Page 156 - 《爆炸与冲击》2026年第10期

第 46 卷 梁益帆，等： 大当量多点聚集爆炸成坑效应的真空室模拟试验系统 第 10 期

damage range for multi-point sources compared to single-point sources when the total yield is identical. Key results indicate: A
vacuum chamber simulation system is successfully developed, relying on a miniature explosive device based on the two-stage
gas gun principle and the vacuum chamber. Synchronization tests confirmed good simultaneity among explosive sources using
a common detonation control switch; Compared to single-point explosions, multi-point explosions significantly increased
crater radius, volume, and free surface projection area, greatly expanding the damage zone; Explosive source burial depth
significantly impacts the damage effect.
Keywords: multi-point explosion source systems; vacuum chamber simulation test; underground explosion cratering effect;
similarity law

分导式多弹头低当量钻地核弹的聚集爆炸能够有效打击深埋地下坚硬目标，对深地下工程的安全
防护造成了巨大的威胁。由于受物理法则的限制，钻地武器侵彻钻深度有限而无法保证完全封闭爆炸，
其爆炸毁伤效应与地下浅埋核爆炸效应相似。
对于大当量地下爆炸而言，爆炸抛掷成坑过程受到爆炸当量、爆源能量密度、围岩特性等参数影
响，通过理论分析、数值模拟方法分析该物理过程难度较大，原型试验更是受到限制而无法开展。大当
量地下抛掷爆炸成坑效应真空室模拟试验方法中，把爆炸弹坑的形成过程看作是爆炸气状生成物推出
[1]
碎裂岩石的结果 。相似模拟是研究大当量地下爆炸破坏效应的一种有效方法，当前主要有离心机爆炸
模拟和真空室爆炸模拟两种方法。离心机模拟试验方法基于离心力场和重力场等价原理，将 1/N 缩比爆
炸模型放置于 N 倍重力加速度场中爆炸，使模型和原型对应点处应力-应变相同、变形相似、破坏机制相
同。其优点在于对相似材料和气压环境无特殊要求，但模拟比尺有限，无法模拟大当量、大比例埋深的
地下爆炸成坑试验；真空室爆炸模拟试验方法是在自然重力场中进行，采用动力变换的思想，通过降低
模型自由面压力和使用相似散体材料，突出重力加速度对爆炸成坑的影响，使模型和原型保持相同的力
比例关系。该试验方法无需额外提供加速度，并且真空室的压力和爆源压力调节范围广，模拟比尺大，
满足大当量、大比例埋深的地下爆炸抛掷成坑效应的研究需求。Adushkin 等 [2-3] 首先设计开发了大型真
空室模拟试验装置，通过线性分布装药爆炸成坑试验，探究了线性阵列装药的延时起爆、装药相对距离
等参数对弹坑形成机制的耦合影响。Blinov 等 [4] 与 Vakhrameev 等 [5] 改进了大当量地下浅埋爆炸的相似
理论，建立了微型装药真空室爆炸模拟试验技术，并探究了介质参数与大气条件对爆坑形貌的影响以及
对爆炸过程中疏松鼓包的形成机理。徐小辉等 [6-7] 和王明洋等 研制了考虑重力作用的真空室单点爆炸
[8]
[9]
模拟试验系统，成功复现了 Neptune 地下核爆试验 的成坑效应。
真空室爆炸模拟系统中，Adushkin 等 [2-3] 采用薄壳橡胶球型容器封存压缩气体作为模拟爆源，在容
器外布置金属丝，通过高压大电流击穿金属丝形成电爆炸，利用电爆炸击穿橡胶球释放高压气体，完成
爆源爆炸模拟过程；Blinov 等 [4] 与 Vakhrameev 等 [5] 采用微型药球作为模拟爆源，但微型药球制备困难，
存在火工品审批严格、操控安全难题。徐小辉等 [6-7] 和王明洋等 [8] 创新性地应用薄壁玻璃球封装高压气
体，通过导爆索传爆精准控制玻璃球释放球内高压气体，为了进一步提高模拟试验的安全性和操作性；
郭纬等 [10] 基于二级炮的工作原理创新设计了二级高压驱动阵列弹珠同步弹射微型爆源装置，该装置利
用少量二级高压气体驱动球头钢珠高速弹射玻璃球来释放球内高压气体，实现了爆源的精确起爆。
当前随着分导式多弹头钻地武器的发展，多点聚集爆炸的破坏效应成为爆炸冲击领域的研究热点，
但是当前已有的爆炸装置仅仅适用于单点爆炸模拟，对于大当量多点地下爆炸模拟的研究工作相对较
少。本文在单点爆炸模拟试验系统 [6] 的基础上，基于二级高压驱动阵列弹珠同步弹射微型爆源装置，开
发设计大当量多点聚集爆炸成坑效应的真空室模拟试验系统，以“Palanquin”地下核爆炸成坑原型试验 [9]
为参照，开展深埋（4.3 kt，埋深 85 m）与浅埋（5 kt，埋深 20 m）两组不同工况下的三点爆源真空室爆炸成
坑模拟试验，并与“Palanquin”原型试验成坑试验结果进行对比分析。当下小型钻地核弹设计当量为
5 kt，为了探究该当量下多点爆源在浅埋和深埋情况下的成坑效应，为此设计了两种不同的模拟试验工
况。由于当下已知的原型试验结果中，“Palanquin”原型试验当量与小型钻地弹的设计当量相近，埋深
较大，并且该原型试验结果有成坑效应的相关数据，因此以该原型试验工况为基准模拟深埋工况下的多

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