TNT炸药爆炸冲击波的数值模拟与实验研究
炸药冲击波激励气体辐射的数值模拟.
文章编号:1008-2956(2002 02-0017-05炸药冲击波激励气体辐射的数值模拟丁玉奎1, 王海丹2, 高敏1(11军械工程学院弹药工程系, 河北石家庄050003(21石家庄幼儿师范学校理科组, 河北石家庄050001摘要:建立了炸药冲击波激励气体辐射的物理模型和数学模型。
用MMIC -2D 算。
分析了冲击波作用下气体的流动特性, 。
关键词:冲击波; 气体; 辐射; 数值模拟; 模型中图分类号:TJ41011文献标识码:, , 从描述物质运动规律的偏微分方程, 由于爆炸过程非常短暂且复杂, 现有的测试手段有限, 很难把。
而随着计算机科学的飞速发展, 采用计算机数值计算和数值模拟已经能够得到接近于实际的全流场的形象显示。
所以, 数值模拟在爆炸力学领域得到越来越广泛的应用。
常用的数值计算方法有Euler 方法、Lagrange 方法和Euler -Lagrange 混合方法三大类。
本文用以Euler 方法为基础的MM IC —2D 软件对实验装置进行二维轴对称数值模拟, 以揭示炸药的作用原理, 讨论流体流动特性, 描述工作气体参数的空间分布及随时间的变化规律。
1物理模型目前, 在数值模拟计算程序中的物理模型都是用炸药柱激励气体, 研究有关的特性, 这种物理模型与本文中的炸药柱形状有很大的区别, 尚无法直接用现有的程序进行计算。
本文在数值计算中建立了简化物理模型, 见图1所示。
用MM IC -2D 软件进行数值模拟计算。
对物理模型采用炸药左端面起爆进行数值模拟和分析。
炸药爆炸后, 将能量依照炸药几何形状向右传递。
炸药的爆轰过程是一个具有强间断的过程, 采用流体力学的计算程序来模拟爆轰波的传播过程, 为了计算格式的同一性, 一般仍采用使间断解光滑化的办法来处理。
在引进人工粘性使间断面光滑成一个过渡区的同时, 也引进了一个从0～1变化的人为燃烧函数, 使得炸药化学反应释放的能量按一定的规律逐步释放。
空间爆炸冲击波的数值模拟
空间爆炸冲击波的数值模拟一：无限空间爆炸如图所示，半径为7.0cm的圆柱形TNT装药，质量为5.018Kg从炸药中心单点起爆后在无限空间中传播。
试分析起爆后冲击波的传播及压力分布特性。
二：建模分析1材料模型及参数设置本数值模拟采用的基本材料为TNT炸药，空气。
在无限空气领域中传播。
1）空气空气简化为无粘性理想气体，冲击波的膨胀假设为等熵绝热过程以LS_DYNA中的*MAT_NULL材料模型和线性多项式状态方程*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL方程来描述。
*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL方程具体表达式为：式中C0、C1、C2、C3、C4、C5、C6是与气体性质有关的常数，C0 = C1 = C2 = C3 = C4 = C6 = 0, ;，、e0及分别为气体的初始密度、密度、初始单位体积内能和绝热指数。
空气材料的模型参数取值：=1.292910-3g/cm3, e0=2.5×105Pa,=1.4。
表 1 空气状态方程参数变量EOSID C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6数值 1 -1.0E-6 0.0 0.0 0.0 0.4 0.4 0.02) 炸药以LS_DYNA 中的*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN材料模型和*EOS_JWL方程模拟TNT炸药。
*EOS_JWL方程的表达式为：式中，P为压力，V为相对体积，即爆轰产物体积与炸药初始体积之比；E0为炸药的初始比内能，即单位体积内能。
A、B R1、和R2是与炸药性质有关的常数。
炸药模型的各参数取值：密度g/cm3, 爆速D=0.693cm/, 压力PCJ=0.27105MPa，A=3.74105MPa, B=0.0733105MPa,R1=4.15,R2=0.95,=0.3,0=0.07105MPa。
如下表：表2 炸药材料参数变量MID RO D PCJ BETA K G SIGY 数值 1.O 1.63 0.693 0.27 0.0 0.0 0.0 0.0表3 JWL方程参数变量EOSID A B R1 R2 OMEG E0 V数值 1 3.74 0.073 4.15 0.95 0.3 0.07 1.0由于LS_DYNA在爆炸分析中用的基本单位为-ｇ-的单位系统，故表1-3中各参数取值由m-㎏-s单位换算得到。
TNT内爆准静态压力实验和数值模拟研究
１９６
兵器装备工程学报
ｈｔｔｐ：／／ｓｃｂｇ．］研究了四种炸药爆炸准静态压力与质量 ／空间体积之间
的关系。Ａｎｄｅｒｓｏｎ等［４］基于文献中的实验数据，利用相似理
论拟合得到了容器内爆炸准静态压力无量纲峰值的经验公
式。王等旺等［５］对爆炸容器内准静态压力进行了实验研究，
第 ４０卷 第 ５期
兵器装备工程学报
２０１９年 ５月
【化学工程与材料科学】
ｄｏｉ：１０．１１８０９／ｂｑｚｂｇｃｘｂ２０１９．０５．０４１
ＴＮＴ内爆准静态压力实验和数值模拟研究
张明明，张连生，王 鑫
（北京理工大学 爆炸科学与技术国家重点实验室，北京 １０００８１）
摘要：通过自主设计的密闭爆炸容器，开展了 ＴＮＴ内爆实验，用指数衰减模型对压力载荷进行分析，并与数值模拟结
（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＥｘｐｌｏｓｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｑｕａｓｉｓｔａｔｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎｅｘｐｌｏｓｉｏｎｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔｖｅｓｓｅｌ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｈｒｏｕｇｈａ ｓｅｌｆｄｅｓｉｇｎｅｄｅｘｐｌｏｓｉｏｎｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔｖｅｓｓｅｌ．Ｔｈｅｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌｄｅｃａｙｍｏｄｅｌｗａｓｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅ ｌｏａｄ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｏｓｅｏｆｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｓｔｈａｔｑｕａｓｉｓｔａｔｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌｄｅｃａｙｍｏｄｅｌａｇｒｅｅｗｅｌｌｗｉｔｈｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅｒａｔｉｏｏｆ ｃｈａｒｇｅｍａｓｓａｎｄｖｏｌｕｍｅ（ｍ／Ｖ）ｉｓｔｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｑｕａｓｉｓｔａｔｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅ，ａｎｄｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆ ｑｕａｓｉｓｔａｔｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｖａｒｉｅｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍ／Ｖ ｒａｎｇｅｓ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔｅ，ｔｈｅ ｅｍｐｉｒｉｃａｌｆｏｒｍｕｌａｏｆｔｈｅｑｕａｓｉｓｔａｔｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｓｆｉｔｔｅｄ，ｗｈｉｃｈｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆ ｑｕａｓｉｓｔａｔｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｔｈｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓｐｏｗｅｒ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＴＮＴ；ｑｕａｓｉｓｔａｔｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌｄｅｃａｙｍｏｄｅｌ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｃｈａｒｇｅｍａｓｓ／ｓｐａｃｅ ｖｏｌｕｍｅ
近地面TNT爆炸的试验研究和数值模拟
１ 近地面 Ｔ ＮＴ爆 炸试 验
１ １ 试 验方 案 ．
２１ ０ ０年 ７月 ， 我们 在北 京 某 试验 场 进行 了野 外
的 Ｔ Ｔ爆炸 试 验 ， 用 冲击波 测 量 系统进 行 冲击 波 Ｎ 采
刘 郑 飞 伟 毅 ， 秦
，
（． １ 防化研究 院 １４ ０ ４信箱 ２ ２号 ， ０ 北京 １２ ０ ； ０ ２ ５ ２ 北京工业 大学 机 械工程与应用 电子技术学院 ， 北京 １０ ２ ） ０ １４
摘 要 ： 为 了研 究近地 面化 学爆炸 的冲击波传播 特性 ， 在试验场进行 了不 同当量的 Ｔ Ｔ近 地面爆炸 试验 ， Ｎ
２． ｌ ｇ ｆＭｅ ｈａ ｉ ａ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ａ ｐ ｉｄ Ｅｌ ｃｒ ｎ ｃ ｃ ｎ ｌｇ Ｃｏ ｌ ｅ ｏ ｃ ｎ ｃ ｌＥｎ ｉ ｅ ｒｎ ｎｄ Ａｐ ｌｅ ｅ ｔｏ ｉｓ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ， ｅ
Ｂ ｉｎ ｎｖｒｉ ｆ ｅｈ ｏｏ ， ｅ ｉｇ１０ ２ ， ｈｎ ） ｅ ｉｇＵ ｉ ｓｙｏ ｃ ｎ ｌ Ｂ ｉｎ ０ １４ Ｃ ｉ ｊ ｅ ｔ Ｔ ｙ ｇ ｊ ａ
中 图 分 类 号 ： ０ ８ ３３ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ： １０ ４ ７ ２ １ ） １— ０ ５— ５ ０ １— ８Ｘ（０２ ０ ０ ０ ０
Ｅｘ ｅ ｉ ｅ ｔ ｌａ ｄ Ｎｕ ｅ ｉａ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｐ ｒｍ ｎ ａ ｎ ｍ ｒ ｃ ｌＳ ｍ ｌ ｔｏ ｆ
爆 炸 ， 究 者 常 用 Ｂｏ ｅ Ｊｓｆ ｎｙｈ等 给 出 的经 研 ｒｄ 、ｏｅ ｒｃ Ｈｅ
验 公式 来计 算爆 炸 冲击 波 的 峰值 超 压 等 参 数 ， 是 但 各 经验 公式 对 于爆 炸近场 的计 算偏 差 较大 ， 引 并且 都基 于 点爆 炸 的相 似 率 ， 因此 各 经 验公 式 多 适 用 于 球状 装 药 的一定 距离 上 的 自由场 冲击 波 的计 算 。采
爆炸容器内部爆炸的数值模拟和实验研究
t
n+ 2
= t + 2Δt n
n
式中 , c 为当地声速 ;μ为系数 , 取 0 . 95 . 按照上述格 式 , 依次沿 r 和 z 方向计算一次 , 再由式 ( 2 ) 得到 n+1 W ij ; 然后依次沿 z 和 r 方向计算一次 , 再由式 ( 3 )
n+2 得到 W ij , 如此完成一个时间层计算 . 反复进行 , 直 至指定时刻停止计算 . 1. 3 初始条件和边界条件 爆炸容器内部流场以某一马赫数划分为近场和
Numerical and Experimental Study on Internal Blast in Explosion Chamber
RAO Guo2ning , HU Yi2ting , C H EN Wang2hua , P EN G J in2hua
( School of Chemical Engineering , NU ST , Nanjing 210094 , China)
弹
道
学
报
J o urnal of Ballistics
Vol. 20 No . 1 March 2008
爆炸容器内部爆炸的数值模拟和实验研究
饶国宁 ,胡毅亭 ,陈网桦 ,彭金华
( 南京理工大学 化工学院 ,南京 210094)
摘要 : 运用二阶精度 TVD 差分格式对平板封头型爆炸容器 ( 长径比为 1∶ 1) 在内部爆炸载荷作用下的爆炸流场进行 了数值模拟 ,得到内部流场的规律 . 数值模拟表明 ,在筒体和封头的结合处会形成三波汇聚的现象 ,压力急剧增加 , 正压作用时间变长 . 实验研究爆炸容器内壁面在不同药量 TN T 作用下的爆炸载荷大小 ,拟合得到超压 TN T 基准 方程 ,探讨了在爆炸容器内实现对含铝炸药威力评价的方法 . 含铝炸药 RDX/ Al 在比例距离 1. 77 处的超压 TN T 当量平均值为 1. 22. 关键词 : 爆炸容器 ; 威力评价 ; 超压基准方程 ; 含铝炸药 ; TVD 格式 中图分类号 :O381 文献标识码 :A 文章编号 :10042499X ( 2008) 0120076204
TNT空中爆炸冲击波传播数值模拟及数值影响因素分析_姚成宝
ｃ ｃ ｃ ｃ ０ １ ２ ３ ｃ ４ ｃ ５
／ （ · ｃ Ｊ ｍ－３） Ｖ０ ６ Ｅ ０， ａ １
为数值计算的参考 值 ， 分 别 如 图 １ 和 图 ２ 所 示。 其 中， 给 出 的 参 考 值， Ｚ Ｂ Ｚ表示文 ＴＭ 表示文 献 ［ ６］ Ｋ ］ 献［ 给出的参考值 。 ７
［ １］
近年 来 ， 随着计算理论和计算机技术的快速发 展， 数值模拟方法在 空 中 爆 炸 领 域 的 应 用 已 越 来 越
［］ 广泛 。 大型通用非线性有限元 Ｌ Ｓ ＹＮＡ 软件 ８ 已 －Ｄ ］ １ ９ １ － ， 不少学 经在国防和 民 用 领 域 得 到 了 广 泛 应 用 ［
。在对空中爆炸的力学
图 ２ 正压冲量 Ｆ ｉ ． ２ Ｏ ｖ ｅ ｒ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｉ ｍ ｕ ｌ ｓ ｅ ｇ ｐ ｐ
１ 计算模型及状态方程
１． １ 空中爆炸的实测结果 空中爆炸的 研 究 至 今 已 有 １ 相 ０ ０ 多 年 的 历 史， 关的峰值超压 、 正压 冲 量 的 实 测 结 果 和 经 验 公 式 已 非常丰富 。 本文经分析 比 较 ， 采用文献［ 和［ 中 ６］ ７］
４ ０
现 代 应 用 物 理
第５卷
模拟的结 果 影 响 较 大 ， 以 致 研 究 结 果 缺 乏 可 靠 性。 但究竟状态方程参 数 变 化 、 网格密度选取及计算模 型的合理性等对数值模拟结果可靠性的影响程度如 何？对此 ， 目前还缺乏系统认识 。 针 对 上 述 问 题， 本文利用 Ｌ Ｓ ＹＮＡ 软 件 对 －Ｄ ＴＮＴ 在空气中爆 炸 形 成 的 冲 击 波 的 传 播 规 律 进 行 了数值模拟 ， 通过 调 整 Ｊ 模拟得 ＷＬ 状 态 方 程 参 数 ， 到了峰值超压和正 压 冲 量 等 冲 击 波 参 数 曲 线 ， 模拟 结果与实测结果基本一致 。 探讨了状态方程中无反 射边界条件和计算模型的网格密度对计算结果的影 、 响， 并对当量为 １ｋ １ｔ 和 １ｋ ｔ ＴＮＴ 在 空 气 中 爆 ｇ 炸形成的冲击波的 传 播 规 律 进 行 了 分 析 比 较 ， 计算 结果符合空中爆炸相似律 。
爆炸冲击波在空气中传播规律的经验公式对比及数值模拟
1000
2000
1 2 015献的冲击波超压峰值 —比例距离关系比较
由图可以看出 , 当比例距离 Z 大于 1m / kg1 /3 时 , 各个公 式预测的结果比较接近 ,其中 M ills和 W u C. & Hao H预测的 结果较其他四个公式稍微偏高 。 随着比例距离的减小 , 各个 公式给出的结果的偏差逐渐增大 ,M ills 公 式的值偏高 , 而
1 现有的冲击波参数的研究
高爆炸药在空气中爆炸时 ,形成了一团瞬间占据炸药原 有空间的高温高压气体 [ 1 ] 。这团气体猛烈地推动周围静止 的空气 ,同时产生一系列的压缩波向四周传播 , 各个压缩波 最终叠加成冲击波 。自由空气中的理想冲击波波形 ,即 P - t 曲线 , 见图 1 所示 。 由图可见 , 在冲击波到达之前 , 该处的 压力等于大气压力 Po , 冲击波在时间 Ta 到达该处后 , 压力经 过时间 T r 由大气压力突跃至最大值 。 压力最大值与 Po 的差 值 , 通常称为入射超压峰值 P so 。 波阵面通过后压力即迅速下 降 , 经过时间 Td 压力经指数衰减到大气压力并继续下降 , 直 至出现负超压峰值 , 在一定时间内又逐渐地回升到大气压 力 [2 ] 。
[2 ]
111 冲击波超压峰值 B rode ( 1955 年 ) 建 议 高 爆 炸 药 爆 炸 冲 击 波 峰 值 超 压
(M Pa) 的表达式为 [ 2 ], [ 3 ] :
0167
P so = Z
3
+ 011, +
P so > 1
010975
Z
011455
Z
2
+
01585
P so = Z + Z
空气中TNT爆炸的数值模拟
第31 卷第4 期2014 年12 月爆破BLASTINGV o l．31 N o．4D ec．2014d o i:10．3963 /j．i ss n．1001 －487X．2014．04．009空气中TNT 爆炸的数值模拟*胡兆颖，唐德高( 解放军理工大学国防工程学院，南京210007)摘要: 为了研究T N T 炸药爆炸产生的冲击波在空气中的传播规律和预测不同比例距离的超压峰值，应用LS-DYNA有限元软件模拟了7．5 k g T N T 爆炸的冲击波传播过程，揭示其能量衰减规律。
并用2 种经验公式计算不同比例距离的冲击波超压峰值。
对数值模拟结果、经验公式结果和已有的实验数据进行对比。
结果表明: 数值模拟结果与实验数据吻合较好，误差在10% 以内，证明了计算模型和参数的合理性。
2 种经验公式，叶晓华推荐的经验公式与实验数据的误差相对较小，距爆心3．5 m处，误差仅为0．66% 。
说明叶晓华公式相比H e n r yc h 公式更为可靠。
但随着爆距的增大，误差也明显增大。
建议此公式在比例距离小于2．6 m/k g1 /3 时采用。
关键词: 爆炸冲击波; 超压峰值; 有限元; LS-DYNA; 比例距离; 经验公式中图分类号: O625 文献标识码: A 文章编号: 1001 －487X( 2014) 04 －0041 －05Numerical Simulation of TNT Explosion in AirHU Zhao-ying，TANG De-gao( E n g i n ee r i n g I n s tit u t e o f N a ti o n a l D e f e n s e，PL A U n i v o f S c i＆ T ec h N a n ji n g 210007，C h i n a)A b s t r a c t: T o s t ud y t h e o f s h oc k w ave p r o p aga ti o n b e h av i o r o f T N T ex p l o s i o n i n t h e a i r a nd t o p r e d i c t t h e ove r-p r e ss u r e p ea k i n d iff e r e n t s ca l e d i s t a n ce，t h e fi n it e e l e m e n t s o ft w a r e LS-DYNA w a s u s e d t o s i m u l a t e t h e p r o p aga ti o no f s h oc k w ave b y7．5 k g T N T ex p l o s i o n a nd t o r evea l t h e a tt e nu a ti o n l a w s o f e n e r gy s h oc k w ave．E m p i r i ca l f o r m u l aw a s a l s o u s e d t o ca l c u l a t e t h e p ea k p r e ss u r e i n d iff e r e n t s ca l e d i s t a n ce．B y co m p a r i n g t h e r e s u lt s o f nu m e r i ca l s i m u l a-ti o n a nd e m p i r i ca l f o r m u l a w it h ex p e r i m e n t a l d a t a，t h e r e s u lt s s h o w t h a t t h e s i m u l a ti o n r e s u lt s ag r ee d w e ll w it h ex p e r-i m e n t a l d a t a a nd t h e e rr o r w a s l e ss t h a n 10% ．C o m p a r e d w it h t h e ex p e r i m e n t a l d a t a，t h e f o r m u l a pu t f o r w a r d b y Y EX i ao-hu a m a d e a s m a ll e r e rr o r，w h i c h w a s o n l y0．66% 3．5 m e t e rs a w ay f r o m ex p l o s i o n ce n t e r．Ｒe s u lt s h o w s Y E X i-ao-hu a f o r m u l a m o r e r e li a b l e t h a n H e n r yc h f o r m u l a．B u t a s t h e d i s t a n ce i n c r ea s i n g，t h e e rr o r i n c r ea s e do b v i o u s l y．Th e r e f o r e，t h e f o r m u l a co u l d b e a pp li e d w h e n t h e s ca l e d i s t a n ce w a s l e ss t h a n 2．6 m/k g1 /3 ．K ey wo r d s: ex p l o s i o n s h oc k w ave;p ea k ove r p r e s s u r e;fi n it e e l e m e n t;LS-DYNA;s ca l e d i s t a n ce;e m p i r i ca lf o r m u l a近年来，由于全球范围内极端势力和分裂势力的盛行，恐怖袭击层出不穷，给人员安全和建筑物造成了重大的损害。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ｏ 引言
在对ＦＡＥ类武器进行试验与威力评价时，需首 先在同一试验场地对ＴＮＴ炸药的爆轰参数进行准确 标定‘－一幻。根据爆炸冲击波的传播与衰减机制，不同 的ＴＮＴ当量、不同的爆炸高度将会影响到不同距离 处测点的冲击波超压所测值。当相关参数都固定时， 理想爆炸高度的选取就显得尤为重要‘引。
文中运用ＡＵＴＯＤＹＮ程序，对不同ＴＮＴ当量、 不同炸高情形下的冲击波超压分布进行了数值模拟。 并与实验数据进行了比较，得出了具有一定实用价值 的结论。
表１ ＴＮＴ炸药ＪｗＬ状态方程参数
空气采用空白材料模型和理想气体状态方程， ●
ＴＮＴ炸药和空气材料参数均来自ＡＵＴＯＤＹＮ程序 的材料库。
精度，每路主力线安装两组地面压力传感器，每组８ 个测点。图２为传感器场地布置示意图，图３为实验 场布置图。
采用多通道数据采集仪进行现场测量。多通道 数据采集仪是一种将压电压力传感器转换的电荷或 者电压信号实现快速采集和记忆、由计算机处理和再 现测试信息的爆炸压力场测试仪器。该测试仪的主 要性能指标为：信号输入电压范围０～一５Ｖ；采样频 率１００ｋＨｚ～１ＭＨｚ；预制采样点数为１６ｋＢ、３２ｋＢ、 ６４ｋＢ；通道数可选；放大倍数１０～１００倍；分辨率 ８ｂｉｔ；存储容量１２８ｋＢ；具有内、外触发方式［５］。
第３０卷第３期 ２０１０年６月
弹箭与制导学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＰｒｏｊｅｃｔｉＩｅｓ，Ｒｏｃｋｅｔｓ．Ｍｉｓｓｉｌｅｓ ａｎｄ Ｇｕｉｄａｎｃｅ
Ｖ０１．３０ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ ２０１０
ＴＮＴ炸药爆炸冲击波的数值模拟与实验研究’
周保顺１”，张立恒１’２，王少龙２，高洪泉２，胡 健２
（１第二炮兵工程学院．西安 ７１００２５；２第二炮兵装备研究院．北京 １０００８５） 摘要：文中基于ＡＵＴ（）ＤＹＮ程序。建立了ＴＮＴ炸药爆炸场超压分布的仿真模型．进行了数值模拟．并与试 验数据进行了对比。结果表明：所建立的计算模型正确．方法可行．数据一致性较好．可以为不同种类爆炸装
７８．４
５９．１
４６．７
４２．１
３８．２
３４．９
１·４ｍ
４５４．４
３０７．７
１７２．１
１１０．９
７８．５
５９．３
４７．Ｏ
４２．３
３８．４
３５．１
ｌ·６ｍ
４４３．１
３０５．５
１７２．３
１１０．９
７８．８
５９．７
４７．２
４２．５
３８．６
３５．３
１·８ｍ
４３５．４
３０５．１
１７２．９
１１１．７
７９．２
５９．９
表２ ＴＮＴ爆炸场超压实验数据与数值模拟数据对比表
ｋＰａ
实验数据 经验公式 模拟数据
５ｍ ７２８ ６７８ ４６４
６ｍ ４２４ ４１８ ３１０
８ｍ ２００ ２０４ １７３
ｌＯｍ １１４ １２２ １１ｌ
１２ｍ ８５ ８３ ７８
１４ｍ ６２ ６１ ５９
１７ｍ ４４ ４３ ４２
２０ｍ ３４ ３３ ３２
运用ＡＵＴＯＤＹＮ程序，按照上面所建立的计算模型，对３０ｋｇ、６０ｋｇ、９０ｋｇ和１２０ｋ９４种质量ｏ．８ｍ、１．０ｍ、
Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．２００４．
［４］钱杏芳。张鸿端。林瑞雄．导弹飞行力学［Ｍ］．北京：北 京工业学院出版社．１９８７．
［５］祁载康．兵器科学与技术丛书·制导弹药技术［Ｍ］．北 京：北京理工大学出版社。２０００．
万方数据
TNT炸药爆炸冲击波的数值模拟与实验研究
作者：
作者单位：
３ 结果分析
２ 实验方法
实验布置如图２、图３所示。为避免实验过程中
第一：路
以ＦＡＥ爆炸装置的预估当量为依据，首先对 ＴＮＴ当量３０ｋｇ、炸高１．２ｍ的情形进行数值模拟，然 后安排相应的ＴＮＴ裸炸药静爆试验。实验所测数 据、经验公式数值以及数值模拟结果如表２所示，其 中实验数据为相同位置处实测数据的平均值。从表 ２数据可以看出，经验公式数值与实验所测数据吻合 较好，数值模拟结果与实验所测数据在距离爆源大于 ８ｍ时，其误差在１５％范围以内。距离爆源越近，爆 炸场情况越复杂，马赫反射造成的影响会更加显著，
［４］张宝平。张庆明，黄风雷．爆轰物理学［Ｍ］。北京：兵器工 业出版社．２００１．
［５］苗常青．张奇．白春华。等．ＦＡＥ装置炸高对爆炸压力场 影响的实验研究［Ｊ］．火炸药学报。２００２（３）：９一１０．
（上接第ｌＯ页）
４ 结论
攻顶弹道方案设计中，针对长时间飞行后，惯导 计算弹目距离误差较大的特点，采用了新的剩余飞行 时间ｋ算法及保护措施；为防止导引头碰框现象的 出现，制导律落角项系数根据框架角大小实现自适应 变化。经过仿真验证证明，采用攻顶弹道方案，导弹 在各个导引头捕获距离上改人末端攻顶弹道，均能准 确命中目标，末端落角超过７０。。同时在整个飞行过 程中满足最大框架角及攻角约束要求。
４ 结论
通过对数值模拟结果与实验结果的比较，说明文 中所建立的计算模型和方法是正确的，并且距离爆源 越远数值模拟与实验结果越接近。从数值模拟结果 还可以看出，ＴＮＴ药量在３０～１２０ｋｇ、炸高在Ｏ．８～ １．８ｍ的情况下，在距离爆源大于８ｍ的位置炸高对 ＴＮＴ爆炸场超压分布影响不是很明显，这一结论对
刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
周保顺， 张立恒， 王少龙， 高洪泉， 胡健， ZHOU Baoshun， ZHANG Liheng， WANG Shaolong， GAO Hongquan， HU Jian 周保顺,张立恒,ZHOU Baoshun,ZHANG Liheng(第二炮兵工程学院,西安,710025;第二炮兵装 备研究院,北京,100085)， 王少龙,高洪泉,胡健,WANG Shaolong,GAO Hongquan,HU Jian(第 二炮兵装备研究院,北京,100085)
１ 计算模型
１．１ 物理模型及算法 建立的物理模型主要包括由ＴＮＴ炸药和空气两
部分组成。其中，ＴＮＴ炸药和空气域均采用圆柱形 结构，ＴＮＴ炸药的长径比为１：１，空气域长８ｍ，半径
图１物理模型示意图
１．２材料参数和物态方程 采用高能炸药材料模型和ＪｗＬ物态方程描述
ＴＮＴ炸药的爆轰过程，ＪＷＬ物态方程的表达式为：
２４ｍ，Ｉ、Ｊ方向网格划分为２００和６００，建立二维轴对 称计算模型。炸药和空气都采用多物质Ｅｕｌｅｒ算法， ＴＮＴ炸药以填充的方式填人空气域，流体外围施加 压力流出边界条件模拟无限空气域，将模型一边设为 刚性壁面。其物理模型示意图如图１所示。ＡＵＴＯ一 ＤＹＮ采用理想流体动力学方程来描述物质运动，把 流动看作垂直于波阵面方向的层流，忽略热传导和粘 性的影响。
弹箭与制导学报 JOURNAL OF PROJECTILES, ROCKETS, MISSILES AND GUIDANCE 2010,30(3) 7次
参考文献(5条) 1.胡华权,裴明敬,许学忠,陈立强,李世维 燃料空气炸药爆炸威力评价方法研究[会议论文] 2006 2.许会林;汪家华 燃料空气炸药 1980 3.乔登江 空中爆炸冲击波(Ⅰ)基本理论 1985(04) 4.张宝平;张庆明;黄风雷 爆轰物理学 2001
５ｍ ４７６．８
６ｍ ３１５．１
８ｍ １７３．８
１０ｍ １１０．６
１２ｍ ７８．０
１４ｍ ５８．７
１６ｍ ４６．４
１７ｍ ４１．８
１８ｍ ３７．９
１９ｍ ３４．６
１．Ｏｍ
４７２．９
３１３．８
１７３．４
１１０．９
７８．１
５９．０
４６．７
４２．１
３８．２
３４．９
ｌ·２ｍ
４６４．３
３１０．４
１７２．８
１１１．０
超压测试技术难度也较大，从而造成了模拟数据和实
图２传感器场地布置示意图 图３实验场布置图 因冲击波绕射造成测量误差，选择平坦地面为静爆场 地，ＴＮＴ药柱的支架高度Ｈ为１．２ｍ。沿爆源一侧 设置互相垂直的两路地面压力传感器。为了提高测试
验数据较大的误差。利用有限元软件模拟无限空气 中爆炸时超压分布也存在类似情况阳叫］。表２中经 验公式数值是根据文献［１］中所提供的ＴＮＴ超压一对 比距离方程式（２）计算得到的。
＊收稿日期：２００９一０７一０８ 作者简介：周保顺（１９８５一）．男，山东菏泽人．硕士研究生．研究方向：战斗部技术．
万方数据
第３期
周保顺等：ＴＮＴ炸药爆炸冲击波的数值模拟与实验研究
·８９ ·
ｐ＝Ａ（１一灵知）ｅ州，ｙ＋Ｂ（１一瓦》）ｅ＿屹ｙ＋等
（１）
式中：Ａ、Ｂ、Ｒ。、Ｒｚ和∞为输人参数；昂为初始比内能。 ·ＴＮＴ炸药ＪｗＬ状态方程参数‘４３见表１。
Ａｂｓｔ髓ｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．ｔｈｅ ｓｐａｃｅ－ｔｉｍｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ＴＮＴ ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｏｖｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅ ｆｉｅｌｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｂｕｉＩｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＡＵＴ（）ＤＹＮ ｐｒｏｇｒａｍ．ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｗａｓ ｄｏｎｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ．ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｍｕＩａｔｅｄ ｒｅｓｕＩｔ ｗａｓ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎⅡｌｏｄｅＩ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｒｅ ｐｒｏｐｅｒ．ａｎｄ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅｄ ａｓ ａ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｂｒ ｆｉｅｌｄ ｔｅｓｔ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｘＤＩｏｓｉｖｅ ｄｅｖｉｃｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒ凼：ＴＮＴ；ＡＵＴ（）ＤＹＮ ｐｒｏｇｒａｍｆ ｂｕｒｓｔｉｎｇ ｈｅｉｇｈｔ；ｎｕｍｅｒｉｃａＩ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ