0 引　言

液态燃料等易燃易爆危险化学品在储运和使用过程中极易受到静电、枪击、碰撞等外界能量的作用引起燃烧与爆炸，造成重大的财产损失和人员伤亡^[1]，在军用方面更是如此。随着越来越多的舰船搭载飞机，舰船往往装载有大量喷气燃料，由于喷气燃料闪点较低，危险性较大，必须对喷气燃料油舱进行抑爆处理。

目前，舰船上广泛采用充填惰性气体的方式对喷气燃料油舱进行抑爆。惰性气体抑爆主要通过降低氧浓度有效遏制火焰传播^[2]，从而实现抑制爆炸，但该方法必须在喷气燃料舱密闭、舱内充满惰性气体并保持正压的情况下才能发挥作用，一旦油舱发生破损漏气，防护作用将大大减弱，甚至消失。且惰性气体抑爆需要专门配套复杂的惰性气体产生装置，使用维护费用高、对舰船总体资源消耗大。为此，近些年发展出一些新的抑爆技术和抑爆材料，尤其是网状高分子材料与非金属球形材料表现出了较好的抑爆性能^[3-5]。这2种抑爆材料的抑爆原理基本类似，均是将空间分成若干“小室”或“腔体”，形成较高的比表面积，通过吸收和传导大量热能破坏燃烧介质的爆炸条件，降低火焰燃烧速度，从而抑制爆炸^[6-8]。

本文针对舰船喷气燃料油舱，通过实弹（30mm杀爆燃弹）炮击，对网状高分子抑爆材料和非金属球形抑爆材料的抑爆效能开展实验研究，为未来选取舰船油舱抑爆材料提供一定的理论基础。

1 实验部分 1.1 实验装置

30 mm杀爆燃弹炮击实验装置主要包括油舱、引爆系统、高速摄像系统、红外热成像系统和压力测试系统等。实验油舱（见图1）为一个边长1 m、壁厚2 mm的立方体，是根据某船喷气燃料油舱缩尺（1:2.5）所得；引爆系统由30 mm杀爆燃弹及其发射装置（见图2）组成，用于模拟小当量弹药直接命中油舱的场景；高速摄像系统用于记录爆炸图像，由Photron公司的NX100型高速摄像机和数据采集仪组成，实验拍摄速率为1000 fps；红外热成像系统用于记录爆炸过程中的温度场分布，由Fotric615-412型热成像仪和数据采集装置组成，实验拍摄速率为30 fps；压力测试系统用于测量油舱爆炸压力，由3个扬州无线电二厂生产的压力传感器和成都微测科技有限公司生产的数据采集系统组成，其中压力传感器的量程为0～1.5 MPa。

实验装置布置情况如图3所示。油舱安装在支架上，其受弹面的中心位置与30 mm杀爆燃弹在同一水平线上，发射点与油舱距离为150 m。油舱后侧竖立放置受弹挡板，挡板后为钢筋混凝土掩体。高速相机与红外相机布置在油舱右前方25 m位置处。压力传感器等间距布置在油舱的右侧壁面上，间距为2 cm，从上往下依次为1号、2号和3号传感器。

1.2 实验方法

分别开展3组实验。第1组为空白对照实验，采用不装填抑爆材料的实验油舱。第2组和第3组分别为网状高分子材料抑爆实验和非金属球形材料抑爆实验。图4和图5分别为实验所采用的网状高分子抑爆材料和非金属球形抑爆材料，均按照GJB8455-2015《油舱油罐填充用阻隔防爆材料通用规范》要求分别装入油舱，留空率不大于10%。

每组实验均在环境温度为18 ℃、相对湿度为60%条件下进行，将实验油舱用RP-3喷气燃料填充至1/2，调整30 mm杀爆燃弹发射管高度与油舱水平，发射30 mm杀爆燃弹，同时开启实验记录系统记录数据。

2 结果与讨论 2.1 空白对照实验结果

图6为空白对照实验的高速摄像图片，30 mm杀爆燃弹准确击中油舱的油气界面处，并发生爆炸。10 ms时受弹挡板被喷射火焰击飞约10 m，油料从油舱正面破口处高速喷出形成二次爆炸，并且火焰同时从油舱顶端和背面喷出，900 ms时在油舱前方形成池火，池火持续燃烧5 min以上仍未熄灭。图7为实验后油舱的破损情况，在油舱正面形成了一个直径约为330 mm的圆形裂口；左右两侧分别形成了40×20 mm和40×25 mm的裂纹；背面产生了一个直径约20 mm的穿孔。油舱两侧及顶部产生20～30 mm左右的突起。图8为红外图像及温度曲线，可以看出杀爆燃弹击中空白油舱后火焰温度迅速上升，最高温度达到约1 600 ℃，约3 s后下降到1 000 ℃左右，最后火焰燃烧的温度保持在1 000 ℃上下，整个爆炸过程中1 000 ℃以上的高温持续时间约为16 s。图9为油舱压力波形图，可以看出30 mm杀爆燃弹击中空白油舱后，1号、2号和3号传感器测量得到的最大超压分别约为105 kPa，34 kPa和37 kPa。

以上结果表明，在30 mm杀爆燃弹击中空白油舱瞬间发生了爆炸，油舱内部温度和压力都较高，燃油从裂口处高速喷出，喷出的燃油被引燃发生了二次爆炸，并在油舱附近地面形成了大面积池火。

2.2 网状高分子材料抑爆实验结果

图10为网状高分子材料抑爆实验高速摄像图片，30 mm杀爆燃弹击中油舱油气界面以下。油舱顶部产生突起，燃油从底部破口处涌出并发生剧烈燃烧。在400 ms左右时，可以看到油料从正面出口处高速喷出，在外部发生二次燃烧并形成较大范围的池火，池火持续燃烧5 min以上仍未熄灭。图11为实验后油舱的破损情况，油舱表面被烧成黑色，油舱正面形成一个直径约260 mm的圆形裂口，油舱两侧及顶部产生30 mm左右的凸起。图12为红外图像及温度曲线，可以看出杀爆燃弹击中油舱后火焰温度迅速上升，最高温度达到约1 600 ℃，之后下降到1 000 ℃左右，1 000 ℃以上的高温持续时间约为3s。最后池火燃烧的温度维持在500 ℃左右。在油舱压力测量方面，仅有2号压力传感器记录到明显压力波动（见图13），最大超压约为66 kPa。

与空白实验的结果进行对比可以发现，网状高分子材料起到了一定的抑爆效果，1 000 ℃以上的高温持续时间有所缩短，爆炸超压显降低。

2.3 非金属球形材料抑爆实验结果

图14为非金属球形材料抑爆实验高速摄像，30 mm杀爆燃弹击中油气界面处，击中瞬间并无明显的燃烧和爆炸实验现象，也没有后续燃烧产生。图15为实验后油舱的破损情况，油舱侧面向外产生轻微凸起，受弹面形成一个直径约为300 mm的圆孔，背面仅存在2个微小的弹片裂纹。此外，红外热成像显示无明显温度变化。在油舱压力测量方面，仅有3号压力传感器记录到明显压力波动（见图16），最大超压约为16 kPa。

实验结果表明，非金属球形抑爆材料起到了较好的抑爆效果，炮弹击中油舱瞬间未看到爆炸现象，油舱内的超压和温度几乎可以被忽略，之后也没有发生燃油的二次燃烧，油箱结构完整性保持的较好。

3 结　语

针对舰船油舱，通过开展2种抑爆材料的抑爆效能实验及空白实验可以得到以下结论：

1）空白实验中，油舱发生了明显的二次爆炸现象，并形成大面积的池火；

2）网状高分子材料抑爆实验中，虽然在油舱迎爆面发生了油气的二次燃烧，但是1 000 ℃以上的高温持续时间被大大缩短，爆炸超压也明显降低；

3）非金属球形材料抑爆实验中，未发生明显的燃烧或爆炸反应，油舱内的超压和温度几乎可以被忽略，爆炸后油舱结构保持完整性，仅在侧壁面产生少许的弹片裂缝，抑爆效果较好。

实验表明2种抑爆材料在不同程度上对舰船油舱起到了抑爆效果，但是否能适用于实船，还要考虑抑爆材料与油料的化学反应情况、抑爆材料在实船油舱的装卸便利性等适用性问题，下一步将开展抑爆材料舰船适用性研究，为舰船油舱抑爆技术提供更多技术支撑。