洪曉文， 李偉兵， 李文彬， 徐赫陽， 李軍寶

(南京理工大學(xué) 智能彈藥技術(shù)國防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室, 江蘇 南京 210094)

0 引言

爆炸沖擊波是炸藥對(duì)周圍介質(zhì)產(chǎn)生破壞效應(yīng)的主要方式且反映了炸藥的能量輸出特性，因而可以作為戰(zhàn)斗部毀傷效能評(píng)估的指標(biāo)之一[1]。爆炸沖擊波毀傷效能的評(píng)估準(zhǔn)則主要有峰值超壓、比沖量、超壓與比沖量準(zhǔn)則，但研究表明爆炸沖擊波的超壓和比沖量值越大，對(duì)目標(biāo)的毀傷程度并不一定高。爆炸沖擊波對(duì)目標(biāo)破壞作用的程度，不僅和沖擊波峰值超壓、正壓持續(xù)時(shí)間等參數(shù)有關(guān)，還與目標(biāo)固有的自振頻率有關(guān)，即爆炸沖擊波對(duì)目標(biāo)的毀傷效能與沖擊波在各頻段的能量分布密切相關(guān)[2]，所以得到?jīng)_擊波能量譜在頻域范圍內(nèi)和目標(biāo)固有的自振頻率之間的關(guān)系，對(duì)戰(zhàn)斗部毀傷效能評(píng)估有重要的參考價(jià)值[3]。

多層復(fù)合裝藥結(jié)構(gòu)是毀傷威力可控戰(zhàn)斗部采用的一種裝藥形式，可以實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)斗部的可選擇毀傷及多任務(wù)適應(yīng)性[4-7]。2012年英國QinetiQ公司首次針對(duì)該復(fù)合裝藥結(jié)構(gòu)[8]，在密閉爆炸倉進(jìn)行了不同起爆方式的沖擊波峰值超壓和準(zhǔn)靜態(tài)壓力測(cè)試，結(jié)果表明，不同起爆方式下復(fù)合裝藥的能量輸出存在顯著的差別。2016年第29屆國際彈道會(huì)議上，Mark等[9]針對(duì)多層復(fù)合裝藥結(jié)構(gòu)，研究了兩種不同刻槽形式的殼體在兩檔爆轟威力作用下殼體的破碎情況，最終實(shí)現(xiàn)了帶殼裝藥的兩檔爆轟威力輸出。國內(nèi)對(duì)多層復(fù)合裝藥的研究還處于初步探索階段，Hong等[10]采用超壓傳感器、紅外熱成像儀和高速攝影研究了中心起爆方式下多層復(fù)合裝藥的爆炸火球溫度以及爆炸產(chǎn)物拋撒過程，并比較了不同隔爆材料復(fù)合裝藥爆炸火球溫度、拋撒運(yùn)動(dòng)及后燃特點(diǎn)，分析了多層復(fù)合裝藥爆炸拋撒后產(chǎn)生的爆炸沖擊波及爆炸產(chǎn)物的拋撒過程，確定了拋撒半徑。目前對(duì)多層復(fù)合裝藥的研究大多還處于定性比較或半定量分析階段，并不能精確地評(píng)價(jià)其毀傷效能，而爆炸沖擊波壓力信號(hào)作為一種非平穩(wěn)信號(hào)，以往是將其簡(jiǎn)化為平穩(wěn)信號(hào)問題，然后通過傅里葉變換來處理。隨著信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，對(duì)爆炸信號(hào)的分析經(jīng)歷了傅里葉變換、短時(shí)傅里葉變換、小波和小波包變換過程，小波分析已成為非平穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)分析最有效的方法之一[11]。小波包分解[12-15]比小波分解更為精細(xì)，它是對(duì)小波分析沒有分解的高頻部分同樣分解為高頻和低頻部分，以此類推進(jìn)行多層次劃分，具有更高的時(shí)頻特性，因此通過小波變換法可以精確地定量分析爆炸沖擊波的能量譜，能方便地得到其特征規(guī)律。

本文針對(duì)多層復(fù)合裝藥的實(shí)測(cè)沖擊波壓力信號(hào)特征，通過不同長(zhǎng)徑比復(fù)合裝藥的爆炸試驗(yàn)，獲取了復(fù)合裝藥的沖擊波壓力實(shí)測(cè)信號(hào)，然后運(yùn)用小波包分解算法對(duì)不同長(zhǎng)徑比復(fù)合裝藥的沖擊波壓力信號(hào)進(jìn)行小波變換分析，獲得了沖擊波壓力信號(hào)的能量譜特征規(guī)律，從而為復(fù)合裝藥結(jié)構(gòu)下毀傷威力可控戰(zhàn)斗部的設(shè)計(jì)及毀傷效能評(píng)估提供參考依據(jù)。

1 多層復(fù)合裝藥的爆炸試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本文對(duì)不同起爆方式下80 mm和200 mm高度的多層復(fù)合裝藥進(jìn)行靜爆試驗(yàn)，分別獲取地面上距爆心投影2 m和3 m距離處的沖擊波壓力曲線。多層復(fù)合裝藥主要包括3個(gè)部分：中心裝藥為直徑35 mm的8701藥柱，密度1.70 g/cm3；中間隔爆層為厚度15 mm的含鋁50%橡膠材料，密度1.81 g/cm3；最外層為內(nèi)徑65 mm、外徑95 mm的鈍黑鋁炸藥，密度1.72 g/cm3. 80 mm和200 mm裝藥高度的復(fù)合裝藥總質(zhì)量分別為990.77 g和2.48 kg，多層復(fù)合裝藥結(jié)構(gòu)示意圖及試驗(yàn)藥柱如圖1所示。

圖1 復(fù)合裝藥結(jié)構(gòu)及試驗(yàn)藥柱Fig.1 Structure of composite charge and test grains

試驗(yàn)采用兩種起爆方式，分別為端部中心單點(diǎn)起爆和內(nèi)外同時(shí)起爆，其中，中心單點(diǎn)起爆通過8號(hào)標(biāo)準(zhǔn)電雷管起爆，內(nèi)外同時(shí)起爆通過柔性導(dǎo)爆索組成的多點(diǎn)起爆網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，每組測(cè)試2發(fā)。試驗(yàn)藥柱豎直放置在高1 m的木架上，在2 m和3 m處分別放置兩個(gè)壓電式壓力傳感器，傳感器型號(hào)為美國PCB公司的113B21型壓電式壓力傳感器，采樣頻率為1 MSa/s，傳感器接收端面與地面平齊，試驗(yàn)布局及起爆方式如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)布局及起爆方式Fig.2 Test layout and initiation modes

1.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

靜爆試驗(yàn)共獲得了16個(gè)爆炸沖擊波壓力數(shù)據(jù)，見表1.

表1 沖擊波超壓測(cè)試結(jié)果Tab.1 Test results of shock wave overpressure

由表1可見，中心單點(diǎn)起爆和內(nèi)外同時(shí)起爆下多層復(fù)合裝藥的爆炸沖擊波壓力差異顯著，不同裝藥高度的復(fù)合裝藥各自在同一距離處的兩組沖擊波超壓測(cè)量值與其平均值相差不大，故從試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果中選取其中3組超壓數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，圖3是不同長(zhǎng)徑比復(fù)合裝藥沖擊波超壓實(shí)測(cè)曲線。

圖3 不同裝藥類型復(fù)合裝藥的沖擊波超壓實(shí)測(cè)曲線Fig.3 Measured overpressure curves of different composite charges

由圖3可以看出，80 mm高度的復(fù)合裝藥在2 m和3 m處的沖擊波壓力存在較大的差異，在2 m處內(nèi)外同時(shí)起爆時(shí)，沖擊波壓力存在二次壓力峰，說明鋁粉的后燃反應(yīng)釋放了一定的能量，見圖3(a)。對(duì)比圖3(b)和圖3(c)可以發(fā)現(xiàn)，中心單點(diǎn)和內(nèi)外同時(shí)起爆方式下大長(zhǎng)徑比復(fù)合裝藥在3 m處的沖擊波峰值壓力分別為0.217 MPa和0.236 MPa，與80 mm高度復(fù)合裝藥相比，分別提高了49.7%和37.2%，而且發(fā)現(xiàn)二次壓力波更為顯著。

結(jié)合圖3(a)、圖3(b)和圖3(c)分析，不同起爆方式下80 mm高度復(fù)合裝藥在3 m處的沖擊波正壓作用時(shí)間為2.1 ms，高于2 m處的2.04 ms和1.5 ms，而中心起爆和內(nèi)外同時(shí)起爆方式下200 mm高度的復(fù)合裝藥正壓作用時(shí)間分別為8.8 ms和2.1 ms. 中心單點(diǎn)起爆方式下正壓作用時(shí)間均大于內(nèi)外同時(shí)起爆且隨裝藥長(zhǎng)徑比增加而增加，這是由于中心起爆方式下復(fù)合裝藥外層含鋁炸藥反應(yīng)較為緩慢，能量釋放率較低。盡管峰值壓力較低，但是正壓作用區(qū)不斷被拉寬且大長(zhǎng)徑比裝藥的能量釋放對(duì)沖擊波有增強(qiáng)作用，使之傳播得更遠(yuǎn)。

2 復(fù)合裝藥的沖擊波壓力信號(hào)能量譜分析

盡管試驗(yàn)結(jié)果可以區(qū)分出不同長(zhǎng)徑比復(fù)合裝藥沖擊波壓力的變化特征，但是不同長(zhǎng)徑比復(fù)合裝藥間沖擊波壓力信號(hào)的具體細(xì)節(jié)特征如何，必須通過小波變換法分析不同頻率段范圍內(nèi)的沖擊波能量譜，以此補(bǔ)充說明沖擊波峰值壓力不能準(zhǔn)確判讀的沖擊波壓力信號(hào)特征。為了保證信號(hào)獲取的有效性，首先進(jìn)行沖擊波壓力信號(hào)的時(shí)頻分析，然后介紹沖擊波壓力信號(hào)的能量譜計(jì)算方法。

2.1 沖擊波壓力信號(hào)的時(shí)頻分析

一般試驗(yàn)測(cè)得的爆炸沖擊波信號(hào)上升沿陡峭、突變快、持續(xù)時(shí)間短，是典型的瞬態(tài)非平穩(wěn)信號(hào)，但炸藥在爆炸過程中伴隨的電磁場(chǎng)、強(qiáng)閃光、高溫及機(jī)械沖擊對(duì)測(cè)量信號(hào)的干擾[1]，對(duì)沖擊波測(cè)量結(jié)果的影響也很大，因此首先基于小波分解對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行濾波處理，以達(dá)到信噪分離的目的[12]，而后對(duì)濾波后的沖擊波壓力曲線進(jìn)行了小波包分解，獲得了不同工況下爆炸沖擊波信號(hào)的能量譜圖。

2 m距離處80 mm高度復(fù)合裝藥的沖擊波實(shí)測(cè)曲線和小波去噪后的曲線對(duì)比圖，如圖4所示。

圖4 小波去噪后的沖擊波壓力曲線對(duì)比Fig.4 Comparison of shock wave pressure curves after wavelet denoising

由圖4可以看出，采用小波變換去噪可以在不影響實(shí)測(cè)沖擊波信號(hào)的情況下完成對(duì)噪聲信息的分離，提取出沖擊波信號(hào)的信息。

沖擊波信號(hào)能量譜分析首先應(yīng)保證信號(hào)獲取的帶寬滿足要求，為了說明沖擊波信號(hào)對(duì)測(cè)試系統(tǒng)工作帶寬的要求，文獻(xiàn)[16]對(duì)不同藥量的沖擊波信號(hào)進(jìn)行了頻譜分析，4條超壓曲線的頻譜如圖5所示。

圖5 沖擊波超壓的頻譜圖[16]Fig.5 Frequency spectra of shock wave overpressures[16]

由圖5可見，在損失相同信號(hào)能量的條件下，沖擊波的脈寬越窄，對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的帶寬要求越高。假設(shè)信號(hào)頻譜為120 dB，1 000 kg裝藥爆炸的超壓信號(hào)頻帶為10 kHz左右，而1 kg裝藥爆炸的信號(hào)頻帶則為100 kHz. 因此可通過時(shí)間分辨率較差或者低頻響的傳感器進(jìn)行大型試驗(yàn)的測(cè)量和記錄，而且能獲得小型試驗(yàn)所不能得到的優(yōu)良結(jié)果。對(duì)于本文試驗(yàn)中的裝藥量，不同長(zhǎng)徑比的復(fù)合裝藥分別使用了0.65 kg和1.625 kg的裝藥量，根據(jù)爆炸沖擊波的Rankine-Hugoniot關(guān)系，結(jié)合2 m處的超壓值，可以求得沖擊波的波速。再結(jié)合存儲(chǔ)式?jīng)_擊波超壓測(cè)量系統(tǒng)中傳感器敏感面為5 mm左右，且在本文兩種不同裝藥高度復(fù)合裝藥當(dāng)量下2 m處的沖擊波波陣面在測(cè)試區(qū)域內(nèi)傳播速度為669.8 m/s和771.8 m/s，求出其越度時(shí)間，再根據(jù)信號(hào)帶寬與上升時(shí)間的關(guān)系，得到信號(hào)的帶寬分別為46 kHz和54 kHz，而系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶寬為0～100 kHz(±3 dB)，得到的信號(hào)帶寬均在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，因此該測(cè)試系統(tǒng)滿足測(cè)試要求。

2.2 沖擊波壓力信號(hào)能量譜的計(jì)算方法

為得到?jīng)_擊波壓力信號(hào)能量分布的局部特征，采用二進(jìn)制小波，根據(jù)Mallat算法[17]，對(duì)信號(hào)s(t)進(jìn)行N層分解：

(1)

式中：si(t)為信號(hào)s(t)小波分解的低頻部分；gi(t)為信號(hào)s(t)小波分解的高頻部分；下標(biāo)i為所對(duì)應(yīng)的分解層次，i=1,2,…,N.

為了簡(jiǎn)化表示，令g0(t)=sN(t)，則(1)式可以表示為

(2)

如果將信號(hào)s(t)進(jìn)行N層的小波分解和重構(gòu)，根據(jù)(2)式可得信號(hào)總能量為

(3)

由小波函數(shù)的正交性可知，(3)式的第2部分為0，因此(3)式可以簡(jiǎn)化為

(4)

對(duì)于沖擊波壓力信號(hào)的小波分解，首先應(yīng)選擇最優(yōu)小波基，選用不同的小波基分析會(huì)得到不同的結(jié)果，這里選用Daubechies小波系列的Daubechies8小波基函數(shù)進(jìn)行分析，該系列基函數(shù)已被成功應(yīng)用于分析非平穩(wěn)振動(dòng)信號(hào)[18]。

在對(duì)復(fù)合裝藥爆炸沖擊波壓力信號(hào)進(jìn)行小波包分析時(shí)，首先確定小波包分解的層數(shù)，分解層數(shù)主要取決于具體的信號(hào)及傳感器的工作頻帶而定[14]。本文試驗(yàn)所用測(cè)試系統(tǒng)的工作頻帶范圍為0～25 MHz，設(shè)置采樣頻率1 MHz，則由奈奎斯特采樣定理可知分析頻率為500 kHz，根據(jù)小波包分析原理，將復(fù)合裝藥的爆炸沖擊波壓力信號(hào)分解到第16層，則分別對(duì)應(yīng)16個(gè)頻率段，分解信號(hào)所對(duì)應(yīng)的頻率段1、頻率段2、頻率段3、頻率段4、頻率段5、頻率段6、頻率段7、頻率段8、頻率段9、頻率段10、頻率段11、頻率段12、頻率段13、頻率段14、頻率段15、頻率段16帶寬分別為0～0.015 kHz、0.015～0.031 kHz、0.031～0.061 kHz、0.061～0.122 kHz、0.122～0.244 kHz、0.244～0.488 kHz、0.488～0.976 kHz、0.976～1.953 kHz、1.953～3.906 kHz、3.906～7.813 kHz、7.813～15.625 kHz、15.625～31.250 kHz、31.250～62.500 kHz、62.500～125.000 kHz、125.000～250.000 kHz、250.000～500.000 kHz.

通過小波包分解得到了各頻帶內(nèi)的壓力分量且各頻帶內(nèi)的分量仍是關(guān)于時(shí)間變化的曲線。由爆炸沖擊波的能量計(jì)算公式[19]為

(5)

式中：4πr2為爆炸沖擊波傳播到距離r處的表面積；Δt為所取的壓力信號(hào)時(shí)間；c為大氣音速；ρ0為空氣的初始密度；N為信號(hào)的分解層數(shù)；p0為初始空氣壓力；pi為隨時(shí)間變化的沖擊波壓力；|n|為實(shí)測(cè)沖擊波壓力的噪音幅值。

根據(jù)(1)式～(5)式將壓力信號(hào)的能量譜轉(zhuǎn)化為爆炸沖擊波的能量譜并忽略噪音幅值|n|，通過Matlab軟件編制程序，獲得不同距離處沖擊波作用的能量譜圖。下面具體分析多層復(fù)合裝藥的沖擊波壓力信號(hào)能量譜。

2.3 復(fù)合裝藥沖擊波壓力信號(hào)的能量譜特征分析

2.3.1 起爆方式對(duì)沖擊波壓力信號(hào)能量譜特性的影響

圖6是不同起爆方式下2 m距離處80 mm裝藥高度含鋁50%橡膠復(fù)合裝藥的沖擊波壓力信號(hào)能量分布圖。

圖6 2 m處80 mm裝藥高度含鋁50%橡膠復(fù)合裝藥 沖擊波能量分布Fig.6 Shock wave energy distribution of 80 mm-height composite charge with 50% Al-rubber at 2 m

由圖6可見，復(fù)合裝藥的沖擊波壓力信號(hào)頻率成分較為豐富且能量分布的頻率范圍較寬，不同起爆方式下復(fù)合裝藥沖擊波在0～20 kHz內(nèi)能量較大。其中在0～5 kHz和10～15 kHz兩個(gè)頻率段，內(nèi)外同時(shí)起爆方式較中心單點(diǎn)起爆方式的能量增幅最為明顯，說明在該頻段范圍內(nèi)沖擊波能量譜幅值增加最為顯著，對(duì)自振頻率在該范圍內(nèi)的目標(biāo)具有較好的毀傷效果。

為便于比較，將小波包分解的各頻段(節(jié)點(diǎn)能量單獨(dú)列出，圖7是不同起爆方式下80 mm復(fù)合裝藥沖擊波壓力信號(hào)各頻段節(jié)點(diǎn)能量對(duì)比及能量增長(zhǎng)百分比。

圖7 不同頻段80 mm裝藥高度含鋁50%橡膠復(fù)合裝藥 節(jié)點(diǎn)能量及能量增長(zhǎng)百分比Fig.7 Energy and its increased percentage of node of 80 mm-height composite charge with 50% Al-rubber in each frequency band

由圖7可見，除了個(gè)別頻段外，大部分能量增長(zhǎng)百分比均高于30%，對(duì)于低頻段能量增長(zhǎng)比甚至高于50%，說明中心起爆方式的能量釋放率較低。

圖8是不同起爆方式下復(fù)合裝藥沖擊波壓力信號(hào)的總能量對(duì)比曲線，這里定義的總能量是指對(duì)應(yīng)點(diǎn)以下所有頻段的能量累加值。

圖8 不同起爆方式下各頻段沖擊波壓力信號(hào)累積能量 對(duì)比曲線Fig.8 Accumulated energy of shock wave pressure signals in different frequency bands under different initiation modes

由圖8可以看出，沖擊波壓力信號(hào)總能量在低頻段的增長(zhǎng)幅度較大，在達(dá)到50 kHz后逐漸變化穩(wěn)定并趨于一定值，內(nèi)外同時(shí)起爆沖擊波壓力信號(hào)的總能量是中心單點(diǎn)起爆的2.75倍。

2.3.2 長(zhǎng)徑比對(duì)沖擊波壓力信號(hào)能量譜特性的影響

圖9 3 m處80 mm裝藥高度含鋁50%橡膠復(fù)合 裝藥沖擊波能量分布Fig.9 Shock wave energy distribution of 80 mm-height composite charge with 50% Al-rubber at 3 m

對(duì)3 m距離處，不同長(zhǎng)徑比含鋁50%橡膠復(fù)合裝藥的沖擊波壓力信號(hào)進(jìn)行分析，分別得到80 mm及200 mm裝藥高度含鋁50%橡膠復(fù)合裝藥的沖擊波壓力信號(hào)能量分布，如圖9和圖10所示。

圖10 3 m處200 mm裝藥高度含鋁50%橡膠復(fù)合 裝藥沖擊波能量分布Fig.10 Shock wave energy distribution of 200 mm-height composite charge with 50% Al-rubber at 3 m

從圖9可以看出：3 m處復(fù)合裝藥沖擊波壓力信號(hào)的頻率成分比較豐富，其能量分布頻率范圍相對(duì)2 m距離處較窄，僅分布在0～15 kHz范圍內(nèi)；不同起爆方式下復(fù)合裝藥沖擊波在0～10 kHz內(nèi)能量較大；與圖6中2 m處的沖擊波能量分布圖相比，不同起爆方式下3 m處的沖擊波壓力能量分布增長(zhǎng)幅度變化不大，原因是裝藥量較小時(shí)在3 m處沖擊波壓力已經(jīng)衰減到較小的值。

由圖10可見：當(dāng)復(fù)合裝藥的長(zhǎng)徑比增大后，復(fù)合裝藥沖擊波壓力信號(hào)的頻率成分變得更為簡(jiǎn)潔；內(nèi)外同時(shí)起爆方式下沖擊波壓力信號(hào)的能量分布范圍更窄，其能量分布頻率均集中在0～5 kHz范圍內(nèi)，其他頻段的幾乎沒有能量幅值。

為便于比較，將不同長(zhǎng)徑比復(fù)合裝藥的壓力信號(hào)進(jìn)行小波包分解，得到的各頻段的節(jié)點(diǎn)能量單獨(dú)列出，圖11是不同起爆方式下復(fù)合裝藥沖擊波壓力信號(hào)各頻段節(jié)點(diǎn)能量對(duì)比及能量增長(zhǎng)百分比。

圖11 不同長(zhǎng)徑比含鋁50%橡膠復(fù)合裝藥各頻段節(jié)點(diǎn) 能量及能量增長(zhǎng)百分比Fig.11 The energy and increased percentage of node for different aspect ratio composite charges with 50% Al-rubber in each band

由圖11(a)可以看出，同一裝藥高度試驗(yàn)中，不同起爆方式下3 m處大部分頻段的沖擊波壓力信號(hào)彼此相差不大，在高頻段能量增長(zhǎng)百分比才有所增加。長(zhǎng)徑比增大后，不同頻段的能量有明顯差異且無明顯的規(guī)律性，見圖11(b).

圖12是不同長(zhǎng)徑比復(fù)合裝藥沖擊波壓力信號(hào)的總能量對(duì)比曲線。

圖12 不同長(zhǎng)徑比復(fù)合裝藥各頻段沖擊波壓力 信號(hào)累積能量對(duì)比曲線Fig.12 Accumulated energies of shock wave pressure signals of composite charges with different aspect ratios in different frequency bands

由圖12可見，沖擊波壓力信號(hào)總能量在低頻段的增長(zhǎng)幅度較大。圖12(a)表明，80 mm裝藥高度復(fù)合裝藥沖擊波壓力信號(hào)總能量在達(dá)到25 kHz后逐漸變化穩(wěn)定并趨于一定值。圖12(b)表明，長(zhǎng)徑比增大時(shí)沖擊波壓力信號(hào)總能量在達(dá)到15 kHz左右就變得穩(wěn)定且趨于一定值。另外還可以發(fā)現(xiàn)，80 mm裝藥高度含鋁50%橡膠復(fù)合裝藥內(nèi)外同時(shí)起爆沖擊波壓力信號(hào)的總能量是中心單點(diǎn)起爆的1.27倍，而200 mm裝藥高度復(fù)合裝藥則提高到1.55倍。

通過對(duì)同種裝藥不同長(zhǎng)徑比的復(fù)合裝藥在同一距離處的沖擊波壓力信號(hào)能量譜分析可以看出，隨著裝藥長(zhǎng)徑比的增加，沖擊波能量譜值不斷增加，且高頻段和低頻段的能量有明顯差異，盡管如此能量主要集中在低頻段0～15 kHz范圍內(nèi)。結(jié)合2 m處的沖擊波壓力信號(hào)能量譜可知，近距離及大長(zhǎng)徑比復(fù)合裝藥爆炸沖擊波的低頻段能量具有較大的能量增長(zhǎng)百分比。

2.3.3 歸一化對(duì)比分析

對(duì)同一裝藥在不同距離處和不同炸藥在同一距離處的爆炸沖擊波在不同頻帶處的節(jié)點(diǎn)能量進(jìn)行歸一化處理，則不同頻帶處的沖擊波能量分布如圖13所示。

圖13 復(fù)合裝藥的沖擊波頻段能量分布Fig.13 Energy distribution of explosion shock wave of composite charge

由圖13(a)可見，不同距離處的爆炸沖擊波在低頻段能量占比更高，在近距離處不同起爆方式下的沖擊波頻段能量占比差異較大，不同頻段的能量隨距離的增加衰減較小，這說明了毀傷的范圍較廣。從圖13(b)可以看出，不同長(zhǎng)徑比的復(fù)合裝藥沖擊波頻段能量分布并未呈現(xiàn)出一致性分布，不同長(zhǎng)徑比的復(fù)合裝藥在低頻段的沖擊波能量占比依然較大，但是裝藥長(zhǎng)徑比越大，在高頻段和低頻段的沖擊波能量差異越大，說明采用不同的裝藥高度可以實(shí)現(xiàn)具有特定頻段能量特征的戰(zhàn)斗部。

3 結(jié)論

1)對(duì)不同長(zhǎng)徑比復(fù)合裝藥的沖擊波實(shí)測(cè)超壓曲線分析表明，中心單點(diǎn)起爆方式下復(fù)合裝藥的正壓作用時(shí)間大于內(nèi)外同時(shí)起爆且隨裝藥長(zhǎng)徑比的增加而增加。

2)計(jì)算獲得了多層復(fù)合裝藥沖擊波壓力信號(hào)的能量譜特征規(guī)律，其中沖擊波能量譜值隨著裝藥長(zhǎng)徑比的增加而增加，且高頻段和低頻段的能量有明顯差異，沖擊波能量主要集中在低頻段0～15 kHz，近距離及大長(zhǎng)徑比復(fù)合裝藥爆炸沖擊波的低頻段能量具有較大的能量增長(zhǎng)百分比。

3)不同長(zhǎng)徑比復(fù)合裝藥在不同距離處的沖擊波壓力信號(hào)能量譜分析表明，復(fù)合裝藥爆炸沖擊波壓力信號(hào)的能量主要集中在低頻段，在不同距離處，內(nèi)外同時(shí)起爆輸出總能量可以達(dá)到中心單點(diǎn)起爆方式的1.5倍以上，說明復(fù)合裝藥的毀傷范圍可控。

4)不同距離處爆炸沖擊波在低頻段的能量占比較高，不同頻段的能量隨距離增加衰減較小，因而具有較廣的毀傷范圍，說明通過改變裝藥長(zhǎng)徑比可實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)斗部的不同爆炸沖擊波頻段能量分布，設(shè)計(jì)出具有特定能量特征的高效毀傷戰(zhàn)斗部。