯恩梯当量进行计算。对刚性地面以mw=2m代入上式,而对普通土壤地面,mw=1.8m。例如,将mw=1.8m代入上式,得

以上两式中正压作用时间t+以s计,装药量m以kg计,距离r以m计。

2.4.4.3　比冲量的计算

比冲量是由空气冲击波波阵面超压曲线Δp(t)与正压区作用时间直接确定的,但计算比较复杂。根据实验测定的结果:

比冲量i+的单位为N·s/m2。梯恩梯炸药在无限空间爆炸时,A=196.2～245.25。采用其他炸药时需要换算。由于比冲量与形成冲击波的爆炸产物速度成正比,而爆炸产物速度又与炸药爆热的平方根成正比,因此

如果装药在地面爆炸,则对刚性地面mw=2m,对普通土壤地面,mw=1.8m。以普通土壤地面为例: