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燃料空气炸药爆炸参数测量及毁伤效应评估

仲倩  
【摘要】:为了更好地开展燃料空气炸药(FAE)武器毁伤威力的测评工作,促进FAE武器的研制与发展,本文建立冲击波超压测试系统、比冲量测试系统与多谱线测温系统,测量了FAE的爆炸场参数,进而结合毁伤理论,分析了FAE冲击波、破片、热辐射与窒息等单项伤害效应,建立了FAE综合毁伤效应评估模型,并根据研究结果开发了爆炸毁伤效应综合测评软件。 建立了高分辨率、高精度的超压测试系统,实验研究了TNT爆炸相似律,拟合出能更好地描述冲击波超压峰值与对比距离关系的表达式。结果表明:拟合值与试验数据之间相对偏差小于5.3%,与参考文献内试验数据相对偏差的平均值为5.57%。根据动量守恒定律,探索了一种新的比冲量测量方法——滑块法。试验结果表明:与TNT相比,一次型燃料空气炸药(SEFAE)的冲量及作用时间均有较大的提高;该方法可有效地测量爆炸波传播过程中比冲量的变化规律。 在原子光谱理论基础上,研制了一套瞬态多谱线连续测温系统,对几种SEFAE爆炸过程中温度的测试试验表明:由于后续燃烧作用,存在两个温度峰值;多谱线测试系统相对偏差低于2.6%。同时根据红外热成像仪和高速录像测试结果,分析得到爆炸火球尺寸、持续时间等参数,并给出了基于等效热辐射强度的平均温度的计算方法。 根据红外热成像仪所测的SEFAE和TNT爆炸火球的表征参量数据,分析建立了火球热辐射动态模型,与静态模型相比,其能够较好地模拟火球的动态变化过程,可以更合理地评估炸药的热辐射毁伤效应。并借助所建立的动态模型,对比分析了SEFAE和TNT爆炸火球热毁伤效应。结果表明:SEFAE的热辐射剂量可达TNT的3.58~4.84倍;在研究具有后燃效应的SEFAE的热辐射时,需要考虑CO2对热剂量值的影响。 建立了两种综合毁伤评估模型:1)以毁伤后果为基础,建立了FAE综合毁伤后果模型,毁伤结果可量化为经济损失或丧失战斗力规模等;2)针对人员目标,建立了FAE综合毁伤概率模型,利用概率统计的方法得出FAE对人员的综合毁伤概率。以70kg量级的SEFAE的静爆试验数据为例,验证了两个模型的实用性。综合毁伤后果模型的研究结果表明:SEFAE对目标的毁伤作用范围从大到小依次为:破片、冲击波、热辐射,窒息;在野外空旷靶场,窒息对人员几乎无作用;在已知爆炸场内人员密度、建筑物和设备财产密度的条件下,可计算得到总经济损失。综合毁伤概率模型的研究结果表明:50%致死概率对应的对比距离分别为6.25 m/kg1/3(立姿),5.53m/kg1/3(卧姿)。 根据上述研究成果,开发了基于Microsoft.NET 2.0 C#的爆炸毁伤效应综合测评软件,从而使爆炸毁伤效应的研究更加完善和系统化。


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