Page 168 - 《爆炸与冲击》2026年第6期

第 46 卷 陈安然，等： 高速破片撞击燃油箱导致的燃油喷溅特性 第 6 期

1.2.2 燃油喷溅速度结果及分析

表 1 为破片撞击燃油箱试验中液体喷溅速
表 1 破片撞击燃油箱的液体喷溅速度试验结果
度 结 果 。 试 验 测 量 的 前 2 次 液 体 喷 溅 初 速 度
Table 1 Test results of liquid spurt velocity of fragment
v 范围分别为 32～113 m/s 和 26～94 m/s，其大
s
impacting the fuel tank
小与破片的撞击速度 v 、剩余速度 v 和速度差
r
0
v s /（m·s ）
−1
v 无明显关系。 v 0 /（m·s ） v r /（m·s ） v d /（m·s ）
−1
−1
−1
d
第1次喷溅 第2次喷溅
由于液体内存在较强的压力场，侵彻孔内
577 71 506 56 44
外压力差较高，其附近的流体具有较大的质量和
609 92 517 79 94
较高的流动速度。第 1 次液体喷溅发生时，液体
737 163 574 48 94
内的压力主要为破片撞击液体表面所产生的冲
777 150 627 43 39
击压力波和破片在阻滞力作用下在液体内产生
854 253 601 54 26
的阻滞压力波，二者在液体内产生了初始压力
866 220 646 32 35
场。若破片的撞击速度较低，第 2 次液体喷溅发
906 265 641 45 51
生时，液体中的初始压力场在液体第 1 次喷溅时
996 284 712 100 78
已经衰减，空腔收缩产生的压力场强度小于空腔 1 109 308 801 50 51
溃灭产生的压力场。因此，空腔溃灭产生的压力 1 117 324 793 112 55
场 导 致 的 液 体 喷 溅 速 度 更 高 （ 第 2 次 液 体 喷 1 251 340 911 113 89
溅）。当破片的撞击速度较大时，液体中的初始
压力场也较大，且第 1 次液体喷溅的速度大于第 2 次液体喷溅的速度。
图 7（a）所示为液体喷溅速度的试验结果与拟合结果，可观察到部分试验中存在多次速度下降的阶
段，产生此现象的原因是：该次液体喷溅发生前，液体内空腔溃灭位置接近侵彻孔，导致本次液体喷溅的
v s = Ae −Bt 。其中，拟合参数 A 和拟合参数 B 分别为
速度较高。液体喷溅速度随时间呈指数函数变化，即
液体喷溅速度的最大值和喷溅速度衰减系数。当破片撞击速度小于 850 m/s 时，A 随破片撞击速度的增
大而线性减小，B 随破片撞击速度的增大而线性增大；当撞击速度大于 850 m/s 时，A、B 的变化规律相反。
根据拟合结果，长方体燃油箱中液压水锤效应导致的液体喷溅速度为：
® −4
(−0.243 4v 0 +243.1)e ( 1.235×10 v 0 −0.1054) t v 0 ≤850 m/s
v s (v 0 ) = Ae −Bt = −4 (1)
(0.230 2v 0 −159.2)e ( −1.183×10 v 0 +0.101) t v 0 ＞850 m/s
图 8 所示为式 (1) 的计算结果与试验结果的对比，ε 为绝对误差的平均值。发现破片撞击速度在
a
737～996 m/s 时的理论结果误差较大，有一半以上的试验数据落在误差 30% 以外；在破片撞击速度小于

120 v 0 =577 m/s Fitting curve

v 0 =609 m/s Fitting curve
100 v 0 =737 m/s Fitting curve
v 0 =777 m/s Fitting curve
80 v 0 =854 m/s Fitting curve
v s /(m·s −1 ) 60 v 0 =866m/s Fitting curve
v 0 =906 m/s
Fitting curve
Fitting curve
v 0 =996 m/s
40 v 0 =1 109 m/s Fitting curve
v 0 =1 117 m/s Fitting curve
20 v 0 =1 251 m/s Fitting curve
0
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250
t/ms
(a) Test results and fitting curves of spurt velocity
160
140
120 061432-6
100

0.01

1 000 1 100 1 200 1 300 1 000 1 100 1 200 1 300
−1 −1