爆炸物理學課程建設研究

韓瑞連 劉國慶 王國棟 張華翔

摘 ?要 從加強軍隊院校學員綜合技能培養(yǎng)，落實新型作戰(zhàn)人才建設實施方案的要求出發(fā)，結合軍隊院校改革指導思想，大力推進彈藥技術人才建設。闡述開設爆炸物理學課程的意義、課程建設的性質和目的，初步探討課程的內容和教學的方式方法，提出應注重教師水平和教學專修室建設。

關鍵詞 彈藥技術;爆炸物理學;軍隊建設;課程建設

中圖分類號：G642.3 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）13-0080-03

1 前言

彈藥是指裝有火藥、炸藥或裝填物，可發(fā)射、投擲或布放至預定地點，實現毀傷目標或完成其他戰(zhàn)斗任務的軍事裝備[1]。其性能的高低、質量的優(yōu)劣、保障運用的強弱，直接關系著作戰(zhàn)目標的實現和任務的完成。順應中國特色軍事變革，培養(yǎng)適應現代信息化戰(zhàn)爭需要的彈藥技術人才，對軍隊建設具有重要的意義。

2 課程建設的意義

新型彈藥技術人才建設對學員提出更高的要求，要求系統(tǒng)掌握專業(yè)基礎理論、裝備基本原理、典型裝備構造和保障理論，掌握典型裝備運用基本知識、基本技能，具有從事裝備技術保障、保障指揮、武器系統(tǒng)運用工作的初步能力，了解國內外相關裝備發(fā)展概況和部隊裝備管理理論、方法，了解相關部隊的主要任務和主要裝備的作戰(zhàn)性能[2]。

爆炸物理學課程建設，適應彈藥裝備課程需要，對彈藥學員理解彈藥爆炸過程以及各種介質中爆炸作用過程涉及的基本問題具有促進作用。此外，課程編排的輕氣炮沖擊實驗、霍普金森桿力學性能加載實驗、爆炸過程的數值模擬等，對學員加深彈藥爆炸威力的認識有著直觀沖擊的效果，達到理論教學和實踐操作相結合的效果。

3 課程建設

課程的性質和目的 ?爆炸物理學是以彈藥爆炸為研究對象，涉及物理、化學、力學等多個學科領域，綜合應用理論、實驗和數值模擬的研究途徑，全面系統(tǒng)地闡述爆炸的發(fā)生和發(fā)展規(guī)律以及爆炸的力學效應的利用和防護的學科[3-5]。本課程的目的在于讓學員通過本課程的學習，了解炸藥爆炸的基本概念和基本現象，掌握連續(xù)介質力學基礎及氣體動力學理論，理解炸藥的起爆機理，熟悉爆轟產物的一維飛散與推進作用，掌握爆轟對固體的應力波及爆炸沖擊波作用，學會爆炸作用數值模擬計算方法，為從事彈藥安全工程和彈藥作戰(zhàn)運用相關課程的后續(xù)學習奠定必要的理論基礎。

課程設計的思路理念 ?本課程以綜合素質和創(chuàng)新技能的培養(yǎng)為根本，堅持教員導學與學員自學相結合，注重培養(yǎng)學員嚴肅、認真的工作態(tài)度與耐心、細致的工作作風，注重爆炸理論教育的基礎性和嚴謹性，體現爆炸理論的科學性和系統(tǒng)性。課程編排以掌握爆炸作用機理為核心，注重兼顧軍事應用的技術基礎;對于課程的重難點，在講授知識的同時應注意前伸和后延，培養(yǎng)啟發(fā)學員發(fā)現問題、研究問題以及運用所學知識解決實際問題的能力。教學過程中充分運用信息化教學資源和手段，優(yōu)化課堂設計，營造課內外學習環(huán)境，實現教與學的深層次互動。

課程內容設計 ?本課程以炸藥爆炸發(fā)生、發(fā)展規(guī)律及作用機理為主線，內容采用模塊化設計[6]，分為緒論、連續(xù)介質力學基礎、氣體動力學基礎、炸藥的爆轟過程、爆轟產物一維飛散與推進作用、爆炸對固體的應力波作用、爆炸沖擊波作用和爆炸作用數值模擬計算等八大模塊，注意研究各部分內容之間的聯系，將教學內容連接成一個有機的整體。既論述爆炸的基本概念和基本現象，又深入分析炸藥爆炸發(fā)展規(guī)律及機械效應機理，同時兼顧實踐模擬計算及與軍事作戰(zhàn)運用的結合拓展[7]。

第1章：緒論。本章主要涉及炸藥的概念及類別，爆炸的定義、特點及分類，旨在使學員掌握爆炸現象及性質，理解炸藥爆炸的基本特點，了解爆炸科學的發(fā)展歷程，對炸藥爆炸現象進行初步認識。

第2章：連續(xù)介質力學基礎。爆炸物理學雖然繞不開對間斷面的研究，但仍然以介質的連續(xù)性假設為前提，學習爆炸物理學自然需要一定的連續(xù)介質力學基礎。本章簡要介紹流體力學基礎、應力分析基本概念、流體動力學基本方程等基礎知識，其他相關知識將在后續(xù)適當章節(jié)擇需介紹，意在為本課程學習提供必要的數學和力學基礎知識。

第3章：氣體動力學基礎。實驗表明，爆轟波的傳播以及爆炸對外界的作用，必然涉及爆轟產物、空氣等氣體的高速膨脹和流動，要涉及相關波的知識。因此，研究爆炸的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律及其力學效應，有必要先學習一些關于氣體的流動、擾動波的傳播以及沖擊波的經典理論等氣體動力學方面的基礎知識。本章主要包括氣體的物理性質、狀態(tài)參量的定義、熱力學基礎及波的基本概念、氣體的平面一維流動和平面正沖擊波等內容。

第4章：炸藥的爆炸過程。本章主要涉及炸藥的起爆機理、氣體爆轟參數的近似計算和穩(wěn)定爆轟條件及爆轟波參數計算，意在使學員了解炸藥起爆過程，掌握氣體炸藥爆轟現象和云霧爆轟現象，掌握爆轟濃度極限確定方法，熟悉氣體爆轟參數的計算，掌握凝聚炸藥爆轟傳播過程的直徑效應，理解爆轟波的波形及其控制。

第5章：爆轟產物的流動及其與物體的相互作用。炸藥爆轟形成高能量密度氣體爆轟產物，而爆轟產物的劇烈膨脹流動，必然促使與其接觸的介質或目標發(fā)生加速運動或變形，從而造成包括但不止于力學效應在內的損傷與破壞。也就是說，爆炸破壞作用根本上來源于炸藥能量的釋放，最初的環(huán)節(jié)是爆轟產物的膨脹流動。因此，有必要在前述氣體一維等熵流動的相關知識和爆轟產物初始參數計算的基礎上，研究爆轟產物一維飛散流動中狀態(tài)參數的時空分布規(guī)律，及其對鋼壁物體的沖擊相互作用。本章主要涉及爆轟產物一維分散流動的描述、爆轟產物對鋼壁的作用沖量、爆炸對剛性物體的一維拋射計算及彈丸破片初速計算。

第6章：爆轟對固體的應力波作用。前述研究炸藥爆轟的發(fā)生與發(fā)展及其對介質的作用，爆轟產物屬于流體，被作用介質或者假定為剛性體，或者假定為不可壓縮流體，僅在破片初速計算中簡單涉及固體材料的變形問題。實際情況中，炸藥爆轟對固體的作用，包括高速運動物體（如破甲彈金屬射流）對固體的撞擊作用，都有可能在固體材料中產生所謂的應力波并引起介質狀態(tài)的復雜變化，進而導致破壞。固體材料受爆轟作用所引起的狀態(tài)變化與流體介質既有聯系又有區(qū)別，有必要專門予以研究。為此，本章簡要介紹固體應力波基礎知識，著重介紹爆炸對固體接觸面的破壞作用和層裂效應。

第7章：爆炸沖擊波作用。本章以炸藥爆轟形成的沖擊波作用為研究對象，簡要介紹介質中爆炸的基本現象以及沖擊波的形成、傳播與作用等。內容要求包括了解空氣沖擊波的形成與傳播，理解空氣沖擊波初始參數內涵，掌握空氣沖擊波的爆炸相似律與參數計算，掌握空氣沖擊波的作用以及水土介質中的爆炸作用。

第8章：爆炸過程數值模擬。借助數學模型進行數值模擬，能夠直觀體現彈藥的爆炸毀傷性能[8]。本章從數值模擬方法的概述入手，重點講解數值模擬方法在爆炸物理學中的應用，內容編排包括數值模擬算法和爆炸仿真軟件的應用，意在使學員理解爆炸數值模擬的算法，掌握典型爆炸仿真軟件的應用，能夠對數值模擬軟件結果進行驗證和修正。

課程教學的方式方法 ?立足軍隊建設與訓練改革實際，緊扣彈藥作戰(zhàn)效能評估能力建設和彈藥作戰(zhàn)運用問題研究，統(tǒng)籌考慮知識結構、教學內容更新設計、教學方法設計、教學過程設計和教學結果評價諸方面的協(xié)調，建立包括和諧教學模式和有效教學質量檢測的現代化教學體系;充分利用多媒體、網絡教學、虛擬實驗等現代信息技術和現代教育技術，豐富教學方法和教學手段[9]。

課程教學采用啟發(fā)式、導學式、研究式等多種行之有效的教學方法，啟發(fā)誘導學員思考，強化斂散思維訓練。運用彈藥輔助模型、教學掛圖、電子媒體、網絡資源等不同手段，揚長避短、優(yōu)勢互補，實現教學方法和手段多樣化，達到強化基礎、密切聯系實際、注重思維能力培養(yǎng)的教學效果。實驗教學對于學員理解抽象深奧的爆轟波理論具有重要的作用，可以化抽象為具體，便于學員理解。課程考核方式采用過程評價和結果評價相結合，重點考核學員對所學知識的綜合運用能力。

課程考核評價 ?從基本理論與實踐操作兩方面來綜合評價學員的學習效果。實踐過程中記錄各實踐科目的組織過程、操作規(guī)范性、實踐報告內容的正確性與完整性，根據對記錄的量化分析給分。終結性考試采取閉卷考試形式，考試內容主要為理論綜合應用簡答題和計算題，主要考核學員對炸藥爆炸的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律與作用機理的理解和相關計算推導解決爆炸相關問題的能力。最終成績采取考試成績占70%、隨堂作業(yè)和實踐操作占30%的量化分布方式。

4 教學心得和展望

彈藥技術專業(yè)特點要求對課程的講解內容側重點不同。本專業(yè)是一個交叉的學科，涉及的知識面和相關的課程比較多。因此，對授課教員要求擴大知識面，同時加深理論知識的體系鞏固，以及相關彈藥效能的更新發(fā)展。課程建設中，多與地方和軍內其他院校行業(yè)專家學者溝通學習，著力拓寬相關知識點的深度和廣度，強化對授課教員專業(yè)實訓時對設備的操控能力，便于今后對學員進行實踐課程的講解與指導。

彈藥是武器系統(tǒng)火力終端，是達成目標毀傷、有效殲敵的終極手段?？梢哉f，在構成部隊戰(zhàn)斗力的全部要素中，彈藥是決定最終作戰(zhàn)效力的最重要的物資保證。爆炸物理學課程作為彈藥技術專業(yè)的一門專業(yè)必修課程，希望學員通過課程的學習，加深對爆炸及其作用的理論認識，夯實對爆炸過程中沖擊毀傷的物理原理及計算能力的掌握，進而為后續(xù)彈藥相關課程的學習奠定必要的理論基礎。著力按照加強學員技術能力、保障指揮和武器系統(tǒng)運用培養(yǎng)的思路，完成大學本科教育和軍官基礎教育訓練，培養(yǎng)德、智、軍、體全面發(fā)展，適應建設信息化軍隊、打贏信息化戰(zhàn)爭需要，從事裝備技術保障、指揮管理等工作，具備“指揮員+工程師”復合素質的新型裝備保障指揮軍官。

參考文獻

[1]姜春蘭，邢郁麗，周明德，等.彈藥學[M].北京：兵器工業(yè)出版社，2006.

[2]周小程.軍事裝備作戰(zhàn)運用基本指導問題[J].國防科技，2016（6）：62-66.

[3]奧爾連科.爆炸物理學（上冊）[M].孫承緯，譯.北京：科學出版社，2011.

[4]張寶平，張慶明，黃風雷.爆轟物理學[M].北京：兵器工業(yè)出版社，2009.

[5]孫名振，松全才，鄭夢菊，等.炸藥理論[M].北京：國防工業(yè)出版社，1982.

[6]羅興柏，張玉令，丁玉奎，等.爆炸力學理論教程[M].北京：國防工業(yè)出版社，2016.

[7]甄建偉，劉國慶，王國棟，等.關于《彈藥作戰(zhàn)運用》課程教學改革的幾點思考[J].軍械教育研究，2016（3）：45-47，91.

[8]唐琦.火力毀傷仿真中典型目標模型的研究[D].石家莊：軍械工程學院，2009：8-47.

[9]雷彬，蔡軍鋒.軍隊院校實驗室建設的探索與思考[J].實驗技術與管理，2012（10）：191-192，196.