CN115468462A - 一种基于厚壁圆管的小尺寸装药的爆速测定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于厚壁圆管的小尺寸装药的爆速测定方法，属于含能材料爆轰性能测试领域。该方法建立了炸药在厚壁圆管内作用后产生的炸孔直径与炸药爆速之间的定量关系。本发明的爆速测定方法优势在于最小适用的炸药量仅为3～5g，与GJB中所需的药量比较，减少了用药负担，同时提高了测试的安全性。

Description

一种基于厚壁圆管的小尺寸装药的爆速测定方法
技术领域
本发明涉及一种基于厚壁圆管的小尺寸装药的爆速测定方法，属于含能材料爆轰性能测试领域。
背景技术
爆速是爆轰波在炸药中稳定传播以后的速度，它与其他表征炸药的参数关联度很大，并与做能能力、爆轰压力等都有关系；另一方面爆速测量相对其他表征参数而言更加直观，因此把爆速作为一种重要的指标对炸药的爆轰性能进行衡量。
目前我国GJB规定的测试标准多基于常用的传统炸药，在进行如炸药临界直径等爆轰参数测定时，实验装置尺寸较大，所需药量也较大，这对一些初期产量较低的新型炸药提出了苛刻的要求。此外一些新型炸药在进行改性前的感度较高，当使用大药量进行爆轰参数测定时，容易导致意外发生，使试验人员受到危险。文献中报道的一些测试方式，虽然对测试手段提出了创新，但在所需药量方面并没有进行明显的改进。而一些理论计算方法，则由于假设简化的原因，同样存在诸多的局限性。
发明内容
1.要解决的问题
由此本发明的目的在于提供一种在小药量、小尺寸条件下对炸药爆速的测试方法，使得新型炸药能在仅用小药量的情况下，测试得出爆速，并进而确定其性能，达到不浪费有限的原材料，同时提高测试本质安全的目的。
2.技术方案
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种基于厚壁圆管的小尺寸装药的爆速测定方法，在钢制厚壁圆管内起爆炸药，根据公式(1)计算爆速D：
Figure BDA0003858015160000011
其中，a,b,c,d为钢制厚壁圆管材料参数，R为炸孔直径，单位是mm；r是装药直径，单位是mm；D是爆速，单位是km/s；
所述钢制厚壁圆管材料参数a,b通过以下方式确定：将炸孔直径与时间历程进行线性拟合，得到y＝(-ax+b)/Pc 1/2；所述时间历程通过电探针法测定；
所述钢制厚壁圆管材料参数c,d通过以下方式确定：将Dy/Dx比值与炸孔直径进行线性拟合，得到y＝-cx+d；其中，Dx为电探针法的测量爆速，单位是km/s；Dy为垂直于管壁的爆速分量，单位是km/s，所述Dy通过公式(2)计算得到：
Figure BDA0003858015160000021
其中，ω为管壁的最大位移(R-r)/2，单位是mm；Pc为钢制厚壁圆管材料的静破坏压力，单位是mPa；τ为测量的冲击波的时间历程，单位是us；μ为钢制厚壁圆管材料的面密度，单位是kg/m2；ρ0为钢制厚壁圆管材料的密度，单位是kg/m3；α，λ为钢制厚壁圆管材料的冲击绝热线系数。
优选地，所述公式(2)通过公式(3)、公式(4)、公式(5)联立得到：
Figure BDA0003858015160000022
其中，ω为管壁的最大位移(R-r)/2，单位是mm；Pc为钢制厚壁圆管材料的静破坏压力，单位是mPa；τ为测量的冲击波的时间历程，单位是us；μ为钢制厚壁圆管材料的面密度，单位是kg/m2；η为
Figure BDA0003858015160000026
P为冲击波波阵面压力，单位是mPa；P0为炸药的起始压力，单位是mPa，一般为大气压；
Figure BDA0003858015160000023
其中，ρ0为钢制厚壁圆管材料的密度，单位是kg/m3；ρ为钢制厚壁圆管材料被冲击波压缩后的密度，单位是kg/m3；
Figure BDA0003858015160000024
其中，
Figure BDA0003858015160000025
优选地，所述钢制厚壁圆管的尺寸为，内径3～7mm，外径为10～30mm，高度为100～125mm。
优选地，所述钢制厚壁圆管的含碳量在0.02％～2.11％。
优选地，所述钢制厚壁圆管的材质选自45钢或Q235钢。
优选地，所述钢制厚壁圆管的材质为45钢，根据公式(1.1)计算爆速D：
Figure BDA0003858015160000031
优选地，所述炸药的装药密度为炸药晶体密度的85％～95％；所述炸药的装药高度为80～100mm。
优选地，所述炸药的装药压力为20～100mPa。
优选地，所述炸药选自RDX、HMX。
优选地，所述测定方法适用的炸药量为3～5g。
优选地，爆速测定方法包括以下步骤：
S1确定钢制厚壁圆管的材料参数a,b,c,d；
S2将炸药压装至钢制厚壁圆管内，起爆厚壁圆管内炸药；
S3测量炸孔直径R；
S4根据公式(1)计算爆速D。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的爆速测定方法最小适用的炸药量仅为3～5g，与GJB中所需的药量比较，减少了用药负担，同时提高了测试的安全性；经过实验验证，本发明爆速测定方法得到的爆速与电探针法测量所得爆速相对误差小于1％；
(2)相比于现有爆速测定方法，本发明爆速测定方法的操作简便，只需引爆厚壁圆管内的炸药，并记录炸孔直径即可；
(3)相比于现有爆速测定方法，本发明爆速测定方法的测试装置成本低廉，只需要加工钢制厚壁圆管即可，且加工难度小。
附图说明
图1为实施例1中电探针法测试采用的钢制厚壁圆管照片；
图2为具有强约束的稳定非理想爆轰管壁作用示意图；
图3为实施例1中炸孔直径与时间历程的线性拟合曲线；
图4为实施例1中Dy/Dx比值与炸孔直径的线性拟合曲线；
图5为实施例1中钢制厚壁圆管经过炸药作用后的炸孔直径照片；
图6为经过实施例1中装药密度为1.51g/cm3(上)和1.67g/cm3(下)的RDX作用后的45钢厚壁圆管切面图。
具体实施方式
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
数值数据可以在本文中以范围格式呈现。应当理解，这样的范围格式仅是为了方便和简洁而使用，并且应当灵活地解释为不仅包括明确叙述为范围极限的数值，而且还包括涵盖在所述范围内的所有单独的数值或子范围，就如同每个数值和子范围都被明确叙述一样。例如，约1至约4.5的数值范围应当被解释为不仅包括明确叙述的1至约4.5的极限值，而且还包括单独的数字(诸如2、3、4)和子范围(诸如1至3、2至4等)。相同的原理适用于仅叙述一个数值的范围，诸如“小于约4.5”，应当将其解释为包括所有上述的值和范围。此外，无论所描述的范围或特征的广度如何，都应当适用这种解释。
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
以黑索金(RDX)在内径5mm,外径30mm,高度为125mm的45钢厚壁圆管为例，分为以下几个步骤：
S1确定钢制厚壁圆管的材料参数a,b,c,d；在材料参数的确定实验中，采用电探针法测量厚壁圆管内炸药的爆速，本实验测量技术的基本原理是，利用爆轰波前的导电离子，在爆轰波通过电探头时产生脉冲信号，以每两个探头之间的距离除以时间间隔，计算出平均爆速。
爆速测试的主要流程为：将六个靶线插入5段间距为10mm的药柱中；采用直流电源起爆自制雷管电雷管，起爆药柱，在爆轰波传播过程中，触发电探头，产生电信号，电信号经过转换得到爆速，用于电探针法测量爆速的钢制厚壁圆管如图1所示(孔11个，孔径为2mm，孔中心的间距为10mm)，实验结果见表1。
表1本实施例中采用的45钢厚壁圆管实验测量数据
Figure BDA0003858015160000041
钢制厚壁圆管材料参数a,b通过以下方式确定：将炸孔直径与时间历程进行线性拟合，得到y＝(-ax+b)/0.3551/2；时间历程通过电探针法测定。对表1中炸孔直径与时间历程进行线性拟合，如图3，可以得到a,b值；拟合得到的公式为y＝-0.305x+3.99,R2＝0.971；确定a＝0.182,b＝2.38；
钢制厚壁圆管材料参数c,d通过以下方式确定：45钢的冲击绝热线系数α值为3940m/s，λ值为1.58；将Dy/Dx比值与炸孔直径进行线性拟合，得到y＝-cx+d；其中，Dx为电探针法的测量爆速，单位是km/s；Dy为垂直于管壁的爆速分量，单位是km/s，Dy通过公式(2)计算得到：
Figure BDA0003858015160000051
将表1中的数据代入公式(2)，其中R为炸孔直径，r为装药直径，τ为时间历程，得到公式(2.1)，根据公式(2.1)计算Dy：
Figure BDA0003858015160000052
根据Dy值，计算出Dy/Dx比值，其中Dx为电探针法的测量爆速，见表2；
将Dy/Dx比值与炸孔直径进行线性拟合，得到c,d值；如图4，拟合得到的公式为y＝-0.107x+1.492,R2＝0.990；确定c＝0.107,d＝1.492；
具有强约束的稳定非理想爆轰管壁作用示意图如图2所示，由材料参数a,b,c,d代入公式(1)，得到公式(1.1)：
Figure BDA0003858015160000053
表2本实施例中采用的45钢厚壁圆管的Dy与Dy/Dx值
Figure BDA0003858015160000054
S2用丙酮将钢制厚壁圆管清洗，将内管内的油渍洗净；采用一定的压药压力，分次将黑索金压入厚壁圆管；记录装药质量和装药高度，计算装药密度；引爆黑索金；
S3记录炸孔直径，如图5和图6；
S4将炸孔直径代入公式(1.1)，计算爆速D；
实验及计算结果如表3所示：
表3 45钢厚壁圆管内炸药爆速计算
Figure BDA0003858015160000061
爆速验证实验：
为了验证本发明方法的可靠性，对上述计算得到的爆速进行了验证。如表4，其中，计算爆速是通过本发明的公式计算所得，实际爆速是通过电探针法测量所得。
表4计算爆速与实际爆速对比
Figure BDA0003858015160000062
爆速的验证实验表明，通过本发明方法计算得到的爆速与电探针法测量所得爆速相对误差小于1％，可以认为采用本发明的方法计算爆速与实际测量爆速吻合。
实施例2
采用与实施例1相同的钢制厚壁圆管、条件和方法，以RDX和CL-20/虫胶炸药高压药密度进行了验证，其结果如表5。
表5实施例2中计算爆速与实际爆速对比
Figure BDA0003858015160000063
本实验中采用高压药密度进行的爆速的验证实验表明，通过本发明方法计算得到的爆速与电探针法测量所得爆速相对误差小于1％，可以认为采用本发明的方法计算爆速与实际测量爆速吻合。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的修改与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种基于厚壁圆管的小尺寸装药的爆速测定方法，其特征在于，在钢制厚壁圆管内起爆炸药，根据公式(1)计算爆速D：
Figure FDA0003858015150000011
其中，a,b,c,d为钢制厚壁圆管材料参数，R为炸孔直径，单位是mm；r为装药直径，单位是mm；D为爆速，单位是km/s；
所述钢制厚壁圆管材料参数a,b通过以下方式确定：将炸孔直径与时间历程进行线性拟合，得到y＝(-ax+b)/Pc 1/2；所述时间历程通过电探针法测定；
所述钢制厚壁圆管材料参数c,d通过以下方式确定：将Dy/Dx比值与炸孔直径进行线性拟合，得到y＝-cx+d；其中，Dx为电探针法的测量爆速，单位是km/s；Dy为垂直于管壁的爆速分量，单位是km/s，所述Dy通过公式(2)计算得到：
Figure FDA0003858015150000012
其中，ω为管壁的最大位移(R-r)/2，单位是mm；Pc为钢制厚壁圆管材料的静破坏压力，单位是mPa；τ为测量的冲击波的时间历程，单位是us；μ为钢制厚壁圆管材料的面密度，单位是kg/m2；ρ0为钢制厚壁圆管材料的密度，单位是kg/m3；α，λ为钢制厚壁圆管材料的冲击绝热线系数。
2.根据权利要求1所述的基于厚壁圆管的小尺寸装药的爆速测定方法，其特征在于，所述公式(2)通过公式(3)、公式(4)、公式(5)联立得到：
Figure FDA0003858015150000013
其中，ω为管壁的最大位移(R-r)/2，单位是mm；Pc为钢制厚壁圆管材料的静破坏压力，单位是mPa；τ为测量的冲击波的时间历程，单位是us；μ为钢制厚壁圆管材料的面密度，单位是kg/m2；η为
Figure FDA0003858015150000014
P为冲击波波阵面压力，单位是mPa；P0为炸药的起始压力，单位是mpa；
Figure FDA0003858015150000015
其中，ρ0为钢制厚壁圆管材料的密度，单位是kg/m3；ρ为钢制厚壁圆管材料被冲击波压缩后的密度，单位是kg/m3；
Figure FDA0003858015150000021
其中，
Figure FDA0003858015150000022
3.根据权利要求1所述的基于厚壁圆管的小尺寸装药的爆速测定方法，其特征在于，所述钢制厚壁圆管的尺寸为，内径3～7mm，外径为10～30mm，高度为100～125mm。
4.根据权利要求1所述的基于厚壁圆管的小尺寸装药的爆速测定方法，其特征在于，所述钢制厚壁圆管的含碳量在0.02％～2.11％。
5.根据权利要求1所述的基于厚壁圆管的小尺寸装药的爆速测定方法，其特征在于，所述钢制厚壁圆管的材质选自45钢或Q235钢。
6.根据权利要求1所述的基于厚壁圆管的小尺寸装药的爆速测定方法，其特征在于，所述钢制厚壁圆管的材质为45钢，根据公式(1.1)计算爆速D：
Figure FDA0003858015150000023
7.根据权利要求1所述的基于厚壁圆管的小尺寸装药的爆速测定方法，其特征在于，所述炸药的装药密度为炸药晶体密度的85％～95％；所述炸药的装药高度为80～100mm；所述炸药的装药压力为20～100mPa。
8.根据权利要求1所述的基于厚壁圆管的小尺寸装药的爆速测定方法，其特征在于，所述炸药选自RDX、HMX。
9.根据权利要求1所述的基于厚壁圆管的小尺寸装药的爆速测定方法，其特征在于，所述测定方法适用的炸药量为3～5g。
10.根据权利要求1～9中任意一项所述的基于厚壁圆管的小尺寸装药的爆速测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1确定钢制厚壁圆管的材料参数a,b,c,d；
S2将炸药压装至钢制厚壁圆管内，起爆厚壁圆管内炸药；
S3测量炸孔直径R；
S4根据公式(1)计算爆速D。
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