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水緩衝材による爆風被害の低減

【背景・経緯】

万一高エネルギー物質が爆発すると、爆風通過時に生じる高圧が周囲の人・物に被害をもたらすため、火薬庫には土堤や防爆壁などの防護構造物を設置することが定められています。しかし、十分な効果を得るには構造物が大規模になり、遠方では効果が小さくなる傾向にあります。構造物の代わりに水を緩衝材として使用することで、爆発のエネルギーを水の運動エネルギーや蒸発潜熱として受け持ち、結果として外部に放出される爆風を全体的に弱めることが期待されます。そこで、爆風に対する水の緩衝効果とその特性を評価する基礎研究を実施しています。

 

【2019年度の取組みと成果】

2019年度はC-4爆薬8 gの空中爆発に対し、爆薬の周りに散布した水液滴による爆風低減について、産総研所有の大型爆発実験ピットで実験を行いました。水の総質量と水液滴の散布する面積、それらから決定されるかさ密度(単位空間に存在する水の質量)の影響について調査しました。
図に水液滴による爆風の最大圧力の減少率を示します。水液滴を面積一定の領域に散布した場合には、水の総質量が大きいほうが爆風の低減効果は大きくなり、爆風の圧力が最大で3割減少しました。また、水液滴として投与する水の質量を揃えた場合には散水面積が小さいほど、すなわち、かさ密度が大きいほど爆風低減量が大きくなりました。これは、水液滴を緩衝材として使用する際には、爆薬近くに集中的に散布することが効果的であることを示しています。これらの成果は火薬学会誌(T. Tamba, Y. Sugiyama, K. Ohtani, K. Wakabayashi, Sci. Tech. Energetic Materials. 81 (1), 29-32, 2020),火薬学会,衝撃波シンポジウムで発表されました。

 

【成果の意義・今後の展開】

2019年度に得られた結果から、水緩衝材のかさ密度が爆風低減に重要な要素となっていることが明らかとなりました。今後は水壁などの異なる水投与形態と低減効果を比較しつつ、水と干渉している爆風の挙動について光学可視化法を用いた観測を取り入れ、爆風低減のメカニズム解明と効果の最大化に取り組みます。

 

図 爆風圧力の減少率

研究担当者