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原文传递舰船舱内爆炸载荷燃烧增强效应及抑制方法研究

论文题名：	舰船舱内爆炸载荷燃烧增强效应及抑制方法研究
关键词：	舰艇结构;舱内爆炸载荷;燃烧增强效应;能量释放;水雾抑爆
摘要：	反舰导弹穿舱内爆是大型水面舰艇面临的主要威胁，战斗部装药在舰船舱室内部发生爆炸时，包含可燃性气体的爆轰产物还会与舱室内部空气发生燃烧反应，进一步释放出大量的热量，燃烧和爆轰过程的耦合导致内爆压力载荷增大，热效应更明显，这便是内爆炸载荷的燃烧增强效应，也称后燃烧效应。爆炸产物燃烧过程的能量释放率和释放量是影响结构毁伤程度的重要因素，如果不计及爆炸产物释放的能量，将会严重低估舰船结构的毁伤程度。因此，本文结合内爆试验、理论分析和数值计算提出了内爆炸载荷燃烧增强效应的表征方法，针对能量释放特性提出对内爆载荷的抑制措施，并分析其抑制效果。本文主要研究内容如下：　　(1)开展了5组不同药量的TNT分别在空气工况和氦气工况下封闭空间内爆炸试验，分析爆轰产物的燃烧对内爆载荷的增强效应。在考虑后燃烧能量的基础上，基于热力学给出了三种常用的准静态压力模型的详细推导过程，对三种不同形式的准静态压力模型进行统一。　　(2)详细对比分析三种不同的任意药量体积比W/V(W为装药量，V为封闭空间体积)对应的后燃烧能量计算方法，并将其应用于考虑后燃烧效应的仿真中，通过与试验结果对比评估三种方法的准确性。其中方法1是基于化学反应分析计算后燃烧能量，计算结果为后燃烧能量的理论值，在一定药量体积比范围内明显高于实际值，但是理论值也是上限值，仍有参考价值；方法2是基于能量守恒计算后燃烧能量，其大小对混合气体绝热指数的取值比较敏感，计算结果不稳定；方法3是基于等熵假定计算的后燃烧能量，对应的仿真结果误差稳定在4%~7%之间，是相对最优的一种方法。不同燃烧能量释放历程会影响反射冲击波压力，但不改变最终的准静态压力，且初始阶段能量释放速率越快，反射冲击波压力的压力峰值越大。　　(3)开展了3种药量在空气、水雾、氮气三种不同舱内环境下的抑爆试验，在所开展的试验测试范围内可以得出水雾对压力载荷、结构响应的抑制效果不如氮气，但在降温方面略优于氮气。水雾抑爆是一个持续的吸能过程，而结构的响应具有饱和特性，能否有效降低结构的毁伤程度则取决于能否在饱和响应时间内抑制舱内爆炸载荷。通过分析水雾蒸发吸热过程，从理论上证明了蒸发吸热所降低的压力值大于水雾汽化成水蒸气所增加的压力值，水雾汽化不会产生负效应。　　(4)对于多舱室结构，舱壁破口的大小会影响后燃烧能量的释放，破口越大爆轰产物与邻舱的氧气就接触得越充分，释放的能量也越多，最终导致邻舱准静态压力也越大，为此在单舱室后燃烧能量计算方法的基础上，提出了一种基于爆轰产物质量分布的多舱室后燃烧能量计算方法，对应的仿真结果与试验结果吻合较好。
作者：	岳学森
专业：	船舶与海洋工程
导师：	孔祥韶
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2022