CN107957211B - 一种光起爆的一维平面爆轰波发生装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光起爆的平面波发生装置及实现方法，特别是一种光起爆的炸药平面波产生方法及装置，主要包括起爆光源与厚度均匀的光敏炸药涂层，起爆光源位于光敏炸药涂层的一侧；起爆光源照射光敏炸药涂层的整个上表面，光敏炸药涂层的整个上表面同步发生爆炸，产生平面爆轰波。用平面波发生器驱动飞片撞击靶板，可以在靶板内产生高应变率的冲击加载，是一种研究高应变率下靶板材料状态方程的重要加载技术。

Description

一种光起爆的一维平面爆轰波发生装置及方法

技术领域

本发明涉及一种光起爆的平面波发生装置及实现方法，特别是一种光起爆的炸药平面波产生方法及装置。用平面波发生器驱动飞片撞击靶板，可以在靶板内产生高应变率的冲击加载，是一种研究高应变率下靶板材料状态方程的重要加载技术。

背景技术

平面波发生器在爆轰和材料动态力学性能研究方面具有广泛的应用。传统的炸药平面波发生器的原理是将点爆炸产生的发散状爆轰波通过不同爆速的炸药组合、整形为一维平面爆轰波。炸药平面波发生器通常由高、低两种不同爆速的炸药组成，由雷管等火工品进行点起爆，根据几何光学的惠更斯原理，通过确定不同爆速炸药层的交界面曲线，使点起爆的爆轰波经过不同爆速的炸药层后调整为平面爆轰波。因此，传统的炸药平面波发生器结构需随着不同爆速炸药的选取而发生改变，限制了一维平面爆轰波的选择和使用，一般选用通过点起爆不同爆速炸药组合的透镜方法等方法，该方法中的炸药平面波发生器结构体积大、结构复杂、制作困难，成本高；此外，也有金属圆环式简易平面波发生器以及多点同步起爆的方法形成平面波源，其结构复杂，平面度相对较差。

发明内容

为了解决传统的炸药平面波发生器要实现一维爆破需要精确的调整计算不同爆速的炸药，限制炸药平面波发生器使用的问题，本发明提供一种光起爆的一维平面爆轰波发生装置及方法，区别于传统的通过点起爆不同爆速炸药组合的透镜方法以及用导爆索等多点同步起爆方法产生一维平面爆轰波的方法。

本发明的技术解决方案是提供一种光起爆的一维平面爆轰波发生装置，其特别之处在于：包括起爆光源与厚度均匀的光敏炸药涂层，上述起爆光源位于光敏炸药涂层的一侧；

定义与起爆光源相对的光敏炸药涂层一侧的表面为光敏炸药的上表面，与该上表面相对的表面即为光敏炸药涂层的下表面；

起爆光源照射光敏炸药涂层的整个上表面，光敏炸药涂层的整个上表面同步发生爆炸，产生平面爆轰波。

起爆光源同时起爆整个光敏炸药涂层表面，光敏炸药作为起爆药，可以作为若驱动源使用，直接喷涂与目标物上，也可以与下述的主炸药组合使用，组成强驱动源。

优选地，该一维平面爆轰波发生装置还可以包括厚度均匀的主炸药层，上述光敏炸药涂层涂覆在主炸药层一侧的整个表面上；

起爆光源照射光敏炸药涂层的整个上表面，光敏炸药涂层的上表面同步发生爆炸，光敏炸药产生的平面爆轰波作用于主炸药层，主炸药层与光敏炸药涂层接触的表面同步发生爆炸，输出平面爆轰波。

主炸药与光敏炸药一起使用，组合形成强驱动源，在光源起爆光敏炸药后顺次被起爆，从而产生更强的一维平面爆轰波，用于加速飞片或直接作用于目标物上；

优选地，该一维平面爆轰波发生装置还包括设置于光敏炸药涂层与主炸药层之间的隔膜，上述光敏炸药涂层涂覆于隔膜表面，上述隔膜的另一表面与主炸药层贴实；可通过粘接等方式贴实；

起爆光源同时照射光敏炸药涂层的整个上表面，光敏炸药涂层上表面同步发生爆炸，光敏炸药产生的平面爆轰波通过隔膜作用到主炸药层，主炸药层与隔膜接触的表面同步发生爆炸，输出平面爆轰波。

隔膜将主炸药层与光敏炸药涂层分割，保护主炸药端面的平整度，避免制作和操作过程中影响主炸药的结构和性能。

优选地，上述起爆光源为包含强紫外光的广谱光源或包含强紫外光的脉冲光源。光脉冲的上升沿越短越好，对光敏炸药表面的光照度越强越好，且产生的强光光谱主要成分必须包含紫外光。

优选地，上述脉冲光源为脉冲电爆炸光源；

脉冲电爆炸光源为金属丝电爆炸光源、电火花或脉冲氙灯；

推荐使用金属丝电爆炸光源，通过向金属丝输入强电流，使金属丝发生电离爆炸产生强烈的紫外光，照射在炸药表面使炸药发生爆炸。

产生强闪光的金属丝材料主要有康铜丝、钼丝、钨丝或其他合金丝，金属丝可以采用单丝，也可以根据需要由多根丝线组成栅网。可以选用钨丝作为爆炸光源，可确保在钨丝电爆炸过程中产生足够能量的紫外光，使光敏炸药面同时发生爆炸。为此，钨丝电爆炸过程中脉冲电流的峰值越高，起爆光敏炸药的时间越短；脉冲电流上升沿时间越短，光敏炸药起爆的时间差异越小，由此实现对整个光敏炸药面的起爆同步性的控制。为进一步保证光敏炸药起爆同步性，需避免电爆炸产生的冲击波误起爆光敏炸药的影响，确保光敏炸药面仅受电爆炸强光作用。

优选地，上述光敏炸药为对光比较敏感的炸药，包括酸性乙炔银，酸性乙炔银主要成分为Ag₂C₂·AgNO₃，可以允许有Ag₂C₂·2AgNO₃、Ag₂C₂·6AgNO₃存在，但不能影响起爆可靠性。可以通过光照使光敏炸药一侧表面同时发生起爆，当光敏炸药厚度均匀时，实现一维爆轰。

使用前，光敏炸药粉末或颗粒应存放在深色瓶内的丙酮溶液中，使用时将光敏炸药粉粒和丙酮一起由喷涂装置喷涂到目标靶板上或主装药端面的隔膜上，当丙酮挥发后，光敏炸药粉粒干燥并粘附在目标表面，干燥后的光敏炸药涂层处于待起爆状态。光敏炸药涂层的厚度应控制在0.1-0.5mm之间比较合适，光敏炸药涂层太薄起爆不完全影响起爆同步性，光敏炸药涂层太厚容易造成光敏炸药脱落。喷涂光敏炸药时，气体压力选用0.15MPa～0.2MPa，气体压力太低不利于使光敏炸药颗粒细化影响厚度均匀性，气体压力太高使光敏炸药颗粒喷射速度过高，撞击在飞片上造成喷涂不均匀。喷涂厚度的控制主要通过喷涂的重复次数进行控制，单层的喷涂厚度由混合液的浓度和喷头的移动速度决定，而最大可喷涂厚度则由喷涂时间和酸性乙炔银的粘附特性决定。

优选地，上述主炸药层为固体炸药柱或炸药片；并根据需要选择一种乃至两种以上不同性能的主炸药材料，当包括两种以上不同性能的主炸药材料时，每种性能的炸药构成均匀的一层，多层累加构成主炸药层；如太安炸药，从而调整输出的爆轰波威力。当光敏炸药一侧表面在强光照射下起爆并向另一侧乃至主炸药传播爆轰波，使主炸药发生爆炸，输出平面爆轰波。

优选地，上述隔膜为金属铝箔或金属铜箔，上述隔膜的厚度不大于0.2mm，主要起隔离主炸药与丙酮以及光敏炸药的作用，避免制作过程中损坏主装药端面平整度，也避免两者直接接触出现化学反应发生意外。

本发明还提供一种利用上述的光起爆的一维平面爆轰波发生装置产生平面爆轰波的方法，包括以下步骤：

步骤一、将光敏炸药粉粒与易挥发有机溶剂混合后喷涂至目标靶板或主炸药层表面或隔膜表面上；

或将光敏炸药浸润易挥发有机溶剂后涂覆至目标靶板或主炸药层表面或隔膜表面上；

步骤二、控制起爆光源产生紫外光照射光敏炸药涂层的整个上表面；

步骤三、被照射的光敏炸药涂层的上表面同步发生爆炸，输出平面爆轰波；

或光敏炸药涂层产生的平面爆轰波直接作用于主炸药层，使主炸药层表面同步发生爆炸输出更强的平面爆轰波；

或光敏炸药涂层产生平面爆轰波通过隔膜作用于主炸药层，使主炸药层表面同步发生爆炸输出更强的平面爆轰波。

优选地，步骤一中，喷涂光敏炸药时，喷涂设备的气体压力选用0.15MPa～0.2MPa。

本发明的有益效果是：

1、本发明利用强闪光作为起爆光源，采用酸性乙炔银光敏炸药涂层作为起爆药，固体炸药柱(或片)作为主装药，在高强度脉冲闪光作用下，瞬间起爆光敏炸药涂层，形成平面起爆冲击波，进而起爆主装药，形成更高爆速的平面爆轰波；

2、酸性乙炔银是一种紫外光比较敏感的光起爆炸药，其起爆特点是可以用强光照射在炸药表面使其发生爆炸，但有较高的光起爆阈值，有较高的操作安全性；

3、本发明方法能够实现大面积同时起爆，既可以产生一维平面爆轰波，也可以作为大面积爆轰控制时间的方法在某些场合替代起爆网络；

4、本发明具有加载同步性好、一维平面爆轰波效果好、主炸药用量小、结构简单、安装方便、设计灵活等特点，是一种新的一维平面爆轰波加载技术。

附图说明

图1为实施例一的原理示意图；

图2为实施例二的原理示意图；

图3为实施例三的原理示意图；

图中附图标记为：1-金属丝，2-强光，3-光敏炸药涂层，4-金属铝箔，5-主炸药层。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步的描述。

实施例一：

本实施例中起爆光源选为钨丝电爆炸光源，在其他实施例中也可以选用康铜丝、钼丝或其他合金丝；光敏炸药涂层选用酸性乙炔银，其主要成分为Ag₂C₂·AgNO₃；

图1中，金属丝1选用直径为Φ0.3mm、长度为100mm的钨丝，光敏炸药涂层3为酸性乙炔银，直径为30mm、厚度为0.2mm。金属丝1在强电流作用下发生电爆炸产生强光2，强光2照射到光敏炸药涂层3的上表面(定义与起爆光源相对的光敏炸药涂层一侧的表面为光敏炸药的上表面，与该上表面相对的表面即为光敏炸药涂层的下表面)，使光敏炸药涂层3上侧的整个面同时发生爆炸产生平面爆轰波。为了提供足够起爆光敏炸药3的强光2，钨丝电爆炸过程中脉冲电压峰值不小于15kV，脉冲电流的峰值不小于15kA，脉冲电流上升沿时间小于0.01ms，光脉冲的上升沿时间小于0.01ms。

实施例二：

本实施例与实施例一不同的是还包括主炸药层5，在该实施例中主炸药选用太安片炸药，在其他实施例中也可以选用其他类型的固体炸药柱或炸药片。

图2中，按照实施例一设计金属丝1、强光2和光敏炸药涂层3，主炸药层5则选用直径为30mm、厚度为2mm的太安片炸药。首先将光敏炸药涂层3涂覆在主炸药层5表面，金属丝1在强电流作用下发生电爆炸产生强光2，强光2照射到光敏炸药涂层3，使光敏炸药涂层3上表面同时发生爆炸，光敏炸药涂层3产生的平面爆轰波作用到主炸药层5，使主炸药层5输出平面爆轰波。

实施例三：

本实施例与实施例二不同的是还包括隔膜，在该实施例中隔膜选用金属铝箔4，在其他实施例中还可以选用金属铜箔。

图3中，按照实施例二设计金属丝1、强光2、光敏炸药涂层3和主炸药层5。首先在主炸药层5上侧端面粘贴一层厚度为0.02mm的金属铝箔4，再将光敏炸药涂层3涂覆到金属铝箔4的表面，金属丝1在强电流作用下发生电爆炸产生强光2，强光2照射到光敏炸药涂层3，使光敏炸药涂层3上表面同时发生爆炸，光敏炸药涂层3产生的平面爆轰波作用到金属铝箔4，冲击波经金属铝箔4作用到主炸药层5，使主炸药层5发生爆炸输出平面爆轰波。在本实施例中，通过设计、调整主炸药5的炸药种类或多种炸药组合，可以比较容易地调节爆轰波波速、威力，达到预期目的。

Claims (8)

1.一种光起爆的一维平面爆轰波发生装置，其特征在于：包括起爆光源与厚度均匀的光敏炸药涂层，所述起爆光源位于光敏炸药涂层的一侧；

定义与起爆光源相对的光敏炸药涂层一侧的表面为光敏炸药的上表面，与该上表面相对的表面即为光敏炸药涂层的下表面；

起爆光源照射光敏炸药涂层的整个上表面，光敏炸药涂层的整个上表面同步发生爆炸，产生平面爆轰波；还包括厚度均匀的主炸药层，所述光敏炸药涂层涂覆在主炸药层一侧的整个表面上；

起爆光源照射光敏炸药涂层的整个上表面，光敏炸药涂层的上表面同步发生爆炸，光敏炸药产生的平面爆轰波作用于主炸药层，主炸药层与光敏炸药涂层接触的表面同步发生爆炸，输出平面爆轰波；还包括设置于光敏炸药涂层与主炸药层之间的隔膜，所述光敏炸药涂层涂覆于隔膜表面，所述隔膜的另一表面与主炸药层贴实；

起爆光源同时照射光敏炸药涂层的整个上表面，光敏炸药涂层上表面同步发生爆炸，光敏炸药产生的平面爆轰波通过隔膜作用到主炸药层，主炸药层与隔膜接触的表面同步发生爆炸，输出平面爆轰波。

2.根据权利要求1所述的光起爆的一维平面爆轰波发生装置，其特征在于：所述起爆光源为包含强紫外光的广谱光源或包含强紫外光的脉冲光源。

3.根据权利要求2所述的光起爆的一维平面爆轰波发生装置，其特征在于：所述脉冲光源为脉冲电爆炸光源；

脉冲电爆炸光源为金属丝电爆炸光源、电火花或脉冲氙灯；

所述金属丝材料为康铜丝、钼丝、钨丝或其他合金丝；

所述金属丝采用单丝或多根丝线组成栅网。

4.根据权利要求3所述的光起爆的一维平面爆轰波发生装置，其特征在于：所述光敏炸药为酸性乙炔银。

5.根据权利要求4所述的光起爆的一维平面爆轰波发生装置，其特征在于：所述光敏炸药涂层的厚度为0.1-0.5mm。

6.根据权利要求5所述的光起爆的一维平面爆轰波发生装置，其特征在于：所述主炸药层为固体炸药柱或炸药片，所述主炸药层包括一层或多层炸药，当包括多层炸药时，每层炸药爆速不同；所述隔膜为金属铝箔或金属铜箔，所述隔膜的厚度不大于0.2mm。

7.一种利用权利要求1-6任一所述的光起爆的一维平面爆轰波发生装置产生平面爆轰波的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将光敏炸药粉粒与易挥发有机溶剂混合后喷涂至目标靶板或主炸药层表面或隔膜表面上；

或将光敏炸药浸润易挥发有机溶剂后涂覆至目标靶板或主炸药层表面或隔膜表面上；

步骤二、控制起爆光源产生紫外光照射光敏炸药涂层的整个上表面；

步骤三、被照射的光敏炸药涂层的上表面同步发生爆炸，输出平面爆轰波；

或光敏炸药涂层产生的平面爆轰波直接作用于主炸药层，使主炸药层表面同步发生爆炸输出更强的平面爆轰波；

或光敏炸药涂层产生平面爆轰波通过隔膜作用于主炸药层，使主炸药层表面同步发生爆炸输出更强的平面爆轰波。

8.根据权利要求7所述的一种利用权利要求1-6任一所述的光起爆的一维平面爆轰波发生装置产生平面爆轰波的方法，其特征在于：步骤一中，喷涂光敏炸药时，喷涂设备的气体压力选用0.15MPa～0.2MPa。