ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００１￣８３５２.２０１６.０６.０１２
基于连续压导探针的炸药爆速和临界直径测试方法❋
缪玉松㊀李晓杰㊀闫鸿浩㊀王小红㊀李科斌
大连理工大学工程力学系(大连辽宁ꎬ１１６０２４)
[摘㊀要]㊀临界直径是确定炸药合理装药直径㊁预防炸药拒爆和不完全爆轰的重要指标ꎬ对炸药性能提高和高效利用有着十分重要的意义ꎮ设计了一种连续压导探针和楔形装药装置ꎬ在对炸药爆速进行测试的同时ꎬ利用炸药在临界直径不完全爆轰的特征ꎬ通过寻找爆轰波传播的拐点确定炸药临界直径ꎮ试验结果表明：装药密度为０.９ｇ/ｃｍ３的铵油炸药爆速为３２６１ｍ/ｓꎬ临界直径为１２.５ｍｍꎮ提供了一种可同时测得炸药爆速和临界直径的方法ꎬ该方法简单ꎬ试验费用低ꎬ对炸药参数测试具有一定的指导意义ꎮ
[关键词]㊀爆炸力学ꎻ临界直径ꎻ压导探针ꎻ爆速ꎻ炸药参数
[分类号]㊀ＴＤ２３５.１
引言
炸药的临界直径是描述炸药能否完全爆轰的重
要参数ꎮ传统的炸药临界直径测试方法是通过对不
同装药直径的药卷进行传爆能力试验ꎬ通过观察药
卷的传爆情况来确定炸药的临界直径ꎬ由于该方法
分组多ꎬ难以保证每组试验参数的一致性[１]ꎮ因此ꎬ新型的试验测试和模型计算方法被研制出来ꎮ
何远航等[２]基于二维定常爆轰理论和阵面形状控制方程ꎬ给出了获取炸药临界直径的理论方法ꎻ于国强等[３]通过建立炸药临界直径的Ｅｌｍａｎ神经网络预测模型ꎬ较准确地预测了ＲＤＸ㊁ＰＡ和ＴＮＴ３种炸药的临界直径ꎻ张建雄等[４]利用末端带有聚能罩的药柱形成聚能流的特性ꎬ通过见证板得到ＰＢＸ炸药的临界直径ꎻ梅震华等[５]通过板痕试验ꎬ得出膨化铵油炸药的临界直径介于１２~１５ｍｍ之间ꎻ冯志红[６]应用有限元软件ＬＳ￣ＤＹＮＡ３Ｄ对楔形和圆柱形装药结构进行模拟ꎬ得出不同装药结构下的爆轰波传播过程及楔形药柱下的炸药拒爆特性ꎻ李吉光[７]通过自制的压药装置测定了不同乳化基质和乳化炸药的临界药层厚度ꎻ腾威等[８]在分析同药卷直径炸药性能的基础上ꎬ通过楔形装药测定了炸药的临界直径ꎮ本文中ꎬ在炸药爆轰波传播特性的基础上ꎬ采用连续压导探针和楔形装药的测试方法ꎬ得出炸药爆速ꎬ进而推导出炸药的临界直径ꎮ
１㊀临界直径
由于炸药爆轰时存在有侧向膨胀现象ꎬ致使反应区的能量密度降低ꎬ爆轰波阵面强度降低ꎬ炸药反应剧烈程度下降ꎬ进而使得爆轰波的传播速度降低ꎮ当药柱直径减少到某一值时ꎬ爆轰反应区内的能量已不足以补偿侧面能量损失ꎬ炸药则不能够达到稳定爆轰的条件ꎬ称此时的装药直径为炸药的临界直径ｄｃꎮ如图１所示ꎬ假设稀疏波到达炸药中心轴线的时间为ｔ１ꎬ爆轰波阵面内的化学反应时间为ｔ２ꎬ当ｔ１>ｔ２时ꎬ说明在稀疏波到达炸药轴线之前炸药已
经反应完全ꎬ反应区内的炸药能够到达完全爆轰ꎻ反之ꎬ稀疏波到达炸药轴线增加爆轰波能量的损耗ꎬ致使支撑爆轰波的能量不足ꎬ形成未完全爆轰区ꎬ最终导致炸药的熄爆ꎮ
㊀㊀哈里顿在考虑爆轰能量侧向损失问题的基础
１－爆轰产物ꎻ２－稀疏波ꎻ３－炸药ꎻ
４－未完全爆轰区ꎻ５－稀疏波阵面ꎮ
图１㊀稀疏波对炸药爆轰的影响示意图
Ｆｉｇ.１㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ
ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｒａｒｅｆａｃｔｉｏｎｗａｖｅ
❋收稿日期:２０１６￣０７￣１０
作者简介：缪玉松(１９８６－)ꎬ博士研究生ꎬ主要从事工程爆破和岩土工程研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:３９３２９１８００＠ｑｑ.ｃｏｍ
通信作者：李晓杰(１９６３－)ꎬ博士ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎬ主要从事爆炸力学㊁爆炸加工和特种爆破方面的研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｄａｌｉａｎ０３＠ｑｑ.ｃｏｍ
上ꎬ给出临界直径的估算公式[９]:ｄｃ＝２ｃｔ２ꎮ
(１)
式中:ｃ为爆轰产物的平均声速ꎮ
bestregards是什么意思
炸药临界直径受自身和外界多因素的影响ꎮ
纸牌屋第二季 字幕１)炸药自身物理状态ꎮ同种炸药液态比固态
的结构均匀性要好很多ꎬ在爆轰过程中能量更为分散ꎬ难以形成热点ꎬ在爆轰过程中需要更高的压力ꎬ因此ꎬ一般液态要比固态炸药的临界直径要大ꎮ
２)炸药化学反应速率ꎮ一般来讲ꎬ反应速率越快的炸药其反应宽度越窄ꎬ稀疏波越难以到达炸药中心轴线ꎬ临界直径也就越小ꎮ
３)炸药颗粒度的影响ꎮ颗粒度越小ꎬ爆轰反应
速率越高ꎬ炸药爆轰阵面内的化学反应时间ｔ２也就越小ꎬ炸药临界直径也相对越低ꎮ
４)炸药密度的影响ꎮ在压实密度范围内ꎬ临界直径一般随装药密度的增大而减小ꎮ
５)炸药所处空间的影响ꎮ由于药柱所处介质
引起的侧向膨胀能量损失不同ꎬ因此ꎬ炸药的临界直径也不同ꎮ２㊀连续压导探针测试方法２.１㊀压导探针测试原理领衬
爆速是衡量炸药及爆轰波传播性能的一个重要参数ꎮ目前ꎬ常用的爆速测量方法可分为３大类ꎬ即：类比法
[１０￣１１]
(导爆索法和导爆管法)㊁电测法
[１２]
(电阻丝法和箔式探极法等)㊁光测法
[１３]
(光导索法
和扫描转镜法等)ꎮ压导探针测量技术隶属于电阻
丝法ꎬ其基本原理是利用爆轰产物的高压作用ꎬ将探针导通ꎬ使测试回路形成连续变化的电信号ꎬ通过对信号的采集㊁传输㊁放大和分析ꎬ实现对爆轰波速度的连续测量ꎮ
在探针制作过程中ꎬ首先使用螺纹钢丝绳作为骨架ꎻ然后将双股不间断电阻丝沿骨架布置(亦可环绕)ꎻ为了避免电阻丝受外界电磁波㊁金属射流和 管道效应 的影响
[１４]
中秋快乐英文
ꎬ在电阻丝布置完毕后沿骨架
缠绕铜箔ꎻ为防止探针在运送和安装过程中被破坏ꎬ用热塑套管将上述元件包络在一起ꎬ最终得到外径
为２.３ｍｍ的压导探针ꎬ结构如图２所示
ꎮ
１－起爆点ꎻ２－爆轰波ꎻ３－热塑套管ꎻ４－铜箔ꎻ５－螺纹钢丝绳ꎻ６－电阻丝ꎻ７－地线ꎻ８－ＨａｎｄｉＴｒａｐⅡ接收器ꎮ
图２㊀连续压导探针剖面及作业示意图
Ｆｉｇ.２㊀Ｐｒｏｆｉｌｅａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍ
ｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅ￣ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｂｅ㊀㊀楔形装药时ꎬ炸药在大于临界直径的情况下能够正常爆轰ꎬ在高温高压的爆轰产物作用下ꎬ原处于短路状态的电阻探针被压制导通ꎬ随着爆
轰波的不断推进ꎬ探针长度和电阻值均连续减小ꎮ探针随爆轰传播电阻值逐渐减小的过程ꎬ实际上就是炸药爆轰的传播过程ꎮ当炸药达到临界直径位置时ꎬ炸药因拒爆而不能产生致使探针导通的压力ꎮ因此ꎬ在知道楔形装药结构参数的基础上ꎬ通过导通段探针的电阻随时间的变化ꎬ得出爆轰波的推进距离ꎬ就可推出炸药的临界直径ꎮ
２.２㊀数据处理方法为保证探针导通数据的准确性和完整性ꎬ采用加拿大ＭＥＲＬ公司生产的ＨａｎｄｉｔｒａｐⅡ连续爆速记录仪进行数据的记录和储存ꎮ由于压导探针在爆轰波压缩的过程中长度不断减小ꎬ其电阻值也不断减小ꎬ设电阻丝电阻率为Ｒ０ꎬ探针长度为Ｌ０ꎬ则探针原有电阻ＲＩ可表示为:
ＲＩ＝Ｒ０ Ｌ０ꎮ
(２)回路总电阻为:Ｒ总＝ＲＩ＋Ｃꎮ(３)
式中:Ｃ为常量ꎬ其值为测试回路中导线和仪器自身
的电阻ꎮ
英语 翻译假定测试过程中仪器提供的恒定电流值为Ｉꎬ则测试回路中的初始电压Ｖ０为:
Ｖ０＝Ｉ(ＲＩ＋Ｃ)＝Ｉ Ｒ０ Ｌ０＋ＩＣꎮ
pocket pc
(４)
随着爆轰波阵面往前推进ꎬ探针长度逐渐缩短ꎬ当其长度缩减为әＬ时ꎬ则单位时间әｔ的电压下降值әＶ为:
әＶәｔ＝ＩＲ０әＬ
әｔ
ꎮ(５)
式中:әＬ/әｔ为单位时间内探针的缩短速率ꎬ实际上为炸药爆轰传播的速度Ｄꎬ则
Ｄ＝
әＬәｔ＝１ＩＲ０ әＶ
әｔ
ꎮ(６)
３㊀临界直径测试㊀
３.１㊀测试方法
制作楔形装药筒ꎬ装药筒中心布置有压导探针ꎮ为保证探针与装药筒中心轴线的平行度ꎬ在装药筒制作时ꎬ通过两端固定装置ꎬ提前在实验室内将探针安插在装药筒内ꎻ同时ꎬ为避免雷管和炸药未达到稳
定爆轰而对测试结果有影响ꎬ探针头部预留炸药起爆端距离为１５ｃｍꎬ现场试验装置如图３所示ꎮ㊀㊀炸药的临界直径ｄｃ可由下式计算得到:solo什么意思
ｄｃ＝ｄ１－
Ｄｔ
Ｈ(ｄ１
－ｄ２)ꎮ(７)
㊀㊀
㊀
图３㊀现场试验装置图
Ｆｉｇ.３㊀Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｄｉａｇｒａｍｏｆｏｎｓｉｔｅｔｅｓｔ
式中:ｄ１为探针初始压导处的装药直径(由于炸药从引爆到达到稳定爆轰需要一段距离ꎬ因此ꎬ探针头部要留出一定的安全距离)ꎬｃｍꎻＤ为拟合得到的爆轰波速度ꎬｍ/ｓꎻｔ为爆轰波出现拐点的时间ꎬｍｓꎻＨ为楔形装药长度ꎬｍꎻｄ２为楔形装药小头直径ꎬｃｍꎮ
３.２㊀结论与分析
图４给出了一次试验得到的炸药爆轰波传播距离的时程曲线图ꎬ由于在测试时预留了炸药达到稳定爆轰段的距离ꎬ因此ꎬ数据可从探针被导通的最初端开始ꎬ对数据进行一次曲线拟合ꎬ该曲线的斜率即为爆轰波的传播速度ꎮ通过拟合曲线ꎬ可直接得出密度为０.９ｇ/ｃｍ３
的铵油炸药爆速为３２９９ｍ/ｓꎬ且拟合相关度系数达到０.９９７６ꎬ说明该拟合值精度较高ꎮ从图４中可以直接看出ꎬ拟合曲线和实际测量在０.２０２ｍｓ时出现了拐点(如图中圆圈所示ꎬ拐点前表示炸药正常爆轰段ꎬ拐点后表示冲击波作用段)ꎬ这样ꎬ通过式(７)和楔形装药参数就能够计算出炸药的临界直径
ꎮ
图４㊀爆速测试结果
英文小故事Ｆｉｇ.４㊀Ｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆｄｅｔｏｎａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙ
㊀㊀表１列出了密度为０.９ｇ/ｃｍ３的铵油炸药的试验结果ꎬ其中ꎬ该铵油炸药的平均爆速为３２６１ｍ/ｓꎬ
临界直径均值为１２.５ｍｍꎮ
４㊀结论
enough
１)通过楔形装药对炸药爆速和临界直径测试
试验得知ꎬ炸药的装药直径小于某一临界直径时ꎬ炸药不能完全爆轰或产生拒爆的现象ꎮ
２)连续压导探针得到的爆速测试结果与厂商
提供的参数(>２８００ｍ/ｓ)基本一致ꎬ且拟合相关度系数达到０.９９７６ꎬ说明连续压导探针在爆速测量方面有着较高的可信度ꎮ
表１㊀
爆速和临界直径试验结果
Ｔａｂ.１㊀Ｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆｄｅｔｏｎａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｃｒｉｔｉｃａｌｄｉａｍｅｔｅｒ
编
号
１＃２＃
３＃
密度ρ/(ｇ ｃｍ－３)０.９
０.９０.９
爆速Ｄ/(ｍ ｓ－１)３２０９３２９９
３２７５
时间ｔ/ｍｓ０.２１１０.２０２０.２０３
ｄ１/ｃｍ７.５ｄ２/ｃｍ
０.５测试电阻/Ω
３１０３１７３２１测试临界直径ｄｃ/ｍｍ
１１.８
１２.８
１２.９
㊀㊀３)利用炸药在临界直径不完全爆轰的特征ꎬ通过楔形装药和压导探针连续测量技术寻找炸药爆轰
中文系考研拐点ꎬ可方便地获得炸药的临界直径ꎮ
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１ｍ/ｓａｎｄａｃｒｉｔｉｃａｌｄｉａｍｅｔｅｒｏｆ１２.５ｍｍ.Ｉｔｐｒｏｖｉｄｅｓａｓｉｍｐｌｅａｎｄｌｏｗｃｏｓｔｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｅｓｔｉｎｇｄｅｔｏｎａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｃｒｉｔｉｃａｌｄｉａｍｅｔｅｒｏｆｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓａｔｏｎｅｔｉｍｅꎬｗｈｉｃｈｃａｎｂｅｔａｋｅｎａｓａｇｕｉｄｅｌｉｎｅｆｏｒｔｈｅｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｅｘｐｌｏｓｉｖｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ.
[ＫＥＹＷＯＲＤＳ]㊀ｍｅｃｈａｎｉｃｓｏｆｅｘｐｌｏｓｉｏｎꎻｃｒｉｔｉｃａｌｄｉａｍｅｔｅｒꎻｐｒｅｓｓｕｒｅ￣ｃｏｎｄｕｃｔｐｒｏｂｅꎻｄｅｔｏｎａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙꎻｅｘｐｌｏｓｉｖｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
