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空气冲击波

/shock wave in air/
条目作者龚自明

龚自明

最后更新 2022-12-23
浏览 163
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在空气中以超音速传播且其波阵面压力突然跃升的高强度压缩波。

英文名称
shock wave in air
所属学科
土木工程

图中为典型空气冲击波超压时程曲线,其主要特征是在波阵面到达处压力骤然由正常大气压跃升到超压峰值,然后衰减到正常大气压并继续下降,直至出现负压峰值,而后又逐渐回升到正常大气压。随着传播距离的增加,超压和负压峰值不断减小。空气冲击波的压力大于大气压力时,称之为正压,反之,称之为负压。

空气冲击波超压时程曲线空气冲击波超压时程曲线

核武器和常规武器在空气中爆炸均能产生冲击波。燃油气空气中发生爆轰时也会产生冲击波。武器爆炸当量(威力)越大,产生的空气冲击波的超压峰值和压力作用时间也越大。因此,核武器爆炸产生的冲击波的作用时间比常规武器长得多。空气冲击波可以绕过障碍物或从防护工程出入口、通风口等孔洞进入工程内部,造成人员和设备损伤。冲击波参数一般用正相和负相的超压峰值、冲量、持续时间等描述,这些参数满足比例爆距相似率的关系,即如果模型与原型为同一种炸药,在相同的初始大气条件下,当炸药几何相似时,则在几何相似的距离上爆炸压力相等,时间特征量之比等于几何相似比(即模型比例)。根据爆炸相似律,可以将小当量炸药爆炸所获得的参数换算为大当量炸药的爆炸参数,因此这些冲击波参数可通过小当量炸药爆炸试验的数据,采用比例爆距(即,也称为比例距离,为炸药中心到目标测点的距离,为炸药量)来度量。

为了便于统一衡量核爆炸、各种炸药、燃油气、锅炉蒸汽、瓦斯、粉尘等各种类型爆炸产生的能量及爆炸冲击波超压峰值和冲量等参数,用常见的TNT炸药爆炸释放出的能量和爆炸波主要参数来度量它们的爆炸威力大小,因此核武器、非TNT炸药、燃油气等爆炸威力常用等效TNT当量来表示。非TNT炸药、燃油气、锅炉蒸汽、瓦斯、粉尘等爆炸物的等效TNT当量可按冲击波峰值超压或冲量相等的原则确定,但一般情况下二者差别不大。常见非TNT炸药的等效TNT系数可查相关手册或书籍确定。

冲击波传播时,除了使此处空气质点骤然受到强烈压缩而产生超压外,还会使空气质点获得一个很大的向冲击波前进方向运动的速度,空气质点运动受阻时可产生的压力,称为动压。空气冲击波超压将使人体及建筑物受到挤压作用,其动压将使人体和建筑物受到冲击和抛掷作用。因此,地面建筑物的正面会受到入射空气冲击波的超压和动压的联合作用,但顶部和背面只受到超压作用。空气冲击波除了对暴露于地面的建筑物受到直接作用外,还可以从防护工程出入口、通风口等孔洞进入工程内部,杀伤或破坏内部人员或设备。

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