燃料空气炸药爆炸温度场参数实验研究.pdf

爆 破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第3 6 卷第2 期 燃料空气炸药爆炸温度场参数实验研究 解立新严峰苑宏志 南京理工大学 江苏南京，2 1 0 0 9 4 [ 摘要]运用红外热成像仪M i k r o a n s c a n 7 2 0 0 V 分别对T N T 、s E F A E 和D E F A E 爆炸火球的表面温度进行了测 量，讨论了T N T 、L S E F A E 、G S E F A E 、D E F A E 炸药的温度场的分布情况。结果表明，D E F A E 表面温度最高，高温 ≥1 0 0 0 ℃ 持续的时间也最长；D E F A E 的温度场效应要比S E F A E 、T N T 高；T N T 、L S E F A E 、G S E F A E 和D E ． F A E 在温度场接近最大温度时的火球平均直径为_ D E r E I - G S 口A E _ L 趣r 舡 砑- w t 。 [ 关键词] 燃料空气炸药爆炸火球温度场 [ 分类号] 0 3 8 9 国内外有关凝聚相炸药研究重点是冲击波的毁 伤效应，对于高能凝聚相炸药爆炸后产生的辐射作 用，一般很少关注。这主要有两方面的原因一是冲 击波的作用范围比热辐射的作用距离大得多；二是 由于凝聚相炸药反应的时间极短，其产生的热作用 没有累积效应，起不到热辐射的毁伤作用。但是燃料 空气炸药 F u e lA i rE x p l o s i v e ，F A E 的出现，使其 热辐射毁伤作用变得很有可能【l 心] ，因为燃料空气炸 药反应的时间是同量级凝聚炸药的数个数量级。 本文从F A E 温度场分析人手，通过运用红外热 成像仪观察L 系列、G 系列药剂的一次引爆型燃料 空气炸药 S E F A E 和二次引爆型燃料空气炸药 D E F A E 的温度场，测量云雾的表面温度，分析比 较了S E F A E 、D E F A E 以及T N T 的温度场效应。 1 实验条件及方法 实验现场选择在比较开阔的旷野内，战斗部放 置在距地面1 ．3 m 炸高的支架上，以弹轴投影为爆 心，在爆心的射线方向距爆源2 0 0 m 左右的位置布 置一架红外热成像仪。实验布置如图1 所示。 实验装药量分别为梯恩梯炸药 T N T 1 ．9 5 k g ，液固一次云爆药剂 L S E F A E 1 ．8 1 k g ，固体一 次云爆药剂 G s E F A E 2 ．1 6 k g ，液体二次云爆药剂 D E F A E 2 ．1 6 k g 。 M i c r o n s c a n 7 2 0 0 红外热成像系统用3 2 0 2 4 0 微热辐射计U F P A 探测器接收被测物体所辐射的 红外线能量，然后转化为电信号，运用微机、模拟信 号调理、数字信号与图像处理技术，对温度场进行数 字和图像处理，便可测出高温表面温度，其温度响应 时间为2p m 。 2 实验结果与分析 2 ．1 整个爆炸过程温度场的分布情况 将整个爆炸过程火球的表面温度和对应时间的 r ●●『、C ，IJ●■曩U ●LI ●rf I ’已知 ／专 ～ l ～， 、 l 红外热成像仪 图1 现场红外热成像布置示意图 部分数据列于表1 ，图2 是火球表面温度与时间的 关系曲线。 从表1 和图2 可以看出，4 种炸药在爆炸后火 球表面温度迅速升高，T N T 在1 0 0m s 时达到最大 1 7 1 3 ℃；L S E F A E 在7 0m s 时达到最大2 0 8 9 ℃；G S E F A E 在1 7 0m s 时达到最大2 0 76 ℃；D E F A E 爆 表l 整个爆炸过程火球表面温度和对应时间 部分数据 f ／m s 丁／℃ L S E F A EG S E F A ED E F A E 季| 一 抛娜 一 | 萋姗蚴季} 锄 一 姗姗 一 | 詈凇煳耋| 一 2 9 4 8 7； 沈一∞凹一伪娩磁一 一 1 2 2 1 1 ‘ M 一眈 一 麟m 一 姗㈣荟| 一 一 0 O 0 O 0 0 O 烈瓢代加坫“加∞∞∞ 万方数据 2 0 0 7 年4 月燃料空气炸药爆炸温度场参数实验研究解立新等 时问／m s 1 一’I ’N ’I ’；2 一L S E F ’A E ；3 一G S E F A E ；4 一D E F A E 图2 爆炸火球表面温度与时间的关系曲线 炸后在1 5 0m s 时达到最大2 1 1 5 ℃。对于整个爆炸 过程而言，同量级的4 种炸药，D E F A E 爆炸火球的 表面温度最高。T N T 爆炸火球的表面温度在高温区 ≥1 0 0 0 ℃ 持续的时间约为2 6 1m s ；L S E F A E 持 续的时间约为3 0 0m s ；G S E F A E 持续的时间约为 4 3 1m s ，D E F A E 持续的时间为5 3 0m s ；整个爆炸过 程D E F A E 爆轰产物在高温区 ≥1 0 0 0 ℃ 持续的时 间最长。 2 ．2 接近最大温度时温度场的分布情况 分别选取4 种炸药在各自接近最大温度时刻的 温度场图像及其对应的图中4 条线段上各点的温度 分布图，如图3 ～图6 所示，所有图中的曲线1 为 p 爸 距离／c m b 图3T N T 爆炸l o om s 时火球的表面温度分布及其 对应时线上各点的表面温度曲线 b 图4L S E F A E 爆炸7 0 m s 时火球的表面温度分布及其 对应时线上各点的表面温度曲线 b 图5G S E F A E 爆炸1 7 0 m s 时火球的表面温度分布及其 对应时线上各点的表面温度曲线 p ＼越赠 万方数据 8 爆破器材 E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第3 6 卷第2 期 p 诠 距离／c m b 图6D E F A E 爆炸1 5 0 m s 时火球的表面温度分布 及其对应时线上各点的表面温度曲线 T N T ，曲线2 为S E F A E ，曲线3 为G S E F A E ，曲线 4 为D E F A E 。 图3 a 、图4 a 、图5 a 、图6 a 中左边是爆 炸时刻的温度场图像，中间是温度刻度，右边是左边 图的三维数值图。由于爆炸机理不同和受风的影响， 温度场的分布各不相同。图3 中T N T 除了个别区 域的温度特别高外，其余各点的温度都差不多，这是 由于T N T 反应的快速性，没有后续反应物的继续 反应导致了爆炸场温度变化不大。由于受风的影响， 爆炸场的高温由中心部分发生了漂移和上升；图4 中L S E F A E 整个爆炸场中心温度最高，且面积较 大，从中心往四周爆炸场的温度逐渐降低，从温度场 的分布来看，药剂的爆炸反应是有层次性的，是分阶 段的。由于抛撒形成的云雾浓度和颗粒大小分布不 均，以及受风向、风力的影响，导致了温度场分布很 不均匀，爆炸场的水平长度约是垂直长度的3 ．5 倍； 图5 中由于G S E F A E 药剂加有特殊配方，达到最 大温度的时间要比L S E F A E 延迟1 0 0m s ，爆炸场 的面积分布也比较均匀，水平长度约是垂直长度的 1 ．1 倍；图6 中D E F A E 温度场的水平长度约是垂 直长度的3 倍，整个爆炸场中心温度很高，高温面积 占整个温度场的8 5 ％，这是由于F A E 二次起爆，使 得爆炸场云团分布范围更广，高温作用面积更大。 图3 b 、图4 b 、图5 b 、图6 b 分另0 为图3 a 、图4 a 、图5 a 、图6 a 中选取有代表性的4 条线段，每条线段上各点的温度分布图，横轴距离表 示线段实际代表的长度。从图3 b ～图6 b 可以看 出整个爆炸场的温度随实际距离的分布情况。取爆 炸场温度降到1 0 0 0 ℃时4 条线段所代表的实际距 离为D 火球直径 ，计算每幅图中4 条线段的算术 平均值西，比较其大小可以大致知道4 种炸药温度 场的作用范围。计算结果为磷N T 1 0 0 ．5 c m ， 西L _ S E F A E 一2 6 8 ．8 c m ，玩s ⅡA E ；3 8 6 ．4 c m ，西矗F A E 一 8 4 7 ．6 c m ，爆炸场高温作用 ≥1 0 0 0 ℃ 平均直径有 瓦掰A E 西G 船A E 西吣E F A E I 又N T 。 3 结论 运用红外热成像仪M i k r o a n s c a n 7 2 0 0 V 分别对 T N T 、S E F A E 和D E F A E 同量级的战斗部进行了 实验研究。通过实验结果分析比较得出，D E F A E 最 高表面温度最高，高温 ≥1 0 0 0 ℃ 持续的时间最长； T N T 、L S E F A E 、G S E F A E 和D E F A E 在温度场 接近最高温度时的火球直径为玩，A 。 _ G 麟A E 两．船A E 百T N T 。综合来看，D E F A E 的温度场效应要 比S E F A E 、T N T 高。 参考文献 1 许学忠，卫海鹰，肖昌炎，等．一次起爆燃料云雾爆轰的热 辐射[ J ] ．火工品，1 9 9 9 4 1 4 ～1 7 2 何志光，陈网桦，彭金华．二次F A E 的火球温度及热辐射 效应研究[ J ] ．安全与环境学报，2 0 0 4 ，4 S 1 1 8 3 ～1 8 5 E x p e r i m e n t a IS t u d yo nt h eP a r a m e t e ro fF A E ’sT e m p e r a t u r eF i e l d X i eL i x i n ，Y a nF e n g ，Y u a nh o n g z h i C h e m i c a lE n g i n e e r i n gC o I l e g e ，N U S T J i a n g s uN a n j i n g ，2 1 0 0 9 4 [ A B s T R A C T ]U s i n gt h eM i k r o a n s c a n7 2 0 0 VT h e m a lI m a g e r ，t h eb l a s t i n gf i r e b a l l ’ss u r f a c et e m p e r a t u r eo f T N T ，S E F A E ，a n dD E F A Ew e r em e a s u r e d ．T h et e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o no fT N T ，L - S E F A E ，G S E F A Ea n dD E F A Ee x p l o s i v e sa r ed i s c u s s e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a t ，f o rt h ef o u re q u a l 一q u a l “ye x p l o s i v e s ，s u r f a c et e m p e r a t u r e ，t h e t i m eo fh i g ht e m p e r a t u r e ≥1 0 0 0 ℃ a n dt e m p e r a t u r ef i e l de f f e c t 8o ft h eD E F A Ei sh i g h e s t ，l o n g e s ta n db e s t ．A p _ p r o a c h i n gt h eh i g h e s tb l a s t i n gt e m p e r a t u r e ，t h ef i r e b a l l ’sa v e r a g ed i a m e t e ri s 砑册 E 跣_ s 髓 E 现．娅F A E 西瑚T ． [ K E YW O R D S ]f u e la i re x p l o s i v e ，b l a s t i n gf i r e b a n ，t e m p e r a t u r ef i e l d 万方数据