0引言

Chinese Journal of Ship Research - - NEWS -

随着反舰武器的迅速发展,各种高性能反舰 导弹已成为水面舰船面临的最主要水上威胁武器[1]。目前,反舰导弹大都采用半穿甲型战斗部,依靠弹体动能其可穿透舰船舷侧外板,再通过延

时或智能引信使战斗部在舰船内部爆炸,这种直接作用于舰船结构、设备及人员的爆炸,将对舰生命力和战斗力产生严重的威胁[2-4]。战斗部在船内爆炸后,将产生冲击波、破片、爆炸产物等多种元[5]。与开放空间不同,舰船内部属半封闭毁伤空间,结构边界的约束对战斗部爆炸毁伤元的影响十分显著,主要表现为冲击波效应显著增加、准静态压力作用突出,且还存在多毁伤元的联合作用。战斗部船内爆炸工况下,其能量的利用率大幅提高,对舰船的毁伤破坏作用也大幅增强,因此科学地认识战斗部船内爆炸毁伤元特性及其作用规律是舰船抗爆防护结构设计的重要前提。但迄今为止,国内对战斗部船内爆炸冲击波、破片及爆炸产物的定量表征,以及对舰船结构的破坏效应、毁伤机理、力学模型与作用规律的研究还远不充分,大幅限制了水面舰船抗爆防护结构的设计应用。本文将基于国内外现有研究成果,详细分析战斗部船内爆炸载荷的构成及对水面舰船结构的毁伤特征,然后分别针对船内爆炸对结构的主要毁伤过程,总结舰船船内爆炸试验、理论分析及数值仿真方面的研究进展,提出尚需解决的关键问题,为深入研究导弹战斗部船内爆炸载荷特性及规律、揭示舰船结构在船内爆炸载荷下的毁伤机理,进而为舰船抗内爆防护结构的设计提供借鉴与参考。

1 导弹战斗部船内爆炸毁伤元及爆炸载荷特点分析

导弹战斗部主要由金属壳体、主装药、引信和传爆序列组成。战斗部引信在船内某点被触发后,传爆序列引爆高能主装药,瞬间形成高温、高压的爆轰产物;在高压爆轰产物作用下,金属壳体开始塑性膨胀并发生破裂,破碎的弹片受爆轰产物的推动向四周飞散形成破片群。同时,爆轰产物压缩周围空气介质,形成冲击波[6]。可以看出:战斗部船内爆炸时,作用于舰船结构的毁伤元主要包括爆炸产物、冲击波和破片群等。舰船内部属半密闭空间,爆炸载荷受约束环境的影响十分显著,与开放空间相比区别很大[7],其作用效果更具破坏性,主要表现在以下方面: 1 )冲击波作用显著增加。结构壁面承受复杂的多次反射冲击波作用后,容易产生裂纹及破口,此外,角隅处的冲击波会产生汇聚效应,其幅值远大于壁面反射冲击波,使得连接部位易发生撕裂破坏[8]。2)密集破片群作用范围广。战斗部爆炸后, 壳体可以产生几千至上万枚、几克至上百克质量2 000 m/s不等的密集破片群[9],初始速度可达到左右,可使结构产生集团穿甲破口及整体塑性破坏[10]。由于破片在空气中速度衰减较慢,故其对结构的毁伤范围很广。3)准静态压力作用突出[7]。在内爆情况下,由于舰船舱室结构边界约束的存在,限制了爆炸能量的弥散,冲击波在结构内多次反射时随着时间的推移,压力幅值与波动减弱,并且随着爆炸产物气体与空气的不断混合逐渐趋于均匀,进而产生一个幅值相对不高但作用时间很长的压力场,一般称之为准静态压力,其产生的冲量大,可使结构发生塑性大变形、连接部位及开口部位的撕裂,乃至结构发生整体破坏[11]。4 )存在爆炸压力与破片群的联合作用。船内爆炸情况下,还存在冲击波、破片群及准静态压力对结构的联合毁伤作用。与单个毁伤元作用相比,在多毁伤元联合作用下结构的破坏模式更加复杂,导致结构的毁伤程度也更加严重。战斗部船内爆炸毁伤元及其对舰船结构的主1要毁伤特性总结如图 所示。

2 冲击波对舰船结构的毁伤研究

加筋板是舰船结构的基本单元,故研究爆炸冲击波载荷对加筋板结构的毁伤机理和规律十分Nurick 等[12 ]通过试验,初步研究了具有重要。1根加强筋的固支方板在爆炸载荷下的破坏模式,结果表明:当加强筋较弱时,撕裂破坏发生在固支边界;当加强筋较强时,沿加强筋发生撕裂。刘[13] [14]土光等 和黄震球 采用塑性动力学方法研究得到了十字加筋固支方板在爆炸载荷下板的最大残余变形计算公式,并分析了加筋强弱对板架变形的影响。吴有生等[15]基于能量法,考虑了大变形及中面膜应力的影响,得到非接触爆炸下单向加筋板的塑性变形公式,并基于能量准则建立了单向加筋板架破裂所需极限药量的理论计算公式。

图1船内爆炸及其对舰船结构的毁伤特性Fig.1 Damage characteristics of ship structure subjected to inner explosion

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