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不同药量比对串联两装药水下爆炸威力影响研究

张薇 郭锐 崔浩

张薇, 郭锐, 崔浩. 不同药量比对串联两装药水下爆炸威力影响研究[J]. 水下无人系统学报, 2025, 33(3): 535-544 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0142
引用本文: 张薇, 郭锐, 崔浩. 不同药量比对串联两装药水下爆炸威力影响研究[J]. 水下无人系统学报, 2025, 33(3): 535-544 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0142
ZHANG Wei, GUO Rui, CUI Hao. Study on Effect of Tandem Charges with Different Charge Mass Ratios on Underwater Explosion Power[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2025, 33(3): 535-544. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0142
Citation: ZHANG Wei, GUO Rui, CUI Hao. Study on Effect of Tandem Charges with Different Charge Mass Ratios on Underwater Explosion Power[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2025, 33(3): 535-544. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0142

不同药量比对串联两装药水下爆炸威力影响研究

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0142
详细信息
    作者简介:

    张薇:张 薇(2000-), 女, 在读硕士, 主要研究方向为水下爆炸高效毁伤

  • 中图分类号: TJ630.1; U674.941

Study on Effect of Tandem Charges with Different Charge Mass Ratios on Underwater Explosion Power

  • 摘要: 为了探究串联两装药前后级不同药量比对水下爆炸威力的影响, 基于水中冲击波经验公式对串联两装药水下爆炸冲击波冲量进行理论分析, 对不同药量比串联两装药的水下爆炸威力进行数值仿真计算, 对比分析了相同药量下不同药量比串联两装药和单装药水下爆炸输出冲量规律和对目标结构的毁伤效果, 同时开展了串联两装药对目标结构毁伤的缩比水箱试验。结果表明: 在总装药量为400 gTNT时, 串联两装药结构水下爆炸输出冲量及对靶板作用效果明显优于单级装药, 且串联两装药水中爆炸威力随着前后级药量比η的增加而增大, 且当η=1∶1时冲量增益和靶板变形挠度最大, 冲量增益提高了27.43%, 靶板变形挠度提高了23.58%。小药量缩比试验结果与理论分析、数值仿真结果有较好的一致性。

     

  • 图  1  冲量倍数随药量比变化曲线

    Figure  1.  Curve of the impulse multiple varies with charge mass ratio

    图  2  预估模型冲击波压力时程曲线

    Figure  2.  Shock wave pressure time history curves of prediction model

    图  3  预估模型冲量时程曲线

    Figure  3.  Impulse time history curves of prediction model

    图  4  球型装药有限元模型

    Figure  4.  Spherical charge finite element model

    图  5  串联两装药水下爆炸对靶板作用的有限元模型

    Figure  5.  Finite element models for the effect of underwater explosion of tandem charge on the target plate

    图  6  数值仿真与理论不同测点冲击波压力时程曲线对比

    Figure  6.  Comparison of numerical simulation and theoretical shock wave pressure time history curves at different measuring points

    图  7  串联装药和单装药仿真压力时程曲线

    Figure  7.  Simulation pressure time history curves of tandem charge and single charge

    图  8  串联装药和单装药仿真冲量时程曲线

    Figure  8.  Simulation impulse time history curves of tandem charge and single charge

    图  9  不同工况下靶板挠度变化

    Figure  9.  Variation of deflection of target plate under different working conditions

    图  10  水箱试验装置示意图

    Figure  10.  Diagram of water tank test device

    图  11  水箱试验现场布置图

    Figure  11.  Layout of water tank test site

    图  12  应变片位置布局示意图

    Figure  12.  Diagram of strain gauge position layout

    图  13  不同工况下靶板水中爆炸加载变形情况

    Figure  13.  Underwater explosion loading deformation of target plate under different working conditions

    图  14  4种工况下靶板最终挠曲线

    Figure  14.  Final deflection curves of target plate under four working conditions

    图  15  前级装药作用下靶板中心处应变情况

    Figure  15.  Strain at the center of the target plate under the action of pre-charge

    图  16  工况E-4作用下钢板不同位置处应变情况

    Figure  16.  Strain of steel plate at different positions under working condition E-4

    图  17  不同工况下数值仿真钢板形貌

    Figure  17.  Numerical simulation of steel plate morphology under different working conditions

    表  1  TNT炸药状态方程参数

    Table  1.   Parameters of state equation for TNT

    ρ/(g/cm3) A/kPa B/kPa R1 R2
    1.63 3.73×108 3.747×106 4.15 0.9
    ω D/(m/s) E/(kJ/m3) PCJ/kPa
    0.35 6 930 6.0×106 2.10×107
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    表  2  水的状态方程参数

    Table  2.   Parameters of state equation for water

    ρ/(g/cm3) A1/kPa A2/kPa A3/kPa
    1 2.2×106 9.54×106 1.457×107
    B0 B1 T1/kPa T2/kPa
    0.28 0.28 2.2×106 0
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    表  3  Q235材料参数

    Table  3.   Material parameters of Q235

    ρ(g/cm3) G/GPa A/MPa B/MPa
    7.85 789 265 450
    n C m Tmelt/K
    0.565 0.67 0 1 793
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    表  4  冲击波峰值压力计算结果

    Table  4.   Calculation results of shock wave peak pressure

    距爆心的
    距离/mm
    压力/MPa 计算误差/%
    球形
    装药
    柱形
    装药
    经验
    公式解
    球形装药-
    柱形装药
    球形装药-
    经验公式
    300 168.59 168.87 168.74 0.17 0.68
    400 109.93 109.07 110.25 0.78 0.29
    500 79.24 79.68 81.21 0.56 2.43
    600 60.88 61.74 66.08 1.41 7.87
    700 48.89 50.22 55.52 2.72 11.94
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    表  5  不同药量比串联装药预估模型和数值仿真冲量对比

    Table  5.   Comparison of impulse between tandem charge prediction model and numerical simulation under different charge ratios

    η 预估模型冲量/(N∙s) 数值仿真冲量/(N∙s) 误差/%
    0∶400 11 922 11 646 2.32
    40∶360 13 456 13 041 3.08
    80∶320 13 821 13 485 2.43
    100∶300 14 048 13 665 2.73
    120∶280 14 232 13 887 2.42
    160∶240 14 565 14 281 1.95
    200∶200 15 048 14 841 1.38
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    表  6  不同药量比下数值仿真输出的冲量增益

    Table  6.   Impulse gain of numerical simulation output under different charge ratios

    η 冲量/(N∙s) 误差/%
    0∶400 11 646 0
    40∶360 13 041 11.98
    80∶320 13 485 15.79
    100∶300 13 665 17.34
    120∶280 13 887 19.24
    160∶240 14 281 22.63
    200∶200 14 841 27.43
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    表  7  数值仿真中靶板变形结果

    Table  7.   Deformation results of target plate in numerical simulation

    工况 装药量/g 中心挠度/mm
    前级 后级 一次爆炸 二次爆炸 增量
    S-1 400 296.79
    S-2 40 360 112.98 311.55 198.57
    S-3 80 320 152.44 324.58 172.14
    S-4 100 300 168.35 330.99 162.64
    S-5 120 280 181.54 339.37 157.83
    S-6 160 240 203.01 354.05 151.04
    S-7 200 200 223.02 366.77 143.75
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    表  8  钢板挠度试验值与仿真值对比

    Table  8.   Comparison of test and simulation values of deflection of steel plate

    工况 挠度试验值/mm 挠度仿真值/mm 误差/%
    E-1 17.70 16.79 5.14
    E-2 19.90 20.36 2.31
    E-3 18.80 17.36 7.66
    E-4 22.50 22.53 0.13
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-09-26
  • 修回日期:  2024-10-21
  • 录用日期:  2024-11-12
  • 网络出版日期:  2025-05-22

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