Page 41 - 《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

取整为 5 MPa，既与计算均值吻合，又能为二次起爆装置设计、起爆距离校准等工程操作提供清晰易懂
的参考标准，避免因小数位数导致的应用不便。因此，为保证云团的可靠起爆，当二次起爆药柱位于云
团外围且置于云团侧边时，在云团边缘处产生的超压峰值应不小于 5 MPa。

5 临界起爆能量分析

根据起爆超压的分析结果，开展临界起爆能分析，从而进一步对起爆超压进行验证。已有研究表
明，云团的爆轰特性可采用炸药爆轰模型进行表征 [21-22] 。据此，采用姜夕博等 [23] 针对炸药冲击起爆的临
界能量流判据，对云团的临界起爆能量进行分析。炸药冲击起爆判据的表达式为：

2
p τ = const (3)
τ 为冲击波脉宽。对本文的二次起爆药柱，这
式中： p 为二次起爆药柱爆轰产生的的入射冲击波压力，
2
2 种参数可根据数值模拟的超压时程曲线得到。对于 ρ τ 的含义，可采用以下公式描述 [22] ：
2
E c = p τ/(ρ 0 D) = puτ (4)
u 为波阵面后粒子速度。
式中： E c 为临界能量流， ρ 0 为云团密度， D 为二次起爆药柱爆轰冲击波的速度，
根 据 二 次 起 爆 药 柱 爆 轰 的 数 值 模 型 ， 基 于 冲 击 波 到 达 时 间 可 估 算 在 距 离 0.5 m 处 ， 冲 击 波 速 度 D ≈
2 000 m/s。
在估算云团密度时，燃料液滴仅以微小体积分散于空气介质内，而二次起爆药柱产生的冲击波能量
传播与整个混合体系的密度相关，并非单一燃料介质。该燃料-空气混合物的密度是决定其起爆特性的
关键初始条件。若仅以燃料密度估算云团密度，将偏离实际爆轰波传播介质的属性。已有研究表明，在
进行云雾爆轰特性分析时，可假定云雾区内燃料分布均匀 [14] 。据此，取云团总质量为云爆剂质量和抛散
3
区 域 内 所 含 空 气 质 量 之 和 。 根 据 高 速 摄 影 ， 可 估 算 云 团 体 积 为 209.45 m ， 由 此 估 算 出 云 团 密 度
3
3 τ 代入式 (4)，有 E ≈ 538 kJ/m 。另外，宋述忠等 [24] 基于激波管试验，对硝
0 D 、 c
ρ ≈ 1.29 kg/m 。将 ρ 0 、 p 和
酸异丙酯类的 FAE 临界起爆能进行了分析，结果表明，临界能量流为 468 kJ/m 。本文计算结果与激波管
2
试验结果的相对误差约为 15%。
基于临界能量流判据开展云团起爆能量分析时，将云团视为均质混合介质。该假设未额外引入云
团里面的浓度梯度对能量吸收效率的修正，主要是考虑到试验中通过抛散时间控制，云团半径、燃料与
空气的混合状态均趋近稳定，且已有研究中也采用了相同的假设。从计算值与激波管试验值的对比来
看，二者的相对误差处于爆轰物理领域试验与理论分析的合理误差范围内，并且通过临界能量流判据计
算得到的云团起爆能量与激波管试验结果在数量级上也是契合的。这充分说明，模型的简化处理未影
响对云团起爆核心控制因素的准确捕捉，进而验证了本文所得云团边缘超压阈值的可靠性。

6 结 论

基于 FAE 的缩比样机，考虑云团的严苛起爆环境，将二次起爆药柱置于云团外围，开展了 FAE 抛撒
后形成云团的起爆裕度研究。通过抛散试验获得了云团稳定的时间，通过将起爆药柱置于距云团边缘
不同的距离，基于超压测试和高速摄影得到了云团的起爆状态，分析了起爆药柱和云团边缘的距离阈
值。将超压峰值作为指标衡量云团激发能量的大小，采用经验公式、数值模拟和临界能量流判据分析方
法，对保证云团可靠起爆的边缘超压峰值进行了分析，所得结论如下。
(1) 若采用 1 kg 的 HMX 基炸药作为二次起爆药柱，将其置于云团侧向外围同样可以产生二次爆轰
现象，但药柱与云团边缘之间的距离不应超过 0.5 m。
(2) 当云团抛散状态稳定后，如果二次起爆药柱能量足够使云团发生稳定爆轰，二次起爆药柱的位
置对云团爆轰超压分布的影响较小。
(3) 考虑到工程应用中需兼顾精度与便捷性，当起爆药柱置于云团外围时，产生的边缘超压峰值不
应小于 5 MPa。

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