薄壳装药破片引爆/燃判据表征优化方案

在带壳装药破片撞击引爆/引燃判据的研究中，由于问题的复杂性，明确的因果联系或物理实质难以一下揭示。将复杂的冲击、点火、起爆过程分解成若干简单的阶段或步骤进行物理内涵的分析，运用物理学中的基本规律，明确哪些参数对现象或问题起控制作用，确定函数关系表征每一阶段或步骤的规律后，建立系统模型，导出结论，获得完整物理过程发生中各物理量之间必然联系，建立起表征带壳装药破片撞击引爆/引燃判据的函数表达式。

在此，将带壳装药的破片冲击引爆/引燃过程分成破片冲击、壳内炸药点火与（燃烧或爆炸）快速反应三个阶段，则破片冲击是一个物质间能量转换阶段，炸药点火是一个内在能量激发阶段，炸药（燃烧或爆炸）快速反应是一个内在能量释放阶段。在这个三个阶段中，遵循以下客观规律：

①破片撞击贯穿壳体过程遵循能量守恒；

②同一状态炸药的点火（或热点形成）只与表面单位面积输入能量相关；

③炸药的（燃烧或爆炸）快速反应过程（或能量释放方程）与炸药物性及环境氛围相关，若反应释放热持续大于表面散失热，反应可成长为稳定的爆轰。

对于破片撞击贯穿壳体阶段，高速运动破片与壳体之间的宏观撞击是一种形式机械能（动能）向另一种形式机械能（动能）和热能的转化过程，伴随着产生冲击波及高压、高温等物理效应。在这个过程中，无论是初始冲击波加热，还是机械作用的塑性功加热，都对壳内炸药局部比内能增加做出了贡献。炸药局部比内能的增加是个过程量。若破片撞击过程中，初始冲击波加热与机械作用的塑性功加热存在明显的时间间隔，便将带弹体冲击下的屏蔽装药定义为厚壳装药，则相关问题的研究分成了两个部分；若两种加热效应间无明显的时间间隔，相互叠加、耦合，则将带弹体撞击下的屏蔽装药定义为薄壳装药，该情况比厚壳装药的弹体撞击引爆复杂。根据上述定义可见，薄壳和厚壳是相对于弹靶系统作用特征而言的，不同的弹、靶作用系统，同结构装药的壳体表现出不同的厚、薄特征。本试验中，弹靶系统作用下靶标的引爆/引燃过程是难以完全区分冲击波效应与机械效应的，因此，属于薄壳装药冲击引爆/引燃的研究范畴。

根据前面的数值模拟及理论分析，对于以初始冲击波为介质的能量转化过程，作用于炸药表面单位面积的初始冲击波能取决于冲击波加载强度与时间，即初始冲击波的强度和结构。而冲击波脉冲的强度和结构宽度取决于破片直径（dF），长度（lF），冲击速度（VF），着角（φ），弹头系数（fn），壳体厚度（TC），壳体中波衰减系数（α），破片、壳体、炸药的材料Hugoniot参数（aF、bF、aC、bC、aE、bE），破片、壳体、炸药密度（ρF、ρC、ρE），装药半径（RC），装药内声速（CC）。可见因冲击波效应引起的炸药表面比能量增加（EShock）是上述参数的函数，故有：

上式与式（9.21）相同，除了几何相似参数以外，唯一的物理参数是EShock/（dFρF）。

上述分析中，相同弹靶作用条件下，冲击波效应和机械效应的点火方式虽然并不相同，但传递给壳体内炸药的比内能的唯一控制物理参数形式是一致的。

可取dF、VF和ρF为基本量，于是得到下面的量纲为1的函数关系：

如果模型试验采用与原型试验相同状态的破片、壳体和炸药材料，以及着角、着速撞击条件，上式可简化为：

式中，除了几何相似参数以外，唯一的物理参数是EShock/（dFρF）。

另外，通过塑性变形进行能量转化的过程中，根据前面的试验研究可见，作用于炸药表面单位面积的内能与着靶速度，弹、靶材料与结构特征，以及能量转换系数相关。即炸药因机械作用点火与否取决于破片直径（dF），长度（lF），冲击速度（VF），着角（φ），弹头系数（fn），壳体厚度（TC），装药半径（RC），破片、壳体、炸药密度（ρF、ρC、ρE），弹性模型（EF、EC、EE），屈服极限（YF、YC、YE），功热转化系数（β）。可见因机械效应作用于炸药表面的比能量（EShock）是上述参数的函数，故有：

同样，可取dF、VF和ρF为基本量，于是得到下面的量纲为1的函数关系：

如果模型试验采用与原型试验相同状态的破片、壳体和炸药材料和着角、着速撞击条件，上式可简化为：(www.xing528.com)

对于量纲为1的物理参数EShock/（dFρF），在厚壳装药和薄壳装药的冲击起爆问题中却有着不同的内涵。对于厚壳装药，冲击波效应与机械效应有着明显的先后顺序，冲击波作用后，若装药未能起爆，装药的物理状态也将发生改变，后续机械作用于已受损和温升的炸药表面，炸药的弹性模型、屈服极限等参数并不等同于原始状态，式（9.23）到式（9.24）的简化过程需根据受损装药冲击起爆理论分析重新进行，建立相关函数关系。对于薄壳装药，难以明确区分冲击波效应与机械效应的先后顺序，假设两者共同耦合作用，则对于整个的能量转化过程，可采用以EShock/（dFρF）为基础的模型律进行分析。对于炸药的点火和快速反应两个阶段，在实际中，因难以区分，通常将两者看作成一个连续的过程。炸药的点火与否受控于所获得的比内能，而快速反应受控于装药条件和环境氛围。实际中装药条件和环境氛围往往大相径庭，也不可预见。因此，破片冲击下反应响应特征表现为燃烧或爆炸的随机出现。但只要壳内炸药获得了点火所需的比内能，就具备了发生燃烧或爆炸的可能，且这种可能的发生具有相当大的概率，因为实际中装药的厚度和直径绝大多数大于炸药起爆临界能量获取试验中的条件。根据炸药点火的客观规律，以炸药获得的比内能作为临界点火条件，故有：

上式与式（9.21）相同，除了几何相似参数以外，唯一的物理参数是EShock/（dFρF）。

上述分析中，相同弹靶作用条件下，冲击波效应和机械效应的点火方式虽然并不相同，但传递给壳体内炸药的比内能的唯一控制物理参数形式是一致的。

对于量纲为1的物理参数EShock/（dFρF），在厚壳装药和薄壳装药的冲击起爆问题中却有着不同的内涵。对于厚壳装药，冲击波效应与机械效应有着明显的先后顺序，冲击波作用后，若装药未能起爆，装药的物理状态也将发生改变，后续机械作用于已受损和温升的炸药表面，炸药的弹性模型、屈服极限等参数并不等同于原始状态，式（9.23）到式（9.24）的简化过程需根据受损装药冲击起爆理论分析重新进行，建立相关函数关系。对于薄壳装药，难以明确区分冲击波效应与机械效应的先后顺序，假设两者共同耦合作用，则对于整个的能量转化过程，可采用以EShock/（dFρF）为基础的模型律进行分析。对于炸药的点火和快速反应两个阶段，在实际中，因难以区分，通常将两者看作成一个连续的过程。炸药的点火与否受控于所获得的比内能，而快速反应受控于装药条件和环境氛围。实际中装药条件和环境氛围往往大相径庭，也不可预见。因此，破片冲击下反应响应特征表现为燃烧或爆炸的随机出现。但只要壳内炸药获得了点火所需的比内能，就具备了发生燃烧或爆炸的可能，且这种可能的发生具有相当大的概率，因为实际中装药的厚度和直径绝大多数大于炸药起爆临界能量获取试验中的条件。根据炸药点火的客观规律，以炸药获得的比内能作为临界点火条件，故有：

则对于薄壳装药，破片冲击下壳内炸药发生点火及引爆/引燃行为的条件为：

则对于薄壳装药，破片冲击下壳内炸药发生点火及引爆/引燃行为的条件为：

式中，K为试验系数。对于特定状态炸药和弹体材料，式（9.26）经变化可得：＝常数或＝常数，即Rosland等［407］（1973）、Mader［408，409］（1983）等通过试验所获得的装药在破片或射流冲击下的二维起爆判据形式。据此，进行如下变化：

式中，K为试验系数。对于特定状态炸药和弹体材料，式（9.26）经变化可得：＝常数或＝常数，即Rosland等［407］（1973）、Mader［408，409］（1983）等通过试验所获得的装药在破片或射流冲击下的二维起爆判据形式。据此，进行如下变化：

式中，SF为破片的截面积；mF为破片质量，进一步变化为：

式中，SF为破片的截面积；mF为破片质量，进一步变化为：

式中，ε为比动能转化系数，对于特定弹靶系统，为一恒定值，可通过试验获得。

通过上述分析获得的装药冲击起爆判据式（9.28），从冲击起爆问题所蕴含的物理关系上解释了现有二维冲击起爆判据式（9.4）的意义，且反映了侵彻体密度和撞击方向长度对装药引爆/引燃的影响，具有更广的应用范围。

式中，ε为比动能转化系数，对于特定弹靶系统，为一恒定值，可通过试验获得。

通过上述分析获得的装药冲击起爆判据式（9.28），从冲击起爆问题所蕴含的物理关系上解释了现有二维冲击起爆判据式（9.4）的意义，且反映了侵彻体密度和撞击方向长度对装药引爆/引燃的影响，具有更广的应用范围。