医疗药品管理炸药爆炸的理论基础.pdf

（医疗药品管理）炸药爆炸 的理论基础 2.4.5 平面正冲击波 冲击波能够用多种方法产生。炸药爆炸时，高温、高压、高密度的爆炸气体产物高速膨 胀，冲击压缩周围介质（包括金属、岩石、及水等凝聚介质及各种气体等），从而于其中形 成冲击波的传播；飞行器（如航天器及导弹等）于做超声速飞行时，会于空气中形成空气冲 击波；高速穿甲弹撞击装甲钢板、流星冲击地面等均能够于受冲击介质中形成冲击波。 于介绍冲击波的形成例子中，如活塞的推动速度为 50m/s 时，形成的冲击波阵面上的压 力约为 0.125MPa ；当活塞的速度为275m/s 时，形成的冲击波阵面上的压力约为 0.29MPa ； 如果活塞的速度达到 700m/s （即大约是声速的2.1 倍）时，最终所形成的冲击波阵面上的压 力将会达到 0.909MPa 。 然而，壹个飞行器于大气中飞行，若要于其前方形成冲击波，则其飞行速度必须超过空 气的声速，因为飞行器飞行时，于其前面形成的压缩扰动波以大气的声速传播。而同时，侧 部稀疏波以声速侵入飞行器前面瞬时形成的压缩层内。这样，若飞行器做亚音速飞行，则于 前面形成的压缩区就不会发生能量的积聚，即压缩扰动不能发生叠加，因而也就不能形成冲 击波。而当飞行器做超音速飞行时，由于飞行速度大于声速，周围传来的稀疏波尚未来得及 将前面形成的压缩层稀疏掉，飞行器又进壹步地向前冲击压缩，因而就可使飞行器前面发生 能量积聚，即造成压缩波的叠加，从而形成冲击波的传播。 冲击波通过波阵面前后，介质的各个状态参数均是突跃变化的，且且由于波速很快，能 够认为波的传播是绝热的过程。这样便能够利用质量守衡、动量守衡、能量守衡三大定律， 进而把波阵面通过前、后介质的状态参量联系起来，得到冲击波的基本关系式，为研究爆轰 波奠定基础。 2.4.5.1 平面正冲击波的基本关系式 描述波阵面通过前介质的状态参量和通过后介质突跃到的终态参量之间的关系式称为 冲击波的基本关系式。 假设于壹单位面积的长管中，有壹平面正冲击波（波阵面为平面，且该平面和未扰动介 质的流动方向垂直）以速度 D 稳定地自左向右传播，波阵面为 A-A ，其前方未扰动介质的状 态参数为 P 、ρ 、u 、T 、e ，波阵面后已扰动介质的状态参数为P 、ρ 、u 、T 、e （如 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 图2-12 所示）。 现取壹坐标置于波阵面上，以速度 D 和冲击波壹起向右运动。这样，于此动坐标系上能 够见到，波阵面前方未扰动介质以速度（D-u ）向左流入波阵面，然后，以速度（D-u ）向 0 1 后流出。 根据质量守恒定律，单位时间内流入波阵面的介质质量等于从波阵面流出的介质的质量， 这样才能保持定常流动，使冲击波得以稳定传播。由此可得到冲击波的质量方程：图2-12 平 面冲击波间断面 （ 2 - 2 5 ） 该方程也称为连续方程。若冲击波于静止介质中传播（u =0），则有： 0 （ 2 - 2 6 ） 或 （ 2 - 2 7 ） 从式（2-27）能够见出，由于是压缩波，，且，因此，有，即冲击波（波阵面）通过后， 扰动后介质的质点运动速度是正值，和冲击波的传播方向壹致。 根据动量守恒定律，冲击波于传播过程中，单位时间内作用于介质的冲量等于介质动量 的变化。 单位时间内作用于介质的冲量为： 介质的动量变化为：或 所以，有 （ 2 - 2 8 ） 式（2-28）即为冲击波的动量方程或运动方程。