针对当前地下爆炸物理模型实验无法模拟大当量地下爆炸抛掷弹坑和疏松鼓包现象的难题,基于相似理论,采用地下爆炸效应真空室模型实验方法,研制了考虑重力影响的大当量地下爆炸效应模拟实验装置 。整套装置由容器罐体、快开门密闭机构、爆源系统、真空泵组、量测控制系统等组成,提出的新型爆源模拟装置可以实现精确起爆控制 。该装置可模拟0.1100ktTNT、埋深20400m范围内不同比尺的地下核爆炸成坑和隆起实验,同时也能够模拟不同装药配置方案、不同地质条件下的大当量地下浅埋化爆抛掷实验 。典型的核爆抛掷成坑模型实验结果表明,装置实验参数精确可调,实验过程可控,实验结果可信,为钻地核武器地下爆炸毁伤效应分析和大型工程爆破效果预测预报提供了实验室模拟和科学研究设备,填补了爆炸离心机无法模拟大当量地下爆炸抛掷成坑效应的空白 。
关键词： 地下核爆炸 大当量浅埋爆炸 工程爆破 爆炸力学 相似模型实验 装置研制
近年来,巨型钻地武器和小型钻地核导弹的研制和使用受到高度重视,其爆炸效应与大当量地下浅埋爆炸现象相似,揭示大规模地下爆炸效应的规律和破坏特征,可为地下防护工程的优化和钻地武器战斗部的研发提供参考 。
对于大当量地下爆炸的研究对象———天然岩体而言,爆炸作用下岩石抛掷弹坑的形成受到爆炸当量、爆炸源能量的高密度、核弹围岩的特性以及岩块和地质构造的影响,对于这样复杂的物理过程,通过理论分析、数值模拟完成爆炸作用力学参数的计算还存在很大困难,而现场实地实验也受到场地、人力物力的限制难以开展系统研究 。采用相似物理模拟实验的方法可以研究地下爆炸过程中各种影响因素对弹坑和鼓包形成的影响,实验成本低、周期短,是目前条件下获取钻地核爆和大当量地下爆炸过程影响因素量化指标的有效手段 。
当前关于地下浅埋爆炸的物理模拟实验主要采用土工离心机爆炸模拟装置和真空室爆炸模拟装置,土工离心机尽管在小当量、浅埋深爆炸模拟方面具有明显的优势,但是造价昂贵、实验成本高,受到离心机加速度和模拟装药当量的限制,模拟比尺有限,只适用于一定规模的地下爆炸效应研究[1,2,3] 。真空室爆炸模拟装置最早由前苏联地球物理研究所的M.A.Sadovskii等[4]和V.V.Adushkin等[5,6]报道,他们研制了用于研究核爆炸和化学爆炸抛掷成坑的真空室模拟装置,该装置直径2.3m、高3m、体积12m3,模拟比尺从1:100到1:1000,真空室内置1~10个爆炸源,可瞬时爆炸或延迟爆炸,爆源装置采用球形镍铬丝金属栅格内置薄壁橡胶气囊做成,通过低压电流加热镍铬丝烧裂橡胶球达到释放压缩气体的目的 。但是,这种起爆方式不仅镍铬丝的加热时间长短不可控,对于多组爆源的延期起爆也无法做到精确起爆控制,而且橡胶气囊很可能随机地从某处开一裂口造成喷出气体的不均匀,对实验结果造成影响 。20世纪90年代,Y.S.Vakhrameev[7]和I.M.Blinov等[8,9]发展了自然重力场中大当量抛掷爆炸的真空室实验技术,研究了抛掷爆炸弹坑及疏松鼓包的形成机制,其爆源采用的是0.2g微型炸药,但是如何制作毫克级微型炸药并保证其性能稳定是一个关键技术难题 。
综上所述,国内尚未有大当量地下爆炸效应模拟实验装置的相关报道,国外此类装置尽管起步早,但是整套装置自动化程度低,量测技术落后,爆源装置的起爆控制也有待升级改进 。本文中以大当量地下爆炸真空室模拟方法为基础,自主设计研制用于地下浅埋爆炸抛掷成坑效应缩比模拟的实验系统,提出一种新型爆源装置,采用柔性导爆索传爆震碎玻璃球罩的方式实现爆源的精确起爆控制 。
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