CN102323297A - 一种用水下爆炸法测量非理想炸药后燃效应的方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用水下爆炸测量非理想炸药后燃效应的方法及其装置。该方法通过水下爆炸，使用一种增强非理想炸药后燃效应的实施装置，在药量、实施装置的尺寸、气体压力、爆源入水深度、传感器相对爆源位置等试验条件相同的条件下，对得到的冲击波信号和气泡脉动信号进行处理，求取不同气体氛围下炸药的后燃效应比能量值，对冲击波压力时程曲线进行积分，分别求取比冲量
Figure 111207DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 446374DEST_PATH_IMAGE002
，定义表征后燃效应的指标值
Figure 486880DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 628011DEST_PATH_IMAGE004
的定义式为：，当考查冲量时选用的积分形式为，而考查能量时选用的积分形式为，式中：
Figure 543828DEST_PATH_IMAGE006
——积分起始时间，选取裸药的压力时程曲线的衰减时间常数
Figure 958629DEST_PATH_IMAGE007
，即压力从峰值p m衰减到p m/e所需的时间；
Figure 901178DEST_PATH_IMAGE008
——积分结束时间，应选取冲击波压力时程曲线已衰减到到基线附近时的时间；
Figure 650697DEST_PATH_IMAGE009
——冲击波压力，为时间t的函数。

Description

一种用水下爆炸法测量非理想炸药后燃效应的方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种炸药后燃效应的测量技术，特别是一种用水下爆炸法测量非理想炸药后燃效应的方法及其装置。
背景技术
现有技术中测量炸药后燃效应的装置多采用量热弹或爆炸容器的方法不能完全满足测试精度高、重现性和安全性好的要求。随着国防建设的需要，亟需一种同时满足测试精度高、重现性和安全性好的方法，为炸药的应用及选型提供依据。
文献1：Kiciński W, Trzciński W A. Calorimetry studies of explosion heat of non-ideal explosions. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2009, 96(2), 623-630.使用量热弹测量了一些非理想炸药在不同气体氛围下的爆热，但重现性不够高且安全性差。
文献2：美国专利US 6,354,220 B1. Graham et al. Underwater explosive device. 2002.3 公开了一种水下爆炸装置，用来增强炸药的水下爆炸威力，但没有提出测量后燃效应的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测试精度高，重现性和安全性好的测量非理想炸药后燃效应的方法及其装置，为炸药的应用及选型提供依据。
实现本发明目的的技术解决方案为：本发明提供的测量非理想炸药后燃效应的装置，包括一个外层容器和一个内层容器，内层容器下端插入外层容器内部且与外层容器底部不接触；外层容器采用圆环状结构，底部与顶部均密封，并在顶部设置有用来充装气体的阀门；内层容器采用圆环状结构，底部密封而顶部设置有用于装填炸药的开口。
本发明提供了一种利用上述装置，用水下爆炸法测量非理想炸药后燃效应的方法，该方法在药量、装置的尺寸、气体压力、爆源入水深度、传感器相对爆源位置等试验条件相同的条件下，通过以下步骤进行：
1）通过阀门向每个装置的外层容器中分别充入相同压力的氧气、空气和氮气；
2）通过开口将炸药置于内层容器中并做好防水处理；
3）将经过防水处理的装置（或裸药）和传感器放入水中一定深度处并满足水下爆炸测量要求；
4）起爆炸药并测量得到水下爆炸的冲击波压力时程曲线；
5）计算得到炸药的后燃效应比能量和表征后燃效应的指标值                                               
Figure 584362DEST_PATH_IMAGE002
，计算方法为：按照水下爆炸求取炸药爆炸总能量的方法，求取装药在各种不同气体氛围情况下的总比能量值，用装药在空气或氧气中计算得到的总比能量减去装药在氮气中计算得到的总比能量，就得到了后燃效应的比能量值；对于测量得到的冲击波压力时程曲线，设冲击波的第一个压力突跃所对应的时间为0时刻，则从
Figure 563820DEST_PATH_IMAGE004
时刻对冲击波压力时程曲线进行积分，分别求取积分
Figure 343557DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 801083DEST_PATH_IMAGE008
，
式中：
Figure 615455DEST_PATH_IMAGE004
——积分起始时间，选取裸药的压力时程曲线的衰减时间常数，即压力从峰值p m衰减到p m/e所需的时间；
      
Figure 767268DEST_PATH_IMAGE012
——积分结束时间，应选取冲击波压力时程曲线已衰减到到基线附近时的时间；
         
Figure 28485DEST_PATH_IMAGE014
——冲击波压力，为时间t的函数。
以氮气氛围下的数据为基准，求取后燃效应指标值。的定义式为：
Figure 507374DEST_PATH_IMAGE016
，
当考查冲量时选用的积分形式为
Figure 431336DEST_PATH_IMAGE006
，而考查能量时选用的积分形式为
Figure 79355DEST_PATH_IMAGE008
。值越大，表示在此种情况下这种炸药的后燃效应越大；
Figure 813142DEST_PATH_IMAGE002
值越小，表示在此种情况下这种炸药的后燃效应越小。
本发明的原理是：水下爆炸法测量炸药能量具有准确度高、重复性好、且在水下进行较安全的优点，故使用水下爆炸法，利用前述的装置，充分发挥非理想炸药的后燃效应，对非理想炸药的后燃效应进行测量。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：
（1）测试精度高，重现性和安全性好；（2）提出表征炸药后燃效应的指标
Figure 88265DEST_PATH_IMAGE002
，可以为炸药的应用及选型提供依据。
附图说明
图1是本发明的方法流程图。
图2是本发明的装置示意图。
图3是实施方式中的冲击波压力时程曲线图。
具体实施方式
下面结合附图，详细说明本发明的实施方式。
结合图2，选用20号钢加工制作装置，该装置包括一个外层容器1和一个内层容器2，内层容器2下端插入外层容器1内部且与外层容器1底部不接触；外层容器采用圆环状结构，内径200 mm，高200 mm，壁厚5 mm，底部与顶部均焊接钢板（壁厚15 mm）进行封堵并在顶部设置有用来充装气体的阀门4；内层容器2采用圆环状结构，内径40 mm，壁厚3 mm，底部用钢板（壁厚3 mm）焊接封堵，而顶部设置有用于装填炸药的开口3。容器材料与厚度的选择要满足所充气体的强度要求。
结合图1，利用加工制作的试验装置，用水下爆炸法测量非理想炸药后燃效应的方法，在药量、装置的尺寸、气体压力、爆源入水深度、传感器相对爆源位置等试验条件相同的条件下进行，具体步骤如下：
1）通过阀门4向每个装置的外层容器1中分别充入4.5 MPa（表压，下同）的氧气、空气和氮气；
2）通过开口3将200gTNT置于装置的内层容器2中并做好防水处理；
3）将经过防水处理的装置（或裸药）和传感器放入水下4.25 m处，两者相距2.5 m；
4）起爆炸药并通过电测法测量得到充有氧气、空气、氮气的装置和裸药的水下爆炸的冲击波压力时程曲线，如图3所示。电测法由三部分组成：传感器，信号变换及放大电路，记录和数据处理装置；
5）按照水下爆炸求取炸药爆炸总能量的方法，求取TNT在4.5 MPa氧气、4.5 MPa空气和4.5MPa氮气下的总比能量值分别为8.773 kJ/g、6.300 kJ/g和3.875kJ/g。用装药在空气或氧气中计算得到的总比能量减去装药在氮气中计算得到的总比能量，得到TNT在4.5 MPa氧气和4.5 MPa空气中后燃效应的比能量值非别为4.898 kJ/g和2.425 kJ/g。
对图3中的冲击波压力时程曲线进行分析，取
Figure 794053DEST_PATH_IMAGE018
=0.06ms，=2.5ms，对三种不同气体情况下得到的冲击波压力时程曲线进行积分，得到的比冲量
Figure 920458DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure 999273DEST_PATH_IMAGE024
列于表1中。
表1 冲击波压力时程曲线积分值
Figure DEST_PATH_IMAGE026A
由此可以根据
Figure 746518DEST_PATH_IMAGE002
值的定义求出后燃效应指标值，列于表2中。
表2 后燃效应指标值
Figure 2011102215023100002DEST_PATH_IMAGE028
从表2中数据可以看出，在氮气中
Figure 600576DEST_PATH_IMAGE002
值为零，可以理解为不发生后燃效应，而在氧气和空气中值大于零，发生了后燃效应，且氧气中的
Figure 957925DEST_PATH_IMAGE002
值更大，表示其后燃效应更强烈。

Claims (6)

1.一种用水下爆炸法测量非理想炸药后燃效应的方法，其特征在于，它按以下步骤进行：
步骤1、通过阀门[4]向每个装置的外层容器[1]中分别充入相同压力的氧气、空气和氮气；
步骤2、通过开口[3]将炸药置于装置的内层容器[2]中并做好防水处理；
步骤3、将经过防水处理的装置（或裸药）和传感器放入水中一定深度处并满足水下爆炸测量要求；
步骤4、起爆炸药并测量得到水下爆炸的冲击波压力时程曲线；
步骤5、计算得到炸药的后燃效应比能量和表征后燃效应的指标值                                               
Figure 408509DEST_PATH_IMAGE002
。
2.根据权利要求1所述的用水下爆炸法测量非理想炸药后燃效应的方法，其特征在于，步骤5中，用待测炸药在空气或氧气中计算得到的总比能量减去待测炸药在氮气中计算得到的总比能量，得到后燃效应的比能量值。
3.根据权利要求1所述的用水下爆炸法测量非理想炸药后燃效应的方法，其特征在于，步骤5中，以氮气氛围下的数据为基准，求取后燃效应指标值
Figure 16077DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 488646DEST_PATH_IMAGE002
的定义式为：
，
当考查冲量时选用的积分形式为，而考查能量时选用的积分形式为
Figure 876268DEST_PATH_IMAGE008
，
式中：
Figure 875448DEST_PATH_IMAGE010
——积分起始时间，选取裸药的压力时程曲线的衰减时间常数
Figure 159799DEST_PATH_IMAGE012
，即压力从峰值p m衰减到p m/e所需的时间；
      
Figure 759277DEST_PATH_IMAGE014
——积分结束时间，应选取冲击波压力时程曲线已衰减到到基线附近时的时间；
         
Figure 2011102215023100001DEST_PATH_IMAGE016
——冲击波压力，为时间t的函数。
4.一种用水下爆炸法测量非理想炸药后燃效应的装置，其特征在于，它包括一个外层容器[1]和一个内层容器[2]，该内层容器[2]下端插入外层容器[1]内部且与外层容器[1]底部不接触。
5.权利要求4所述的用水下爆炸法测量非理想炸药后燃效应的装置，其特征在于，外层容器[1]采用圆环状结构，底部与顶部均进行封堵，并在顶部设置阀门[4]。
6.权利要求4所述的用水下爆炸法测量非理想炸药后燃效应的装置，其特征在于，内层容器[2]采用圆环状结构，底部封堵而顶部设置有开口[3]。
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