教学目标

1．了解爆炸的基本现象及其压力分布。

2．理解掌握空气冲击波与目标的作用。

3．了解殉爆的概念、起因及其影响因素。

4．掌握冲击波安全距离和殉爆安全距离的计算方法。

教学重点

1．空气冲击波与目标的作用

2．殉爆的起因及其影响因素

3．冲击波安全距离和殉爆安全距离的计算

教学难点

冲击波安全距离和殉爆安全距离的计算

教学过程

[直接引入]

一、爆炸的基本现象

当炸药在空气中爆炸时，由于爆炸产物迅速向四周膨胀，膨胀着的爆炸产物就如同一个活塞一样推挤周围的空气，形成空气冲击波。爆炸产物在膨胀的开始阶段压力极高，由于它的推力，空气冲击波不断增大其压缩层的厚度，这时膨胀波向爆炸产物中传播，而冲击波向空气中传播，如图4-9所示。

P

膨胀波

爆炸产物

界

面冲击波

X

图4-9爆炸产物膨胀开始阶段的压力分布

当冲击波在空气中向前传播时，波阵面的压力、密度等迅速下降。下降的原因有以下几个方面：首先，冲击波是呈球形扩展，故随着向外扩展，波阵面的面积不断增大，因此单位面积上的能量不断减小；其次，由于波阵面强度大，传播速度快，而波尾部强度小，传播速度慢，因此冲击波压缩区的宽度不断增加，故冲击波的能量分布于逐渐增大的空气体积中；第三，当冲击波阵面通过时，发生了不可逆的能量损耗，即机械能转变为使空气加热的热能。由于以上因素作用，使得冲击波阵面的压力随着波阵面向外扩展而迅速下降，最后冲击波衰减为音波。

炸药在空气中爆炸时，在离炸点一定距离的某点上测得压力随时间变化的关系如图4-10所示。

P

Pm

Po

t

图4-10在某点上测得冲击波压力随时间的变化

在冲击波未到达前，该点的压力为初始压力Po（一般为1大气压）。冲击波波阵面到达时，该点的压力突然升高到最大压力Pm，然后压力随着时间的推移而逐渐下降。当冲击波波面通过一段时间以后，出现低于大气压的压力，称为负压区。负压区的存在，是由于跟随在冲击波后面的爆炸产物的脉动造成的。

当爆炸产物的压力下降到与周围空气介质的压力相等时的体积称为爆炸产物的极限体积。

如果在某一瞬间记录在爆炸点不同距离处的压力，得到如图4-11所示的曲线。

P

R

图4-11冲击波波阵面后压力分布

在爆炸产物停止膨胀后，空气冲击波就与爆炸产物分离，并继续向前传播。对于一般的球形装药两者分离的距离大约在8～15倍装药半径处，平均可取12r，这时冲击波波阵面的压力还相当大，大约10～20公斤/厘米2，波的传播速度约～米/秒。

将不同瞬间的压力分布画在图上，如图4-12所示。

t1

t2

Po

oR

图4-12不同瞬间的压力分布

由于爆炸产物在近距离起作用，因此，在空气中爆炸时起主要破坏作用的是空气冲击波。实际上，炸药爆炸时的总能量大约有70%传入空气冲击波。

从图4-12可以看出：离爆心愈近，波阵面的压力愈大，破坏作用愈强烈，但是作用面积较小。如装药在空气中爆炸时设冲击波波阵面上超压为0.2公斤/厘米2以上的总作用面积为，此时，各种不同超压的作用面积为：

波阵面上超压：由0.2～2公斤/厘米2约占92%的总面积；

波阵面上超压由2～20公斤/厘米2约占6.7%的总面积；

波阵面上超压大于20公斤/厘米2约占1.3%的总面积。

可见，受到中等以上强度空气冲击波作用的范围是很小的，约占80%的总面积，而很大范围内受到超压0.2～2公斤/厘米2的冲击波作用，即使如此，也不能低估其破坏和杀伤作用。事实证明，波阵面超压力为0.2～0.3公斤/厘米2就足以使城市一般砖木结构建筑物受到破坏；当超压为0.6～0.7公斤/厘米2时，钢架结构和轻混凝土建筑物会受到破坏；而当超压在1公斤/厘米2以上时，除了坚固的钢筋混凝土耐震建筑物外，其余都全部会被破坏。

二、空气冲击波与目标的作用

当空气冲击波遇到障碍物表面时，就在障碍物表面发生反射。图4-13表示出平面冲击波在绝对刚壁上进行正反射的情况。

P1P0P1P2

P1P0P1P2

u1u1=0u1u2

入射反射

图4-13平面冲击波的正反射

设入射冲击波的超压为△P1，反射冲击波的超压为△P2，根据推量得：

=2～8

入射冲击波的强度（△P1）愈大，反射冲击波的强度（△P2）也就愈大，由公式可知，正面目标一般受到入射冲击波的2～8倍超压。

当空气冲击波与障碍物表面成一定角度时，就会产生冲击波的斜反射。

装药在地面上爆炸时超压△P与距离及爆药量的关系有：

△P=1.06+4.3（）2+14（）3

式中：W——装药量（公斤），以TNT炸药为基准，其它单质炸药

W=Wi

Qi——为某炸药的爆热

Wi——为某炸药的重量

R——为作用距离（米）

空气冲击波通过时，对目标的破坏作用，首先是波阵面上的压力（以超压△P表示）。其次是冲击波阵面作用时间也称冲击波延续时间，以t＋表示。第三是比冲量（压力与作用时间的乘积），以I表示。

波阵面作用时间：t＋=1.7×10

其中，t＋以秒计，W以公斤计，R以米计。

比冲量：I=63（R＞12ro）[长沙特教学院1]

三、殉爆

（一）定义：装药A的爆炸能引起相距一定距离的被惰性介质隔离的B装药爆炸，这一现象称做殉爆。如图4-14所示。

图4-14炸药殉爆示意图

1雷管2主爆药卷3从爆药卷4殉爆距离5沙子

惰性介质指的是空气、水、土壤、金属、或非金属材料等。装药A称为主发装药，装药B称为被发装药。

爆炸通过惰性介质而传递的能力，称之为殉爆能力。殉爆能力通常以引起殉爆时两装药间的最大距离来表示，这个距离称为殉爆距离。

（二）殉爆的起因及影响因素

研究殉爆现象可以为生产火炸药（包括烟火剂）和保存火炸药、烟火制品等确定安全距离提供基本数据，从而保确各生产工序之间、各工作岗位之间、库房之间不会因一处发生爆炸而引起邻近的仓库或生产工房发生爆炸。

1.殉爆的起因

（1）主发装药的爆轰产物直接冲击被发装药。两装药间的介质密度不是很大（如空气等），且两装药的距离又不很远时，主发装药的爆轰产物就能直接冲击被发装药。在爆轰产物的直接作用下，引起被发装药爆炸。

（2）主发装药爆轰时抛射出的物体冲击被发装药。例如主发装药的外壳碎片冲击到被发装药上，引起被发装药爆轰。

（3）主发装药爆轰时，在惰性介质中形成的冲击波冲击被发装药。主发装药爆轰时，在其周围介质中形成冲击波，冲击波在惰性介质中传播时，如果冲击波仍具有足够的强度，就能引起被发装药爆炸。

在实际情况下，通常不一定只是某一因素的单一作用，而可能是以上两种或多种因素综合作用结果，得视具体条件而定。如果介质是空气，且两装药相距较近，主发装药又有外壳时，就很可能是三种因素同时起作用。若两装药之间被惰性介质隔开，且距离较大，则主要是第三种因素，即通过惰性介质传递的冲击波起作用。实验证明，如果主发装药带金属外壳时，固体粒子就起主要作用。

2.影响殉爆的因素

（1）主发装药的药量及性质

主发装药的药量愈大，以及它的爆热、爆速愈大时，引起殉爆的能力也就愈大。因为主发装药能量高、爆速大、药量大时，所形成的冲击波的压力与冲量愈大。

（2）主发装药的外壳

装药有外壳时，爆轰产物侧向飞散减少，有利于爆轰产物定向飞散，故殉爆距离增大。

（3）主发装药与被发装药间的联接方式

当两装药之间用管子联接起来，爆炸产物及冲击波就能更好地集中于一个方向飞散，使殉爆距离增大。因此，在有爆炸危险的各工序之间，以及各工房和实验室之间，必须有单独的通风管道和工房用明下水道。

（4）被发装药的性质

被发装药的爆轰感度愈大，则爆轰传递的能力愈大。因此，影响被发装药爆轰感度的所有因素（密度、装药结构、粒度大小、化学性质等）都影响殉爆距离。当被发装药密度低时，其爆轰感度大，殉爆距离也大。非均质的装药殉爆距离比均质装药的殉爆距离要大。不过，当被发装药的直径小于临界直径时，不能殉爆。

（5）装药间的介质性质

惰性介质对殉爆距离有很大的影响。而介质的影响主要和在其中冲击波传播的情况有关。一般不易压缩的介质，冲击波容易衰减，因而殉爆距离较小。沙、土等介质吸收冲击波能量的能力强，故它们隔在装药之间时殉爆距离很小。因此，在爆炸物仓库以及某些危险性大的生产工房周围，常常建筑一道土围墙，这样可以大大缩小它们之间或其它建筑物之间的殉爆距离。

四、安全距离

安全距离又可分为冲击波安全距离和殉爆安全距离。

冲击波安全距离，是指防止空气冲击波对人员和建筑物损伤和破坏的安全距离。殉爆安全距离，是指为防止爆炸物相互间殉爆的安全距离。

下面以表格的形式列出冲击波超压对建筑物及生命的破坏和杀伤力。

表4-3超压对建筑物的破坏

△P（公斤/厘米2）

破坏作用

0.02～0.07

玻璃部分破坏，屋面瓦部分翻动

0.07～0.15

门窗部分破坏，屋面瓦部分破坏

△P（公斤/厘米2）

破坏作用

0.15～0.3

门窗框破坏，顶棚部分破坏

0.3～1.5

木板隔墙破坏，木屋架折断，顶棚塌下

0.5～1.0

木结构梁柱倾斜，砖木结构屋顶掀掉，墙裂缝

1.0～2.0

砖墙分部侄塌，木结构建筑物被破坏

＞2.0

砖木结构完全破坏

表4-4超压对有生力量的杀伤

△P（公斤/厘米2）

杀伤作用

小于0.2

没有杀伤作用

0.2～0.3

轻伤

0.3～0.5

中等损伤

0.5～1.0

重伤、甚至死亡

（一）冲击波安全距离

通常是以冲击波阵面超压来表示冲击波对目标的破坏作用。冲击波安全距离的计算，目前各国在大量的试验基础上得到一些安全距离试验式，基本符合R=K或R=。我们某些单位在国内试验资料分析的基础上，提出用建筑物危险等级确定冲击波安全距离。例如，在生产区内A级爆炸性危险建筑物到其它建筑物的最小安全距离计算式为：

R=K安

式中：R为冲击波最小安全距离

W为炸药重量（公斤）

K安为安全系数

下面以表格的形式列出了A级建筑物的安全系数值。

表4-5A级建筑物的安全系数值

建筑物等级

双方均无围墙

单方有土围墙

双方均有围墙

A1

4.5

1.7

0.85

A2

2.8

1.2

0.60

如果按上式计算所得的值小于35米，则应取35米。不同等级建筑物之间的距离应按各级分别计算取其中最大值。

通常把火工厂建筑物等级分成三类：爆炸危险性、起火危险性和火灾危险性。而爆炸危险性工房又分成A级和B级。A级指在工房内对危险品进行加工，当工房内发生爆炸时，工房遭到严重破坏，并对外界建筑物有严重破坏能力者，B级指在工房内对危险品进行加工，如发生爆炸，造成局部破坏，对外界建筑物破坏较小者。A级又按危险品的威力和敏感程度分为A1级和A2级。对于B级建筑物以及其它起火、火灾危险性建筑物的最小安全距离大致在37～70米范围内。

（二）殉爆安全距离

防止爆炸物相互殉爆的安全距离称之为殉爆安全距离。殉爆安全距离可按下式计算：

R=K殉

式中：R为殉爆安全距离

W为药量（公斤）

K殉为殉爆安全系数

表4-6一些危险性库房的K殉值

级别

从A1

从A2

从B、C、D级

备注

有土围墙

无土围墙

主A1

0.4

0.4

0.4

0.8

“主”指主爆装药

“从”指从爆装药

主A2

0.3

0.3

0.3

0.6

C级库房之间，以及其它等级库房之间，不论有无土围均按下式计算：

R=K殉

K殉通常取2.7。

D级库房之间的距离一般采用25米，不必另行计算。

必须指出，上面介绍了安全距离计算法，但在实际应用中，还要考虑很多其它因素。如地形条件、交通情况和建筑物的结构等因素。因此，在实践中，要参考有关资料进行综合考虑。

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