Regole di propagazione delle onde d'urto in spazi confinati in diversi ambienti di pressione iniziale

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 14352 (2022) Citare questo articolo

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In questo articolo è stato sviluppato un recipiente di esplosione regolabile a pressione iniziale ed è stato studiato l'effetto della pressione negativa, della pressione positiva (0,2–1,8 atm) e della diversa pressione ambientale iniziale sull'onda d'urto esplosiva generata dall'esplosione di esplosivi. Sono state analizzate le relazioni tra l'impulso specifico, la velocità dell'onda d'urto, la quantità di prodotti gassosi esplosivi e la pressione ambientale per diversi ambienti a pressione iniziale. Si è scoperto che: la sovrapressione dell'onda d'urto dell'esplosione diminuisce con la pressione ambientale iniziale dell'esplosione, ed esiste un ambiente a pressione negativa con una drammatica diminuzione della pressione vicino a 0,6 atm, definita come pressione negativa supersensibile Pcr. La velocità di propagazione di un'onda esplosiva aumenta al diminuire della pressione ambientale, e la velocità di propagazione ad una pressione di 1,8 atm è quattro volte inferiore alla velocità ad una pressione di 0,2 atm. La produzione di prodotti gassosi esplosivi non è cambiata. Maggiore è la pressione iniziale dell'ambiente in cui si trova l'esplosivo, minore è il rapporto tra il gas generato dall'esplosione e la forza iniziale del gas nel recipiente dell'esplosione e maggiore è l'impatto sulla propagazione delle onde d'urto. L'attenuazione massima del primo impulso specifico i1 è del 72,97% e l'attenuazione massima del secondo impulso specifico i2 è del 72,39%. Gli esperimenti forniscono dati di riferimento per il confronto militare ad alta quota, lo sviluppo di armi e munizioni ad alta quota e l’ingegneria della protezione delle profondità della terra.

Esplosivi nell'aria durante l'esplosione, la generazione istantanea di prodotti di esplosione ad alta temperatura e alta pressione, e violentemente compressi attorno ad esso, formando uno strato di interfaccia compressa, cioè il fronte dell'onda d'urto. Allo stesso tempo, si verifica la formazione di onde sparse all'interno dei prodotti dell'esplosione, dall'interfaccia aria-esplosione fino al centro di propagazione dell'esplosione. Poiché i prodotti dell'esplosione e le onde d'urto continuano a propagarsi in avanti, quando il prodotto dell'esplosione raggiunge il limite del volume, il prodotto dell'esplosione smetterà di espandersi, le onde d'urto possono essere considerate separate dai prodotti dell'esplosione.

I prodotti esplosivi colpiscono e comprimono l'aria attorno alla fonte dell'esplosione, determinando una certa distanza dal centro di carica, la pressione delle onde d'urto non ha mai disturbato lo stato improvviso, determinando una grande pressione positiva, formando una zona di pressione positiva. Con l’aumentare del tempo di propagazione, l’aria dietro il fronte delle onde d’urto comincia ad espandersi, determinando un continuo calo di pressione, che forma una zona di pressione negativa al di sotto della pressione iniziale. Nel processo di propagazione libera delle onde d'urto, l'intensità delle onde diminuisce gradualmente con l'aumento della distanza di propagazione e infine decade in onde sonore. La curva pressione-tempo del suo processo di propagazione è mostrata nella seguente Fig. 1.

Curva temporale della sovrapressione tipica dell'onda d'urto.

Esplosivi in ​​campo libero, esplosione ad alta temperatura e gas ad alta pressione in un istante. I prodotti dell'esplosione si diffonderanno violentemente in tutte le direzioni e comprimeranno l'aria circostante, formando onde d'urto. Rispetto allo spazio libero aperto, lo stato di propagazione delle onde d'urto nello spazio confinato è molto più complesso, si sovrappongono più riflessioni e la pressione di picco generata aumenta significativamente. L'effetto delle onde d'urto generate dall'esplosione su vari oggetti viene misurato principalmente dal picco di sovrapressione ∆p, dalla velocità di propagazione dell'impulso specifico i u e da altri parametri. Si ritiene generalmente che il danno da esplosione esplosiva sotto forma di onde d'urto sia dannoso. La relazione tra pressione di picco, impulso specifico e velocità di propagazione delle onde d'urto per scoprire, rivelare le regole della propagazione delle onde d'urto e il meccanismo del danno, studiosi nazionali e stranieri hanno condotto un gran numero di studi sperimentali e teorici e proposto un serie di formule semi-empiriche per il calcolo della sovrapressione delle onde d'urto1,2,3,4.