Page 160 - 《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

璃球壳，释放爆腔气体压力。整个过程大致分为 3 个阶段：高压气室充压阶段、炮管内 PE 棒做功阶段、
膜片破裂弹珠弹射阶段。高压气室的充气压力为 4 MPa，玻璃球壳内由于发射装置系统造成的残余稳态
气体压力约为 3 kPa ，对玻璃球壳内爆源气体压力的影响可以忽略不计。
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在高压气室充压阶段，高压气罐内的高压气体通过四通分别进入各个高压气室中，待填充至额定压
力时，关闭高压气罐。高压气室内的气动活塞下表面面积远大于上表面面积，当高压气体由底部进入高
压气室内时，气动活塞在上下表面巨大压差作用下，向上挤压密封圈使气动活塞上端面始终与高压气室
的顶面紧紧贴合，形成密闭气腔。
炮管内 PE 棒做功阶段，是高压气室内气体驱动 PE 棒高速运动的过程。各高压气室独立配置电磁
阀，当同步启动电磁阀时，高压气室内气体快速泄出，气动活塞上下表面形成巨大压差而快速向下动作，
高压气室内的气体从顶部喷出，作用于炮管内的 PE 棒底端，驱动 PE 棒向上高速运动，炮管内部在 PE 棒
与膜片之间形成一个新的压缩气室。
膜片破裂弹珠发射阶段，当 PE 棒高速运动压缩炮管内的气体达到破膜压力时，膜片破裂，炮管端部
形成的压缩气体驱动弹珠高速弹射而撞碎玻璃球壳，从而达到释放爆源气体的目的。由于炮管端部球
头内部设有锥体结构（见图 6(a)），当 PE 棒高速冲击嵌入锥体后起到密封作用，可以避免 PE 棒尾部的高
压气体进入玻璃球壳而影响试验精度。试验破裂膜片及 PE 棒入锥如图 6(b) 和 6(b) 所示。

Steel ball
Barrel end

Cone Diaphragm

(a) Structure of the barrel end (b) Deformable PE rod and piercing diaphragm (c) PE rod inserted into the barrel end

图 6 PE 棒击穿膜片嵌入发射球头
Fig. 6 PE rod penetrating membrane with projectile barrel end
2.4.2 同步性测试

将两个爆源放置于空气中，开展多点爆源
系统的同步性测试。两点爆源同步性试验测试
系统如图 7 所示，测试中爆源内部绝对压力为
150 kPa，通过高速摄影采集弹珠弹射及玻璃球
壳破碎时刻，进而确定爆源之间的爆破时差。高
速相机采集帧率为 10 000 s ，两点爆源高速爆破
−1
镜头如图 8 所示，当启动电磁阀后，在 0.4 和 1.1 ms
左右两侧炮管球头上的钢珠高速飞出；在 2.4 ms
时，左侧玻璃球先被击破，3.2 ms 时右侧玻璃球
(a) Glass sphere and barrel (b) Structure of multi-point blast
破碎，两个玻璃球壳爆破存在 0.8 ms 的时差。
图 7 多点爆源系统测试装置
分析爆源系统存在的时差原因，由图 8 可
Fig. 7 Multi-point blast source test rig
知，左右两侧钢珠从球头飞出到击破玻璃球的时
间是一致的，两者分别相差 2.0 和 2.1 ms，可见钢珠弹射获得的动能基本相同，破膜压力基本相同，造成
时差的原因主要来源于电磁阀启动时间的微小偏差造成高压气室底端泄气速率的快慢不同造成的，属
于系统误差。对于大当量地下多点聚集爆炸成坑效应模拟，0.8 ms 的起爆偏差对相似散体材料的抛掷移
动过程影响较小，满足真空室爆炸模拟试验要求。

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