爆炸物理学课程建设研究

韩瑞连 刘国庆 王国栋 张华翔

摘  要 从加强军队院校学员综合技能培养，落实新型作战人才建设实施方案的要求出发，结合军队院校改革指导思想，大力推进弹药技术人才建设。阐述开设爆炸物理学课程的意义、课程建设的性质和目的，初步探讨课程的内容和教学的方式方法，提出应注重教师水平和教学专修室建设。

关键词 弹药技术;爆炸物理学;军队建设;课程建设

中图分类号：G642.3    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2019）13-0080-03

1 前言

弹药是指装有火药、炸药或装填物，可发射、投掷或布放至预定地点，实现毁伤目标或完成其他战斗任务的军事装备[1]。其性能的高低、质量的优劣、保障运用的强弱，直接关系着作战目标的实现和任务的完成。顺应中国特色军事变革，培养适应现代信息化战争需要的弹药技术人才，对军队建设具有重要的意义。

2 课程建设的意义

新型弹药技术人才建设对学员提出更高的要求，要求系统掌握专业基础理论、装备基本原理、典型装备构造和保障理论，掌握典型装备运用基本知识、基本技能，具有从事装备技术保障、保障指挥、武器系统运用工作的初步能力，了解国内外相关装备发展概况和部队装备管理理论、方法，了解相关部队的主要任务和主要装备的作战性能[2]。

爆炸物理学课程建设，适应弹药装备课程需要，对弹药学员理解弹药爆炸过程以及各种介质中爆炸作用过程涉及的基本问题具有促进作用。此外，课程编排的轻气炮冲击实验、霍普金森杆力学性能加载实验、爆炸过程的数值模拟等，对学员加深弹药爆炸威力的认识有着直观冲击的效果，达到理论教学和实践操作相结合的效果。

3 课程建设

课程的性质和目的  爆炸物理学是以弹药爆炸为研究对象，涉及物理、化学、力学等多个学科领域，综合应用理论、实验和数值模拟的研究途径，全面系统地阐述爆炸的发生和发展规律以及爆炸的力学效应的利用和防护的学科[3-5]。本课程的目的在于让学员通过本课程的学习，了解炸药爆炸的基本概念和基本现象，掌握连续介质力学基础及气体动力学理论，理解炸药的起爆机理，熟悉爆轰产物的一维飞散与推进作用，掌握爆轰对固体的应力波及爆炸冲击波作用，学会爆炸作用数值模拟计算方法，为从事弹药安全工程和弹药作战运用相关课程的后续学习奠定必要的理论基础。

课程设计的思路理念  本课程以综合素质和创新技能的培养为根本，坚持教员导学与学员自学相结合，注重培养学员严肃、认真的工作态度与耐心、细致的工作作风，注重爆炸理论教育的基础性和严谨性，体现爆炸理论的科学性和系统性。课程编排以掌握爆炸作用机理为核心，注重兼顾军事应用的技术基础;对于课程的重难点，在讲授知识的同时应注意前伸和后延，培养启发学员发现问题、研究问题以及运用所学知识解决实际问题的能力。教学过程中充分运用信息化教学资源和手段，优化课堂设计，营造课内外学习环境，实现教与学的深层次互动。

课程内容设计  本课程以炸药爆炸发生、发展规律及作用机理为主线，内容采用模块化设计[6]，分为绪论、连续介质力学基础、气体动力学基础、炸药的爆轰过程、爆轰产物一维飞散与推进作用、爆炸对固体的应力波作用、爆炸冲击波作用和爆炸作用数值模拟计算等八大模块，注意研究各部分内容之间的联系，将教学内容连接成一个有机的整体。既论述爆炸的基本概念和基本现象，又深入分析炸药爆炸发展规律及机械效应机理，同时兼顾实践模拟计算及与军事作战运用的结合拓展[7]。

第1章：绪论。本章主要涉及炸药的概念及类别，爆炸的定义、特点及分类，旨在使学员掌握爆炸现象及性质，理解炸药爆炸的基本特点，了解爆炸科学的发展历程，对炸药爆炸现象进行初步认识。

第2章：连续介质力学基础。爆炸物理学虽然绕不开对间断面的研究，但仍然以介质的连续性假设为前提，学习爆炸物理学自然需要一定的连续介质力学基础。本章简要介绍流体力学基础、应力分析基本概念、流体动力学基本方程等基础知识，其他相关知识将在后续适当章节择需介绍，意在为本课程学习提供必要的数学和力学基础知识。

第3章：气体动力学基础。实验表明，爆轰波的传播以及爆炸对外界的作用，必然涉及爆轰产物、空气等气体的高速膨胀和流动，要涉及相关波的知识。因此，研究爆炸的发生、发展规律及其力学效应，有必要先学习一些关于气体的流动、扰动波的传播以及冲击波的经典理论等气体动力学方面的基础知识。本章主要包括气体的物理性质、状态参量的定义、热力学基础及波的基本概念、气体的平面一维流动和平面正冲击波等内容。

第4章：炸藥的爆炸过程。本章主要涉及炸药的起爆机理、气体爆轰参数的近似计算和稳定爆轰条件及爆轰波参数计算，意在使学员了解炸药起爆过程，掌握气体炸药爆轰现象和云雾爆轰现象，掌握爆轰浓度极限确定方法，熟悉气体爆轰参数的计算，掌握凝聚炸药爆轰传播过程的直径效应，理解爆轰波的波形及其控制。

第5章：爆轰产物的流动及其与物体的相互作用。炸药爆轰形成高能量密度气体爆轰产物，而爆轰产物的剧烈膨胀流动，必然促使与其接触的介质或目标发生加速运动或变形，从而造成包括但不止于力学效应在内的损伤与破坏。也就是说，爆炸破坏作用根本上来源于炸药能量的释放，最初的环节是爆轰产物的膨胀流动。因此，有必要在前述气体一维等熵流动的相关知识和爆轰产物初始参数计算的基础上，研究爆轰产物一维飞散流动中状态参数的时空分布规律，及其对钢壁物体的冲击相互作用。本章主要涉及爆轰产物一维分散流动的描述、爆轰产物对钢壁的作用冲量、爆炸对刚性物体的一维抛射计算及弹丸破片初速计算。

第6章：爆轰对固体的应力波作用。前述研究炸药爆轰的发生与发展及其对介质的作用，爆轰产物属于流体，被作用介质或者假定为刚性体，或者假定为不可压缩流体，仅在破片初速计算中简单涉及固体材料的变形问题。实际情况中，炸药爆轰对固体的作用，包括高速运动物体（如破甲弹金属射流）对固体的撞击作用，都有可能在固体材料中产生所谓的应力波并引起介质状态的复杂变化，进而导致破坏。固体材料受爆轰作用所引起的状态变化与流体介质既有联系又有区别，有必要专门予以研究。为此，本章简要介绍固体应力波基础知识，着重介绍爆炸对固体接触面的破坏作用和层裂效应。

第7章：爆炸冲击波作用。本章以炸药爆轰形成的冲击波作用为研究对象，简要介绍介质中爆炸的基本现象以及冲击波的形成、传播与作用等。内容要求包括了解空气冲击波的形成与传播，理解空气冲击波初始参数内涵，掌握空气冲击波的爆炸相似律与参数计算，掌握空气冲击波的作用以及水土介质中的爆炸作用。

第8章：爆炸过程数值模拟。借助数学模型进行数值模拟，能够直观体现弹药的爆炸毁伤性能[8]。本章从数值模拟方法的概述入手，重点讲解数值模拟方法在爆炸物理学中的应用，内容编排包括数值模拟算法和爆炸仿真软件的应用，意在使学员理解爆炸数值模拟的算法，掌握典型爆炸仿真软件的应用，能够对数值模拟软件结果进行验证和修正。

课程教学的方式方法  立足军队建设与训练改革实际，紧扣弹药作战效能评估能力建设和弹药作战运用问题研究，统筹考虑知识结构、教学内容更新设计、教学方法设计、教学过程设计和教学结果评价诸方面的协调，建立包括和谐教学模式和有效教学质量检测的现代化教学体系;充分利用多媒体、网络教学、虚拟实验等现代信息技术和现代教育技术，丰富教学方法和教学手段[9]。

课程教学采用启发式、导学式、研究式等多种行之有效的教学方法，启发诱导学员思考，强化敛散思维训练。运用弹药辅助模型、教学挂图、电子媒体、网络资源等不同手段，扬长避短、优势互补，实现教学方法和手段多样化，达到强化基础、密切联系实际、注重思维能力培养的教学效果。实验教学对于学员理解抽象深奥的爆轰波理论具有重要的作用，可以化抽象为具体，便于学员理解。课程考核方式采用过程评价和结果评价相结合，重点考核学员对所学知识的综合运用能力。

课程考核评价  从基本理论与实践操作两方面来综合评价学员的学习效果。实践过程中记录各实践科目的组织过程、操作规范性、实践报告内容的正确性与完整性，根据对记录的量化分析给分。终结性考试采取闭卷考试形式，考试内容主要为理论综合应用简答题和计算题，主要考核学员对炸药爆炸的发生、发展规律与作用机理的理解和相关计算推导解决爆炸相关问题的能力。最终成绩采取考试成绩占70%、随堂作业和实践操作占30%的量化分布方式。

4 教学心得和展望

弹药技术专业特点要求对课程的讲解内容侧重点不同。本专业是一个交叉的学科，涉及的知识面和相关的课程比较多。因此，对授课教员要求扩大知识面，同时加深理论知识的体系巩固，以及相关弹药效能的更新发展。课程建设中，多与地方和军内其他院校行业专家学者沟通学习，着力拓宽相关知识点的深度和广度，强化对授课教员专业实训时对设备的操控能力，便于今后对学员进行实践课程的讲解与指导。

弹药是武器系统火力终端，是达成目标毁伤、有效歼敌的终极手段。可以说，在构成部队战斗力的全部要素中，弹药是决定最终作战效力的最重要的物资保证。爆炸物理学课程作为弹药技术专业的一门专业必修课程，希望学员通过课程的学习，加深对爆炸及其作用的理论认识，夯实对爆炸过程中冲击毁伤的物理原理及计算能力的掌握，进而为后续弹药相关课程的学习奠定必要的理论基础。着力按照加强学员技术能力、保障指挥和武器系统运用培养的思路，完成大学本科教育和军官基础教育训练，培养德、智、军、体全面发展，适应建设信息化军队、打赢信息化战争需要，从事装备技术保障、指挥管理等工作，具备“指挥员+工程师”复合素质的新型装备保障指挥军官。

參考文献

[1]姜春兰，邢郁丽，周明德，等.弹药学[M].北京：兵器工业出版社，2006.

[2]周小程.军事装备作战运用基本指导问题[J].国防科技，2016（6）：62-66.

[3]奥尔连科.爆炸物理学（上册）[M].孙承纬，译.北京：科学出版社，2011.

[4]张宝平，张庆明，黄风雷.爆轰物理学[M].北京：兵器工业出版社，2009.

[5]孙名振，松全才，郑梦菊，等.炸药理论[M].北京：国防工业出版社，1982.

[6]罗兴柏，张玉令，丁玉奎，等.爆炸力学理论教程[M].北京：国防工业出版社，2016.

[7]甄建伟，刘国庆，王国栋，等.关于《弹药作战运用》课程教学改革的几点思考[J].军械教育研究，2016（3）：45-47，91.

[8]唐琦.火力毁伤仿真中典型目标模型的研究[D].石家庄：军械工程学院，2009：8-47.

[9]雷彬，蔡军锋.军队院校实验室建设的探索与思考[J].实验技术与管理，2012（10）：191-192，196.