摘要： 溫壓炸藥在坑道內(nèi)爆炸時(shí)會(huì)產(chǎn)生多種毀傷元，對(duì)坑道內(nèi)人員和設(shè)備造成嚴(yán)重威脅?；诓煌幜康臏貕赫ㄋ幈ㄔ囼?yàn)，對(duì)坑道內(nèi)爆炸條件下溫壓炸藥的爆炸特性開展了研究，分析了爆炸熱效應(yīng)演化特征、沖擊波傳播規(guī)律和氧濃度降低情況，討論了坑道對(duì)鋁粉后燃的約束作用規(guī)律以及形成高烈度后燃效應(yīng)的藥量條件。研究表明：溫壓炸藥火球輻射亮度高于TNT，且其火球溫度峰值超過TNT 溫度峰值的1.3 倍。在火球演化過程中，火球在后燃階段的溫度峰值較火球形態(tài)剛穩(wěn)定時(shí)提升超過10%。在沖擊波傳播規(guī)律方面，超壓峰值與正壓時(shí)間的TNT 當(dāng)量系數(shù)分別約為1.4 與1.65。另外，鋁粉后燃產(chǎn)生的壓縮波對(duì)沖擊波能夠形成多種補(bǔ)充效果，陡峭升壓的壓縮波能夠使沖擊波峰值升高，持續(xù)時(shí)間長但升壓速率慢的壓縮波能夠限制沖擊波的衰減，延長整體正壓作用時(shí)間。受坑道約束作用，溫壓炸藥爆炸火球?qū)⑴c坑道壁面發(fā)生相互作用，進(jìn)而提高鋁粉的燃燒烈度。當(dāng)溫壓炸藥質(zhì)量立方根與坑道直徑的比值大于0.28 kg1/3/m 時(shí)，將產(chǎn)生高烈度后燃效應(yīng)。

關(guān)鍵詞： 溫壓炸藥；坑道內(nèi)爆炸；后燃反應(yīng)；毀傷元；約束作用

中圖分類號(hào)： O382; TJ41 國標(biāo)學(xué)科代碼： 13035 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

坑道作為一種重要的地下防護(hù)結(jié)構(gòu)[1]，具有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)抗力和掩蔽性。然而，當(dāng)炸藥在坑道內(nèi)爆炸后，坑道壁面會(huì)對(duì)炸藥爆炸過程形成約束作用[2-3]，使爆炸效應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)。當(dāng)炸藥富含高活性鋁粉時(shí)，鋁粉燃燒產(chǎn)生的能量增益[4] 可以顯著提高沖擊波和熱效應(yīng)，也會(huì)產(chǎn)生耗氧窒息效應(yīng)。因此，研究溫壓炸藥在坑道內(nèi)的爆炸特性及其受到的約束作用具有重要意義。

溫壓炸藥爆炸釋放的能量包含爆轟能和燃燒能[4]，Arnold 等結(jié)合多次試驗(yàn)結(jié)果和鋁粉的二次反應(yīng)觀點(diǎn)[5]，將溫壓炸藥的反應(yīng)過程總結(jié)為無氧爆轟、無氧燃燒和有氧燃燒3 個(gè)階段，整個(gè)釋能過程受環(huán)境影響十分明顯。有關(guān)溫壓炸藥在開闊空間爆炸釋能，研究人員主要對(duì)沖擊波傳播規(guī)律進(jìn)行了研究。Hahma 等[6]以沖擊波超壓峰值為評(píng)價(jià)指標(biāo)，獲得了不同種類金屬燃料有氧燃燒對(duì)溫壓炸藥超壓的作用規(guī)律。Mohamed 等[7] 對(duì)一種RDX 基溫壓炸藥在開闊空間的沖擊波傳播過程進(jìn)行了模擬，沖擊波曲線表明金屬燃料的后燃燒過程會(huì)大幅延長正壓時(shí)間。

溫壓炸藥在密閉空間內(nèi)爆炸時(shí)，結(jié)構(gòu)的約束效應(yīng)能夠使爆炸效應(yīng)顯著增強(qiáng)[8]，沖擊波增強(qiáng)的同時(shí)，準(zhǔn)靜態(tài)壓力也十分明顯。Zhang 等[9] 在大型爆炸罐內(nèi)進(jìn)行了純TNT 和TNT 基炸藥的內(nèi)爆炸試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鋁粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高能夠產(chǎn)生更好的后燃燒能量釋放效果。Peuker 等[10] 在不同氧含量氣氛的密閉環(huán)境中進(jìn)行了純RDX 炸藥和RDX 基溫壓炸藥的爆炸試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)早期的鋁粉釋能可以增強(qiáng)爆炸波。數(shù)值計(jì)算方面，Kim 等[11] 圍繞溫壓炸藥鋁粉在密閉空間中的后燃燒過程開發(fā)了一種Eulerian-Lagrangian 計(jì)算模型，計(jì)算結(jié)果表明合理的鋁粉粒徑對(duì)溫壓炸藥的能量輸出效果影響十分明顯。李根等[12] 建立了一種有限差分-物質(zhì)點(diǎn)耦合算法為核心的氣固兩相反應(yīng)流模型，對(duì)密閉空間中溫壓炸藥的沖擊波二次波峰現(xiàn)象、準(zhǔn)靜態(tài)壓力等進(jìn)行了研究。

溫壓炸藥在坑道中的爆炸效應(yīng)方面，國內(nèi)有關(guān)溫壓炸藥在坑道內(nèi)爆炸特性的研究主要集中在沖擊波傳播規(guī)律方面[13-15]。孔霖等[16] 在直坑道內(nèi)開展了相同藥量的溫壓炸藥與TNT 爆炸實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明溫壓炸藥沖擊波正壓持續(xù)時(shí)間高于TNT。李世民等[17] 研究了RDX 基溫壓炸藥爆炸沖擊波在直徑0.4 m 的圓形坑道內(nèi)的傳播過程，發(fā)現(xiàn)溫壓炸藥爆炸近區(qū)的沖擊波超壓峰值低于TNT，在之后的不斷傳播過程中，溫壓炸藥的峰值逐漸超過同位置TNT 的峰值，最高當(dāng)量達(dá)到了1.48 倍。茍兵旺等[14] 搭建了一種由爆炸塔連接直坑道和S 形坑道的復(fù)合坑道，研究了溫壓炸藥在直坑道和S 形坑道內(nèi)的空氣沖擊波超壓演化過程，發(fā)現(xiàn)坑道內(nèi)溫壓炸藥爆炸沖擊波超壓、比沖量整體高于TNT。耿振剛等[13]、茅靳豐等[15]根據(jù)Autodyn 中的JWL-Miller 方程，對(duì)多種尺寸坑道內(nèi)不同當(dāng)量的溫壓炸藥爆炸沖擊波衰減規(guī)律進(jìn)行了研究，計(jì)算結(jié)果顯示溫壓炸藥的超壓峰值和正壓時(shí)間都大于TNT 的。

目前對(duì)溫壓炸藥在坑道內(nèi)爆炸特性的研究仍然以溫壓炸藥的沖擊波傳播規(guī)律為主[13-18]，對(duì)后燃引起的熱效應(yīng)演化特征和耗氧能力研究較少，導(dǎo)致對(duì)溫壓炸藥的理解并不十分全面；坑道結(jié)構(gòu)對(duì)沖擊波傳播、熱效應(yīng)演化和爆炸氣體流動(dòng)均會(huì)產(chǎn)生顯著的約束作用，關(guān)于約束作用對(duì)炸藥爆炸和燃燒規(guī)律及內(nèi)在機(jī)理的研究未見報(bào)道。本文中根據(jù)以上問題進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，開展不同藥量溫壓炸藥的坑道口內(nèi)爆炸試驗(yàn)，并與TNT 炸藥坑道口內(nèi)爆炸試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，在已有研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步挖掘溫壓炸藥后燃效應(yīng)的特征現(xiàn)象和形成機(jī)理，以期對(duì)溫壓炸藥坑道內(nèi)爆炸的多種毀傷元傳播及演化規(guī)律模型提供支撐。