水下爆炸对水下目标的毁伤试验研究

王博雅，鲁忠宝，任　西，任 炜，李　慧，连　恺

（1.陕西应用物理化学研究所　应用物理化学国家级重点实验室，陕西 西安，710061；2.中船重工集团公司第705研究所，陕西 西安，710075）

水下爆炸对水下目标的毁伤试验研究

王博雅1，鲁忠宝2，任西1，任 炜1，李慧1，连恺1

（1.陕西应用物理化学研究所应用物理化学国家级重点实验室，陕西 西安，710061；2.中船重工集团公司第705研究所，陕西 西安，710075）

为研究水下爆炸对蛙人的毁伤效果，进行了GUHL-1的水下爆炸试验，得到不同爆距处冲击波峰值压力。通过计算获得GUHL-1炸药水中爆炸自由场冲击波压力峰值和爆距的关系。同时对几种反蛙人武器系统的毁伤效果进行了分析，为今后反蛙人武器系统的设计提供参考。

炸药；水下爆炸；毁伤效果；冲击波峰值

蛙人部队作为近海港口水域渗透、侦查、破坏等局部军事冲突的主角，给水下安全带来了极大的威胁。世界各国海军先后发展了多种蛙人对抗技术，如采用手榴弹对抗水下蛙人，利用其水下爆炸产生的毁伤效应，实现了对敌方蛙人的有效杀伤。

水下爆炸是指在极短时间内，在水下的极小体积内或面积上发生极大能量转换的过程。水下爆炸大体可分为3个阶段：装药的爆轰、冲击波的产生和传播、气泡的形成和脉动。当炸药在水中爆炸时，其周围介质受到高温、高压、高速的爆炸产物作用，形成冲击波。随着冲击波的离开，爆炸产物在水中以气泡的形式存在并不断膨胀与压缩，产生气泡脉动［1］。

为研究水下爆炸对蛙人的毁伤效果，本文针对GUHL-1炸药，采用双元炸药装药结构，进行了水下爆炸试验，得到不同爆距处冲击波压力值；同时对几种反蛙人武器系统的毁伤效果做了对比，为今后反蛙人武器系统的研究提供参考。

1　水下爆炸试验

1.1试验装置

为了研究炸药水中爆炸的毁伤效果，进行了样弹的水下爆炸试验。试验水池为130m×80m，深25m。由于是小药量炸药爆炸，本试验中的自由表面和水底的影响可忽略，可近似认为炸药在无限、均匀、静止的水介质中爆炸。

1.1.1试验样弹

试验样弹主装药为GUHL-1，呈圆柱形Φ60mm ×80mm，密度为1.8g/cm3，中心起爆形式。中心轴的中心位置内置圆柱形传爆药柱（JH-14，密度为1.64 g/ cm3，尺寸为Φ20mm×20mm），装药量为（400±10）g，共5发。采用适当的双元炸药装药结构，可以使两部分装药之间产生能量耦合，从而提高装药的能量输出。药柱中心有Φ8mm、深35mm的孔，用于放置雷管。试验样品结构如图1所示，试验样品如图2所示。

图1　试验样品结构图Fig.1　Diagram of the tested sample structure

图2　试验样弹Fig.2　Warhead for test

GUHL-1为典型的铝/氧复合炸药，含有大量的铝和其他帮助完成铝氧化的非理想成分，爆速约为5 450m/s［2］，是当前新型鱼雷的主要装药之一。

JH-14属于高能聚黑类传爆药的典型代表，该炸药于20世纪90年代末完成生产定型，其主要成分黑索今含量高达96.5%，压制密度达到理论密度90%以上，爆速高达8 200m/s以上，具有很高的爆轰冲能［3］，能可靠引爆主装药，使主装药爆轰迅速成长。

试验雷管选用了工业8号电雷管，内阻为1.0～1.5Ω，发火电流为1A。

1.1.2试验测量仪器

（1）压力传感器共3支，用来测量爆炸后冲击波的压力。（2）传输电缆分为起爆线和测试线两种。（3）数据采集系统：使用便携式瞬态信号记录仪进行数据采集，将信息传递到计算机中的dewesoft软件中，对压力传感器采集的数据监测。（4）效应靶板：使用4块材料为Q235钢、厚度为10mm的靶板，爆炸后观测其毁伤效果。（5）支架与绞盘、钢索、绳索用于对试验样弹、压力传感器、效应靶板在水下布置。（6）直流电源、数字万用表。

1.2试验方法

依据水中爆炸的特点，建立一种采用水下爆炸冲击波压力峰值和气泡脉动周期［4］来判断炸药爆炸现象的试验方法。主装药采用GUHL-1，雷管起爆，进行水下10m爆炸，在不同作用距离处安装压力传感器进行冲击波压力测试，并放置效应靶板观测毁伤效果。

水下爆炸试验按照图3布置，将支架与绞盘在试验水池成90°安装固定，试验样弹位于水池的中心位置，效应靶板的中心以及压力传感器可连接钢索，从而调整位置。测试间通过起爆线发送指令，起爆雷管，并引爆主装药。测试线连接3只压力传感器，传送压力信息。

试验共进行5发，按照以下测试方案完成：（1）3支压力传感器与试验样弹的距离分别为3m、6m、10m，效应靶板与试验样弹的距离为1.5m。试验3发，采集数据。（2）3支压力传感器与试验样弹的距离分别为4m、7m、11m，效应靶板与试验样弹的距离为0.5m。试验1发，采集数据。（3）3支压力传感器与试验样弹的距离分别为4.5m、7.5m、11.5m，效应靶板基本贴近试验样弹。试验1发，采集数据。

图3　水下爆炸试验示意图Fig.3　Arrangement of underwater explosion test

2　试验结果及分析

2.1试验结果

每一次爆炸3支压力传感器都采集到了压力曲线，不同距离处的压力曲线规律相同，整理5次试验测得的压力曲线波形数据，如表1～5所示。

表1　第1次试验测试结果Tab.1　The first test result

表2　第2次试验测试结果Tab.2　The second test result

表3　第3次试验测试结果Tab.3　The third test result

表4　第4次试验测试结果Tab.4　The forth test result

表5　第5次试验测试结果Tab.5　The fifth test result

2.2试验结果分析

对表1～5数据进行分析，相同试验条件下测量数据取平均值，可以得到400g GUHL-1炸药在水下爆炸时，不同距离处的冲击波压力峰值，如表6所示。

表6　冲击波压力峰值Tab.6　Shock wave peak overpressure

首次气泡脉动周期约为：

冲击波水下传播速度约为：

炸药水中爆炸自由场冲击波峰值压力计算的经验公式为：

式（3）中：R为距离炸药爆心的距离，m；ω为装药量，kg；Pm为峰值压力，MPa。K、α系数根据装药不同而不同。根据表6分析的数据，可以计算得出GUHL-1炸药在水中爆炸自由场冲击波峰值压力计算公式为：

查阅文献和资料，对几种反蛙人武器系统的毁伤效果做了对比，如表7所示。

表7　不同反蛙人武器及毁伤效果对比Tab.7　Contrast of different weapons and damage effects

3　结论

为了设计最适合反蛙人武器系统的装药量，以获得最佳毁伤效果，本研究针对400g GUHL-1炸药进行了水下爆炸试验，分析采集的数据，计算出400g GUHL-1炸药水中爆炸自由场冲击波压力峰值和爆距的关系，并与国外报道的几种反蛙人武器系统的毁伤效果进行对比，为反蛙人武器系统的设计提供参考。

［1］ 尹群，陈永念，胡海岩.水下爆炸研究的现状和趋势［J］.造船技术，2003（6）：6-12.

［2］ 赵继波，谭多望，李金河，龚晏青，孙永强.含铝炸药水中爆炸冲击波相似律适应性探索［J］.高压物理学报，2010，24（5）：388- 394.

［3］ 孙华，郭志军.高能聚黑类传爆药在水中兵器中应用研究［J］.装备指挥技术学院学报，2010，21（3）： 111-113.

［4］ 胡宏伟，鲁忠宝，郭炜，宋浦，张立建.水中爆炸的殉爆试验方法［J］.爆破器材， 2014，43（3）： 25-28.

［5］ Soto G， Clayson C， Haddon M， Shultz J. Underwater grenade：US， 007874252B2［P］.2011-01-25.

［6］ Dr.Robert Gates. US navy overview［C］//NDIA’s 52nd Annual Fuze Conference，2008.

Experimental Investigation on Damage to Underwater Target by Underwater Explosion

WANG Bo-ya1，LU Zhong-bao2，REN Xi1，REN Wei1，LI Hui1，LIAN Kai1
（1.National Key Laboratory of Applied Physics and Chemistry，Shaanxi Applied Physics and Chemistry Research Institute ，Xi’an， 710061；2.The 705th Research Institute， China Shipbuilding Industry Corporation， Xi’an，710061）

In order to study the damage effects of underwater explosion， underwater explosion of GUHL-1 was tested， the shock wave peak overpressure at different distance were obtained. And the relation between shock wave peak overpresure and distance of underwater explosion for GUHL-1 was obtained by calculation.Meanwhile， the effects of damage to the different frogman weapons system were analyzed. The study provided the reference for design of anti-frogman weapons systems in the future.

Explosives；Underwater explosion；Damage effect；Shock wave peak overpressure

TQ564

A

1003-1480（2015）02-0051-03

2014-12-22

王博雅（1989-），女，在读硕士研究生，从事火工品测试研究。