RDX基铝纤维炸药空中爆炸性能

算得到3种炸药的压力峰值、二次 击 波、正 相 持 续 时 间 以 及 冲 量。 结 果 表 明:铝 纤 维 炸 药 的 压 力 峰 值 相 对 于
RDX 没有明显提高,但其压力时程曲线衰 减 速 度 慢 于 RDX 的,使 铝 纤 维 炸 药 的 正 相 持 续 时 间 大 于 RDX,铝
纤维炸药的冲击波冲量相对于 RDX 的平均提高了18%,与铝粉炸药的相当。铝纤维炸 药 的 二 次 击 波 超 压 幅
Table1 Comparisonofpeakpressuresbetweentestandreference[11]
pm (RDX)/MPa
实验
文 献 [11]
pm (RDX,Alfiber)/MPa
实验
文 献 [11]
pm (RDX,Alpowder)/MPa
实验
文 献 [11]
0.1295
0.1235
RDX 的压力峰值实验值与文献[11]中采用式(1)的计算得到的值相近,但总体趋势略高于计算值。 由于含铝炸药中的部分爆热是由金属铝提供的,因此通过含铝炸药的爆热计算出的 TNT 当量偏大,使 得 通 过 式 (1)计 算 得 到 的 值 高 于 压 力 峰 值 实 验 值 ,进 一 步 说 明 式 (1)对 于 理 想 炸 药 比 较 适 用 ,而 对 非 理 想 炸药的计算出的压力峰值偏高。
二次击波的产生是由于爆炸产物和空气之间的接触界面所发出朝向中心的稀疏波相继发生内爆而 引起的,这 种 现 象 最 初 是 用 特 征 线 方 法 对 炸 药 爆 炸 过 程 进 行 计 算 时 被 观 察 到 的 。 [12] 由 图 2 可 以 看 出, 实 验 得 到 的 冲 击 波 压 力 时 程 曲 线 在 负 相 区 域 出 现 小 振 幅 击 波 ,与 理 想 的 冲 击 波 压 力 时 程 曲 线 有 所 差 异 。 由于实验是在空中爆炸罐中进行的,传感器与罐壁的距离约为0.5 m,根据空气中冲击波的波速初步判 断第1次出现的小振幅击波非反射波,而负相后面的峰值判定为反射波。文 献[13]中 压 力 时 程 曲 线 在 正 相 后 面 也 紧 跟 着 小 振 幅 击 波 ,说 明 小 振 幅 击 波 的 出 现 与 实 验 条 件 无 关 ,因 此 综 合 判 断 负 相 区 域 出 现 小 振幅击波为二次击波。铝纤维炸药的二次击波超压幅值和到达时间与 传 统 含 铝 炸 药 相 近,而 铝 纤 维 炸 药的二次击波到达时间早于 RDX 的,说明二次击波的超压幅值与到达时间和炸药类型有关。
中恢复数据。文献[10]推荐了一种方法,可以通过该方法对仪器尺寸和频 率 响 应 等 因 素 产 生 的 压 力 峰
值 误 差 进 行 修 正 ,具 体 方 法 是 将 实 验 得 到 的 压 力 时 程 曲 线 转 换 成 对 数 压 力 时 间 关 系 曲 线 ,可 以 用 直 线 来
精 确 地 拟 合 对 数 压 力 时 程 曲 线 的 初 始 部 分 ,得 到 压 力 峰 值 和 初 始 衰 减 率 ,铝 纤 维 炸 药 的 对 数 压 力 时 间 关
1 药柱制备与实验设备
制成长径比相近的20g的圆柱形药柱(直径为26 mm)。其中,基体炸药 RDX 中成分间的质量分 数比为 w(黑索金)∶w(石蜡)=95∶5,铝纤维炸药与铝粉炸药中成分间的质量分数比为 w(黑索金)∶
* 收稿日期:2014-08-21;修回日期:2014-10-20 基 金 项 目 :国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 (51174183,51374189,11202109) 第一作者:林谋金(1985— ),男,博士;通讯作者:马宏昊,hhma@。
冲击波压力时程曲线在衰减阶段偶尔会出现许多反复的小击波,如果 二 次 击 波 出 现 的 位 置 恰 好 在 压 力 衰 减 到 达 大 气 压 之 前 ,则 正 相 持 续 时 间 能 够 显 著 地 变 化 ,但 这 些 后 期 波 除 了 对 正 相 持 续 时 间 以 外 的 任何正相特性的影响都比较小。二次以及反复出现的击波对负相影响 较 大,即 可 以 使 负 相 冲 量 和 幅 值 大幅减少,或者使负相突然中止。由 于 实 验 得 到 二 次 击 波 处 于 负 压 区 前 端,对 负 压 的 持 续 时 间 影 响 较 小,而对负压峰值与负压冲量影响 较 大。 另 外,铝 纤 维 炸 药 与 铝 粉 炸 药 的 压 力 时 程 曲 线 衰 减 速 度 慢 于 RDX 的,与铝纤维以及铝粉参与炸药爆炸产物的二次反应有关。
衰 减 到pm 所 需 的 时 间[9],因 此 e
由图2可以得出3种炸药的时间常数约为125μs。空中爆炸实验测试的准确度受到许 多 因 素 影 响,容 易 产 生 不 稳 定 的 信 号 或 者 振 荡 信 号 ,而 具 体 的 实 验 可 能 是 代 价 较 高 的 实 验 ,因 此 必 须 经 常 从 较 差 的 记 录
空中爆炸实验采用直径为2.4 m、长为4.5 m 的空中爆炸容器,测试装置包括压力传感 器、恒 流 源 和示波器。固定传感器时确保传感器水平,传感器的平面部分平行 于 铅 垂 面,传 感 器 指 向 被 测 药 柱,并
与药柱处于同一水平面上,实验装置如图1所示。为了对比研究铝纤维 炸 药 与 铝 粉 炸 药 以 及 基 体 炸 药 RDX 空中爆炸性能参数和衰减规律,在距离药柱0.7 m 处安放传感器,并测得压力时程曲线。
(1.广东宏大爆破股份有限公司,广东 广州 510623; 2.中国科学技术大学近代力学系,安徽 合肥 230027; 3.南阳师范学院土木建筑工程学院,河南 南阳 473061)
摘要:将铝纤维炸药与传统铝粉炸药和 RDX 炸药进 行 空 中 爆 炸 实 验 并 得 到 压 力 时 程 曲 线,经 过 分 析 计
第36卷 第2期 2016 年 3 月
爆炸与冲击
EXPLOSION ANDSHOCK WAVES
DOI:10.11883/1001-1455(2016)02-0230-06
Vol.36,No.2 Mar.,2016
RDX 基铝纤维炸药空中爆炸性能*
林谋金1,2,崔晓荣1,马宏昊2,郑炳旭1,贾 虎3
通过爆热换算为 TNT 当量,再代入压力峰值经验公式进一步计算出压力峰值。通过对铝纤维炸药、传
统含铝炸药以及 RDX 的压力时程曲线进行对数处理,得到3种炸药的压力峰值,并与文献[11]中 采 用
式 (1)的 计 算 值 进 行 比 较 ,结 果 如 表 1 所 示 。
表1 爆炸压力峰值实验值与参考文献[11]比较
图1 实验装置示意图 Fig.1 Schematicofexperimentalsetup
2 实验结果与分析
2.1 压力峰值与二次击波
通过对铝纤维炸药、传统含铝炸药及 RDX 进行空中爆炸实验,得到3种炸药的压力时程曲 线 如 图
2所示。在压力时程曲线中,可定义时间常数θ为冲 击 波 压 力 从 峰 值pm
系曲线如图3所示。
图23种炸药爆炸压力时程曲线对比 Fig.2 Comparisonofpressurehistories
betweenthreekindsofexplosives
图3 对数压力时间关系曲线 Fig.3 Logarithmicpressure-timecurve
232
爆炸与冲击
第 36 卷
0.1358
0.1392
0.1342
0.13920.1285-0.1214
-
0.1178
-
0.1220
-
0.1148
-
0.1280
-
0.1333
-
0.1240
-
0.1175
-
从 表 1 中 可 以 看 出 ,实 验 数 据 的 离 散 性 较 大 ,与 空 中 爆 炸 实 验 为 小 药 量 实 验 以 及 空 气 可 压 缩 性 较 大 有关。铝纤维炸药和铝粉炸药的压力峰值相对于 RDX 没有得到明显提高,甚至低于 RDX,说明铝纤维 炸药与铝粉炸药属于非理想炸药,金属铝参与反应所释放出的能量对实验 中 测 试 位 置 处 的 压 力 峰 值 贡 献不大。
不同研究者根据实验得到的或者理论上预测的不同位置上的压力峰 值 进 行 经 验 拟 合,并 得 到 相 应
的 表 达 式 ,其 中 ,文 献 [11]中 压 力 峰 值 经 验 表 达 式 为 :
ìïpm ï
=14.0R췍717+5.5R췍3297-0.R3췍5372+0.0R췍064 25
ïï ípm ï
=6.1R췍938-0.3R췍2262+2.1R췍3324
ï îïpm
=0.R췍662+4R췍.025+3R.췍28 38
0.05< R췍 ≤0.3 0.3< R췍 ≤1.0 1< R췍 ≤10
(1)
式 中 :pm
为压力峰值,kg/cm2;R췍 =
R 3W
为等效距离,m/kg1/3;W 为 TNT 当量。对于非 TNT 炸药,可
国 标 学 科 代 码 :1303520
文 献 标 志 码 :A
对空武器的装药选取需要考虑多方面因素,其中重要的性能指标 有 冲 击 波 压 力 峰 值 和 冲 量。有 学 者对不同等效距离上的 TNT 压力峰值 的 实 验 和 理 论 值 进 行 了 总 结,得 到 不 同 的 压 力 峰 值 经 验 计 算 公 式。H.L.Brode等 总 [1] 结的压力峰值经验公式计算结果与实验验 数 据 有 较 大 的 偏 差,因 此 无 法 直 接 应 用到战斗部威力评估中。於津等 提 [2] 出的压力峰值经 验 公 式 虽 然 精 度 有 所 提 高,但 由 于 缺 乏 大 量 实 验 数据导致其经 验 公 式 的 适 用 范 围 较 小。 张 陶 等 分 [3] 别 测 试 了 油 气 炸 弹 (fuelairexplosives,FAE)和 TNT 爆炸场压力峰值,结果表明 FAE 爆炸场压力分布规律与 TNT 有显著区别。牛余雷等 测 [4] 量 了 3 种 双 元 炸 药 空 中 爆 炸 冲 击 波 压 力 时 程 曲 线 ,并 与 单 一 炸 药 进 行 比 较 ,结 果 表 明 双 元 炸 药 的 装 药 结 构 可 使 两部分装药之间产生能量耦合,从 而 提 高 装 药 的 能 量 输 出。 仲 倩 等 对 [5] 于 不 同 装 药 量 的 TNT 冲 击 波 压力进行测定,提出了压力峰值与比 例 距 离 关 系 的 改 良 经 验 公 式,其 与 文 献 数 据 相 对 偏 差 的 平 均 值 为 5.61%。传统上,对于非 TNT 炸药,可通过实验得到其冲击波压力峰值,并与 TNT 炸药的压力峰值进 行比较,从而求出该炸药的爆炸威力(TNT 当量 比)[6],但 这 种 方 法 仅 对 理 想 炸 药 适 用。 空 中 武 器 装 填 的 炸 药 由 于 类 型 并 不 相 同 ,不 同 类 型 的 炸 药 在 空 中 爆 炸 时 爆 轰 特 性 以 及 冲 击 波 衰 减 规 律 也 不 尽 相 同 ,按 照冲击波压力峰值进行估算炸药威力往往会得出错误结论,因此需要对不 同 类 型 的 炸 药 进 行 空 中 爆 炸 实验 。 [7] 有学者对如何提高炸药爆炸后在介质中产生 的 压 力 以 及 冲 击 波 冲 量 进 行 了 深 入 研 究,认 为 在 炸 药 中 加 入 金 属 粉 末 可 以 在 爆 炸 中 额 外 释 放 出 能 量 ,虽 然 这 部 分 能 量 对 爆 速 和 爆 压 均 无 贡 献 ,但 可 以 增 强炸药在周围介质中形成的冲击 波 压 力 和 冲 击 波 冲 量 。 [8] 本 文 中,将 传 统 含 铝 炸 药 (RDX/Al)中 的 铝 粉用铝纤维替代,得到新型铝纤维炸药[9],通过对铝纤 维 炸 药 与 传 统 含 铝 炸 药 以 及 基 体 炸 药 RDX 进 行 空 中 爆 炸 实 验 ,分 析 三 者 空 中 爆 炸 性 能 的 差 异 ,以 期 为 进 一 步 提 高 含 铝 炸 药 的 性 能 提 供 参 考 。