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(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一三研究所，鄭州 450015)

爆炸品發(fā)生爆炸時(shí)，瞬間產(chǎn)生能量巨大的沖擊波。沖擊波對(duì)周圍人員、車輛、建筑物及爆炸品等產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。沖擊波能夠造成人員內(nèi)部器官損傷，危及到人的生命安全。有關(guān)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)沖擊波超壓達(dá)到34 kPa時(shí)，快速上升的沖擊波對(duì)鼓膜損傷達(dá)96%以上，緩慢上升的沖擊達(dá)65%[1-4]。當(dāng)沖擊波峰值達(dá)到83 kPa時(shí)，對(duì)喉嚨能夠造成中等以上損傷；超過(guò)124 kPa時(shí)，對(duì)消化道造成中等以上損傷；超過(guò)186 kPa時(shí)，對(duì)肺造成中等以上的損傷；沖擊波作用到車輛、設(shè)備、建筑物上時(shí)，會(huì)造成車輛及設(shè)備的功能失效，建筑物損壞甚至報(bào)廢；沖擊波作用到武器彈藥上時(shí)，會(huì)使彈藥引爆，造成更大的人員受傷及設(shè)備損失[5]。從1988～ 1992年，美國(guó)軍工工業(yè)發(fā)生了許多不可預(yù)料的爆炸，造成了3人死亡，9人重傷，財(cái)產(chǎn)和設(shè)備損失約950萬(wàn)美元。除此之外，恐怖分子有計(jì)劃并實(shí)施了多起爆炸，造成人員傷亡及設(shè)備、建筑物的損壞。因此，美國(guó)政府迫切希望研究一種系統(tǒng)，能夠減少這種不可預(yù)料的爆炸和恐怖分子實(shí)施的有計(jì)劃爆炸(恐怖爆炸襲擊)造成的損失。

1 美國(guó)對(duì)消弱沖擊波的研究

美國(guó)海軍工程實(shí)驗(yàn)室[6]早期對(duì)被水包圍的炸藥爆炸時(shí)的現(xiàn)象進(jìn)行了試驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)證明水能夠減弱炸藥爆炸對(duì)周圍的物體沖擊作用，消弱沖擊波的效果非常明顯。美國(guó)海軍工程實(shí)驗(yàn)室近年來(lái)正在開(kāi)發(fā)一種新型超高速淹沒(méi)式滅火系統(tǒng)，并進(jìn)行了多次試驗(yàn)[7-8]。超高速淹沒(méi)式滅火系統(tǒng)能夠有效地抑制火藥、爆炸品和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)劑的爆燃。這種系統(tǒng)能夠在爆炸發(fā)生幾毫秒內(nèi)做出響應(yīng)，消弱爆炸沖擊波的超壓峰值，從而阻止沖擊波引起周圍爆炸品爆炸，同時(shí)還能夠降低爆炸區(qū)域的溫度。美國(guó)海軍工程實(shí)驗(yàn)室近年來(lái)還對(duì)水墻減弱爆炸沖擊波的現(xiàn)象進(jìn)行了全比例模型試驗(yàn)研究[9]，主要用來(lái)模擬恐怖分子安放的炸彈。在炸彈周圍設(shè)置水墻，利用水墻來(lái)減弱炸彈爆炸時(shí)的沖擊作用。這是一種被動(dòng)減弱沖擊波能量的方法?；谝陨涎芯?，美國(guó)海軍工程實(shí)驗(yàn)室的研究者提出了主動(dòng)式水爆抑制系統(tǒng)[10]，通過(guò)這套系統(tǒng)來(lái)阻止和減弱沖擊波對(duì)周圍物品及建筑物的損壞和人員傷亡。

2 主動(dòng)式水爆系統(tǒng)組成

主動(dòng)式水爆抑制系統(tǒng)主要由沖擊波傳感器和水爆裝置兩部分組成。沖擊波傳感器的作用是探測(cè)沖擊波，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)放大電路引爆水爆裝置。水爆裝置通過(guò)自身炸藥爆炸，向沖擊波傳來(lái)方向噴出一道水幕。噴射出的水幕必須具有一定初速度。水幕與沖擊波相遇，沖擊波把水幕中的水滴進(jìn)一步擊碎成更細(xì)小的水滴，同時(shí)把自身的熱量傳遞到水滴上，使水滴溫度升高，部分水滴被汽化。此外細(xì)小的水滴還吸收爆炸后氣體的熱量。從而達(dá)到減弱沖擊波超壓峰值和降低爆炸后空氣溫度的目的。

水爆裝置由炸藥、半球形金屬外殼、水和密封板組成，見(jiàn)圖1，水爆裝置實(shí)物見(jiàn)圖2。

沖擊波傳感器探測(cè)到?jīng)_擊波時(shí)，利用自身的驅(qū)動(dòng)放大電路，通過(guò)點(diǎn)火線路引爆水爆裝置上的炸藥。利用炸藥爆炸時(shí)的壓力、迅速把水爆裝置中的水推向沖擊波傳來(lái)方向。

圖1 水爆裝置結(jié)構(gòu)示意

圖2 水爆裝置

3 主動(dòng)式水爆系統(tǒng)的安裝

主動(dòng)式水爆系統(tǒng)目前可以應(yīng)用在三種場(chǎng)所。①陸地上武器彈藥庫(kù)、艦船彈藥庫(kù)或彈藥艙，保護(hù)本彈庫(kù)內(nèi)部彈藥，避免被庫(kù)外傳來(lái)的沖擊波引爆；②狹長(zhǎng)通道，把沖擊波狙擊在狹長(zhǎng)通道內(nèi)，縮減沖擊波傳播距離，降低沖擊波超壓峰值強(qiáng)度；③應(yīng)用在恐怖分子安裝的爆炸物周圍，用來(lái)定點(diǎn)引爆爆炸物，減弱爆炸沖擊波對(duì)周圍建筑物及設(shè)備的損壞。

對(duì)于陸地上武器彈藥庫(kù)、艦船彈藥庫(kù)或彈藥艙，主動(dòng)式水爆抑制系統(tǒng)安裝在彈藥艙周圍，靠近艙壁的位置，沖擊波探測(cè)器貼近艙壁，見(jiàn)圖3。

圖3 主動(dòng)式水爆系統(tǒng)在彈藥艙的布置示意

在水爆裝置噴灑范圍內(nèi)，一個(gè)水爆裝置可以配置多個(gè)沖擊波傳感器，以便探測(cè)到從不同位置傳入的沖擊波。對(duì)于通往彈藥艙的通道和狹小走廊，主動(dòng)式水爆系統(tǒng)安裝在走廊盡頭位置，需要配置兩組沖擊波傳感器，以便探測(cè)到來(lái)自走廊任何方向的沖擊波，見(jiàn)圖4。

圖4 主動(dòng)式水爆系統(tǒng)在走廊的布置示意

對(duì)于定點(diǎn)引爆恐怖分子安放的爆炸物，主動(dòng)式水爆抑制系統(tǒng)必須圍繞爆炸物安裝，見(jiàn)圖5。

圖5 主動(dòng)式水爆抑制系統(tǒng)與爆炸物布置示意

此外，沖擊波傳感器與水爆裝置的距離必須大于沖擊波傳播速度與沖擊波傳感器響應(yīng)時(shí)間的乘積，因此主動(dòng)式水爆抑制系統(tǒng)在安裝前必須對(duì)爆炸沖擊波的傳播速度和沖擊波超壓峰值有一個(gè)合理的估計(jì)。

4 主動(dòng)式水爆系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究

美國(guó)海軍工程實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了10次試驗(yàn)，每次試驗(yàn)所用的炸藥量均為4.67磅TNT。其中沒(méi)有安裝主動(dòng)式水爆抑制系統(tǒng)進(jìn)行了兩次試驗(yàn)，測(cè)得的沖擊波超壓峰值平均為54.1磅/平方英寸。采用裝有13.5磅水的主動(dòng)式水爆抑制系統(tǒng)布置在爆炸物周圍三面，共進(jìn)行了兩次實(shí)驗(yàn)，平均壓力峰值為5.85磅/平方英寸。試驗(yàn)說(shuō)明水幕能夠消減近90%的超壓峰值。水爆抑制系統(tǒng)噴水過(guò)程見(jiàn)圖6。

圖6 主動(dòng)式水爆抑制系統(tǒng)噴水過(guò)程

5 結(jié)束語(yǔ)

目前，我國(guó)在該領(lǐng)域的研究還是空白，應(yīng)該抓緊時(shí)間，借鑒國(guó)外的研究技術(shù)，發(fā)展我國(guó)的主動(dòng)式水爆抑制系統(tǒng)，縮小與國(guó)外在研究沖擊波防護(hù)技術(shù)上的差距。國(guó)內(nèi)外對(duì)爆炸沖擊波與液滴的相互作用研究主要依靠試驗(yàn)，對(duì)主動(dòng)式水爆抑制系統(tǒng)的研究還停留在試驗(yàn)基礎(chǔ)階段，沒(méi)有對(duì)其機(jī)理進(jìn)行深入研究。我國(guó)應(yīng)該開(kāi)展相關(guān)研究和試驗(yàn)，應(yīng)該從兩方面研究入手，其一研究沖擊波探測(cè)器的探測(cè)技術(shù)，提高沖擊波探測(cè)器的可靠性、靈敏度和響應(yīng)時(shí)間；其二研究沖擊波與液滴的相互作用機(jī)理，在此基礎(chǔ)上研究液滴的大小、空間分布密度、速度等因素對(duì)沖擊波的影響。

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