Page 137 - 《爆炸与冲击》2025年第9期

第 45 卷 焦俊杰，等： 基于水下爆炸的爆轰产物JWL状态方程确定方法研究 第 9 期

Å 1 1 ã
4
E c = 2πρ l R R ˙ 2 − R ˙ (6)
R R s
l
s R ˙ 为气泡壁的速度；ρ 为气泡壁面和冲击波阵面之间水介质的密度，ρ 由
l
式中：R 为冲击波阵面的位置；
Tait 方程得到。E 为气泡膨胀过程中向水中声辐射而产生的能量损失 [15] ，可表示为：
r
w
)
¨
4πρ l ( 2 2 2
E r = R R+2RR ˙ dt (7)
c
式中：c 为水中的声速。
由式 (3)～(7) 可知，水下爆炸气泡内爆轰产物做功与冲击波阵面和气泡边界的运动相关，可通过观
测水下爆炸图像得到气泡边界和冲击波阵面的运动过程，从而将能量守恒关系式与气泡膨胀过程联系
起来。将水下爆炸测试结果代入式 (3)～(7)，可解析求解出 JWL 状态方程的 6 个参数值。JWL 状态方程
（式 (3)）右边 3 项可分别视为高压、中压和低压 3 个阶段的贡献项。在低压阶段（ V ⩾ 6 ），可取：
C
E s = (8)
ωV ω
通过对低压阶段的试验参数进行计算，可求解得到 C 和 ω 。在中压阶段（ 2 ⩽ V < 6 ），可取：
B C
E s = e −R 2 V + (9)
R 2 ωV ω
将中压阶段的试验参数代入式 (9)，可求解得到 B 和 R 。A 和 R 可由 CJ（Chapman-Jouguet）参数确定。
1
2
在 CJ 点，有：
Ae −R 1 V CJ + Be −R 2 V CJ +C/V ω+1 = p CJ (10)

AR 1 e −R 1 V CJ + BR 2 e −R 2 V CJ +C(ω+1)/V CJ = ρ 0 D 2 (11)
B
V CJ = γ/(γ +1) (12)
式中：p 为爆轰波 CJ 点的压力，ρ 为炸药的密度，D 为炸药的爆速，γ 为多方指数。通过求解出的 C、
B
J
0
C
ω 、B 和 R ，可求得 A 和 R 。
2
1

2 水下爆炸试验

2.1 水下爆炸法试验系统
试验采用水下爆炸试验法，以典型炸药 RDX 作为待测炸药，样品的尺寸为 ∅ 20 mm×20 mm，质量为
10 g。试验布置及测试系统如图 1 所示，试验由 0.4 m×0.4 m×0.4 m 的透明水箱、8 号电雷管、高速摄像机
（Phatom TMX6410）和 LED 照明光源组成。试验时，药柱距离水面 0.2 m，药柱中心与高速摄像机处于同
一条水平直线上，高速拍摄的频率为 390 000 s ，并配有中心波长为 395 nm、带宽为 30 nm 的紫外光滤光
−1
片，可以有效地避免爆轰中的强光干扰，采用信号发生器同步控制炸药起爆和高速摄像机触发。

Detonator
Detonator holder
Charge
Signal trigger

Optical filter

Light source High-speed
camera
Water tank
0.4 m×0.4 m×0.4 m
Computer
图 1 水下爆炸气泡高速膨胀的测试系统示意图
Fig. 1 Schematic diagram of the experimental system for the high-speed expansion of underwater explosion bubbles

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