第6章 凝聚炸药爆轰

45
6.2.1爆轰参数的计算
（3）常γ状态方程
根据兰道Байду номын сангаас斯达纽科维奇给出的状态方程式
p Av f vT
……(8)
对于实际常用的炸药，其装药密度 0 一般大 于1g/cm3，其爆轰产物中分子热运动所表现 的压强 f vT 的影响对于弹性压强可以忽略不 计，因此，上式可写作
p Av

A

……(9)
46
6.2.1爆轰参数的计算
(2)凝聚炸药爆轰参数的近似计算
利用公式（10）的状态方程，可推导爆 轰参数的近似计算公式：
D 2 2 1 Qe 1 pj 0 D 2 1 1 j 0 1 uj D 1 cj D 1
14
6.1.1 爆速的测定
2.高速摄影法（High-speed Photography） 原理：利用爆轰波阵面传播时的发光现象， 用高速摄影机将爆轰波沿药柱传播过程的轨 迹连续地拍摄下来，得到爆轰波传播的时间 －距离扫描曲线，而后用工具显微镜或光电 自动读数仪测量曲线上各点的瞬时传播速度。
15
第6章 凝聚炸药爆轰理论
（Detonation of Condensed Explosives )
1
第6章 凝聚炸药爆轰理论 所谓凝聚炸药是指液态和固态炸药。
与气体爆炸物相比，除形态不同外，凝聚炸 药还具有密度大、爆速高、爆轰压力大、所 形成的能量密度高等特点，因而爆炸的破坏 性强、威力大。
5.07 ~ 19GPa 19 ~ 35.6GPa
这种方法实际上测试的是炸药与锰铜计之间 的界面压力。CJ压力的其它测试方法参考 “张宝平等，爆轰物理学，pp406~414”
36
6.2 凝聚炸药爆轰参数的理论计算 及工程计算
37
6.2.1爆轰参数的计算
38
6.2.1爆轰参数的计算
凝聚炸药的爆轰也可用ZND模型描述，也适 用CJ条件。 爆轰波基本关系式：
此外，凝聚炸药的体态便于存储、运输、成 型加工和使用，因而在军事和民用上获得了 广泛的应用。
2
第6章 凝聚炸药爆轰理论
军事：
有关炸药的研究：（1）高能钝感炸药－配方 （单质炸药分子及晶体设计、混合炸药设计 与制备；（2）损伤、爆轰、安全性能；（3） 与目标的作用－能量输出结构。
数字化技术：数码雷管 弹药技术 军民共用： 反恐 民用： 爆炸加工、爆炸合成等
27
28
Φ160×30mm波形
Φ160×40mm波形
29
Φ160×50mm波形
Φ160×60mm波形
30
6.1.2 CJ压力的测量
31
6.1.2 CJ压力的测量
实验原理：利用锰铜材料在动态高压作用下 的压阻效应，也就是利用从实验得到 P R R 的关系确定压力值，测量CJ压力。
1 2 6 3 4 5
6.2.1爆轰参数的计算
薛再清等提出了适用于不同密度范围的 JWLG 状态方程。通过爆轰数值计算表面，在一定密 度范围内，单位质量炸药的产物摩尔数变化很 小，而相对体积 V=v/v0 的变化很大。用单位质 量炸药的产物的体积Vm=V/ρ 0代替V作自变量， 就可以适用于不同密度的炸药了。
43
6.2.1爆轰参数的计算
50
6.2.1爆轰参数的计算
爆轰产物组成确定的原则为：炸药中的氧首 先将H和O化成H2O，而后将C氧化成CO，若 还有剩余的 O 再将 CO 氧化成 CO2 ， N 以分子 形式存在。 TNT爆炸反应方程可写为： C7H5O6N3→2.5 H2O+3.5 CO+3.5C+1.5 N2
其γ为：2.8。
D v0 p j p0 v0 v j
p j p0 v0 v j
……(1) ……(2) ……(3) ……(4)
39
u j v0 v j
e j e0
CJ条件：
uj cj D
1 p j p0 v0 v j Qe 2
6.2.1爆轰参数的计算
6
6.1 爆轰参数的实验测量方法
7
6.1.1 爆速的测定
8
6.1.1 爆速的测定
所谓爆速是指爆轰波沿爆炸物进行传播的速
度，炸药的爆速是衡量炸药爆炸性能的重要
标志量，也是爆轰波参数中当前能测量的最 准确的一个参数。 爆速的测试方法通常有两种： （1）测时法 （2）高速摄影法
9
6.1.1 爆速的测定
51
6.2.1爆轰参数的计算
（2）爆轰产物的热力学平衡计算出来的与炸药 的爆轰热（在化学反应区释放的热量）数值 上有明显差别。因此，通常不直接采用上式 计算爆速，而是采用实验测得的爆速去计算 其它爆轰参数，这样计算的结果与测量值比 较符合。
52
6.2.2 爆轰参数的工程计算
53
6.2.2 爆轰参数的工程计算
20
6.1.1 爆速的测定
设摄影机的放大系数为 （一般 则：
像的尺寸 vtg ＝ 物体的尺寸 D
<1），
……(2) ……(3) ……(4)
21
因此
D
vtg

v 4nR 由物理光学原理可知：
6.1.1 爆速的测定
D vtg 4nR tg


……(5)
国产GSJ型高速摄影机的平均扫描半径R＝ 238.6mm。 由（5）式可知，D的测量精度与 的测量精 度关系很大，因此在实验中应尽量通过调整 转速n使得 接近450。
1.爆轰产物状态方程
（1）JWL方程
JWL（Jones-Wilkins-Lee）状态方程的压力形 式为：
R1V R2V E p A B 1 R V e 1 R V e V 1 2
……(5)
过CJ点的等熵方程为：
3
第6章 凝聚炸药爆轰理论
4
爆轰合成UFD过程的物理模型
P,T D Yie 压力 P 温度 T 碳液滴直径 D UFD 得率 Yie
0 爆轰 化学 反应 区 碳液滴聚结
1
2 金刚石稳定区 爆轰产物膨胀区 UFD 生成
3
4 石墨稳定区
t(μ s)
石墨化
亚稳态 UFD
5
本章内容
6.1爆轰参数的实验测量方法 6.2凝聚炸药爆轰参数的理论计算及工程计算 6.3凝聚炸药爆轰波的传播 6.4DDT，XDT问题 6.5爆轰波的波形及其控制
32
33
34
6.1.2 CJ压力的测量
典型信号
35
6.1.2 CJ压力的测量
R p 40 . 4 0.075 R 2 R R p 2.2 52.6 15.9 R R
1、测时法
原理：利用各种类型的测时仪器或装置 测定爆轰波从一点传到另一点所经历的时间 间隔 t ，然后去除两点间的距离 S ，这样 就可得到爆轰波在两点间的传播平均速 度 D ，即
S D t
…… (1)
10
6.1.1 爆速的测定
图6－1 探针法测爆速装置图 实验装置如图6－1所示，探针用的是直径为 10～30um的细镍丝或铜丝，两根针的间隙为 1mm左右。
11
6.1.1 爆速的测定
当爆轰波沿药柱传播至A点时，因为爆轰波阵面
上的产物处于高温高压状态下，电离为正、负
离子，具有很好的导电性，因而使A点处相互绝 缘的一对探针接通，使电容C1放电，给示波器一 个脉冲信号。 当爆轰波传播至B、C、D点时，C2、C3、C4依 次放电，示波器记录不同位置的脉冲信号。即 可得到A、B、C、D各点间的时间间隔，算出相
需注意 （1） 的值应根据爆轰产物的组成确定，可按近 似表达式确定: xi 1 ……(12)

i
式中， x i ——爆轰产物第i成分的摩尔分数；
i ——爆轰产物i第成分的局部等熵指数。
49
6.2.1爆轰参数的计算
凝聚炸药爆轰产物各主要成分的等熵指数 γ 为 H2O CO2 1.90 4.50 CO 2.85 N2 3.70 C 3.55 O2 2.45
22
6.1.1 爆速的测定
【例】
1——战斗部壳体组件；2——主装药；3——隔板垫； 4——沉头螺钉；5——隔板；6—— 纸垫(纸板)； 7—— 螺栓；8—— 垫圈；9—— 盖板(45钢)
23
6.1.1 爆速的测定
实验装置照片
24
6.1.1 爆速的测定
低速
25
6.1.1 爆速的测定
高速
26
二维冲击起爆


……(10)
47
6.2.1爆轰参数的计算
对于大多数炸药， 3 。则
D 4 Qe 1 p j 0 D 2 4 4 j 0 3 1 uj D 4 3 cj D 4
……(11)
48
6.2.1爆轰参数的计算
应的平均速度值。
12
6.1.1 爆速的测定
图6－2 The typical pulse signals
13
6.1.1 爆速的测定
目前采用电子探针－高精度波形存储器（或 瞬态记录示波器）系统测量爆速的精度已相 当高，误差一般小于0.1％。 需要指出的是，为了避免引爆端爆速不稳定 对测量精度的影响，A点应离开起爆端一定 距离，以使爆轰波传播速度达到稳定值，这 个距离一般取为装药直径的3～4倍。
ps Ae
R1V
Be
R2V
CV
1
……(6)
40
6.2.1爆轰参数的计算