聚能效應

聚能效應

爆炸産物在高溫高壓下向外飛散形成的效應
聚能效應(Gathering energy effect),通常稱為“門羅效應”,即炸藥爆炸後,爆炸産物在高溫高壓下基本是沿炸藥表面的法線方向向外飛散的。因此,帶凹槽的炸藥在引爆後,在凹槽軸線上會出現一股彙聚的、速度和壓強都很高的爆炸産物流,在一定的範圍内使炸藥爆炸釋放出來的化學能集中起來。[1]
  • 中文名:聚能效應
  • 外文名:Gathering energy effect
  • 别名:
  • 通常稱為:門羅效應
  • 形成條件:爆炸産物在高溫高壓下向外飛散的
  • 因素:兩個
  • 提高方法:設法避免高壓膨脹引起能量分散

形成條件

當裝藥凹槽内表面襯上一個藥形罩時,裝藥爆轟後,凹槽附近炸藥爆炸的能量就會傳遞給藥形罩,使藥形罩以很大的速度向軸線運動,此時,藥型罩在高溫高壓的爆轟産物的作用下,形成金屬杆,可以看作流體。其中,藥型罩的内表面形成細長的金屬射流,藥型罩外表面形成杵體。藥型罩壓垮并産生射流的過程,射流吸收的爆炸能量不會象爆炸産物那樣再散失掉。金屬杆在軸向上存在速度梯度,從而,引起了金屬射流在飛行過程中拉斷現象。炸藥性能和重量、裝藥結構、起爆方式、藥型罩材料及其幾何尺寸等對金屬流的形成和侵徹具有顯着影響。

圓柱形藥柱爆轟後,爆轟産物沿近似垂直原藥柱表面的方向,向四周飛散,作用于鋼闆部分的僅僅是藥柱端部的爆轟産物,作用的面積等于藥柱端面積。帶錐孔的圓柱形藥柱則不同:錐孔部分的爆轟産物飛散時,先向軸線集中,彙聚成一股速度和壓力都很高的氣流,稱為聚能氣流。爆轟産物的能量集中在較小的面積上,在鋼闆上就打出了更深的孔,這就是錐形孔能夠提高破壞作用的原因。

因素

錐孔處爆轟産物向軸線彙聚時,有兩個因素在起作用:

1. 爆轟産物質點以一定速度沿近似垂直于錐面的方向向軸線彙聚,使能量集中;

2. 爆轟産物的壓力本來就很高,彙聚是在軸線處形成更高的壓力區,高壓迫使爆轟産物向周圍低壓區膨脹,使能量分散。

由于上述兩因素的綜合作用,氣流不能無限的集中,而在離藥柱端面某一距離處達到最大的集中,以後則又迅速飛散開了。

提高方法

為了提高聚能效應,就應設法避免高壓膨脹引起能量分散而不利于能量集中的因素,對于聚能作用,能量集中的程度可用單位體積能量,即能量密度來做比較。爆轟波的能量中,位能占3/4,動能占1/4。而聚能過程,動能是能夠集中的,位能則不能集中,反而起分散作用,所以,聚能氣流的能量集中程度不是很高的。如果設法把能量盡可能轉換成動能的形式,就能大大提高能量的集中程度。

在藥柱錐孔表面加一個銅罩,爆轟産物在推動罩壁向軸線運動過程中,就能将能量傳遞給了銅罩。由于銅的可壓縮性很小,因此内能增加很少,能量的加大部分表現為動能形式,這樣就可避免高壓膨脹引起的能量分散而使能量更為集中。此外,銅罩還有兩個有利于穿孔的作用:

1. 罩壁在軸線處彙聚碰撞時,發生能量重新分配。罩内表面銅層的速度比閉合時的速度高1至2倍,使能量密度進一步提高,形成金屬射流;罩的其餘部分則形成速度較低的杵。嚴格的講,錐形罩壁在向軸線運動過程中,能量已經在逐漸地由外曾向内層轉移。

2. 金屬射流各部分的速度是不同的,端部速度高,尾部速度低,因此射流再向前運動過程中将被拉長。但由于銅的優良的延性,射流可以比原長延伸好幾倍而不斷裂。當然,金屬射流在延伸過程中不像聚能氣流那樣膨脹分散,仍保持着原來的能量密度。

由此可知,藥型罩的作用是将炸藥的爆轟能量轉換成罩的動能,從而提高聚能作用,所以對罩的材料的要求是:可壓縮性小,再聚能過程中不氣化,密度大,延性好;銅是目前應用最為普遍的材料,也有少量使用金屬钽制作的藥型罩。

主要特點

由上面的分析來看,聚能效應的主要特點是能量密度高和方向性強,但僅僅在錐孔方向上有很大的能量密度和破壞作用,其他方向則和普通裝藥的破壞作用是一樣的;因此,聚能裝藥一般隻适用于産生局部破壞作用的領域。

應用

事實上,不僅錐形罩能産生聚能作用,其他如抛物線形罩和半球形罩等也能産生聚能作用,這些都屬于軸對稱聚能裝藥。錐形罩也有圓錐形、喇叭形、雙錐罩等多種形式。有時,藥型罩可以做得很長,用以産生一條聚能射流,起切割作用,這種裝要成為線型聚能裝藥或切割索。軸對稱和平面對稱型聚能裝藥應用很廣,如在軍事上,用于對付各種裝甲目标;在工程爆破中,可在土層和岩石上打孔(勘探領域);在野外切割鋼闆、鋼梁;在水下切割構件(打撈沉船時切割船體)。

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