Page 20 - 《爆炸与冲击》2023年第2期

第 43 卷 李 瑞，等： 低温和低压环境下炸药爆炸冲击波的传播特性 第 2 期

velocity increases, as the ambient pressure decreases. The blast wave impulse increases, and the propagation velocity

decreases, but has little effect on the overpressure, as the ambient temperature decreases. It is shown that when the altitude
increases by 1 000 m in the range from 0 to 9 000 m above sea level, the overpressure and far-field impulse of the blast wave
decrease in average by about 3.9% and 3.2%. In addition, the blast wave propagation velocity in the near field increases, but it
in the farfield decreases with the altitude increase. The influences of the diminished pressure on the blast wave overpressure
and impulse are greater than those of the diminished temperature at high altitudes. The blast wave propagation velocity
depends on the diminished pressure in the near field, but on the diminished temperature in the far field.
Keywords: blast wave; high altitude; diminished temperature; diminished pressure; propagation characteristics

随着高效毁伤技术的不断发展以及未来战争作战条件的多元化，武器弹药适应高海拔、高空，甚至
[1]
太空等极端环境的需求日益突显 。众所周知，高海拔或高空环境的一个重要特点就是环境温度显著低
于平原地区，大气压力低于标准大气压，呈现低温和低压的环境状态。对于平原地区正常使用的常规武
器弹药，在高海拔或高空等低温和低压环境使用时，炸药的爆炸能量释放受环境的影响如何，需要进行
重新评估。

近年来，已有一些关于低压环境下炸药爆炸冲击波传播特性的相关研究报道。李科斌等 [2] 利用
AUTODYN 有限元软件分析了不同真空度下爆炸近场冲击波参量的变化规律。Veldman 等 [3] 对不同初
始环境压力下 C-4 炸药爆炸冲击波的传播规律进行了数值模拟和实验研究，发现环境压力对爆炸冲击波
的正反射压力和比冲量影响显著。汪泉等 [4] 通过抽真空爆炸系统对低压环境爆炸冲击波传播进行了实
验研究，获得了不同低压条件对爆炸冲击波参量的影响规律。庞春桥等 和陈龙明等 以高海拔环境为
[6]
[5]
研究背景，开展了低压条件下炸药爆炸冲击波传播的实验研究，给出了不同低压条件下炸药爆炸冲击波
参量的预测公式。Izadifard 等 [7] 利用 AUTODYN 有限元软件对高海拔环境中的低压条件对炸药爆炸冲
击波传播的影响进行了数值模拟研究，拟合得到了低压条件下爆炸冲击波参量的修正因子。目前，关于
高海拔环境炸药爆炸冲击波传播规律的研究主要考虑了低压条件的影响，对于低温条件，特别是高海
拔、高空等的低温和低压耦合环境对爆炸冲击波传播特性的影响缺乏系统研究。
本文中，拟通过量纲分析对低温和低压环境下炸药爆炸冲击波参量进行理论分析，利用 AUTODYN
有限元软件开展不同低温和低压环境下炸药爆炸冲击波传播的数值模拟，探讨低温、低压和海拔高度对
爆炸冲击波参量的影响。

1 爆炸冲击波参量的理论分析

1.1 爆炸冲击波参量的影响因素
炸药爆炸形成的冲击波对目标的破坏作用主要取决于冲击波正压区的特征参量，包括峰值超压
Δp 、比冲量 i 和冲击波到达时间 t 等。炸药在空气中爆炸时，影响爆炸冲击波参量的物理量有炸药爆炸
m
释放的总能量 E、空气环境压力 p、空气密度 ρ 以及传播距离 r。忽略空气介质的黏性和热传导，炸药爆
炸冲击波参量可以表示为空气参数的函数形式：

 ∆p m = f 1 (E, p,ρ,r)

i = f 2 (E, p,ρ,r) (1)


t = f 3 (E, p,ρ,r)
1.2 爆炸冲击波参量的量纲分析
由 Π 定理 [8] 可知，式 (1) 中 7 个物理量有 3 个基本量纲：M、L 和 T，对应 3 个独立的参考物理量，选
择 E、p 和 ρ 作为参考物理量，各物理量的量纲幂次如表 1 所示。
对表 1 进行类似矩阵初等变换，可以得到表 2。

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