CN103558248A - 基于内爆炸试验的温压炸药能量释放定量评价的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于炸药领域，提供了一种基于内爆炸试验的温压炸药能量释放定量评价的测试方法，该方法通过试验装置的确定，测试温压炸药质量的确定，确定测试温压炸药所需要的氧气量是否满足要求，罐体内准静态压力数据的获取，获取温压炸药的温压炸药的准静态压力峰值，最后得到温压炸药温压效应测试结果。本发明以试验爆炸罐作为试验载体，模拟了温压弹药实际使用的密闭环境，得到温压炸药爆炸准静态压力参量，为温压炸药爆炸能量输出量评价奠定了基础；采用不同气体环境下获取温压炸药有限空间内准静态压力方法，能够分离温压炸药无氧爆燃反应阶段和爆炸过程段释放的能量，得到有氧燃烧阶段释放的能量。

Description

基于内爆炸试验的温压炸药能量释放定量评价的测试方法

技术领域

本发明属于炸药领域，涉及温压炸药，具体涉及一种基于内爆炸试验的温压炸药能量释放定量评价测试方法。

背景技术

温压炸药是一种由高能炸药、不同种类金属超细粉、粘接剂和塑性剂按一定比例混合制成，起爆后，首先是无氧爆燃反应阶段，输出陡峭上升然后又缓慢衰减的冲击波超压，时间尺度为微秒级。在这一阶段是温压炸药的内部反应，包括温压炸药组份中高能炸药的氧化还原反应和燃料颗粒、爆轰产物的无氧燃烧反应，周围环境中的氧气基本不参与化学反应。然后进入到温压炸药的有氧“燃烧”反应阶段，由于温压炸药是强负氧平衡炸药，炸药组份中的氧元素不能满足燃料颗粒、爆轰产物的氧化反应，爆轰产物和燃料颗粒在随冲击波向周围空间扩散的过程中，与空气中的氧气湍流混合，产生燃烧反应，释放大量的燃烧热能，这一阶段化学反应的时间尺度为毫秒量级。由于温压炸药在不同反应阶段释放的能量不同，对外界环境输出的爆炸作用不完全相同，因此，在温压炸药配方的研究过程中，开展温压炸药无氧爆燃阶段和有氧燃烧阶段能量释放规律的研究，评价不同阶段能量释放量，成为温压炸药配方研究中关键技术。

评价温压炸药爆炸不同阶段释放的能量有两种途径，一是通过理论分析与数值仿真方法，建立理论模型，编制大规模数值计算软件，得到温压炸药爆轰和后燃烧过程的规律，评价温压炸药的释放的能量。国外如俄、美等发达国家，在近十年已建立了温压炸药无氧爆燃和有氧燃烧反应的热力学模型，对温压炸药能量释放的评价奠定了基础。我国在这一领域的研究较落后，利用先进的仿真技术进行新型温压炸药爆轰和燃烧过程的研究报道几乎是“空白”。另一种是试验法，通过进行温压炸药在地堡、舰船、建筑屋内等实际工况下的爆炸，通过温压炸药的爆炸效果来评价温压炸药的能量释放的能力。由于对实体目标进行爆炸试验的随机性、风险性较大，同时试验耗费大，在有限的经费支撑下难以实现。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷与不足，本发明的目的是，以密闭爆炸罐装置模拟温压炸药爆炸环境，作为测试温压炸药温压效应的试验载体，提出了一种基于内爆炸试验的温压炸药能量释放定量评价的测试方法。在爆炸罐内测量测试温压炸药在绝氧环境和空气环境下的准静态压力曲线，得到准静态压力峰值，计算测试温压炸药在无氧爆燃阶段和有氧燃烧阶段释放的能量。

为了实现上述技术任务，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种基于内爆炸试验的温压炸药能量释放定量评价测试方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，试验爆炸罐的耐冲击能力和罐体内氧气含量的确定；

采用试验爆炸罐进行温压炸药的内爆炸试验，所述的试验爆炸罐包括罐体，所述的罐体为密闭的双层罐体，在双层罐体之间设置有减震层；罐体一端设置有抽真空管，罐体的另一端开设有加装口，在加装口上安装有密封门，在密封门外侧的罐体上设置有罐体出口；在罐体内壁的圆周上均匀分布有传感器安装板，在传感器安装板上开设有传感器安装孔；在罐体上还设置有进气管、排气管和连接器；

根据试验爆炸罐的结构确定试验爆炸罐的耐冲击能力和罐体内氧气含量，罐体的耐冲击能力是由罐体设计时已经确定，TNT当量表示；氧气含量是指罐体内空气中氧气的质量；

罐体内氧气含量按照公式Ⅰ计算：

M₀＝0.21×ρV   （公式Ⅰ）

式中：

M₀-罐体内氧气质量；

V-罐体体积；

ρ-空气密度；

步骤二，测试温压炸药质量的确定：

根据试验爆炸罐的耐冲击能力，确定测试温压炸药在罐体内试验的最大药量值，选取小于测试温压炸药在罐体内试验的最大药量值，以满足试验爆炸罐的安全许用要求，测试温压炸药在罐体内试验的最大药量值，按照公式Ⅱ得到最大的测试温压炸药的质量，公式Ⅱ如下所示：

M_TNT＝K·M_TBX   （公式Ⅱ）

式中：

M_TNT-测试温压炸药的TNT当量；

K-测试温压炸药的TNT当量系数；

M_TBX-测试温压炸药的质量；

根据最大的测试温压炸药的质量，选取一个测试温压炸药的质量；

步骤三，确定测试温压炸药所需要的氧气量是否满足要求：

按照测试温压炸药分子式，计算测试温压炸药的氧平衡，再根据测试温压炸药的氧平衡和步骤二选取的测试温压炸药的质量，得到需要的氧气量，确定需要的氧气量是否满足要求试验爆炸罐的试验要求，当5倍的测试温压炸药需要的氧气量小于试验爆炸罐的罐体内空气中的氧气含量时，才满足温压炸药罐的试验要求；

当需要的氧气量不满足要求试验爆炸罐的试验要求时，返回步骤二，重新选取一个测试温压炸药的质量；

当需要的氧气量满足要求试验爆炸罐的试验要求时，将温压炸药的装药形状设置为球形或直径与高度比为1:1.2的圆柱形；

所述的氧平衡的计算方法如下：

温压炸药是混合炸药，其原子组成中除了C、H、N、O元素外，还有Al、Cl、F元素,因此将温压炸药的分子式表示为C_aH_bN_cO_dAl_eCl_fF_g，按照公式Ⅲ计算氧平衡：

$B=\frac{8\×({\mathrm{\ΣN}}_{\mathrm{Oi}}{A}_{\mathrm{Vi}}-{\mathrm{\ΣN}}_{\mathrm{Ri}}{A}_{\mathrm{Vi}})}{M_r}$ (公式Ⅲ)

式中：

a、b、c、d、e、f、g表示温压炸药分子式中的原子数；

B-温压炸药的氧平衡，即1g温压炸药缺少或剩余氧的克数；

N_OiA_Vi-温压炸药组成中被还原的原子数与其化合价之积；

N_RiA_Vi-温压炸药组成中被氧化的原子数与其化合价之积；

M_r-温压炸药的分子量；

步骤四，罐体内准静态压力数据的获取；

试验爆炸罐内的传感器安装孔上安装有阻压型压力传感器，用于获取罐体内准静态压力曲线，将测试温压炸药悬挂到试验爆炸罐的几何中心，用惰性气体改变爆炸罐内的气体环境，采用压力传感器测量在绝在氧环境和空气环境下温压炸药的准静态压力的压力数据，电压数据除以压力传感器的灵敏度，得到准静态压力-时间曲线，准静态压力-时间曲线中压力上升到平直阶段时的压力值为准静态压力峰值，单位为MPa；

步骤五，温压炸药能量释放定量评价的测试结果：

1）对获取的在绝氧环境和空气环境下温压炸药的准静态压力峰值，代入公式Ⅳ，得到温压炸药在绝氧环境和空气环境下各自释放的总能量值：

$E=\frac{\mathrm{PV}}{r-1}$ （公式Ⅳ）

式中：

V-爆炸罐的体积；

γ-气体的比热率；

P-准静态压力峰值；

2）温压炸药在空气环境释放的总能量是温压炸药在绝氧爆燃和有氧燃烧过程中释放的总能量，按照公式Ⅴ得到温压炸药在有氧燃烧阶段释放的总能量：

E_hr＝E_k-E_jy   （公式Ⅴ）

式中：

E_k-温压炸药空气环境释放的总能量；

E_jy-温压炸药绝氧环境释放的总能量；

E_hr-温压炸药有氧燃烧阶段释放的总能量。

本发明还具有如下技术特征：

所述的惰性气体为氮气。

本发明与现有技术相比的有益技术效果：

（A）本发明以试验爆炸罐作为试验载体，模拟了温压弹药实际使用的密闭环境，得到温压炸药爆炸准静态压力参量，为温压炸药爆炸能量输出量评价奠定了基础。

（B）采用不同气体环境下获取温压炸药有限空间内准静态压力方法，能够分离温压炸药无氧爆燃反应阶段、和后燃烧过程段释放的能量，通过减法运算得到温压炸药有氧燃烧阶段释放的能量。该方法为新型温压炸药配方的研究提供了技术支持。

附图说明

图1是本发明的主视图。

图2是本发明的侧视图。

图3是图1的A-A剖面图。

图4是罐体出口结构图。

图5是转臂部分的结构图。

图6是密封门的剖视图。

图7为传感器安装板的结构图。

图8为传感器安装板和带颈法兰的剖视图。

图9为起爆线连接结构的结构图。

图10为半球罩的结构图。

图11为骨架的结构图。

图12是温压炸药在氮气环境和空气环境下的准静态压力曲线，本发明采用氮气营造绝氧环境，图中氮气环境即为绝氧环境。

图中各标号的含义为：1-罐体出口，101-大支架，102-U型螺栓扣，103-大转轴，2-加装口，3-密封门，301-螺母，302-小转轴，303-螺柱，4-罐体，5-小支架，6-传感器安装板，601-传感器安装孔，7-进气管，8-骨架，801-螺纹孔，9-抽真空管，10-抽真空压缩机，11-带颈法兰，12-排气管，13-起爆线连接结构，131-压板，132-钢管，133-外法兰盘，134-内法兰盘，135-盖板，136-凸台，14-连接器，141-接线柱，15-抽风系统，16-半球罩，17-气孔，18-减震层，19-手柄，20-转臂，21-起爆器输出线，22-起爆雷管的导线。

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

具体实施方式

下述实施例中用到的一种试验爆炸罐，如图1至图11所示，包括罐体4，所述的罐体4为密闭的双层罐体，在双层罐体之间设置有减震层18；罐体4一端设置有抽真空管9，罐体4的另一端开设有加装口2，在加装口2上安装有密封门3，在密封门3外侧的罐体4上设置有罐体出口1；在罐体4内壁的圆周上均匀分布有传感器安装板6，在传感器安装板6上开设有传感器安装孔601；在罐体4上还设置有进气管7、排气管12和连接器14。

传感器安装板6通过带颈法兰11均匀安装在罐体4内壁的同一圆周上，传感器安装板6为圆形板，沿传感器安装板6直径方向上设置有传感器安装孔601，在传感器安装板6的圆周上分布有用于和所述的带颈法兰11紧固的通孔；带颈法兰11与传感器安装板6通过紧固螺钉紧固，带颈法兰11的颈部穿透罐体4；在带颈法兰11与传感器安装板6之间还设置有密封垫。

连接器14通起爆线连接结构13安装在罐体4上，所述的起爆线连接结构13包括垂直穿过罐体4的钢管132，钢管132处于罐体4内部的一端固结有内法兰盘134，内法兰盘134上固结有盖板135；钢管132的另一端固结有外法兰盘133，外法兰盘133上固结有压板131；在钢管132靠近外法兰盘133一端的内壁上设置有凸环，凸环上开设有用于安装连接器14的凹槽，凹槽底部设置有O型密封圈；在压板131上设置有与所述的凹槽配合、用于紧固连接器14的凸台136；所述的连接器14安装在凹槽中，在连接器14上设置有接线柱141，接线柱141的一端通过穿过盖板135的导线与罐体4内部的起爆雷管的导线22连接，接线柱141的另一端与罐体4外部的起爆器输出线21连接。

双层罐体之间均匀设置有用于连接双层罐体的骨架8，所述的骨架8由多个十字交叉的方形扁钢制成，骨架8与双层罐体的外层罐体固结，在骨架8上开设有螺纹孔801，双层罐体的内层罐体上设置有与所述的螺纹孔801配合的圆孔，内层罐体通过紧固螺钉与骨架8固结。

罐体出口1为圆筒状出口，该罐体出口1的直径等于密封门3的直径，在罐体出口1的内壁上固结有大支架101和均匀分布的用于紧固密封门3的U型螺栓扣102。

密封门3为圆饼状密封门，密封门3的内表面为球形面，在密封门3外表面的圆周上设置有与所述的U型螺栓扣102配合的螺柱303，在螺柱303上装配有螺母301；密封门3外表面的中心处固结有小支架5，小支架5与所述的大支架101通过转臂20连接，转臂20的一端通过大转轴103安装在大支架101上，转臂20的另一端通过小转轴302安装在小支架5上；在密封门3外表面上小支架5的一侧安装有手柄19，手柄19距离密封门3中心的距离为密封门3直径的四分之一。

在罐体4的加装口2上设置有与密封门3配合的用于密封罐体4的O型密封圈，O型密封圈嵌装在加装口2上开设的凹槽中。

进气管7、排气管12和抽真空管9伸入罐体4的一端均安装有表面开设多个气孔17的半球罩16，用于分散爆炸产生的冲击波；进气管7的另一端联接一个电磁阀，排气管12的另一端通过一个电磁阀连接抽风系统15，抽真空管9的另一端通过一个电磁阀与真空计和抽真空压缩机10连接。

双层罐体的外层罐体采用10mm厚的16MnR钢制成，双层罐体的内层罐体采用6mm厚的16MnR制成；所述的减震层18采用细玻璃棉制成，减震层18的厚度为70mm。

利用上述试验爆炸罐进行温压炸药能量释放定量测试的过程如下：

（A）将阻压型压力传感器安装到传感器安装板6上的传感器安装孔601内；

（B）将压力传感器与数据采集系统连接，检查各传感器的工作状态是否正常；

（C）将起爆线与连接器14的外部接线柱141连接，检查起爆线的两根导线是否完好，然后将起爆线短路；

（D）打开密封门3，将试验炸药悬挂到罐体4内部的几何中心处，将雷管的导线穿过挡板的通孔连接到连接器14位于罐体4内部的接线柱141上，然后将雷管固定在试验炸药上；

（E）关闭密封门3，将密封门3上的螺柱303穿过U型螺栓扣102，拧紧螺柱303上的螺母301，将密封门3紧紧密封到罐体出口1端面是上；

（F）打开数据采集系统的电源，检查仪器设备的状态。确认正常后，将起爆线连接到起爆器上，给起爆器充电；再次确认数据采集系统和罐体4装置正常后，起爆雷管；

（G）试验炸药在罐体4内爆炸后产生的冲击波、热作用到各传感器敏感面上，传感器响应的信号通过数据采集系统进行收集存储；

（H）打开与排气管12连接的电磁阀，启动抽风系统15，将罐体4内爆炸产物气体排出；打开进气管7上的电磁阀，使环境空气进入到爆炸罐体4内；

（I）当罐体4内爆炸产物气体排干净后，打开罐体4密封门3，准备下一次试验。

上述试验爆炸罐建立的密闭爆炸罐环境，模拟了温压弹药实际使用的密闭环境，满足了温压炸药爆炸、后燃烧过程的条件，适合温压炸药温压效应评价试验。

上述试验爆炸罐设置了进气装置、排气装置，可以快速的将罐体内爆炸气体排出；设置的抽真空装置，可以进行温压炸药在真空状态下或充填其他气体如氩气、氮气等惰性气体条件下爆轰性能的研究。

遵从上述技术方案，下述实施例给出一种基于内爆炸试验的温压炸药能量释放定量测试方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，试验爆炸罐的耐冲击能力和罐体内氧气含量的确定；

根据试验爆炸罐的结构确定试验爆炸罐的耐冲击能力和罐体内氧气含量，罐体的耐冲击能力是由罐体设计时已经确定，TNT当量表示；氧气含量是指罐体内空气中氧气的质量；

罐体内氧气含量按照公式Ⅰ计算：

M₀＝0.21×ρV   （公式Ⅰ）

式中：

M₀-罐体内氧气质量；

V-罐体体积；

ρ-空气密度；

步骤二，测试温压炸药质量的确定：

根据试验爆炸罐的耐冲击能力，确定测试温压炸药在罐体内试验的最大药量值，选取小于测试温压炸药在罐体内试验的最大药量值，以满足试验爆炸罐的安全许用要求，测试温压炸药在罐体内试验的最大药量值，按照公式Ⅱ得到最大的测试温压炸药的质量，公式Ⅱ如下所示：

M_TNT＝K·M_TBX   （公式Ⅱ）

式中：

M_TNT-测试温压炸药的TNT当量；

K-测试温压炸药的TNT当量系数；

M_TBX-测试温压炸药的质量；

根据最大的测试温压炸药的质量，选取一个测试温压炸药的质量。

步骤三，确定测试温压炸药所需要的氧气量是否满足要求：

按照测试温压炸药分子式，计算测试温压炸药的氧平衡，再根据测试温压炸药的氧平衡和步骤二选取的测试温压炸药的质量，得到需要的氧气量，确定需要的氧气量是否满足要求试验爆炸罐的试验要求，当5倍的测试温压炸药需要的氧气量小于试验爆炸罐的罐体内空气中的氧气含量时，才满足温压炸药罐的试验要求；

当需要的氧气量不满足要求试验爆炸罐的试验要求时，返回步骤二，重新选取一个测试温压炸药的质量；

当需要的氧气量满足要求试验爆炸罐的试验要求时，将温压炸药的装药形状设置为球形或直径与高度比为1:1.2的圆柱形；

氧平衡是指炸药爆炸时单位质量的炸药中所含的氧元素将可燃元素完全氧化的程度，反映炸药完全氧化需要的氧气量，单位为g.g^-1。氧平衡为正，说明炸药中的氧能够将可燃元素完全氧化，并尚有若干剩余；氧平衡为负，说明炸药中的氧不足以将可燃元素完全氧化；氧平衡为零，说明炸药中的氧正好能完全将可燃元素氧化，不多也不少。

所述的氧平衡的计算方法如下：

温压炸药是混合炸药，其原子组成中除了C、H、N、O元素外，还有Al、Cl、F元素,因此将温压炸药的分子式表示为C_aH_bN_cO_dAl_eCl_fF_g，按照公式Ⅲ计算氧平衡：

$B=\frac{8\×({\mathrm{\ΣN}}_{\mathrm{Oi}}{A}_{\mathrm{Vi}}-{\mathrm{\ΣN}}_{\mathrm{Ri}}{A}_{\mathrm{Vi}})}{M_r}$ （公式Ⅲ）

式中：

a、b、c、d、e、f、g表示温压炸药分子式中的原子数；

B-温压炸药的氧平衡，即1g温压炸药缺少或剩余氧的克数；

N_OiA_Vi-温压炸药组成中被还原的原子数与其化合价之积；

N_RiA_Vi-温压炸药组成中被氧化的原子数与其化合价之积；

M_r-温压炸药的分子量；

步骤四，罐体内准静态压力数据的获取；

试验爆炸罐内的传感器安装孔601上安装有阻压型压力传感器，用于获取罐体内准静态压力曲线，将测试温压炸药悬挂到试验爆炸罐的几何中心，用惰性气体改变爆炸罐内的气体环境，采用压力传感器测量在绝在氧环境和空气环境下温压炸药的准静态压力的压力数据，电压数据除以压力传感器的灵敏度，得到准静态压力-时间曲线，准静态压力-时间曲线中压力上升到平直阶段时的压力值为准静态压力峰值，单位为MPa；

温压炸药爆轰反应完成后，产生的冲击波向周围空间扩散，在罐体内来回反射，能量逐渐减小，冲击波压力逐渐衰减趋于稳定，同时燃料颗粒和爆轰产物随冲击波也向周围空间扩散，与周围空气中的氧气混合燃烧，释放大量的热量，使罐体的温度升高，罐体内压力逐渐升高，当燃料颗粒燃烧完全后，释放的能量达到最大，罐体内的压力达到最高值，如果罐体没有能量泄露，罐体内的压力将保持不变。因此测量准基静态压力的传感器应具有零频响应特性，耐高温且在冲击波超压峰值作用下不被损坏。因此选用昆山传感器厂CYG508型压力传感器，压力量程：1MPa，压电介质：siO₂，固有频率：400KHz。为了防止爆炸冲击波损坏压力传感器，在传感器的前端安装了管道型的机械滤波器，将冲击波压力中的高频分量滤掉，罐体内的低频准静态压力完整通过后由压力传感器准确测量。

在爆炸罐体内充惰性气体（氮气）时，为了尽可能减少罐体内的氧气含量，首先对罐体抽真空，达到一定真空度后，向罐体内充惰性气体（氮气），达到一定压力时停止；然后再抽真空、充惰性气体（氮气）。这个抽真空、充惰性气体（氮气）的过程至少进行2次。最后使罐体内惰性气体（氮气）的压力、温度与环境大气相同。

步骤五，温压炸药能量释放定量评价的测试结果：

1）对获取的在绝在氧环境和空气环境下温压炸药的准静态压力峰值，代入公式Ⅳ，得到温压炸药在绝氧环境和空气环境下各自释放的总能量值：

$E=\frac{\mathrm{PV}}{r-1}$ （公式Ⅳ）

式中：

V-爆炸罐的体积；

γ-气体的比热率；

P-准静态压力峰值；

2）温压炸药在空气环境释放的总能量是温压炸药在绝氧爆燃和有氧燃烧过程中释放的总能量，按照公式Ⅴ得到温压炸药在有氧燃烧阶段释放的总能量：

E_hr＝E_k-E_jy   （公式Ⅴ）

式中：

E_k-温压炸药空气环境释放的总能量；

E_jy-温压炸药绝氧环境释放的总能量；

E_hr-温压炸药有氧燃烧阶段释放的总能量。

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例：

需要说明的是本实施例中采用的试验爆炸罐的内径为φ2.6m，体积为26m³，耐冲击能力小于7kgTNT当量；测试温压炸药组分的质量比为64.4%HMX，30%Al，1.4%氟橡胶，4.2%DOA，分子式为C_1.242H_2.410N_1.870O_1.451F_0.05226Al_1.193，其中C原子的化合价为-4，H原子的化合价为+1，O原子的化合价为-2，F原子的化合价为-1，Al原子的化合价为+3，测试温压炸药的TNT当量系数为1.8。

本实施例给出一种基于内爆炸试验的温压炸药能量释放定量测试方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，试验装置的确定；

采用试验爆炸罐进行温压炸药的内爆炸试验，试验爆炸罐的内径为φ2.6m，体积为26m³，耐冲击能力小于7kgTNT当量，26m³空气中氧气量按照公式Ⅰ的计算结果为7.8kg；

步骤二，测试温压炸药质量的确定：

根据试验爆炸罐的耐冲击能力，确定试验爆炸罐的最大抗爆炸TNT当量为7kgTNT当量，当测试温压炸药的TNT当量小于试验爆炸罐的最大抗爆炸TNT当量时，才满足试验爆炸罐的许用使用要求，根据满足试验爆炸罐的许用使用要求时的测试温压炸药的TNT当量，按照公式Ⅱ得到最大的测试温压炸药的质量，即7kg＝1.8M_TBX M_TBX＝3.89kg

根据最大的测试温压炸药的质量3.89kg，选取一个测试温压炸药的质量1kg；

步骤三，确定测试温压炸药所需要的氧气量是否满足要求：

按照测试温压炸药分子式C_1.242H_2.410N_1.870O_1.451F_0.05226Al_1.193，计算测试温压炸药的氧平衡，再根据测试温压炸药的氧平衡和步骤二选取的测试温压炸药的质量，得到需要的氧气量，确定需要的氧气量是否满足要求试验爆炸罐的试验要求，当5倍的测试温压炸药需要的氧气量小于试验爆炸罐的罐体内空气中的氧气含量时，才满足温压炸药罐的试验要求；

按照公式Ⅲ计算氧平衡：

$B=\frac{8(2\×1.451+0.05226-4\×1.242-1\×2.410-3\×1.193)}{100}=-64.02\%(g/g)$

由此可知，1kg温压炸药完全氧化需要空气中0.6402kg氧气，其质量的5倍为3.21kg。26m³空气中氧气量为7.8kg，大于3.21kg，满足温压炸药内爆炸试验要求。将温压炸药的装药形状设置为球形，本实施例中温压炸药的装药形状也可以设置为直径与高度比为1:1.2的圆柱形，二者效果一样，为本领域的两种可替换装药形状。

步骤四，罐体内准静态压力数据的获取；

试验爆炸罐内的传感器安装孔601上安装有阻压型压力传感器，昆山传感器厂CYG508型压力传感器，用于获取罐体内准静态压力曲线；

将测试温压炸药悬挂到试验爆炸罐的几何中心，用惰性气体改变爆炸罐内的气体环境，采用压力传感器测量在绝在氧环境和空气环境下温压炸药的准静态压力的压力数据，电压数据除以压阻型压力传感器的灵敏度2.5V/MPa，得到准静态压力-时间曲线如图12所示，本实施例中采用氮气营造绝氧环境，图中氮气环境即为绝氧环境，准静态压力-时间曲线中压力上升到平直阶段时的压力值为准静态压力峰值，单位为MPa，结果如表1所示：

表1 测量得到的准静态压力峰值

步骤五，温压炸药能量释放定量评价的测试结果：

1）对获取的在绝在氧环境和空气环境下温压炸药的准静态压力峰值，代入公式Ⅳ，得到温压炸药在绝氧环境和空气环境下各自释放的总能量值：

26m³爆炸罐中温压炸药在空气环境下释放的总能量为：

$E_k=\frac{\mathrm{PV}}{r-1}=\frac{0.19\×{10}^6\×26}{1.4-1}=12.35\left(\mathrm{Mj}\right)$

爆轰反应过程绝氧环境释放的能量为：

$E_{\mathrm{jy}}=\frac{\mathrm{PV}}{r-1}=\frac{0.11\×{10}^6\×26}{1.4-1}=7.15\left(\mathrm{Mj}\right)$

2）温压炸药在空气环境释放的总能量是温压炸药在绝氧爆燃和有氧燃烧过程中释放的总能量，按照公式Ⅴ得到温压炸药在有氧燃烧阶段释放的总能量：

E_hr＝E_k-E_jy＝12.35-7.15＝5.2(Mj)

Claims (2)

1.一种基于内爆炸试验的温压炸药能量释放定量评价的测试方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一，试验爆炸罐的耐冲击能力和罐体内氧气含量的确定；

采用试验爆炸罐进行温压炸药的内爆炸试验，所述的试验爆炸罐包括罐体（4），所述的罐体（4）为密闭的双层罐体，在双层罐体之间设置有减震层（18）；罐体（4）一端设置有抽真空管（9），罐体（4）的另一端开设有加装口（2），在加装口（2）上安装有密封门（3），在密封门（3）外侧的罐体（4）上设置有罐体出口（1）；在罐体（4）内壁的圆周上均匀分布有传感器安装板（6），在传感器安装板（6）上开设有传感器安装孔（601）；在罐体（4）上还设置有进气管（7）、排气管（12）和连接器（14）；

根据试验爆炸罐的结构确定试验爆炸罐的耐冲击能力和罐体内氧气含量，罐体的耐冲击能力是由罐体设计时已经确定，TNT当量表示；氧气含量是指罐体内空气中氧气的质量；

罐体内氧气含量按照公式Ⅰ计算：

M₀＝0.21×ρV   （公式Ⅰ）

式中：

M₀-罐体内氧气质量；

V-罐体体积；

ρ-空气密度；

步骤二，测试温压炸药质量的确定：

根据试验爆炸罐的耐冲击能力，确定测试温压炸药在罐体内试验的最大药量值，选取小于测试温压炸药在罐体内试验的最大药量值，以满足试验爆炸罐的安全许用要求，测试温压炸药在罐体内试验的最大药量值，按照公式Ⅱ得到最大的测试温压炸药的质量，公式Ⅱ如下所示：

M_TNT＝K·M_TBX   （公式Ⅱ）

式中：

M_TNT-测试温压炸药的TNT当量；

K-测试温压炸药的TNT当量系数；

M_TBX-测试温压炸药的质量；

根据最大的测试温压炸药的质量，选取一个测试温压炸药的质量；

步骤三，确定测试温压炸药所需要的氧气量是否满足要求：

按照测试温压炸药分子式，计算测试温压炸药的氧平衡，再根据测试温压炸药的氧平衡和步骤二选取的测试温压炸药的质量，得到需要的氧气量，确定需要的氧气量是否满足要求试验爆炸罐的试验要求，当5倍的测试温压炸药需要的氧气量小于试验爆炸罐的罐体内空气中的氧气含量时，才满足温压炸药罐的试验要求；

当需要的氧气量不满足要求试验爆炸罐的试验要求时，返回步骤二，重新选取一个测试温压炸药的质量；

当需要的氧气量满足要求试验爆炸罐的试验要求时，将温压炸药的装药形状设置为球形或直径与高度比为1:1.2的圆柱形；

所述的氧平衡的计算方法如下：

温压炸药是混合炸药，其原子组成中除了C、H、N、O元素外，还有Al、Cl、F元素,因此将温压炸药的分子式表示为C_aH_bN_cO_dAl_eCl_fF_g，按照公式Ⅲ计算氧平衡：

$B=\frac{8\×({\mathrm{\ΣN}}_{\mathrm{Oi}}{A}_{\mathrm{Vi}}-{\mathrm{\ΣN}}_{\mathrm{Ri}}{A}_{\mathrm{Vi}})}{M_r}$ （公式Ⅲ）

式中：

a、b、c、d、e、f、g表示温压炸药分子式中的原子数；

B-温压炸药的氧平衡，即1g温压炸药缺少或剩余氧的克数；

N_OiA_Vi-温压炸药组成中被还原的原子数与其化合价之积；

N_RiA_Vi-温压炸药组成中被氧化的原子数与其化合价之积；

M_r-温压炸药的分子量；

步骤四，罐体内准静态压力数据的获取；

试验爆炸罐内的传感器安装孔（601）上安装有阻压型压力传感器，用于获取罐体内准静态压力曲线，将测试温压炸药悬挂到试验爆炸罐的几何中心，用惰性气体改变爆炸罐内的气体环境，采用压力传感器测量在绝在氧环境和空气环境下温压炸药的准静态压力的电压数据，电压数据除以压力传感器的灵敏度，得到准静态压力-时间曲线，准静态压力-时间曲线中压力上升到平直阶段时的压力值为准静态压力峰值，单位为MPa；

步骤五，温压炸药能量释放定量评价的测试结果：

1）对获取的在绝氧环境和空气环境下温压炸药的准静态压力峰值，代入公式Ⅳ，得到温压炸药在绝氧环境和空气环境下各自释放的总能量值：

$E=\frac{\mathrm{PV}}{r-1}$ （公式Ⅳ）

式中：

V-爆炸罐的体积；

γ-气体的比热率；

P-准静态压力峰值；

2）温压炸药在空气环境释放的总能量是温压炸药在绝氧爆燃和有氧燃烧过程中释放的总能量，按照公式Ⅴ得到温压炸药在有氧燃烧阶段释放的总能量：

E_hr＝E_k-E_jy   （公式Ⅴ）

式中：

E_k-温压炸药空气环境释放的总能量；

E_jy-温压炸药绝氧环境释放的总能量；

E_hr-温压炸药有氧燃烧阶段释放的总能量。

2.如权利要求1所述的基于内爆炸试验的温压炸药能量释放定量测试方法，其特征在于，所述的惰性气体为氮气。

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