埋入式半球形反射板傳爆序列技術(shù)研究

胡立雙，胡雙啟，曹 雄，孫建兵

（中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，山西 太原，030051）

隨著戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的日益嚴(yán)酷，彈藥的鈍感化成為當(dāng)今世界武器彈藥的發(fā)展方向。鈍感彈藥的發(fā)展可能會(huì)出現(xiàn)兩種情況：一是臨界起爆壓力增大；二是臨界直徑增大。這樣對(duì)引信的傳爆序列就提出了新的要求，即必須解決鈍感彈藥的可靠起爆問(wèn)題，必須研究與其要求相適應(yīng)的高能起爆技術(shù)，這也是目前傳爆藥技術(shù)發(fā)展的主要目標(biāo)[1]。要想達(dá)到這一目標(biāo)，一種有效的途徑就是研究新型傳爆藥的裝藥結(jié)構(gòu)[2-4]，通過(guò)研究傳爆藥的裝藥結(jié)構(gòu)，達(dá)到提高傳爆藥柱輸出威力的目的。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 理論依據(jù)和設(shè)計(jì)思路

1969年， F. E. Waller 和R. J. Waskey[5]通過(guò)飛片實(shí)驗(yàn)得出了著名的P2τ=c炸藥臨界起爆能量判據(jù)，說(shuō)明炸藥的起爆過(guò)程是由沖擊波壓力P和壓力持續(xù)時(shí)間τ所控制的。因而，在設(shè)計(jì)傳爆藥柱結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)主要考慮如何加強(qiáng)這兩個(gè)因素。20世紀(jì)90年代初期，胡雙啟提出了凝聚炸藥沖擊起爆的面積效應(yīng)等問(wèn)題，得出了包含面積效應(yīng)的沖擊起爆臨界判據(jù)式[6]。

綜合利用炸藥的沖擊起爆理論、拐角效應(yīng)和面積效應(yīng)等，本文將傳爆藥柱設(shè)計(jì)成半球型，并在主裝藥中埋有高阻抗反射板，不但增加了起爆面積，也大幅度提高了輸出沖擊波壓力，有利于鈍感主裝藥的起爆，特別是利于臨界起爆壓力極大的鈍感主裝藥的起爆。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

測(cè)試傳爆藥起爆模型沖擊起爆能力大小的方法有多種，本文采用主裝藥軸向鋼凹法和主裝藥側(cè)向鋼凹法[7]。主裝藥軸向鋼凹法：利用傳爆藥柱起爆主裝藥，以主裝藥爆炸后產(chǎn)生的軸向鋼凹深度來(lái)表示傳爆藥柱起爆能力的大小；主裝藥側(cè)向鋼凹法：利用傳爆藥柱直接起爆主裝藥，通過(guò)測(cè)量主裝藥柱的起爆深度來(lái)表示傳爆藥柱起爆能力的大小。

1.3 藥柱結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的半球形傳爆藥柱球徑與圓柱形傳爆藥柱直徑均取30.20mm，如圖1所示。

圖1 傳爆藥柱結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure of booster explosive pellet

傳爆藥選用JO-9C，壓藥密度為1.65g/cm3。與傳爆藥柱相對(duì)應(yīng)的主裝藥柱結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 主裝藥結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure of main charge

一般情況下，采用軸向鋼凹法時(shí)，受主藥柱高度不超過(guò)其兩倍直徑，在1倍直徑左右時(shí)就可明顯地區(qū)別炸坑深度，因此本研究主裝藥柱高度取值比直徑稍小一些。主裝藥選用臨界直徑較大的鈍感炸藥，配方為wNQ/wF4/wG=51/48/1，主裝藥柱為φ42.36mm×29. 72 mm，密度為1.22g/cm3。鑒定塊選用φ100mm×50mm的45#鋼。

1.4 實(shí)驗(yàn)裝置

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的埋入式半球形反射板爆炸序列的合理性、可行性及起爆威力，設(shè)計(jì)了埋入式圓柱形起爆能力實(shí)驗(yàn)裝置（見(jiàn)圖3）、埋入式半球形反射板起爆能力實(shí)驗(yàn)裝置（見(jiàn)圖4）和埋入式半球形起爆能力實(shí)驗(yàn)裝置，反射板為圓盤形狀的304不銹鋼，鑒定塊為φ100mm×50mm的45#鋼。

圖3 埋入式圓柱形實(shí)驗(yàn)裝置Fig.3 Experimental equipment of embedded cylindrical booster

圖4 埋入式半球形反射板實(shí)驗(yàn)裝置Fig.4 Experimental equipment of embedded hemispherical booster with reflector

2 結(jié)果和討論

為了保持實(shí)驗(yàn)對(duì)比的一致性，選用相同質(zhì)量的同一種傳爆藥，以相同密度的藥柱作為3種實(shí)驗(yàn)裝置中的傳爆藥柱。在埋入式半球形反射板起爆能力實(shí)驗(yàn)裝置中，盡管在主裝藥柱中放置了反射板，但由于其厚度很小，所占體積相對(duì)于整個(gè)主裝藥柱來(lái)說(shuō)可以近似忽略，因此在考察起爆能力的時(shí)候，可以看成3者藥量相等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。從表1中可知：（1）帶反射板半球形傳爆藥柱起爆鈍感裝藥的起爆深度為14.42mm，半球形傳爆藥柱起爆鈍感裝藥的起爆深度為20.46mm，圓柱形傳爆藥柱起爆鈍感裝藥的起爆深度為23.44mm，說(shuō)明前者起爆能力大，有利于主裝藥向穩(wěn)定爆轟轉(zhuǎn)變；（2）帶反射板半球形傳爆藥柱起爆鈍感裝藥的軸向鋼凹值為 3.75mm，半球形傳爆藥柱起爆鈍感裝藥的軸向鋼凹值為 2.94mm，圓柱形傳爆藥柱起爆鈍感裝藥的軸向鋼凹值為 2.72mm，說(shuō)明帶反射板半球形傳爆藥柱起爆能力大。

表1 3種模型起爆能力對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Initiation capacity results of three different initiation models

常規(guī)圓柱形傳爆藥柱實(shí)際的爆轟波陣面是彎曲的凸球面，裝藥中心區(qū)的爆轟傳播速度大于外圍的傳播速度，且隨其裝藥直徑的減小爆轟波陣面的曲率半徑也減小，爆轟波陣面的彎曲程度越嚴(yán)重，外圍的爆轟波傳播速度與中心區(qū)的傳播速度懸殊就越大。因此，常規(guī)圓柱形傳爆藥柱的輸出波形不具有很好的一致性。另?yè)?jù)文獻(xiàn)[8]，利用雙狹縫高速攝影掃描技術(shù)，對(duì) JO-9159炸藥側(cè)向沖擊波起爆現(xiàn)象的研究表明側(cè)向輸出壓力僅為正向輸出壓力的 1/3～1/5，也充分證明了這點(diǎn)。半球形裝藥結(jié)構(gòu)具有很好的中心對(duì)稱性，由惠更斯原理可知點(diǎn)引爆爆轟波陣面是以球形逐漸展開的，由此可以看出半球形結(jié)構(gòu)在其中心點(diǎn)處起爆時(shí)，到達(dá)球表面處的壓力波形具有很好的一致性。

因此，雖然埋入式圓柱形傳爆藥柱與主裝藥柱接觸總面積比半球形接觸面積大，但是埋入式圓柱形傳爆藥柱起爆能力弱于半球形傳爆藥柱。

帶反射板半球形傳爆藥柱的起爆能力大于半球形傳爆藥柱起爆能力。其原因正是：當(dāng)在主裝藥中添加一個(gè)具有高阻抗表面（面向傳爆藥柱的一面）的反射板時(shí)，傳爆藥爆炸所產(chǎn)生的沖擊波將撞到該高阻抗面，接著會(huì)向傳爆藥與主裝藥中間區(qū)域反射，在該區(qū)域入射沖擊波與反射沖擊波疊加，導(dǎo)致傳爆藥與反射板之間的主裝藥內(nèi)壓力急劇增加，這個(gè)壓力近似為無(wú)反射裝置時(shí)的兩倍。當(dāng)壓力超過(guò)C-J壓力時(shí)，這部分主裝藥將被引爆，繼而導(dǎo)致整個(gè)主裝藥起爆。

3 結(jié)論

本文在前人工作的基礎(chǔ)上，通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)傳爆藥裝藥結(jié)構(gòu)和起爆模型進(jìn)行了研究，得出如下結(jié)論：

（1）埋入式半球形傳爆藥柱的起爆能力大于埋入式圓柱形傳爆藥柱的起爆能力；

（2）埋入式半球形反射板起爆模型在起爆能力方面優(yōu)勢(shì)明顯，表明在起爆模型中加入反射板可顯著提高起爆威力。

[1]陳福梅.火工品原理與設(shè)計(jì)[M].北京:兵器工業(yè)出版社, 1986.

[2]Spahn P F.Booster explosive rings:US,5233929[P].1993.

[3]Spahn P F.Embedded can booster: US,5221810[P].1993.

[4]康建毅,夏昌敬,董永香.一種新型傳爆藥柱裝藥結(jié)構(gòu)[J].火工品,2001(3):10-12.

[5]Walker F E,Wasley R J.Critical energy for the shock initiation of heterogeneous explosives[J].Explosive Stoffe,1969,17 (1):9.

[6]胡雙啟.傳爆藥—主裝藥間沖擊起爆若干問(wèn)題的研究[D].北京:北京理工大學(xué),1997.

[7]曹雄.高能傳爆藥裝藥結(jié)構(gòu)研究及起爆過(guò)程數(shù)值模擬[D].太原:中北大學(xué),2005.

[8]馮長(zhǎng)根.小尺寸微通道爆轟學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1999.