다양한 초기 압력 환경에서 제한된 공간에서의 충격파 전파 규칙

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 14352(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

본 논문에서는 초기압력 조절이 가능한 폭발용기를 개발하고, 초기주위압력에 따른 부압, 정압(0.2~1.8 atm)의 차이가 폭발물 폭발에 의해 발생하는 폭발충격파에 미치는 영향을 연구하였다. 다양한 초기 압력 환경에 대해 특정 충격량, 충격파 속도, 폭발성 가스 생성물의 양 및 주변 압력 간의 관계를 분석했습니다. 폭발 충격파의 과압은 폭발 초기 주변 압력에 따라 감소하고, 초민감 부압 Pcr로 정의되는 0.6atm 부근에서 급격한 압력 감소를 갖는 부압 환경이 존재하는 것으로 나타났습니다. 폭발파의 전파 속도는 주변 압력이 감소함에 따라 증가하며, 1.8atm 압력에서의 전파 속도는 0.2atm 압력에서의 전파 속도보다 4배 더 작습니다. 폭발성 가스 제품의 생산은 변하지 않았습니다. 폭발물이 위치한 환경의 초기 압력이 클수록 폭발 용기 내 초기 힘 가스에 대한 폭발에 의해 생성된 가스의 비율이 작아지고 충격파 전파에 미치는 영향이 커집니다. 첫 번째 특정 임펄스 i1의 최대 감쇠는 72.97%이고 두 번째 특정 임펄스 i2의 최대 감쇠는 72.39%입니다. 실험은 고고도 군사 대결, 고고도 무기 및 탄약 개발, 심지구 보호 공학에 대한 참조 데이터를 제공합니다.

공기 중의 폭발물이 폭발하면 순간적으로 고온, 고압의 폭발물이 생성되고, 그 주위를 격렬하게 압축하여 압축 계면층, 즉 충격파면을 형성합니다. 동시에, 폭발 공기 경계면에서 폭발 전파의 중심까지 폭발 제품 내부에 희박한 파동이 형성됩니다. 폭발생성물과 충격파는 전방으로 계속 전파되므로 폭발생성물이 부피의 한계에 도달하면 폭발생성물은 팽창을 멈추게 되며, 충격파는 폭발생성물과 별개로 볼 수 있다.

폭발물은 폭발원 주변의 공기에 충격을 가하고 압축하여 충전 중심에서 일정 거리를 유지하며 충격파 압력은 갑작스런 상태를 방해하지 않아 큰 양압을 발생시켜 양압 구역을 형성합니다. 전파 시간이 길어짐에 따라 충격파 전면 뒤의 공기가 팽창하기 시작하여 압력이 지속적으로 감소하여 초기 압력 아래에 부압 영역이 형성됩니다. 충격파가 자유롭게 전파되는 과정에서 전파 거리가 증가함에 따라 파동의 강도가 점차 감소하고 최종적으로 음파로 감소합니다. 전파 과정의 압력-시간 곡선은 다음 그림 1에 나와 있습니다.

전형적인 충격파 과압의 시간 이력 곡선.

자유장 폭발, 고온 및 고압 가스의 폭발물은 순간적으로 발생합니다. 폭발 생성물은 사방으로 격렬하게 퍼지며 주변 공기를 압축해 충격파를 형성합니다. 개방된 자유 공간과 비교하여 제한된 공간에서 충격파의 전파 상태는 훨씬 더 복잡하고 다중 반사가 중첩되며 생성된 최대 압력이 크게 증가합니다. 폭발에 의해 생성된 충격파가 다양한 물체에 미치는 영향은 주로 최대 과압 Δp, 특정 충격량 i 전파 속도 u 및 기타 매개변수에 의해 측정됩니다. 일반적으로 폭발성 폭발 피해는 충격파 피해 형태로 간주된다. 최고압력과 비충격량, 충격파 전파속도의 관계를 규명하고 충격파 전파의 법칙과 손상 메커니즘을 규명하기 위해 국내외 학자들은 수많은 실험적, 이론적 연구를 진행해 왔으며, 충격파 과압을 계산하기 위한 일련의 반경험적 공식1,2,3,4.