北京理工大学 爆炸科学与技术国家重点实验室,北京 100081
由于炸药具有热传导系数小、对温度极其敏感的特点,在使用多脉冲飞秒激光对其进行持续加工时,极有可能在炸药内形成热累积,从而导致点火、燃烧等危险事件的发生。为了降低激光加工材料过程中的热效应,人们普遍采取在材料加工表面施加气流的方法。为了研究加载气流条件下,炸药装药在飞秒激光作用下产生的烧蚀产物的运动规律以及炸药装药内部的温度变化,建立了加载气流条件下飞秒激光加工炸药装药过程的二维流固耦合计算模型,对在单侧、双侧不同入射角度的亚音速气流作用下,飞秒激光加工奥克托今(HMX)炸药装药的过程进行了数值模拟计算。计算结果表明:单侧气流会在炸药加工表面形成漩涡流,导致烧蚀气体产物在炸药表面做旋转运动,加重了烧蚀产物对炸药的热影响;双侧气流会在远离炸药加工表面的地方形成较大的漩涡流,从而使烧蚀气体产物迅速离开炸药加工表面,有效降低了炸药的温度,提高了飞秒激光加工炸药装药过程的安全性。
飞秒激光 炸药 数值模拟 气流 热安全性 femtosecond laser explosive numerical simulation airflow thermal safety 强激光与粒子束
2024, 36(1): 011003
尾流是飞机飞行时的必然产物,对航空安全有重大威胁,还限制着航空效率和容量的提升,飞机尾流涡核的精准辨识是动态缩减尾流间隔的前提,目前晴空尾涡探测的主要工具是相干多普勒激光雷达(CDL)。针对使用激光雷达进行飞机尾流探测中受限于雷达时空分辨率和背景风场的影响导致的识别和反演尾流关键参数误差较大这一问题,提出一种在激光雷达探测数据基础上基于贝叶斯网络(BN)和均方误差(MSE)构建的尾涡参数反演模型。搭建大气背景风和湍流环境,并将其叠加到模拟的尾涡速度场上,得到用于训练模型的仿真数据集。实验结果表明:所提算法能够得到误差较小的参数反演结果(仿真算例中涡核位置偏差在2 m以内,环量偏差在5%以内);在实际算例中,所提算法与传统算法相比,反演速度场均方误差显著降低(平均超过50%)。本研究可用于机场实时尾涡监测,对尾涡间隔标准制定有重要意义。
激光雷达 航空安全 飞机尾涡 贝叶斯网络 尾涡特征参数反演模型 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0428006
1 南通市公安局,南通 226006
2 核工业南京建设集团有限公司,南京 211102
以南通市废旧烟花爆竹销毁项目为研究背景,为确保销毁过程安全、高效,在充分了解待销毁烟花爆竹特性的基础上,明确了销毁的原则与目的,结合项目具体特征,对销毁方案进行了精心的设计:在空旷的近海区域预先设置了一块20 m×20 m、深2 m、维护坡体约5 m高的场地作为销毁地点,合理布置了进出场道路,提高了卸车的效率; 结合仓库与销毁地点之间的交通条件,确定了运输路线及运输时间,同时为确保运输过程安全,对车辆行驶速度、装卸、摆放等技术要求进行了严格的规定; 根据销毁场地的尺寸及待销毁烟花爆竹的摆放位置,计算得出最小燃放角12°,结合烟花升空燃放的最大高度,对销毁过程中进行了燃放区、逸散区、散落区的分区,基于此界定了销毁的安全警戒范围为120 m; 采用了警戒人员、无人机联合管控措施对销毁过程实时监控,确保将火灾隐患控制在初期阶段。本次销毁彻底、安全无事故,效果良好,其采取的安全技术及管控措施在一定程度上可为类似项目提供参考。
烟花爆竹 焚烧法 安全技术 管控措施 fireworks and firecrackers incineration method safety technology control measures
1 中交第一航务工程局有限公司 , 天津 300461
2 长安大学 公路学院, 西安 710000
在小净距大断面隧道后行洞爆破开挖过程中, 如何保证先行洞的爆破振动安全极为关键。以京秦高速双向六车道小峪隧道为工程依托, 监测分析了后行洞开挖过程中先行洞纵、横断面的爆破振动速度分布规律; 依据爆破振动跟踪监测结果, 动态调整优化后行洞的爆破设计参数, 并提出了相应的爆破振动安全控制措施。结果表明:小净距隧道后行洞开挖时, 先行洞边墙径向振动的速度最大, 且主要由掏槽孔爆破引起, 垂直向振速略低于切向振速, 但二者差别不大, 爆破振动能量主要集中在30~100 Hz频段; 对于先行洞纵断面上的振动分布, 峰值振速总体随爆心距衰减, 衰减速率也随之降低; 未开挖方向的振速相对较高, 约为同等距离已开挖向振速的1.2~1.6倍; 对于先行洞横断面上的振速分布, 迎爆侧的振速明显高于背爆侧, 其中边墙部位迎爆侧振速可达背爆侧的5~10倍; 现场针对爆源采用多级复式掏槽, 优化炮孔分布, 雷管段别增加至12段来减少相应的单段药量, 以及增大起爆间隔至60 ms来等措施控制爆破振动, 现场实践表明, 优化后的爆破设计可使先行洞边墙振速降低约50%。
小净距隧道 先行洞 爆破振动 分布规律 安全控制 neighborhood tunnel front tunnel blasting vibration distribution law safety control
1 中国矿业大学 力学与土木工程学院, 徐州 221116
2 中国矿业大学 爆炸力学与智能工程爆破研究中心, 徐州 221116
3 洛阳市宇航爆破工程有限公司, 洛阳 471000
4 淮南职业技术学院 能源工程学院, 淮南 232001
为成功爆破拆除复杂环境下位于同一厂区的两座砖烟囱和两座钢筋混凝土烟囱, 通过分析周边环境条件以及烟囱结构特点, 确定“单切口, 定向倒塌”的总体爆破方案对四座烟囱进行齐次拆除。根据工程经验确定烟囱切口底边位置为标高+0.5 m处, 切口角度为215°, 切口高度、切口长度以及相关爆破参数通过理论公式计算得到具体数值, 切口形式采用类梯形切口, 起爆网路采用精准度更高的数码电子雷管起爆系统以顺发齐爆的方式进行起爆。考虑四座烟囱不同的结构组成分别制定对应的预处理方案, 并通过对烟囱的倒塌可靠性、爆破振动、倒塌振动进行安全校核以及对爆后飞溅碎片和爆破飞石的有效控制, 从而确保四座烟囱按设计方向倒塌, 防止对周围保护目标造成危害。通过使用有限元软件LS-DYNA对四座烟囱的倒塌过程进行模拟, 结果表明模拟倒塌过程与实际过程几乎一致, 倒塌完成时间均在14 s左右, 并且通过分析顶部节点的位移与速度规律可以判断烟囱倒塌效果充分, 达到预期目标, 进一步表明了数值模拟对工程实践的指导意义, 可为类似工程提供参考。
爆破拆除 定向倒塌 安全校核 数值模拟 blasting demolition directional collapse safety check numerical simulation
西安电子科技大学计算机科学与技术学院,陕西西安 710071
为真实模拟实弹射击场景,降低**射击训练成本,设计了一种基于铒玻璃激光器的激光射击光学系统。该系统采用两级激光扩束,将铒玻璃激光器出射光束发散角二次压缩,实现极小发散角光束出射,提升了激光射击过程的人眼安全性。铒玻璃激光器出射光束发散角为 15mrad,出射光斑直径 0.3mm,激光扩束倍率 300倍,系统出射光束发散角达 0.035 mrad。距光学系统出光口 1km位置,激光光斑直径约为 120mm,可满足千米射击训练要求,突破了常规激光射击系统百米量级的作用距离限制。设计的光学系统总长度为 364 mm,结构简单,利于工程化,应用前景广阔。
光学设计 铒玻璃激光器 扩束 激光射击 人眼安全 optical design erbium glass laser beam expanding laser shooting eye safety
1 安全工程国家级实验教学示范中心(河南理工大学), 焦作 454003
2 河南理工大学 a.安全科学与工程学院
3 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心, 焦作 454003
4 河南理工大学 b.能源科学与工程学院, 焦作 454003
5 中原经济区煤层(页岩)气河南省协同创新中心, 焦作 454003
6 深井岩层控制与瓦斯抽采国家安监局科技支撑平台, 焦作 454003
电子雷管是爆破工程领域目前采用的主要起爆方式, 但因其具有高危险性和特殊管控要求, 无法在课堂教学和实验教学中使用, 亟待研发一种安全可靠且可重复使用的模拟器材。基于STC15单片机, 设计与调试了教学用模拟电子雷管, 借助3D打印技术, 制作了模拟电子雷管, 并成功应用于雷管检测和起爆网路模拟实验教学。研究表明: 模拟电子雷管主要由电源电路、雷管模拟电路和PCB板构成, 由雷管一端伸出一对引线连接电源, 通过电源电路给单片机控制芯片、驱动电路及声光模拟器件供电, 通电后单片机控制芯片可以按照写入的程序驱动声光模拟器件模拟电子雷管工作, 从而实现了延期爆破时间可调节、爆破真实场景可模拟、内部结构可直观观测以及串并联稳定运行等功能; 通过实验教学, 让学生了解了电子雷管的结构和特性, 掌握了雷管性能检测方法和起爆网络连接方法, 充分调动了学习“爆破安全”课程的积极性, 充分发挥了主观能动性, 有效提高了实操能力, 实验教学效果良好。
爆破安全 实验教学 模拟电子雷管 单片机 3D打印技术 blasting safety experimental teaching analog electronic detonator microcontroller 3D printing technology
1 中国海洋大学 信息科学与工程学部海洋技术学院,山东 青岛 266100
2 中国科学院上海光学精密机械研究所 空间激光信息传输与探测技术重点实验室,上海 201800
3 崂山实验室 区域海洋动力学与数值模拟功能实验室,山东 青岛 266237
4 青岛镭测创芯科技有限公司,山东 青岛 266100
实时准确获取飞机尾涡的特征参数信息,将有利于在保持机场基础设施的情形下进一步提升机场吞吐量。相干多普勒激光雷达作为飞机尾涡的有效探测手段,可提供其位置与强度信息。针对飞机尾涡特征反演算法在近地面环境下出现的误识别及定位精度下降问题,通过采用区域聚焦的方法减少背景环境对识别精度的影响,并引入尾涡的旋转特征、对反演结果检验,以此提高结果的可靠性。针对扫描中尾涡的移动、扭曲或数据缺失引起的强度评估不准问题,通过尾涡速度分布校正和理想化飞机尾涡模型校正两步来提高强度反演精度。经成都双流国际机场观测数据验证,该优化算法的正确识别率提高2.8%,漏报率下降2.7%,虚警率下降20.86%。
大气光学 飞机尾涡 激光雷达 航空安全 快速识别 atmospheric optics aircraft wake vortex lidar aviation safety fast identification 红外与激光工程
2023, 52(11): 20230160