CN109696538A - 一种量化评价多孔炸药起爆能力的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种量化评价不同基体或不同结构的多孔炸药起爆能力的方法。解决了目前不同类型、不同结构的多孔炸药起爆能力不能量化、难以相互比较的问题。本方法由炸药的临界起爆压力值出发，结合材料微孔孔洞坍塌理论，由孔洞坍塌压力和坍塌特征时间来评价多孔炸药起爆能力。
Description
技术领域
本发明涉及多孔炸药起爆性能，具体涉及多孔炸药起爆能力的量化评价方法。
背景技术
谢苗诺夫热爆炸理论是以炸药体系内部温度变化保持一致且很快达到温度平衡为前提，但实际上炸药的起爆机理是一个相当复杂的过程，目前炸药在机械作用下的起爆机理比较公认的是热点学说。热点学说认为，当机械冲量作用于炸药时，机械能转化成热能，但热能不是均匀分布而是集中在炸药内部某些局域的点上，当这些点上炸药分解反应满足Q1>Q2且热点内热点尺寸足够大时，这些热点会成为爆炸反应中心即热点。当冲击波作用于密度较低的多孔装药结构时，内部空气会发生绝热压缩，形成热点对多孔炸药，炸药密度小，炸药颗粒之间接触减小，热导率降低，但由于比表面较大传热系数却增加。冲击加载下热点中空气被加热到700-900K就会导致爆炸，当冲击波由于孔隙结构发生发射时，波阵面超压0.8-1.5MPa的冲击波就能够达到这种加热状况。对多孔炸药，由于密度和结构差异，冲击波起爆压力不能说明炸药的起爆能力。在冲击波作用下，气体发生压缩，炸药颗粒之间接触紧密，热导率提升而热量散失过程减慢；炸药达到热点温度以后，由炸药体系热分解放热反应的热量累积导致的自加热过程和热量向周围孔洞温度较低处进行热传导。随着自加热过程的进行，体系温度急剧增高，大大超过初始反应温度。周围孔洞热量加热周围介质，周围介质的温度随时间增加，由于温度增高将导致热释放加速，同时伴随参与反应的炸药分解程度增加。目前，关于多孔炸药起爆过程处于感性认识阶段，没有量化评价方法。本发明所涉及的方法，能够量化评价多孔炸药的起爆能力。
发明内容
为了克服背景技术中存在的不足，本发明提供一种量化评价多孔炸药起爆能力的方法。
一种量化评价多孔炸药起爆能力的方法，包括以下步骤：
步骤一、以钝化RDX为主发药，Ф40×30mm，ρ＝1.675g/cm3，依据Q/AY153-90测定密实炸药的冲击波起爆感度，由冲击波感度试验获得密实炸药50％爆炸时的隔板厚度x(单位为mm)；
步骤二、实验采用锰铜传感器，对有机玻璃隔板，获得钝化RDX药柱爆轰所产生的冲击波在有机玻璃介质中的衰减规律(如图1)，将步骤一冲击波感度实验测定的临界隔板厚度值(x)转化为未坍塌时压力p(单位为GPa)表达式；
步骤三、测试炸药的冲击波感度，得到炸药样品50％概率发生爆轰的临界隔板厚度，单位为mm，代入上式得到样品未坍塌时压力值，以pf表示；
步骤四、按所需工艺方法制备多孔炸药，对其侧截面进行扫描电镜分析(如图2)，定义孔隙度I为1与装药密度与理论密度比值的差值I＝1-ρ/ρTMD，ρ为装药密度，ρTMD为理论密度；
步骤五、由测试炸药的孔洞坍塌压力比值与起燃特征时间比值参数量化评价两种多孔炸药起爆的难易，大于1，大于1，说明样品1比2难起爆，小于1，小于1，说明样品1比2容易起爆，根据下式计算：
式中，pσ1、pσ2分别为样品1、样品2的孔洞坍塌压力，I1、I2分别为样品1、样品2的孔隙度,由步骤四得到；tr1、tr2分别为样品1、样品2的起燃特征时间，pf1、pf2分别为样品1、样品2未坍塌时压力值，由步骤三得到。
本发明一种量化评价多孔炸药起爆能力的方法的流程如图3所示。
附图说明
图1为压力随隔板厚度不同变化规律曲线。
图2为多孔炸药扫描电镜图。
图3为一种量化评价多孔炸药起爆能力的方法流程示意图。
具体实施例
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
1.冲击波感度实验
以钝化RDX为主发药(Ф40×30mm，ρ＝1.675g/cm3)，依据Q/AY153-90测定密实炸药的冲击波起爆感度。针对选择CL-20和HMX基炸药样品，进行冲击波感度实验，结果显示：HMX基炸药样品50％概率发生爆轰的临界隔板厚度值为40.50mm，CL-20基炸药样品50％概率发生爆轰的临界隔板厚度值为49.51mm。
2.临界起爆压力
实验采用锰铜传感器，对有机玻璃隔板，隔板厚度0-55mm，每隔10mm设置测试点，记录各点的冲击波压力值，获得钝化RDX药柱爆轰所产生的冲击波在有机玻璃介质中的衰减规律，进而将冲击波感度实验测定的临界隔板厚度值转化为压力表达式。
对有机玻璃隔板，隔板厚度0-55mm，每隔10mm设置测试点，记录各点的冲击波压力值列于表1。
表1不同隔板厚度下起爆压力
由获得的数据作图拟合如图1。
根据冲击波在致密介质中的衰减规律符合指数形式变化。对曲线进行拟合，获得冲击波压力p与隔板厚度x的关系式为式(4)：
将40.50mm和49.51mm代入上式，获得HMX基炸药样品相应的临界压力值为3.02GPa，CL-20基炸药样品相应的临界压力值为2.64GPa。
3.多孔炸药制备及结构
按所需工艺方法制备多孔炸药，对其侧截面进行扫描电镜分析。对试验中所用HMX和CL-20样品，均为不太规则的长棒状。制成多孔炸药后，由电镜观察到CL-20基多孔炸药的断面照如图2。
在本实验某样品中，HMX基多孔炸药的装药密度略大于CL-20基多孔炸药，单位体积的多孔炸药中，CL-20基炸药的有效体积(0.775)明显小于HMX基(0.923)多孔炸药，说明CL-20基多孔炸药中气孔较多。定义孔隙度I＝1-ρ/ρTMD，则对CL-20基和HMX基多孔炸药孔隙度分别为0.225和0.073。
4.孔洞坍塌压力与炸药起燃特征时间
对CL-20(下标为1)基和HMX(下标为2)基炸药样品，粘结剂种类相同，含量一致，忽略颗粒自身粘流性质的差异，得到：
5.量化评价结论
由4中，可知CL-20基多孔炸药坍塌时孔洞压力约为HMX基炸药的一半多一点，即更容易坍塌；而其达到坍塌条件所需要的时间也较HMX基多孔炸药要短。说明CL-20多孔炸药比HMX多孔炸药更容易起爆。
Claims (1)
1.一种量化评价多孔炸药起爆能力的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、以钝化RDX为主发药，Ф40×30mm，ρ＝1.675g/cm3，依据Q/AY153-90测定密实炸药的冲击波起爆感度，由冲击波感度试验获得密实炸药50％爆炸时的隔板厚度x，单位为mm；
步骤二、实验采用锰铜传感器，对有机玻璃隔板，获得钝化RDX药柱爆轰所产生的冲击波在有机玻璃介质中的衰减规律，将步骤一冲击波感度实验测定的临界隔板厚度值(x)转化为未坍塌时压力p，单位为GPa，表达式；
步骤三、测试炸药的冲击波感度，得到炸药样品50％概率发生爆轰的临界隔板厚度，单位为mm，代入上式得到样品未坍塌时压力值，以pf表示；
步骤四、按所需工艺方法制备多孔炸药，对其侧截面进行扫描电镜分析，定义孔隙度I为1与装药密度与理论密度比值的差值I＝1-ρ/ρTMD，ρ为装药密度，ρTMD为理论密度；
步骤五、由测试炸药的孔洞坍塌压力比值与起燃特征时间比值参数量化评价两种多孔炸药起爆的难易，大于1，大于1，说明样品1比2难起爆，小于1，小于1，说明样品1比2容易起爆，根据下式计算：
式中，pσ1、pσ2分别为样品1、样品2的孔洞坍塌压力，I1、I2分别为样品1、样品2的孔隙度,由步骤四得到；tr1、tr2分别为样品1、样品2的起燃特征时间，pf1、pf2分别为样品1、样品2未坍塌时压力值，由步骤三得到。
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