Regras de propagação de ondas de choque em espaço confinado sob diferentes ambientes de pressão inicial

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 14352 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Neste artigo, um vaso de explosão ajustável de pressão inicial foi desenvolvido e o efeito da pressão negativa, pressão positiva (0,2–1,8 atm) diferente da pressão ambiente inicial na onda de choque explosiva gerada pela explosão de explosivos foi estudada. As relações entre o impulso específico, a velocidade da onda de choque, a quantidade de produtos de gás explosivo e a pressão ambiente foram analisadas para diferentes ambientes de pressão inicial. Verificou-se que: a sobrepressão da onda de choque de explosão diminui com a pressão ambiente inicial da explosão, e existe um ambiente de pressão negativa com uma queda dramática de pressão próxima a 0,6 atm, definida como a pressão negativa supersensível Pcr. A velocidade de propagação de uma onda explosiva aumenta com a diminuição da pressão ambiente, e a velocidade de propagação a uma pressão de 1,8 atm é quatro vezes menor que a velocidade a uma pressão de 0,2 atm. A produção de produtos de gás explosivo não mudou. Quanto maior a pressão inicial do ambiente onde o explosivo está localizado, menor é a relação do gás gerado pela explosão para o gás de força inicial no vaso de explosão, e maior é o impacto na propagação das ondas de choque. A atenuação máxima do primeiro impulso específico i1 é de 72,97% e a atenuação máxima do segundo impulso específico i2 é de 72,39%. Os experimentos fornecem dados de referência para confrontos militares em grandes altitudes, desenvolvimento de armas e munições em grandes altitudes e engenharia de proteção em terras profundas.

Explosivos no ar quando a explosão, a geração instantânea de produtos de explosão de alta temperatura e alta pressão, e violentamente comprimido em torno dele, formando uma camada de interface comprimida, ou seja, a frente da onda de choque. Ao mesmo tempo, a formação de ondas esparsas dentro dos produtos da explosão, desde a interface explosão-ar até o centro da propagação da explosão. À medida que os produtos da explosão e as ondas de choque continuam a se propagar, quando o produto da explosão atinge o limite do volume, o produto da explosão para de se expandir, as ondas de choque podem ser consideradas separadas dos produtos da explosão.

Os produtos explosivos impactam e comprimem o ar ao redor da fonte de explosão, resultando em uma certa distância do centro de carga, a pressão das ondas de choque nunca perturbou o estado súbito, resultando em uma grande pressão positiva, formando uma zona de pressão positiva. Com o aumento do tempo de propagação, o ar atrás da frente das ondas de choque começa a se expandir, resultando em um declínio contínuo da pressão, que forma uma zona de pressão negativa abaixo da pressão inicial. No processo de propagação livre de ondas de choque, a intensidade das ondas diminuirá gradualmente com o aumento da distância de propagação e, finalmente, decairá para ondas sonoras. A curva pressão-tempo de seu processo de propagação é mostrada na Fig. 1 a seguir.

Curva histórica de tempo de sobrepressão típica de onda de choque.

Explosivos na explosão de campo livre, alta temperatura e gás de alta pressão dentro de um instante. Os produtos da explosão se espalharão violentamente em todas as direções e comprimirão o ar circundante, formando ondas de choque. Em comparação com o espaço livre aberto, o estado de propagação das ondas de choque no espaço confinado é muito mais complexo, múltiplas reflexões são sobrepostas e o pico de pressão gerado é significativamente aumentado. O efeito das ondas de choque geradas pela explosão em vários objetos é medido principalmente pelo pico de sobrepressão ∆p, impulso específico i velocidade de propagação u e outros parâmetros. É geralmente considerado que o dano da explosão explosiva ocorre na forma de ondas de choque. A relação entre pico de pressão, impulso específico e velocidade de propagação das ondas de choque, a fim de descobrir, revelar as regras de propagação das ondas de choque e o mecanismo de dano, estudiosos nacionais e estrangeiros conduziram um grande número de estudos experimentais e teóricos e apresentaram uma série de fórmulas semi-empíricas para cálculo da sobrepressão das ondas de choque1,2,3,4.