Page 34 - 《爆炸与冲击》2026年第8期

第 46 卷 贾大卫，等： 燃料空气炸药云团的起爆裕度 第 8 期

燃料空气炸药（fuel air explosive, FAE）是一种高能燃料，具有与常规炸药不同的爆炸特性。其毁伤
机理是：在中心抛散药柱的爆轰驱动下向外飞散，并与周围空气混合形成云团，在二次起爆药柱爆轰产
生的能量激发下，云团整体发生爆轰，其作用范围大，持续时间长 [1-2] 。为保证毁伤效果，不仅需要保证抛
[3]
散性能，云团爆轰所需的激发能量同样需要达到阈值 。若激发能量不足，则可能会导致云团爆轰不完
整，从而大大影响毁伤威力。因此，研究二次起爆药柱激发能大小与云团起爆状态的关系，对二次起爆
装置设计具有重要意义。
当前对 FAE 性能的研究主要集中在抛散效能、蹿火机理和爆轰威力评估方面，例如：贾承志等 [4] 利
用 FLUENT 软件，对燃料分散过程的蹿火现象进行了分析，研究了蹿火规律，并验证了模型模拟抛散半
径的可行性；方伟等 [5] 研究了 FAE 装药结构对抛散性能的影响，并给出了云团浓度的建议值；Liu 等 [6] 研
[7]
究了球形气云爆炸链式效应的影响因素；史远通等 研究了中心抛散药的装药方式和壳体的局部弱化对
抛散速度和抛散半径的影响，并基于 LS-DYNA 建立了数值模型；Bai 等 [8] 研究了云雾形态对爆轰超压威
力场的影响，认为饼状云雾的爆轰性能最优；陈嘉琛等 基于 FLUENT，对燃料的抛散过程进行了数值模
[9]
拟；苏震等 [10] 考虑了落速对云团爆轰的影响，建立了在 1 000 m/s 落速条件下的燃料分散和爆轰威力的计
算仿真模型；许志峰等 [11] 研究了壳体形状对云团抛散尺寸的影响，其结果可为壳体形状设计提供参考；
王溪濛等 [12] 基于 AUTODYN，利用 JWL 状态方程开展了圆柱体形云团的形貌参数对超压场分布演化规
律及其毁伤威力的研究；田园等 [13] 应用 TVD 和 MacCormack 方法模拟二维两相爆轰的发展过程, 分析了
轴向尺寸、径向尺寸及液滴质量浓度对爆轰压力场的影响；徐永康等 [14] 利用神经网络算法，基于云团爆
轰超压分布数据集，建立了云团的毁伤效应预测模型；杨振寰等 [15] 针对圆台型 FAE 结构，研究了起爆方
式对云团抛散的影响，并基于 LS-DYNA 建立了数值模型。
上述研究对理解 FAE 抛散过程和云团的爆轰威力评估起到了很大的促进作用，但在进行爆轰威力
评估时，普遍假定抛散后形成的云团能够稳定爆轰。由于云团爆轰完整性受二次起爆药柱产生的激发
能大小的影响较大，这种假定仍不足以完整考虑 FAE 的整个作用过程。针对云团起爆裕度的问题，徐敏潇
等 [16] 开展了试验研究，研究了二次起爆药柱的质量和数量对云团爆轰超压的影响，结果表明药柱的质量
与云团的爆轰完整性和毁伤威力具有一定关联。但上述研究未考虑可能出现的严苛条件，即二次起爆
药柱仅置于云团内，所得爆轰条件只适用于云团里面的激发能量。对于处于飞行状态的 FAE [17] ，中心抛
散药爆轰形成云团后，二次起爆装置的位置具有很大的随机性，下落过程中可能会落在云团外围或边缘
处。若起爆装置未能落在云团内，则云团的爆轰完整性主要由边缘区激发能大小决定，而目前仍然缺少
对可爆轰云团边缘区激发能裕度的研究。
根据徐敏潇等 [16] 的研究，在一定范围内，增加二次起爆药量有助于提高激发能的大小，从而提高
云团爆轰的完整性；而起爆药量越大，意味着爆轰形成的超压峰值越高，即超压峰值与激发能呈正相
关关系，因此选择二次起爆药柱产生的超压峰值作为衡量云团起爆裕度的指标。考虑云团起爆的严
苛条件，将二次起爆药柱置于云团外围，研究二次起爆药柱与云团边缘的距离对云团起爆状态的影
响，并结合经验公式和数值模拟，得到该条件下冲击波传播至云团边缘的超压峰值，确定保证云团可
靠起爆的边缘超压阈值。进一步基于临界能量流判据，对所得的二次起爆药柱冲击波超压峰值阈值
进行辅助分析。本文考虑实际中可能出现的二次起爆装置位于云团外的情况，为二次起爆装置设计提
供支撑。

1 试验装置设计

1.1 缩比样机设计
设计了含 12.5 kg 硝酸异丙酯类液固型 FAE 的缩比样机，结构设计如图 1 所示，样机如图 2 所示。
缩比样机的总质量约为 18 kg，直径为 20 cm，高度为 40 cm。中心抛散药为圆柱形 TNT，总质量约为
0.2 kg。中心抛散药的起爆点位于上端中心，通过电雷管和扩爆药起爆。

082101-2