一种水下聚能破礁装置研究.pdf

2 0 0 9 年2 月一种水下聚能破礁装置研究周方毅等 2 3 一种水下聚能破礁装置研究’ 周方毅詹发民张可玉王兴雁 海军潜艇学院 山东青岛，2 6 6 0 7 1 【摘要] 为快速、经济、有效地清除救捞工程中遇难舰船附近的障碍物，而对舰船本身不造成进一步的破坏，研 制了一种水下聚能破礁装置，从而有效地解决了这一难题。 [ 关键词] 聚能装药水下爆破沉船打捞破礁装置 【分类号] T J S l 0 ．2 X 9 3 2 l 引言 如何快速清除在救捞工程中遇难舰船附近的障 碍物，一直是救捞工程技术人员所迫切需要解决的 难题。譬如，在救援触礁沉船时，有时需破碎礁石， 而不允许损坏沉船；在打捞沉船攻打千斤洞时，经常 会遇到块度不大的岩石障碍，需进行快速清除而不 得损坏沉船的情况；而沉船搁浅时，往往需要清除部 分礁石，以使沉船脱浅。在这些情况下，若采用机械 方法或裸露爆破法来破除礁石通常很困难，迫切需 要找到一种快速、有效、经济的方法来清除这些障 碍，以保证工程任务的顺利完成。为此，必须对爆破 能量方向予以控制，即装药爆炸后能量主要向障碍 物方向释放，而对附近的遇难船不会造成损坏。据 此，聚能装药结构是一种可选择的爆破装药形式。 为满足救捞工程的需要，本文对一种水下聚能破礁 装置进行了研究。 2 方案设计 2 ．1 设计要求 要解决既要破障又要保护周围目标这一难题， 在设计上需要考虑四个方面的问题一是优化聚能 装药结构参数，使其爆炸能量得到充分利用；- - 是装 药量的确定，药量太大对周围破坏作用也将增大，药 量太小则难以破障，因此应在保障安全的前提下，尽 量增大装药；三是采取对周围爆炸作用的衰减措施， 使其爆炸时对遇难船结构的破坏作用减到最小；四 是便于水下使用，勤务处理安全，作用可靠。 2 ．2 设计依据 水下聚能装药破礁装置设计依据聚能原理，即 利用装药的聚能效应，使炸药爆炸能量向一个方向 相对集中，从而在增强对礁石的破坏效果的同时保 护了船体。装药由雷管孔处起爆后，爆轰波由起爆 点向聚能穴方向传播。当爆轰波到达聚能穴锥形顶 部时，爆轰产物沿轴线向前飞散，爆轰波继续向前传 播，使锥形面上的爆轰产物沿其母线的法线方向飞 散，则在轴线方向上形成了能量集中的产物流。由 于产物流微元之间的相互挤压，在离聚能穴底部一 定距离上某点聚集的能量密度最大，产物运动速度 最高，此点即为焦点。焦点与聚能穴底面的距离称 为焦距。当目标处于焦点位置时破坏作用最好。 2 ．3 威力分析 下面分别对集团装药、无壳聚能装药、带壳聚能 装药在空气中、水中爆炸时的单位面积冲量进行计 算，分析不同装药的破坏威力。 2 ．3 ．1 集团装药空气中爆炸 由文献资料[ 1 ] 可知，集团装药接触爆炸对刚 性底面的作用冲量可采用下式计算 ， 万8 似可4 一* 器 1 式中Z 装药长度5 r 装药半径； ，卜装药质量； D 一装药爆速。 2 ．3 ．2 无壳聚能装药空气中爆炸 根据聚能效应的流体动力学原理和一维飞散理 论，考虑无药形罩的情形，聚能装药接触爆炸对刚性 底面的作用冲量可采用下式计算 和麓m D 1 一* 两4 ．1 2 ， 毒I 2 式中融呻点处产物半径。 2 ．3 ．3 带壳聚能装药空气中爆炸 对于带壳聚能装药，假设装药长度为z ，且爆轰 产物在任一时刻的密度以P 表示之。则在初始状态 收稿日期2 0 0 8 - 0 6 - 3 0 作者简介周方毅 1 9 7 8 一 。讲师，硕士。F a n a i l 矗伽钿研．- q a 1 6 3 ．o o m 万方数据 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第3 8 卷第1 期 时，爆轰产物的质量为竹，2 幻。；而在任一瞬间，爆轰 产物的质量为积2 勿。根据质量守恒，可得 叮r r 2 和o 1 T 尺2 扫 3 式中R 装药爆炸膨胀后半径。 R r [ 1 告 等 2 t 2 嚣] 1 尼 4 因为p 。c p 3 所以可得P _ p 1 。驴 素 6 妒I 。D 2 [ 1 一I 了D 2 t 2 ] 一3 上式便是在考虑了壳体膨胀的情况下，圆柱形 装药爆炸时产物压力随时间的变化规律。那么，其 对岩石表面的单位冲量 ￡’ J p d t _ p I 。D 2 iE , 一1 了D 2 产] 一3 山 5 将上式积分，并化简后得到 江函。脚席 簪。脚启 6 式中，d 2 r ，则作用于岩石表面上的全部单位 冲量 ，2 鲁器柚 1 一* 甭47 1 2 ． 普铂D r √等] 嘉 ， ∞ 7 ’ 式中R 焦点处产物半径； P o 初始装药密度； D 爆轰波速度； Z 装药高度； 肘壳体质量。 2 ．3 ．4 带壳聚能装药水中爆炸 若装药在水中爆炸，利用动量守恒原理可以得 到作用在水中目标物上的冲量与作用在空气中目标 物上的冲量之间的关系 厶 乞露 8 式中肘装药质量； 肘r 荒体的质量； 幔参加运动的水的质量。 但真正计算参与运动的水的质量是比较复杂 的，因为实际上参与运动的水的质量不仅与炸药的 性能参数有关，还与装药的外壳有关，并且外壳的材 质、形状都是影响的因素【2 】。 依据上述公式，可以计算普通圆柱装药 塑性 炸药 、无壳聚能装药、带壳聚能装药 2 m m 钢壳 在 空气中、水中爆炸时的单位面积冲量。 假设炸药为黑索今；密度P 。 1 ．6 2g ／c m 3 ；爆 速D 8 5 0 0 m ／s ；装药半径r 4 c m ，高度h l O c m ； 装药质量m O ．8 1 k g 。计算结果见表l 。 表l装药接触爆炸对钢壁作用的 单位面积冲量计算值 N ．s ／m 2 从计算结果可明显地看出，带有壳体的聚能装 药水中爆炸后作用在钢壁上的单位冲量大大高于普 通圆柱装药，约为其7 倍。所以将带有壳体的聚能 装药应用于水下破礁，爆破效果将大大提高，因而具 有良好的应用价值。 2 ．4 安全分析 前面提到，聚能装药结构起爆后仍危及到遇难 船的安全，必须采取其它技术措施，所以该装置采用 钢质内壳、塑料外壳的复合壳体结构。根据应力波 在多层介质中的反射透射作用机理，应力波从一种 介质传到另一种介质时，在界面上会发生反射和透 射；应力波由所谓硬材料传入软材料时，反射波与入 射波异号，只要接触面能保持接触连续，压缩波将反 射拉伸波，而拉伸波则反射压缩波，形成反射卸载， 而透射波从应力幅值上来说弱于入射波，对最外层 介质的破坏作用减小并起到一定的保护作用，由此 可以理解各种软垫可起减震缓冲的作用。 经计算，同等条件下不同壳体结构装药爆炸的 侧向应力波衰减程度如表2 所示。因此，理论分析 及计算结果均表明复合壳体结构既增强了聚能破坏 效果，又衰减了装药爆炸对周围的破坏作用，从而解 决了既要破坏岩礁又要保护遇难船的难题。 表2同等条件下不同壳体结构装药爆炸的 侧向应力波衰减程度 3系统组成 根据设计方案，通过数值模拟计算和大量试验 对相关参数进行确定，最终设计了一种水下聚能破 礁装置，其组成结构如图l 所示。该装置主要由战 斗部、雷管室组件、密封座三部分组成。 3 ．1 战斗部 战斗部由注药弹体、传爆药柱、上盖等组成。 3 ．2 雷管室组件 万方数据 2 0 0 9 年2 月一种水下聚能破礁装置研究周方毅等 2 5 1 一加强帽；2 一胶垫；3 一雷管孔；4 一猛炸药； 5 一复合壳体；6 一聚能穴；7 一密封座 图1 破礁装置结构示意图 雷管室组件由密封垫圈、雷管室塞、橡胶帽组 成。可用8 号电雷管、导爆管雷管、导爆索、水下定 时起爆器、水下遥控起爆器等多种起爆具对接起爆。 3 ．3 密封座 用于密封聚能穴，保证水中爆炸时，聚能射流不 受水的影响，同时又为聚能装药提供炸高。设计时。 令密封帽厚度等于焦距 以保证最佳破坏效果。 4 结论 救捞工程中主要目的是既要破障又要保证不破 坏舰船结构，这就不仅要有足够的破坏效果，而且还 要采取措施减弱其对周围环境的爆炸破坏作用。目 前的破障器材平时都不能直接应用，而水下聚能破 礁装置具备这一功能。所以，它是适合于水下救捞 工程使用的专用破障器材。其主要特点在于 1 采用加强壳体，提高了破坏效率，其破礁能 力达到同等药量集团装药的4 7 倍。 2 采用复 合壳体，既增强了聚能破坏效果，又衰减了装药爆炸 对周围的破坏作用，从而解决了既要破坏岩礁又要 保护遇难船的难题。 3 采用无罩聚能装药结构并 加装密封底座，既保证了聚能装药的炸高，又保证了 其水下爆炸时聚能射流不受水的影响，减轻了装药 水下质量，便于潜水员携带。 4 采用多功能接口， 可与电雷管、导爆管雷管、导爆索、水下定时及遥控 起爆器等多种起爆装置对接起爆，操作简单，使用方 便。 综上所述可知，该装置破坏礁石的能力相对普 通的裸露药包有很大的提高，由于装药量小以及聚 能作用，此装置产生的破片和冲击波危害较小；爆炸 破片在水的阻力作用下，危害将进一步减小。因此， 其在救捞工程上将具有良好的经济效益和广阔的应 用前景。 参考文献 [ 1 ] 叶序双．爆炸作用基础[ M ] ．南京解放军理工大学。 1 9 9 6 ． [ 2 ] 张可玉，詹发民．水下爆破技术[ M ] ．青岛海军潜艇 学院。2 0 0 0 ． S t u d yo na nU n d e r w a t e rC u m u l a t i v eR e e f - b r e a k e r Z H O UF a n g y i ，Z H A NF a m i n ，Z H A N GK e y u ，W A N GX i n g y a n N a v yS u b m a r i n eA c a d e m y S h a n d o n gQ i n g t o ，2 6 6 0 7 1 [ A B S T R A C T ] I ns a l v a g ee n g i n e e r i n g ，t oc l e a ra w a yt h eo b s t a c l en e a rt h ew r e c kr a p i d l y ，e c o n o m i c a l l ya n de f f e c t i v e l y 。 b u tn o td e s t r o yt h es h i pf u r t h e r ，a nu n d e r w a t e r c u m u l a t i v er e e f - b r e a k e ri sd e v e l o p e d ，t h u st h ep r o b l e mi ss o l v e da v a i l a b l y ． [ K E YW O R D S ] c u m u l a t i v ec h a r g e ，u n d e r w a t e rb l a s t i n g ，w r e c ks a l v a g e ，r e e f - b r e a k e r 工信部安全生产司吴风来司长一行来南京理工大学检查工作 2 0 0 9 年元月，工业和信息化部安全生产司吴风来司长一行来南京理工大学检查安全生产工作。工作会议在南京理工大 学学术交流中心举行，陈根甫书记、王晓锋校长分别主持了安全工作汇报会和意见反馈会，宣益民副校长从学校概况、安全生 产工作思路、安全生产总体情况及存在问题和建议四方面汇报了学校安全生产工作，学校办公室、国有资产与实验室管理处、 保卫处、教务处、科技处、基建处、后勤服务管理中心等部门的领导参加了会议。随后吴风来司长一行查阅了学校的安全规章 制度、安全生产责任落实情况、安全文化建设、安全检查、隐患排查治理、应急预案等方面相关资料，并到学校弹道国防重点实 验室、化工学院、东山库区、火箭武器实验室、兵器教学楼等进行现场安全检查。吴风来司长对我校的安全生产工作表示了肯 定。同时也提出了一些意见和建议。王晓锋校长表示，学校将继续抓好安全生产工作，同时根据检查组提出的意见认真抓好 整改，促使学校的安全生产工作更上一个台阶。吴风来司长还对化工学院、民爆所和‘爆破器材 杂志的工作表示了肯定和关 心。 本刊 万方数据