爆轰学 第1章_绪论

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1.1基本概念
▪ 一些宇宙学家认为，当今宇宙是在一次大爆 炸中开始形成和发展的，而且至今这一过程 尚未结束，宇宙的年龄大约为137亿年，地球 也是在一次大爆炸中产生的，距今已46亿年。
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1.1基本概念
2011年诺贝尔物理学奖 美国加州大学伯克利分校教授索尔-佩尔马特、澳大利亚国 立大学教授布莱恩-施密特，以及美国约翰斯霍普金斯大学
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1.1基本概念
（4）燃烧产物移动的方向与燃烧波传播 的方向相反。
（5）凝聚物的燃烧要经过熔化、蒸发、升 华、热分解、混合和扩散等中间阶段，才能 通过燃烧化学反应转变为燃烧的最终产物。
（6）与其他化学反应相似，燃烧反应速度 受到反应物浓度和温度的影响，燃速对外界 条件（如压力、初温、扩散速度等）的变化 敏感。
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爆炸物理学 ➢ 主要内容
第1章 绪论 第2章 炸药的起爆机理 第3章 爆轰（爆热）波的经典理论 第4章 气体爆轰理论 第5章 凝聚炸药爆轰理论 第6章 爆轰产物的流动及其与物体的相互作用
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第1章 绪论
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第1章 绪论
本章内容 ➢ 燃烧、爆炸、炸药、爆轰的基本概念； ➢ 炸药爆炸的特点； ➢ 炸药发生化学变化的类型； ➢ 爆轰学的研究历史。
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1.1基本概念
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1.1基本概念
1.燃烧（Combustion，Deflagration） ➢ 物质间发生剧烈氧化还原的化学反应，并
伴随放热和发光，产生大量高温气体的过 程，称为燃烧。
➢ 燃烧具有以下的基本特征： （1）燃烧体系中，必须有燃烧化学反
应所需要的氧化元素和可燃元素。
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1.1基本概念
▪ 烟火剂：通常由氧化剂、有机可燃物（或金 属粉）加入少量粘合剂混合而成。军事上， 利用其速燃时产生的光、热、烟、色、声等 效应用于各种用途，如照明弹中的照明剂、 烟幕弹、燃烧弹等。
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1.1基本概念
按其组成分：单质炸药、混合炸药。 ▪ 单质炸药：单质的主要有：TNT、RDX、特屈
儿（Tetryl）、HMX、苦味酸（PA）、硝基甲 烷（NM）。 ▪ 混合炸药：混合的主要有：B炸药 （ 64RDX/36TNT ） 、 奥 克 托 儿 （TNT/HMX）、梯黑铝、PBX等。
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1.1基本概念
▪ 实际上，许多爆炸过程没有产生气体的， 如闪电；许多爆炸没有声音的，如月亮上 的火山爆发，许多爆炸没有机械效应的， 如激光束蒸发金属，但是，所有的这些爆 炸过程都有能量的快速释放和转移。
▪ 因此，爆炸可简单地定义为：由能量极为 迅速释放而产生的一种现象（a phenomenon resulting from a speedy release of energy.）。
➢ 1941年，G．赖特和W．巴克曼发现的奥克托今， 在战后得到了实际应用。
➢ A．诺贝尔的三大发明(代那迈特（Dynamite）、 爆胶和雷管)则被认为是近代炸药应用和发展的 基础。
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1.1基本概念
4.爆轰（Detonation） 1881年，人们在研究管道中的火焰传播
➢ 1985年和英国的李约瑟讨论，得到了他的赞同。 先后在日本(1987年)和美国(1989年、1990年) 做学术报告，宣讲我国古代的成就。
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1.1基本概念
➢ 丁儆教授的研究表明，在公元8世纪中国就出 现了火药的原始配方，到10世纪已经应用于 军事，北宋初官修著的《武经总要》中记载 有火炮、蒺藜火球和毒药烟球等三种实战武 器的火药配方。
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1.1基本概念
▪ 硝酸铵是化学肥料，被用于工程爆破炸药。 ▪ 因此，炸药与非爆炸物之间并没有十分明显的
界限。
➢ 【定义】：在适当外部激发能量作用下，可 发生爆炸变化（速度极快且放出大量热和大 量气体的化学反应），并对周围介质做功的 化合物或混合物。
➢ 炸药可以是固态、液态或气态，也可以是气 一液态或气一固态。军用和工业炸药多为固 态。
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1.1基本概念
▪ 核爆炸所产生的热可以使周围空气极其迅 速膨胀并且能使周围的所有物质气化。
核爆炸是一个微观过程，该过程中所 释放的能量主要是存储在原子核内中子、 质子之间的结合能。
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1.1基本概念
3.炸药（Explosive） ▪ 广义地说，能够进行爆炸的物质称为炸药。 ▪ 但有一些物质在一般情况下不能爆炸，但在 特定条件下却能爆炸的，如发射药、火箭推 进剂。 ▪ 苦味酸和TNT在诺贝尔发明雷管之前不被视 为炸药，而是用作黄色染料；
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1.1基本概念
(2)化学爆炸（Chemical explosion） ▪ 化学爆炸是由于化学变化引起的，在此种 爆炸过程中，系统的化学势能转变为热能 而释放出来。 ▪ 例如，氢气、甲烷、乙炔以一定比例与空 气混合发生的爆炸、炸药爆炸都属于化学 爆炸。 CH4 + 2O2 = 2H2O + CO2 + Q1
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1.1基本概念
➢ 燃烧是一个包括热量传递、动量传递、质 量传递和高速化学反应的综合物理化学过 程，因此燃烧是一个极其复杂的过程。
➢ 火药、炸药和推进剂本身就包括氧化剂和 燃料。
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1.1基本概念
2.爆炸（Explosion） ▪ 爆炸是自然界中时常发生和人类生存活动 中常见到的一种现象。
▪ 爆炸的例子：彗星撞击木星、地震、火山 爆发、雷电、烟花爆竹、高压蒸汽锅炉、 弹药爆炸、恐怖活动（美国911、汽车炸弹） 等。
教授亚当-里斯。
1.1基本概念
什么是爆炸？ ▪ 最早认为爆炸是高压、高温、高速的冲击
波。 ▪ 1883年，Berthelot把爆炸定义为：气体的
突然膨胀，并伴随着声音和剧烈的机械效 应（the sudden expansion of gases into a volume much greater than their initial one, accompanied by noise and violent mechanical effect.）。
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1.1基本概念
▪ 爆炸具有极大的能量释放速度、形成极高 的能量密度，并迅速转化为对外界介质做 机械功或形成能的辐射和压力突跃——冲 击波的传播等特点。
▪ 爆炸过程中，描述系统状态的物理量会在 极短的时间内和极小的空间内发生急剧变 化。
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1.1基本概念
▪ 我们听过的有关爆炸的名词很多，如炸药 爆炸、核爆炸、地震、高速碰撞、信息爆 炸、人口爆炸等等。
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1.1基本概念 （c）高速碰撞
速度为Vp=8000m/s的钢质弹丸冲击钢靶， 产生的压力可达300GPa，温度可达数千度。
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1.1基本概念
（d）激光 激光可使金属熔化和气化，产生的高温
可达104－105度。
物理爆炸是一个宏观过程，该过程中所 释放的能量是存储在物质的分子之间或原子 之间的机械能，或者存储在电磁场中的电磁 能。
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1.1基本概念
➢ 炸药的分类（P4） 按应用分：起爆药、猛炸药（高能炸
药）、发射药（或火药）以及烟火剂四类。
▪ 起爆药：很敏感，容易发生爆炸。主要用于 激发猛炸药爆炸的引爆剂，也叫初级炸药 （ Primary Explosive ） 。 常 用 的 有 ： 雷 汞 [Hg(OCN)2]、叠氮化铅[Pb(N3)2]等。
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1.1基本概念
(3)核爆炸（Nuclear explosion） ▪ 核爆炸是由于原子核的裂变（如U235的裂变）或 核聚变（如氘、氚、锂核的聚变）所引起的。如 1964年我国研制成功的原子弹、1966年研制成功 的氢弹。 ▪ 核爆炸可形成数百万到数千万度的高温，在爆心 区形成数百亿大气压的高压，同时还有很强的光、 热的辐射以及各种高能粒子的贯穿辐射。核爆炸 的能量相当于数万吨到数千万吨TNT炸药爆炸的 能量。
（2）燃烧时，反应区所放出的热量，一 部分通过热传导、燃烧产物的热扩散和热辐 射的方式传给未燃烧部分物质，以维持继续 燃烧，大部分热量则加热燃烧产物使之达到 发光温度以上而发光，并随燃烧产物的辐射 散失于周围环境中。
（3）燃烧传播一般以每秒数毫米至每秒 数百毫米的速度一层一层地连续传播下去， 但始终小于该介质条件下的音速。
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1.1基本概念
C7H5N3O6(TNT)＝ 1.88H2O+2.06CO +1.03CO2+3.9C+0.62H2+1.5N2+QTNT
炸 药 爆 炸 所 形 成 的 温 度 可 达 3000 ～ 50000C，压力高达102～104MPa。
化学爆炸释放的是分子之间或原子之间 的结合分裂能。化学爆炸会产生高压、高温 气体，即形成爆炸波。
不同炸药其感度、威力不同，混合后可 以达到我们所要求的感度和威力。
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1.1基本概念
➢ 三硝基甲苯（TNT）为白色或苋色淡黄色针状结晶， 无臭，有吸湿性。（C7H5N3O6）
➢ 黑索金又名为旋风炸药，黑索金(Hexogen通用符号 RDX)化学名为环三亚甲基三硝胺，是一种爆炸力很 强的环状硝基。 是TNT的158%，被发展作炸药用途 。起爆容易，是综合性极佳的炸药。 （C3H6N6O6）
1.1基本概念
➢ 奥克托今（HMX），也称奥克托金、奥托金， 是现今军事上使用的综合性能最好的炸药，具有 八元环的硝胺结构，命名为“1,3,5,7-四硝基1,3,5,7-四氮杂环辛烷”，化学名“环四亚甲基 四硝胺”(cyclotetramethylenete-tranitramine) 。
➢ HMX的撞击感度比TNT略高，容易起爆，安定 性较好，但成本较高。通常用于高威力的导弹战 斗部，也用作核武器的起爆装药和固体火箭推进 剂的组分。
爆轰学
Denton: ▪ （1）张宝平，张庆明，黄风雷编. 《爆轰 物理学》. 兵器工业出版社， 2009年. ▪ （2）奥尔连科主编，孙承纬译.爆炸物理 学（上册），科学出版社，2011年。 ▪ （ 3 ） Roger Cheret. Detonation of Condensed Explosives ▪ （4）黄正平. 爆炸与冲击电测技术. 北京： 国防工业出版社 2006.