3-爆轰波的流体力学理论2
第3章 爆轰波的经典理论
1 2 j D u j U j Pj D u j j D u j D u j 2
… (3)
16
3.1.1 爆轰波的基本关系式
由（1）、（2）式可得：
D u 0 v0 p j p0 v0 v j
p j p0 v0 v j
4
第3章 爆轰波的经典理论
Chapman和Jouguet在20世纪初分别提出了关于爆
轰波的平面一维流体动力学理论，简称爆轰波的
CJ理论。
前苏联的泽尔多维奇（Zeldovich,1940年），美 国的冯纽曼（Von Neumann，1942年），德国的道 尔令（Doering，1943年）各自对CJ理论进行了改 进，提出了ZND模型。
P0 O
0
v0
v
爆轰波：
e e0
1 p p0 v0 v Qe 2
22
3.1.2 爆轰波稳定传播的条件
3.Rayleigh线和Hugoniot曲线的关系
（1）dc段：v>v0，p>p0 D为虚数 （2）c点： v>v0，p＝p0 D＝0，定压燃烧 （3）CGAI段： v>v0，p<p0 D>0，u<0；爆燃 其中，CGA段(p-p0)负压值较小， 称弱爆燃支； AI段(p-p0)负压值较大， 称强爆燃支。 A点的爆燃速度最大。
D v0
p p0 v0 v
D2 D2 p 2 v p0 v v0 0
D2 tg tg 2 v0
21
3.1.2 爆轰波稳定传播的条件
2. Hugoniot (雨贡纽、雨果尼奥)曲线
P 1 2
工程爆破的方法及分类
一、工程爆破的方法及分类1、按药包形式分类：集中药包法、延长药包法、平面药包法、形状药包法。
2、按装药方式与药室空间形状：药室法、药壶法、炮眼法、裸露药包法。
3、定向爆破：简单地说就是使爆破后土石方碎块按预定的方向飞散、抛掷和堆积，或者使被爆破的建筑物按设计方向倒塌和堆积。
4、光面爆破：是沿开挖边界布置密集炮孔，采取不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区之后起爆，可以形成平整轮廓面的爆破作业。
5、预裂爆破：是沿开挖边界布置密集炮孔，采取不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区之前起爆，从而在爆区与保留区之间形成预裂缝，以减弱主爆破对保留岩体的破坏，并形成平整轮廓的爆破作业。
6、微差爆破：是一种巧妙地安排各炮孔起爆次序与合理起爆时差的爆破技术，由于通常爆破的时间间隔为毫秒级，所以微差爆破又可以称为毫秒爆破。
7、控制爆破：对爆破效果和爆破危害进行双重控制的爆破二、爆炸的理论基础1、炸药爆炸的基本特征（爆炸三要素）：过程的放热性；过程的高速度并能自动传播；过程中生成大量气体产物。
2、炸药化学变化的基本形式：热分解、燃烧和爆轰。
三者在一定条件下可以互相转化。
3、燃烧的特征：①传播速度：每秒几毫米至几十米（低于炸药中声速），受外界压力影响大。
②传播性质：热传导、扩散、辐射。
③对外界的作用：燃烧点压力升高不大，在一定条件下才对周围介质产生爆破作用。
④产物运动方向：与波阵面的传播方向相反4、爆轰的特征：①每秒几百米之几千米（高于炸药中声速），受外界压力影响小。
②传播性质：冲击波。
③对外界的作用：爆炸点有剧烈的压力突跃，无需封闭系统便能对周围介质产生剧烈的爆破作用。
④产物运动方向：与波阵面的传播方向一致。
5、氧平衡：是研究氧与可燃元素的平衡问题，也就是研究炸药内含氧量是可燃元素完全氧化所需氧量之间的关系。
6、炸药根据氧平衡的关系可分为：正氧平衡炸药、零氧平衡炸药、负氧平衡炸药。
7、炸药的热化学参数：爆容（V o）：1kg炸药爆炸后所生成气体产物在标准状况下的体积称为炸药的爆容；爆热（Qv）：定量炸药在定容条件下爆炸时所放出的热量爆温（t）：炸药爆轰结束后，爆炸产物在炸药初始体积内达到热平衡后的温度称为爆温；爆速（D）：爆轰过程传播的速度称为爆速；爆压（p）：爆炸产物在炸药初始体积内达到热平衡后流体静压值称为爆压。
2 炸药爆炸的理论基础2
2. 4 炸药的爆轰2.4.1 波的概念一般地说，波的形成是与扰动分不开的。
扰动就是在外界的作用下，介质的状态参数（压力、密度、温度等）发生局部变化。
扰动的传播，即介质状态改变的传播就是波。
传播扰动的物质统称为介质。
在物理学上波可以分成机械波和电磁波；数学上又将波分为双曲波和色散波。
机械波的本质是质点振动状态在介质中的传播过程。
机械波之所以形成，是因为介质的质点是相互联系，又相互作用着的，由于一个质点的振动，就牵连邻近质点随着振动，由近及远地传播出去。
也就是说，波的传播是上一层介质状态的改变引起下一层介质状态的改变。
波动从波源出发，在介质中向各个方向传播，在某一时刻由波动到达各点所连成的面称为波阵面，或说它是介质状态改变的分界面（扰动与未扰动区的分界面—波阵面）。
波阵面为平面就称为平面波，波阵面为柱面就称为柱面波，波阵面为球面就称为球面波。
波阵面的传播方向就是波的传播方向。
波阵面的移动速度（亦称扰动在介质中的传播速度）称为波速。
由于扰动而引起介质质点运动的速度称为质点速度。
2.4.2 声波声波是由于气体受到扰动之后产生的。
气体被扰动之后，破坏了其原有的平衡状态，就会逐步使扰动源周围的气体也受到扰动。
换言之，即以纵波的形式向四周传播出去。
如果扰动前后介质的状态参数变化量与原来的状态参数值相比很小，此时的扰动就称为弱扰动（微幅扰动）。
声波就是在可压缩介质中传播的弱扰动纵波。
其传播的速度称之为声速，通常用C 表示。
如果介质不同，那么，在其中传播的声速也不同。
声波在传播时，介质状态参数的变化是微小的、逐渐的和连续的。
声速决定于介质的初始状态（压力、密度、温度），而与扰动的变化量即幅值无关，因此，波的轮廓形状在波的传播过程中不发生改变。
在声波的传播过程中，因为波的传播速度极快，质点来不及和周围介质进行热交换，可以认为声波扰动的传播过程是绝热的。
又因为声扰动变化是微小的，内摩擦力是极为微小的数值（可以忽略），因此这个过程是可逆的。
爆破工程技术人员培训笔记 (1)
爆破工程技术人员培训考核笔记（考试内容）二、炸药与爆炸基本理论（1）爆炸及其分类，炸药化学变化的基本形式爆炸：爆炸是某一物质系统在有限空间和极短时间内，大量能量迅速释放或急剧转化的物理、化学过程。
在这种变化过程中通常伴随有强烈放热、发光和声响等效应。
爆炸的分类：通常可以将爆炸现象归纳为三大类：物理爆炸、化学爆炸、核爆炸，炸药的爆炸属于化学爆炸。
爆炸作业的定义：爆破作业时利用炸药的爆炸能量对介质做功，以达到预定工程目标的作业。
炸药爆炸的三要素：炸药爆炸包含三要素，即释放大量的热、变化过程必须是快速的、生成大量的气体产物。
这是炸药爆炸的基本条件，也是炸药爆炸不同于一般化学反应的3个重要特征。
炸药的基本形式：按照炸药化学变化过程的传播性质和速度的不同，可将炸药化学变化的基本形式分为四种：热分解、燃烧、爆炸、爆轰。
爆轰的定义：炸药以最大而稳定的爆速进行传爆的过程叫做爆轰。
炸药化学变化的4种基本形式间的关系：在一定的外界条件下热分解、燃烧、爆炸和爆轰可以互相转化。
炸药的热分解在一定条件下可以转变为燃烧。
而炸药的燃烧随温度和压力的增加又可能发展转变为爆炸，直至过渡到稳定的爆轰。
（2）炸药起爆的基本理论、起爆能和炸药感度，影响炸药感度的因素炸药的机械能起爆理论——热点理论（灼热核理论）当炸药受到撞击、摩擦等机械能的作用时，并非受作用的各个部分都被加热到相同温度，而只是其中的某一部分或几个极小的部分。
例如，个别晶体的棱角处或微小气泡处，首先被加热到炸药的爆发温度，促使局部炸药首先起爆，然后迅速传播至全部。
这种温度很高的微小区域，通常被称为热点（灼热核）。
形成热点的原因1）绝热压缩炸药内所含的微小气泡，形成热点；2）炸药受机械作用，颗粒间产生摩擦，形成热点；3）液态炸药（塑性炸药或低熔点炸药）具有高速黏性流动，也可形成热点。
热点起爆必须满足的条件：1）热点的尺寸应尽可能的细小，直径一般为10-5~10-3cm。
2）热点的温度应为300-600℃3）热点的作用时间在10-7s以上。
爆轰物理
《爆轰物理》教学大纲课程类别：技术基础教育课程课程名称：爆轰物理开课单位：环境与安全工程系课程编号：2080302总学时：48学时学分： 3适用专业：特种能源工程与烟火技术专业先修课程：炸药理论、流体力学等一、课程在教学计划中的地位和作用《爆轰物理》属于特种能源工程与烟火技术专业重要的技术基础教育课程之一。
炸药作为一种能源，具有许多独特的优点。
无论在军事上还是在国民经济的许多领域中，炸药均得到广泛的使用。
通过对该课程的学习可以使学生了解炸药的爆炸、炸药的起爆机理、炸药中的爆轰传播以及对周围介质做功的能力。
同时炸药爆炸现象的发生，爆轰的传播规律以及爆炸效应等有关内容，是本专业学生必备的基础知识。
二、课程内容、基本要求绪论1.概述2.热力学基本知识本章主要了解爆炸现象及性质并掌握热力学的基础知识。
为后述章节打下基础。
第一章炸药的爆炸1.概述2.炸药爆炸的特征3.炸药的组成与爆炸分解4.炸药的爆炸变化与炸药的分类5.炸药的主要特性数6.炸药爆炸对介质的作用本章主要了解炸药爆炸的特征、对介质的作用，掌握爆热、爆温和爆容等特性数的计算与测定。
第二章炸药的起爆机理1.概述2.炸药的热起爆理论3.炸药的机械作用起爆机理4.炸药的冲击波起爆5.炸药对静电放电的感度本章主要要求学生了解炸药的起爆过程以及起爆能具有的各种形式，重点掌握热起爆和机械作用起爆理论。
第三章冲击波基本理论1.概述2.一维非定常等熵流动3.正冲击波基本关系式4.冲击波雨贡纽曲线及冲击波的性质5.运动冲击波的正反射6.运动冲击波的斜反射7.冲击波的声学近似本章要理解特征线的概念及冲击波雨贡纽曲线的含义，区别运动冲击波的正反射与斜反射，熟练掌握冲击波参数的计算方法。
第四章爆轰波的流体力学理论1.概述2.爆轰波的基本关系式3.多方气体中的爆轰4.爆轰波的定常结构----ZND模型本章主要重点了解爆轰过程中炸药的化学反应和反应产物质点的运动过程以及一个复杂的爆轰过程可以用比较简单的冲击波流体力学理论而进行研究的方法，掌握根据C-J理论建立爆轰波的基本关系式，根据ZND模型研究爆轰过程的规律。
爆轰波爆燃波的经典理论概要
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4.1.1 爆轰波的基本关系式
CJ理论将爆轰波视为带有化学反应的冲击波， 其波阵面上仍满足质量、动量和能量守恒。
设爆轰波传播速度为D，把坐标系建立在波阵
面上，则原始爆炸物以D-u0的速度流入波阵面， 而以D-uj的速度从波阵面流出，如图4－1所示， 其中下标j代表波阵面后的参数。
6
4.1 爆轰波的CJ理论
7
4.1 爆轰波的CJ理论
19世纪末研究发现，爆炸物的爆炸过程是爆轰波 沿爆炸物的传播过程，并且发现爆轰一旦被激发， 其传播速度很快趋向该爆炸物所具有的特定数值， 即所谓理想特性爆速。在通常情况下，爆轰波以 该特征速度稳定传播下去。 在揭示爆轰波稳定传播的理论探索中， Chapman和Jouguet各自独立地提出了爆轰流 体动力学理论，提出并论证了爆轰波稳定传播的 条件及其表达式。此理论简称为爆轰波的C-J理 论。
其中 Q j Qe 就是爆轰反应放出的化学能称 为爆热。
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4.1.1 爆轰波的基本关系式
由于爆轰产物中化学能Qj为零，因此：
U j U 0 e j e0 Qe
按照能量守恒定律，单位时间、单位面积上从波阵
面前流入的能量等于从波阵面后流出的能量，即
1 0 D u 0 U 0 P0 D u 0 0 D u 0 D u 0 2 2
1 e j e0 p j p 0 v0 v j Qe 2
……(8)
这就是爆轰波的 Hugoniot 方程，也称放热的 Hugoniot方程。
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4.1.1 爆轰波的基本关系式
如果已知爆轰产物的状态方程：
3-爆轰波的流体力学理论2
3.8 聚能效应3.8.1 聚能效应的基本现象20世纪50年代以来，各国学者都在探求爆炸产物的有效利用问题。
与前面介绍的爆炸作用不同，聚能效应是通过利用特殊形状的装药来达到提高其局部爆炸破坏作用的目的。
随着测试手段的科学化和现代化，瞬时高压作功的物理过程能够得以揭示，炸药爆炸的聚能效应也就逐渐得到了广泛的应用。
目前，聚能装药在战时被广泛应用于各种穿甲、破甲雷弹及战时破坏作业（如大型桥梁、建筑物的破坏）；在平时用于快速切割金属（如打捞沉船等）、在硬土或冻土中快速穿孔、破碎孤石（悬石和危石）、在抢险救灾中快速清除障碍物（陆上或水中障碍物，如楼房、桥梁、树木等）、利用线性聚能装药拆除大型钢结构建筑物、桥梁以及切割贵重石材等。
根据爆轰产物沿其外法线方向散射这一基本规律，在装药底部或一侧予留空穴（如锥形、半球形、线形、抛物形、双曲线形等），或再加药型罩并取适当炸高（从聚能药包的底面（即药型罩底面）到穿孔目的物间的距离），爆炸时，由于空穴的存在，从而产生冲击、高压、碰撞、高密度、高速运动的气体流或金属流（带金属罩时），就可使爆炸能量沿轴线方向向外射出较高能量密度的聚能流，并集中到一定方向上发挥作用。
这种利用装药一端（侧）的空穴使爆轰产物聚集、增加能量密度、以提高局部破坏作用的现象称为聚能现象，其效应称为聚能效应或空心效应，又称诺尔曼效应。
能形成聚能流的装药称为聚能装药，其装置为聚能装置。
聚能效应是外部装药爆炸直接作用的一种特殊情况（非接触爆破），其作用在于使爆炸能在一定的方向集中起来，从而使爆炸的局部破坏效应增强。
其主要特点是：装药底部（或一侧）有空穴；装药底面（或一侧）与目标间有一最有利距离；破甲能力很强。
有空穴是其基本特点，也是形成聚能效应的基本条件。
聚能装药爆炸后，具有高温、高压的爆轰产物沿装药表面法线方向迅速散射时，在空穴影响下，必然在空穴前方汇集于一点（线性装药汇集成一线），此点（线）处的爆轰产物密度可增大数倍，速度可达每秒万米以上，温度可达数千摄氏度，压力可达几十兆帕。
爆轰波PPT课件
冲击波＋化学反应区＝爆轰波 “爆速”(detonation velocity)定义： 爆轰波沿炸药装药传播的速度------爆速。
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C-J理论
从λ=0到λ=1是瞬间完成的，期间没有时间间隔。用e(λ) 表示单位质量(或mol)的化学反应能，则e(λ)可写为：
e()(1)Q
比内能e可表示为: e e (P ,V ,) e (P ,V ) e ()
Q：炸药爆轰热(爆轰化学反应放出的热量),
e 1 (P 1 ,V 1 , 1 ) e (P 1 ,V 1 ),e 0 (P 0 ,V 0 , 0 ) e (P 0 ,V 0 ) Q
②在Ⅱ区， PP0 0 ， VV0 0 ， 对应于爆轰过程。
Ⅱ区， 爆轰
③在Ⅳ区，PP0 0 ，VV0 0 ， 对应于爆燃过程。
І区， 无物理 意义
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A(P0,V0)
Ш区，无物理 意义
பைடு நூலகம்
Ⅳ区，爆燃
V
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对爆轰波， PP0 0 ，由（2）可知：D u0 与 u1 u0 同号，
说明爆轰波通过后，介质质点在爆轰波方向受到加速，如果
u0 0 ，则介质质点运动速度u1与D同向。
C、爆轰波绝热曲线——Hugoniot曲线（由3个守恒方程得到的 P－V关系在P－V平面上的几何表示）
（4）式在P－V平面上的曲线为双曲线：
e1
P1V 1 1
, e0 P0V01（爆轰前后均为理想气体，且 不变）
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3.8 聚能效应3.8.1 聚能效应的基本现象20世纪50年代以来，各国学者都在探求爆炸产物的有效利用问题。
与前面介绍的爆炸作用不同，聚能效应是通过利用特殊形状的装药来达到提高其局部爆炸破坏作用的目的。
随着测试手段的科学化和现代化，瞬时高压作功的物理过程能够得以揭示，炸药爆炸的聚能效应也就逐渐得到了广泛的应用。
目前，聚能装药在战时被广泛应用于各种穿甲、破甲雷弹及战时破坏作业（如大型桥梁、建筑物的破坏）；在平时用于快速切割金属（如打捞沉船等）、在硬土或冻土中快速穿孔、破碎孤石（悬石和危石）、在抢险救灾中快速清除障碍物（陆上或水中障碍物，如楼房、桥梁、树木等）、利用线性聚能装药拆除大型钢结构建筑物、桥梁以及切割贵重石材等。
根据爆轰产物沿其外法线方向散射这一基本规律，在装药底部或一侧予留空穴（如锥形、半球形、线形、抛物形、双曲线形等），或再加药型罩并取适当炸高（从聚能药包的底面（即药型罩底面）到穿孔目的物间的距离），爆炸时，由于空穴的存在，从而产生冲击、高压、碰撞、高密度、高速运动的气体流或金属流（带金属罩时），就可使爆炸能量沿轴线方向向外射出较高能量密度的聚能流，并集中到一定方向上发挥作用。
这种利用装药一端（侧）的空穴使爆轰产物聚集、增加能量密度、以提高局部破坏作用的现象称为聚能现象，其效应称为聚能效应或空心效应，又称诺尔曼效应。
能形成聚能流的装药称为聚能装药，其装置为聚能装置。
聚能效应是外部装药爆炸直接作用的一种特殊情况（非接触爆破），其作用在于使爆炸能在一定的方向集中起来，从而使爆炸的局部破坏效应增强。
其主要特点是：装药底部（或一侧）有空穴；装药底面（或一侧）与目标间有一最有利距离；破甲能力很强。
有空穴是其基本特点，也是形成聚能效应的基本条件。
聚能装药爆炸后，具有高温、高压的爆轰产物沿装药表面法线方向迅速散射时，在空穴影响下，必然在空穴前方汇集于一点（线性装药汇集成一线），此点（线）处的爆轰产物密度可增大数倍，速度可达每秒万米以上，温度可达数千摄氏度，压力可达几十兆帕。
若空穴外壳采用金属药型罩，则会形成密度更大、压力更高的射流。
在这种高温高压高速射流作用下，目标可视作流体，对目标具有很大的穿透能力，达到穿孔或切割的目的。
不同的装药形式具有不同的破坏效果。
对于普通无空穴的园柱体装药，爆炸后爆轰产物近似沿装药表面法线方向散射，其速度一般为每秒数千、压力数量级一般为1×104MPa；当装药一端制成锥形空穴起爆后，爆轰产物质点以一定速度沿近似垂直于锥形空穴表面的方向向药柱轴线汇聚，使能量集中，此处聚能流速度高达每秒万米以上，密度比普通装药大4~5倍，高压的爆轰产物在沿轴线汇聚时，形成更高的压力区，比普通装药高10余倍，这种高压迫使爆轰产物向周围低压区膨胀，使能量分散。
由于上述两个因素的综合作用，气流不能无限地集中，而在离药柱端面某一距离处达到最大的集中，以后又迅速飞散开了。
也就是气流在聚能过程中，动能（约占总能量的1/4）是能够集中的，而位能（约占3/4）不但不能集中，反而起飞散作用。
如果设法把能量尽可能转化成动能形式，就能进一步提高能量的集中程度。
提高的方法是在空穴内表面嵌装一个形状相同的药型罩。
这种装药形式的爆轰产物在推动罩壁向轴线运动过程中，将能量传递给金属罩。
由于金属罩的可压缩性很小，因此内能增加很少，能量的极大部分表现为动能形式，这样就可避免由于高压膨胀引起的能量分散而使能量更加集中，形成一束速度和动能比气体射流更高的金属射流。
研究表明，由于金属流速度高，直径小，金属呈热塑状态，密度远比爆轰产物高，因此,有药型罩的聚能效应必然比无药型罩的聚能效应明显增加，从穿透深度上看可增加15~20倍。
例如，用同等药量的不同装药形式对中碳钢靶板进行爆炸破坏深度试验（图3-23），从表3-4的试验结果可以看出，不同形状的药柱引爆后，其穿透钢板的作用效果是不同的。
表3-4 黑梯50/50的药柱对靶板的破坏深度3.8.2 聚能装药的类型常见的聚能装药主要分为四种类型（如图3-24所示）,即轴对称轴向聚能装药、轴对称侧向聚能装药、轴对称径向聚能装药和面对称聚能装药。
（1）轴对称轴向聚能装药 该类型聚能装药主要用于隧道掘进、大块岩石破碎、排除哑炮、清除水下块石和构筑物、处理溜井卡塞和采场悬石及平炉出钢口堵塞的处理等。
轴对称轴向聚能装药有多种空穴形状，如小锥角形、大锥角形、半球形、抛物线形、双曲线形、圆弧形（主要用于军事工业）等。
对于作用钢板和坚硬岩石的聚能装药，很多资料认为锥形金属罩比较好，因为它的速度大，对穿孔有利。
（2）轴对称侧向聚能装药该类型聚能装药主要用于石材开采，光面、预裂爆破（即隧道周边眼爆破），定向断裂控制爆破，露天浅孔边坡爆破，矫正石油钻孔弯斜等。
dc b a 124563dcba主要类型有：轴对称侧向双面聚能切割装药、条形双侧向聚能装药、圆柱形双侧向聚能装药、侧向聚能复合型装药等。
（3）轴对称径向聚能装药该类型聚能装药主要用于石油工业压裂、震松岩石、破坏孔壁、切断直径1m 以上岩心柱，处理孔内卡、埋钻事故，震松套管柱或炸断套管柱，以及切割混凝土柱等。
主要类型有：径向内圆聚能装药（切割器）、径向外圆聚能装药、径向聚能切割装药、射孔－压裂复合装药、径向聚能复合装药等。
（4）面对称聚能装药该类型聚能装药主要用于金属的聚能切割方面，如打捞沉船、切割废旧钢铁制品、拆除爆破切割钢梁、深井内切割井管等。
主要类型有：线型切割装药、面对称切割装药和线型弹丸装药等。
目前这三种切割装药中以线型聚能切割装药应用最广，也最容易掌握。
3.8.3 聚能效应的基本原理 3.8.3.1 轴对称轴向聚能效应在普通药柱的一端沿轴向开一个凹槽，该凹槽即为轴对称轴向聚能穴，其原理如图3-25所示。
当装药爆炸时产生的柱状爆轰产物到达聚能槽（穴）内两翼面时，爆轰产物将改变原来的运动方向，爆轰波阵面后的爆轰产物表层某一分子m 受两种力作用：第一种力是爆生气体的膨胀力，它垂直于翼面，使分子m 垂直翼面以速度v 运动；第二种力为后面分子的推挤力，它垂至于波阵面，使分子m 以速度μ运动。
因此，爆轰产物的表层分子m 运动速度为两个速度的向量和，即：→→→+=μνV （3-47）所以，爆炸产物的最大作用方向，即速度V 的方向，它偏离翼面法线一个很小的角度γ,一般οο10~7=γ，由于无数个射流微元按οο10~7的角度互相聚合，结果形成射流，如图3-26（d ）、（e ）所示。
这个角γ称为射流聚合角，或称为爆炸能辐射角之半。
射流微元在距凹槽底部一定距离处发生最大聚合点，此点称为聚能射流的焦点。
焦点距凹槽底部的距离称为焦距。
当障碍物距凹槽底部的距离超过焦距后，由于爆炸产物的侧向飞散，射流的能量密度降低，聚能效应将迅速衰减，甚至消失。
因此，在焦点附近聚能效应最显著，破坏力最大。
其焦距可按下式计算：)}cos(/]sin )cos({[sin tan γαγγααβ+++=b R （3-47）式中，b －聚能槽翼宽；α－聚能槽顶角之半； β－压跨角。
总之，由于爆炸产物以速度V 在凹槽内的对称方向互相碰撞聚合，爆炸产物流比朝其它方向飞散的爆炸产物具有更高的速度和密度，形成一个具有一定厚度，能量密度极高的能流面。
图3-25 聚能射流原理图3.8.3.2 轴对称侧向聚能装药轴对称金属罩聚能穴在炸药爆炸时，爆轰产物在几乎垂直于聚能穴表面的方向飞出并与融化后的聚能罩一起形成穿透力很强的高速金属聚能流。
聚能流在交点处获得最小的剖面和最大的能流密度与速度，金属聚能流的能量密度比爆轰波的能量密度高一个数量级。
根据这一原理，可设计侧向聚能竖向切割器，把轴向聚能变为侧向聚能，把聚焦点变为聚焦竖向（或横向）直线，且聚焦直线最好能位于待爆物壁内。
轴对称侧向聚能装药爆炸作用过程的原理如图3-27所示。
聚能药包起爆后，爆轰波与金属聚能罩作用，形成两股“刀型”金属射流，金属射流“刃部”速度可达数千米，与介质（炮孔壁）碰撞，在介质内形成一定深度的切割裂缝，爆炸应力波和爆生气体准静态压力进一步扩展聚能切割裂缝。
3.8.3.3轴对称径向聚能装药根据轴对称金属罩聚能穴的爆炸作用原理，可以设计径向聚能平面切割器，把轴向聚能变为径向聚能，把聚焦点变为聚焦圆环线，且聚焦圆环最好能位于待爆物内壁。
3.8.4.4面对称线型聚能装药a －引爆前；b －产生射流；c －射流切割与动压作用；d －裂缝扩展与止裂图3-27 轴对称侧向聚能装药爆炸作用的原理(a)(b) ρb(c) (d) ρ（a ） （b ） （c ） （d ） （a ） （b ） （c ） （d ） （e ）图3-26 聚能装药示意图a ―起爆前的药柱；b 、c 、d －射流形成过程；e －射流形成过程放大1—雷管；2—起爆药柱；3—装药；4—聚能罩；5—崩落圈；6—杵体；7—聚能射流；8—焦点1 2378是400KV脉冲X光机，从平行和垂直于对称平面两个方向上拍摄得到的线型聚能装药射流照片示意图。
3.8.4影响聚能效应的因素工程爆破采用聚能装药，主要是利用它的强大聚能射流来破碎和切割岩石、混凝土和金属这样一类的硬材质，或者在其中进行穿凿炮孔。
为了提高爆破效果，要求聚能装药应具有足够的聚能效应，而影响聚能效应的因素很多，在制作和使用聚能装药时，必须对这些因素有所了解。
（1）炸药性能：炸药是聚能爆破的能源，因此炸药的性能是影响聚能效应的根本因素。
为了提高装药的聚能效应，必需选用爆速较高、猛度较大的炸药。
炸药选定后，还应尽量提高装药的密度。
（2）装药尺寸及形状：装药的高度一般取H = h + r （h为药型罩高；r为药柱半径或宽度）；其形状一般做成柱形（穿孔、破碎用）或直列形（切割用）。
为减少装药量，装药断面两肩通常削去一部分（见图3-30）。
（3）药型罩：①药型罩材料：从穿透能力角度考虑应选择密度大的材料，如美国在海湾战争和科索沃战争中使用的贫铀弹之所以穿透能力极大（1997年美国部署的B61-11钻地核弹可钻于地下15.24m），就是因为用贫铀（U-238，密度可达18.7g/cm3）合金制成的聚能罩具有高密度、高强度的特点。
工程爆破中使用的药型罩可以是金属（生铁、紫铜、钢、铝等），也可以是非金属（玻璃钢、陶瓷等），但其侵彻能力没有金属的大。
图3-30 聚能装药结构示意图h k—炸高； —聚能槽（穴）顶角之半② 药型罩形状：选取药型罩形状时，应考虑它的聚能效果要好、形状简单和加工方便。
根据试验结果来看，药型罩的形状可以是多种多样的：有轴对称型（图3-31a ），如圆锥形、半球形、半椭球形、抛物线形、双曲线形和嗽叭形等；面对称型（楔形罩，图3-31b ），这类罩有直线形和环状线形，前者炸药爆炸时能产生一长条形聚能射流，多用于切割金属板材，后者能产生一圆环形聚能射流，多用于切断金属管材；中心对称型（图3-31c ），这种球形聚能装药，中心有球形空腔和球形罩，球形罩外表敷装炸药，若让它同时起爆，在空腔中心点可获得极大的能量集中。