1-19 滑移爆轰作用下飞板运动的解析解

谭多望 孙承纬

  根据在一维化拟定态运动的参考系中的瞬时爆轰产物及其稀疏流动,建立滑移爆轰驱动飞板运动的理论模型,导出了任何k(炸药多方指数)值下滑移爆轰驱动飞板运动的计算公式,这种简单明了的理论模型可较好地再现目前有代表性的实验和模型计算结果 。

  考虑飞板中某一微元,t=0时爆轰波阵面掠过,使得微元表面炸药段发生瞬时爆轰。以该微元与炸药接触的表面为原点建立(x,t)坐标系,如图1所示。

  在忽略空气阻力、飞板的强度和可压缩性、应力波在飞板中的传播以及假定爆轰产物作等熵流动、爆轰波到达飞板表面时反射弱冲击波的条件下,产物在(x,t)平面上的流动分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个区域,Ⅰ为产物静止区,Ⅲ为右行波C+波后区,Ⅱ、Ⅳ分别是微元运动同Ⅰ、Ⅲ相互作用区域。

  由于假定微元内表面反射稀疏波,其前沿迹线SR必是特征线族C-之一支。当k=3时,产物运动的右行波C+不受微元运动引起的左行波C-的影响,黎曼不变量的函数及沿特征线的量不变。x = - 1(取装药药厚le=1,炸药爆速D=1,装药密度r e=1,将物理量无量纲化)处产物向左方真空中自由飞散,前沿迹线为S0,另外有一稀疏波前沿R向右在产物中传播,在A点处赶上飞板。- 1点处的瞬时爆轰产物在t=0时突然向左方真空飞散。

  因此Ⅲ区和Ⅳ区的流动可用以-1点为心的中心稀疏波描述,它们的差别在于Ⅲ区的左行波为均匀的平行直特征线,Ⅳ区的左行波为飞板运动发出的虚拟中心稀疏波。孙承纬已证明从飞板迹线发出的C-族特征线反向延长后,将在此迹线的右下方相交于一点,所以此族特征线在力学上等价于一个中心稀疏波,称为虚拟中心波或截头中心波。

  记飞板厚度为lm、密度为rm,炸药初始压力为ps=[2(k+1)]-1,初始声速为cs=[k/2(k+1)]1/2,并令h=ps/(lmpmcs3), a =2(1+4h cs+2h2 cs3)/(2+h cs)2, b=(2+4h cs+h 2 cs3)/[ h (2+h cs)]。根据黎曼不变量a 的函数及沿特征线的量不变等关系,可导出当k=3时飞板运动速度公式(1)。

    当炸药多方指数时,左行波C-将影响右行波C+,Ⅱ、Ⅳ区不再是简单波区,不能解析求解飞板的运动。Aziz计算不同k值下一维正向驱动,发现当炸药多方指数k =3和的计算结果只相差一个与k有关的炸药能量因子,把Aziz的发现推广应用于滑移爆轰,可知时飞板运动速度可予修正, 即v=4/[2(k2- 1)]1/2× n k=3。

(1)

  通过与实验结果、数值模拟和其它方法的比较,在参数k和的广泛范围内,说明给出的解析表达式是适用的,它具有较高精度,形式简单,十分适合工程应用。

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