CN108844508B - 一种炸药临界直径测试装置及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种炸药临界直径测试装置及其测试方法，属于炸药爆轰及爆炸性能测试技术领域，本发明的炸药临界直径测试装置包括电脉冲输出装置、数字高压表、脉冲转换器、测试弹体、防爆箱和抽风机，本发明具有操作过程简单便捷、无需其他动态诊断设备、所需待测炸药样品量少（小于1 g）等特点，采用该方法能够测试的炸药临界直径范围为0.3‑5.0mm，本发明适用于炸药研制过程中新配方的筛选以及性能检测等。
Description
技术领域
本发明属于炸药爆轰及爆炸性能测试技术领域，具体为一种炸药临界直径测试装置及其测试方法。
背景技术
由于炸药爆轰时存在侧向膨胀现象，致使反应区的能量密度降低，爆轰波阵面强度降低，炸药反应剧烈程度下降，进而使得爆轰波传播速度降低。当药柱直径减少到某一值时，爆轰反应区内的能量已不足以补偿侧面能量损失，炸药则不能够达到稳定爆轰的条件，称此时的装药直径为炸药临界直径。临界直径是炸药稳定爆轰的最小装药直径，是描述炸药爆轰传播动力学行为的重要参数，在炸药性能研究和装药设计中都具有十分重要的意义。
目前，传统的炸药临界直径测量方法主要有以下几种：第一种方法是将装药加工成圆锥形，从大端起爆；第二种方法是用台阶式药柱，爆轰在最大直径端面开始，相继传过不同直径的炸药段，直至爆轰熄灭；第三种方法是采用一系列不同直径的药柱进行传爆能力试验，通过观察药柱的传爆情况来确定炸药的临界直径。以上几种测试方法均存在一些不足之处，例如，使用圆锥形装药时，为减小测量误差应使锥角尽可能小，在保持起爆端直径不变的条件下，减小锥角就需要增加实验样品的用量，并且样品加工工艺难度也大大增加；使用台阶式药柱时，当药柱直径接近临界直径时需要药柱的长径比足够大，一般长径比要达到10～12；使用圆柱形药柱法测量临界直径时，需要加工一系列不同直径药柱，测试过程复杂，且制作小直径的圆杆形药柱难度较大。
除此之外，对于一些敏感炸药，临界直径非常小，如超细HMX甚至在0.5mm以下仍然能够稳定传播，因此要压制成圆柱形药柱就非常困难，在实际中是不可行的。为此，一些研究者为了解决小临界直径炸药临界直径的测试问题，设计了楔形装药。将待测炸药样品装填到楔形凹槽中，从楔形装药大端处引爆待测样品，通过见证板中的炸痕确定样品爆轰所传播的距离，计算样品爆轰停止传播处的厚度，即失效厚度，等效为炸药的临界直径，用于相对比较其爆轰传播能力的大小。对于楔形装药法，很难保证其装药质量，且楔形装药测得的临界厚度与临界直径数值相差较大。
发明内容
本发明的技术方案是为了解决炸药临界直径测试中存在的用药量大、测试过程复杂以及小临界直径测试困难等难题，提出了一种炸药临界直径测试装置及其测试方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种炸药临界直径测试装置，包括电脉冲输出装置、数字高压表、脉冲转换器、测试弹体、防爆箱和抽风机；电脉冲输出装置与脉冲转换器通过触发线、高压线、接地线连接，数字高压表与高压线和接地线连接；测试弹体装有待测炸药样品，置于防爆箱内，与脉冲转换器通过导线连接，所述抽风机与防爆箱通过排气管道连接，将实验后防爆箱内的气体产物排出；所述测试弹体包括上夹板、绝缘垫块、转向插接件、定位套、约束套、爆炸箔起爆器、金属飞片、加速膛、见证板、下夹板、螺杆和螺帽，在下夹板上从下往上依次装配见证板、约束套、加速膛、金属飞片和定位套，约束套带有装待测炸药样品的空腔，约束套的空腔下方端口和见证板接触，加速膛顶面开有中心孔，底面开有凹槽，中心孔和凹槽连通，约束套的空腔和加速膛底面凹槽连通，加速膛顶面中心孔端口和金属飞片底面接触，定位套上开有中通的内螺纹孔，爆炸箔起爆器带有装始发装药的空腔，爆炸箔起爆器与定位套之间通过螺纹连接装配，爆炸箔起爆器的空腔端口和金属飞片顶面接触，转向插接件底端与爆炸箔起爆器连接，转向插接件侧面焊接两根导线与脉冲转换器输出端连接，转向插接件与上夹板之间通过绝缘垫块隔开，测试弹体各部件装配完毕后通过螺杆、螺帽夹持在上夹板和下夹板之间。作用过程为：脉冲转换器放电后，爆炸箔起爆器起爆始发装药，爆轰波驱动金属飞片材料经加速膛剪切形成一定直径的飞片，飞片再经加速腔增速后撞击待测炸药样品，待测炸药发生反应在见证板上留下炸痕。
上述的一种炸药临界直径测试装置，爆炸箔起爆器空腔所装的始发装药为球磨HMX，中位径d50为420 nm，装药尺寸的直径3.5mm、高度3.2～3.4mm，装药密度1.65～1.71g/cm3，约束套空腔所装待测炸药样品装药尺寸的直径7.0mm、高度3.02～3.12mm。
上述的一种炸药临界直径测试装置，所述金属飞片材料为304不锈钢，其厚度为0.15mm，加速膛材料为T8高碳钢，直径20.4mm、高度1.8mm，其底面开有直径5.0mm、高度0.5mm的凹槽，且加速膛中心孔的直径范围为0.3-5.0mm，见证板材料为紫铜，直径40.0mm、高度12.0mm。
上述的一种炸药临界直径测试装置，所述电脉冲输出装置可输出电压范围为1-5.0KV，脉冲转换器内的电容为0.22μF，数字高压表量程为1000-10000V。
上述的一种炸药临界直径测试装置，可测的炸药临界直径范围为0.3-5.0mm。
上述的一种炸药临界直径测试装置的测试方法，按如下步骤进行：
（1）首先将HMX原料、水和氧化锆珠按照1:10:20的质量比放入球磨机中，其中氧化锆珠的直径为0.3mm，转速为300r/min，球磨时间为6 h，分离并烘干，制得细化的球磨HMX样品，中位径d50为420 nm；
（2）将球磨HMX压制成型作为始发装药，装药直径3.5mm、高度3.2～3.4mm，装药密度1.65～1.71g/cm3，将待测炸药样品压制成型，装药尺寸的直径7.0mm、高度3.02～3.12mm；
（3）选择合适的中心孔直径的加速膛，先将螺杆穿过下夹板，在下夹板上从下往上依次装配见证板、约束套、待测炸药样品、加速膛、金属飞片和定位套，然后将始发装药装入爆炸箔起爆器空腔内，爆炸箔起爆器与定位套之间通过螺纹连接装配，爆炸箔起爆器上端依次接转向插接件、绝缘垫块，最后将四根螺杆穿过上夹板，并用螺母拧紧，使测试弹体的各部件夹持在上夹板和下夹板之间；
（4）依次连接电脉冲输出装置、数字高压表、脉冲转换器，将测试弹体放入防爆箱内，并与脉冲转换器输出端相连，关闭防爆箱；
（5）开启电脉冲输出装置和数字高压表，设置触发电压，然后对脉冲转换器充电至所需电压后，启动触发开关，脉冲转换器放电，爆炸箔起爆器发火起爆始发装药；
（6）将加载电压降到0V，关闭数字高压表和电脉冲输出装置，并将脉冲转换器输出端短接；
（7）打开抽风机，抽风10min待排气结束后，关闭抽风机；
（8）打开防爆箱，取出测试弹体并拆开，观察记录实验反应后现象，并分析反应等级，清理防爆箱；
（9）根据实验结果，利用升降法重新选择合适的中心孔直径的加速膛，重复以上步骤（1）-（8）进行实验，直到得到使待测炸药样品发生不完全爆轰的最大金属飞片直径和使样品发生完全爆轰的最小金属飞片的直径，求二者的平均值，此平均值即为待测炸药样品的临界直径。
本发明的有益效果：本发明一种炸药临界直径测试装置能够测试的炸药临界直径范围为0.3-5.0mm，且该测试装置具有操作过程简单便捷，无需其他动态诊断设备，所需待测炸药样品量少（小于1 g）等特点，此测试装置非常适用于炸药研制过程中新配方的筛选以及性能检测等。
附图说明
图1为一种炸药临界直径测试装置结构示意图。
其中，1—电脉冲输出装置，2—数字高压表，3—脉冲转换器，4—防爆箱，5—测试弹体，6—抽风机，7—排气管道，8—触发线，9—高压线，10—接地线。
图2为测试弹体结构示意图。
其中，5-1—上夹板，5-2—绝缘块，5-3—转向插接件，5-4—定位套，5-5—约束套，5-6—爆炸箔起爆器，5-7—始发装药，5-8—金属飞片，5-9—加速膛，5-10—待测炸药样品，5-11—见证板，5-12—下夹板，5-13—螺杆，5-14—螺帽。
具体实施方式
本发明一种炸药临界直径测试方法，能够测试的炸药临界直径范围为0.3-5.0mm。
本发明的实验装置如图1、图2所示，现说明如下。
一种炸药临界直径测试装置，包括电脉冲输出装置1、数字高压表2、脉冲转换器3、测试弹体5、防爆箱4和抽风机6；所述电脉冲输出装置1包括脉冲变压器和触发开关两个元件，脉冲变压器将低电压转换为高电压，向脉冲转换器3的储能电容器提供初始能量，触发开关控制脉冲转换器3的储能电容器放电，为测试弹体5提供起爆能，电脉冲输出装置1与脉冲转换器3通过触发线8、高压线9、接地线10连接；所述数字高压表2与高压线9和接地线10连接，用来实时、准确反映脉冲转换器3两端加载的高电压；所述测试弹体5装有待测炸药样品，置于防爆箱4内，与脉冲转换器3通过导线连接；所述抽风机6与防爆箱4通过排气管道7连接，将实验后防爆箱内的气体产物排出。
所述测试弹体5包括上夹板5-1、绝缘垫块5-2、转向插接件5-3、定位套5-4、约束套5-5、爆炸箔起爆器5-6、始发装药5-7、金属飞片5-8、加速膛5-9、待测炸药样品5-10、见证板5-11、下夹板5-12、螺杆5-13和螺帽5-14，在下夹板5-12上从下往上依次装配见证板5-11、约束套5-5、待测炸药样品5-10、加速膛5-9、金属飞片5-8和定位套5-4，约束套5-5上开有凹槽，凹槽内的套体上带有装待测炸药样品5-10的空腔，空腔的下方端口和见证板5-11接触，加速膛5-9放置于约束套5-5凹槽内，其顶面开有中心孔，底面开有凹槽，中心孔和凹槽连通，约束套5-5的空腔和加速膛5-9底面凹槽连通，金属飞片5-8放置在约束套5-5凹槽内且其底面与加速膛5-9的顶面中心孔上端口接触，定位套5-4的凸台段放置于约束套5-5凹槽内，定位套5-4上开有中通的内螺纹孔，爆炸箔起爆器5-6带有装始发装药5-7的空腔，始发装药5-7装入爆炸箔起爆器5-6空腔内，爆炸箔起爆器5-6与定位套5-4之间通过螺纹连接装配，爆炸箔起爆器5-6的空腔端口和和金属飞片5-8顶面接触，转向插接件5-3底端与爆炸箔起爆器5-6连接，转向插接件5-3侧面焊接两根导线与脉冲转换器3输出端连接，转向插接件5-3与上夹板5-1之间通过聚四氟乙烯绝缘垫块5-2隔开，测试弹体各部件装配完毕后通过四对螺杆5-13、螺帽5-14夹持在上夹板5-1和下夹板5-12之间。作用过程为：脉冲转换器3放电后，爆炸箔起爆器5-6起爆始发装药5-7，爆轰波驱动金属飞片5-8经加速膛5-9剪切形成一定直径的飞片，飞片再经加速腔增速后撞击待测炸药样品5-10，待测炸药发生反应在见证板5-11上留下炸痕。
本发明所用仪器设备：
YXQM-1L型行星球磨机，生产厂家长沙米淇仪器设备有限公司；ET1940型数字高压表，生产厂家南京恩泰电子仪器厂；转向插接件，生产厂家国营八五三厂；HF-75S鸿冠抽风机，生产厂家深圳市鸿冠电机有限公司。
实施例1
一种炸药临界直径测试方法，该方法步骤如下：
（1）首先将HMX原料、水和氧化锆珠按照1:10:20的质量比放入球磨机中，其中氧化锆珠的直径为0.3mm，转速为300r/min，球磨时间为6 h，分离并烘干，制得细化的球磨HMX样品，中位径d50为420 nm。
（2）将球磨HMX压制成型作为始发装药5-7，装药直径3.5mm、高度3.38mm，装药密度1.6761g/cm3，将待测TATB炸药压制成型，药柱直径7.0mm、高度3.08mm装药密度1.7443g/cm3。
（3）选择中心孔直径3.8mm的加速膛，先将4根螺杆5-13穿过下夹板5-12，在下夹板5-12上从下往上依次装配见证板5-11、约束套5-5、TATB药柱、加速膛5-9、金属飞片5-8和定位套5-4，然后将球磨HMX始发装药5-7装入爆炸箔起爆器5-6空腔内，爆炸箔起爆器5-6与定位套5-4之间通过螺纹连接装配，爆炸箔起爆器5-6上端依次接转向插接件5-3、绝缘垫块5-2，最后将四根螺杆穿过上夹板5-1，并用螺母拧紧，使测试弹体的各部件夹持在上夹板5-1和下夹板5-12之间。
（4）依次连接电脉冲输出装置1、数字高压表2、脉冲转换器3，将测试弹体5放入防爆箱4内，并与脉冲转换器3输出端相连，关闭防爆箱。
（5）开启电脉冲输出装置1和数字高压表2，设置触发电压为3KV，然后对脉冲转换器3充电至2800V电压后，启动触发开关，脉冲转换器3放电，爆炸箔起爆器5-6发火起爆始发装药5-7；
（6）将加载电压降到0V，关闭数字高压表2和电脉冲输出装置（1），并将脉冲转换器3输出端短接；
（7）打开抽风机，抽风10min待排气结束后，关闭抽风机；
（8）打开防爆箱4，取出测试弹体5并拆开，观察记录实验反应后现象，并分析反应等级，清理防爆箱4；
（9）根据实验结果，利用升降法重新选择合适的中心孔直径的加速膛，重复以上步骤（1）-（8）进行实验，直到得到使待测炸药样品发生不完全爆轰的最大金属飞片直径和使样品发生完全爆轰的最小金属飞片的直径，求二者的平均值，此平均值即为待测炸药样品5-10的临界直径，实验结果见表1所示。
表1 炸药临界直径测试实验结果
由表1可见，加速膛中心孔直径为3.8mm时，发生爆炸反应，并在见证板上留下凹坑，但是反应后有部分未完全反应的TATB样品粉末残余，说明此条件下TATB炸药样品发生了不完全爆轰；加速膛中心孔直径为4.0mm时，发生爆炸反应，并在见证板上留下凹坑，且凹坑深度稍深，但是反应后仍有少量未完全反应的样品粉末残余，说明此条件下样品也发生了不完全爆轰；加速膛中心孔直径为4.2mm时，发生爆轰反应，并在见证板上留下凹坑，凹坑深度比较深，且无样品粉末残余，说明此条件下样品发生了完全爆轰。取表1后两次试验金属飞片直径的平均值作为样品TATB的临界直径值，即样品TATB原料的临界直径值为4.1mm。
实施例2
与实施例1不同之处在于步骤2中待测样品为FOX-7炸药，药柱直径7.0mm、高度为3.08mm，装药密度为1.6974g/cm3；步骤3中加速膛中心孔直径分别为0.8mm和1.0mm，实验结果见表2所示。
表2 炸药临界直径测试实验结果
由表2可见，使样品FOX-7炸药发生不完全爆轰的最大飞片直径和发生完全爆轰的最小飞片直径分别为0.8mm和1.0mm，取二者的平均值0.9mm作为FOX-7炸药的临界直径。
Claims (6)
1.一种炸药临界直径测试装置，其特征在于包括电脉冲输出装置（1）、数字高压表（2）、脉冲转换器（3）、测试弹体（5）、防爆箱（4）和抽风机（6）；电脉冲输出装置（1）与脉冲转换器（3）通过触发线（8）、高压线（9）和接地线（10）连接，数字高压表（2）与高压线（9）和接地线（10）连接；测试弹体（5）装有待测炸药样品，置于防爆箱（4）内，与脉冲转换器（3）通过导线连接，所述抽风机（6）与防爆箱（4）通过排气管道（7）连接，将实验后防爆箱内的气体产物排出；所述测试弹体（5）包括上夹板（5-1）、绝缘垫块（5-2）、转向插接件（5-3）、定位套（5-4）、约束套（5-5）、爆炸箔起爆器（5-6）、金属飞片（5-8）、加速膛（5-9）、见证板（5-11）、下夹板（5-12）、螺杆（5-13）和螺帽（5-14），在下夹板（5-12）上从下往上依次装配见证板（5-11）、约束套（5-5）、加速膛（5-9）、金属飞片（5-8）和定位套（5-4），约束套（5-5）带有装待测炸药样品（5-10）的空腔，约束套（5-5）的空腔下方端口和见证板（5-11）接触，加速膛（5-9）顶面开有中心孔，底面开有凹槽，中心孔和凹槽连通，约束套（5-5）的空腔和加速膛（5-9）底面凹槽连通，加速膛（5-9）顶面中心孔端口和金属飞片（5-8）底面接触，定位套（5-4）上开有从中间通过的内螺纹孔，爆炸箔起爆器（5-6）带有装始发装药（5-7）的空腔，爆炸箔起爆器（5-6）与定位套（5-4）之间通过螺纹连接装配，爆炸箔起爆器（5-6）的空腔端口和金属飞片（5-8）顶面接触，转向插接件（5-3）底端与爆炸箔起爆器（5-6）连接，转向插接件（5-3）侧面焊接两根导线与脉冲转换器（3）输出端连接，转向插接件（5-3）与上夹板（5-1）之间通过绝缘垫块（5-2）隔开，测试弹体各部件装配完毕后通过螺杆（5-13）、螺帽（5-14）夹持在上夹板（5-1）和下夹板（5-12）之间。
2.根据权利要求1所述的一种炸药临界直径测试装置，其特征在于爆炸箔起爆器（5-6）空腔所装的始发装药（5-7）为球磨HMX，中位径d50为420 nm，装药尺寸的直径3.5mm、高度3.2～3.4mm，装药密度1.65～1.71g/cm3，约束套（5-5）空腔所装待测炸药样品（5-10）装药尺寸的直径7.0mm、高度3.02～3.12mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种炸药临界直径测试装置，其特征在于所述金属飞片（5-8）材料为304不锈钢，其厚度为0.15mm，加速膛（5-9）材料为T8高碳钢，直径20.4mm、高度1.8mm，其底面开有直径5.0mm、高度0.5mm的凹槽，且加速膛中心孔的直径范围为0.3-5.0mm，见证板（5-11）材料为紫铜，直径40.0mm、高度12.0mm。
4.根据权利要求1或2所述的一种炸药临界直径测试装置，其特征在于所述电脉冲输出装置（1）可输出电压范围为1-5.0KV，脉冲转换器（3）内的电容为0.22μF，数字高压表（2）量程为1000-10000V。
5.根据权利要求1或2所述的一种炸药临界直径测试装置，其特征在于可测的炸药临界直径范围为0.3-5.0mm。
6.根据权利要求1或2所述的一种炸药临界直径测试装置的测试方法，其特征在于按如下步骤进行：
（1）首先将HMX原料、水和氧化锆珠按照1:10:20的质量比放入球磨机中，其中氧化锆珠的直径为0.3mm；球磨机的转速为300r/min，球磨时间为6 h，分离并烘干，制得细化的球磨HMX样品，中位径d50为420 nm；
（2）将球磨HMX压制成型作为始发装药（5-7），装药直径3.5mm、高度3.2～3.4mm，装药密度1.65～1.71g/cm3，将待测炸药样品（5-10）压制成型，装药尺寸的直径7.0mm、高度3.02～3.12mm；
（3）选择合适的中心孔直径的加速膛，先将4根螺杆（5-13）穿过下夹板（5-12），在下夹板（5-12）上从下往上依次装配见证板（5-11）、约束套（5-5）、待测炸药样品（5-10）、加速膛（5-9）、金属飞片（5-8）和定位套（5-4），然后将始发装药（5-7）装入爆炸箔起爆器（5-6）空腔内，爆炸箔起爆器（5-6）与定位套（5-4）之间通过螺纹连接装配，爆炸箔起爆器（5-6）上端依次接转向插接件（5-3）、绝缘垫块（5-2），最后将四根螺杆穿过上夹板（5-1），并用螺母拧紧，使测试弹体的各部件夹持在上夹板（5-1）和下夹板（5-12）之间；
（4）依次连接电脉冲输出装置（1）、数字高压表（2）、脉冲转换器（3），将测试弹体（5）放入防爆箱（4）内，并与脉冲转换器（3）输出端相连，关闭防爆箱；
（5）开启电脉冲输出装置（1）和数字高压表（2），设置触发电压，然后对脉冲转换器（3）充电至所需电压后，启动触发开关，脉冲转换器（3）放电，爆炸箔起爆器（5-6）发火起爆始发装药（5-7）；
（6）将加载电压降到0V，关闭数字高压表（2）和电脉冲输出装置（1），并将脉冲转换器（3）输出端短接；
（7）打开抽风机，抽风10min待排气结束后，关闭抽风机；
（8）打开防爆箱（4），取出测试弹体（5）并拆开，观察记录实验反应后现象，并分析反应等级，清理防爆箱（4）；
（9）根据实验结果，利用升降法重新选择合适的中心孔直径的加速膛，重复以上步骤（1）-（8）进行实验，直到得到使待测炸药样品发生不完全爆轰的最大金属飞片直径和使样品发生完全爆轰的最小金属飞片的直径，求二者的平均值，此平均值即为待测炸药样品（5-10）的临界直径。
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