驗(yàn)證板反射沖擊波對(duì)固體推進(jìn)劑沖擊起爆影響的實(shí)驗(yàn)研究①

鄭 波，袁鵬剛

(北京理工大學(xué)爆炸科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

0 引言

隔板實(shí)驗(yàn)是早期建立的用于測(cè)定固體推進(jìn)劑沖擊波感度的典型方法［1－2］。在隔板實(shí)驗(yàn)中，由主發(fā)藥柱產(chǎn)生爆轟波，經(jīng)惰性隔板衰減后，沖擊波作用于被測(cè)推進(jìn)劑藥柱端面，通過(guò)改變隔板的厚度或沖擊阻抗控制輸入被測(cè)推進(jìn)劑藥柱的沖擊波強(qiáng)度，觀察被測(cè)推進(jìn)劑藥柱發(fā)生爆轟或不爆轟，以50%發(fā)生爆轟的隔板厚度作為被測(cè)推進(jìn)劑藥柱的沖擊波感度;對(duì)應(yīng)的隔板厚度作為臨界隔板厚度閾值，相應(yīng)的入射沖擊波壓力峰值稱為起爆壓力閾值或臨界起爆壓力。

為了消除驗(yàn)證板的影響，有人將驗(yàn)證板去掉，通過(guò)高速分幅照相測(cè)量被測(cè)推進(jìn)劑藥柱的自由表面速度，對(duì)隔板實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了改進(jìn)，得到了爆轟閾值和發(fā)生反應(yīng)的閾值壓力。但迄今為止，沒(méi)有對(duì)驗(yàn)證板是否對(duì)隔板實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響這個(gè)問(wèn)題給出一個(gè)明確的回答。由于使用驗(yàn)證板，使得實(shí)驗(yàn)非常簡(jiǎn)便，因此必須對(duì)驗(yàn)證板反射沖擊波對(duì)隔板實(shí)驗(yàn)中沖擊起爆影響的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究，以便對(duì)隔板實(shí)驗(yàn)結(jié)果更有信心和把握。

根據(jù)隔板實(shí)驗(yàn)確定固體推進(jìn)劑臨界爆轟壓力［3］時(shí)，一般假設(shè)被測(cè)推進(jìn)劑藥柱是在隔板界面后起爆，這種做法沒(méi)有考慮驗(yàn)證板反射強(qiáng)沖擊波對(duì)沖擊起爆的影響，因此可能得出與物理事實(shí)完全不相符的錯(cuò)誤結(jié)論。本文對(duì)驗(yàn)證板反射沖擊波對(duì)隔板實(shí)驗(yàn)中沖擊起爆影響的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了對(duì)比驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果清楚地消除了驗(yàn)證板反射沖擊波影響的不確定性，為以隔板界面入射沖擊波壓力作為被測(cè)推進(jìn)劑藥柱臨界爆轟壓力提供了可靠依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)實(shí)物照片見(jiàn)圖1。為了減小側(cè)向稀疏效應(yīng)的相對(duì)影響，根據(jù)隔板實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)及PBX固體推進(jìn)劑特性取推進(jìn)劑藥柱直徑d=40 mm，推進(jìn)劑藥柱高度為L(zhǎng)=70 mm。鋁片隔板，直徑同藥柱，每片厚度0．5 mm，根據(jù)隔板厚度需要增減鋁片數(shù)目。

實(shí)驗(yàn)材料分別是8號(hào)工業(yè)雷管;雷管座;主發(fā)藥柱;被測(cè)推進(jìn)劑藥柱;鋁隔板;木板支座;驗(yàn)證板。實(shí)驗(yàn)后，見(jiàn)證板正面有明顯凹坑，背面有明顯裂痕，判為爆轟;否則判為不爆轟。利用升降法實(shí)驗(yàn)程序，確定隔板厚度L。測(cè)試了PBX固體推進(jìn)劑的沖擊波感度，進(jìn)行了有無(wú)空氣隙的對(duì)比驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，實(shí)物圖如圖1所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表1中。

圖1 有無(wú)空氣隙對(duì)比驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)實(shí)物照片F(xiàn)ig．1 Photos of comparison tests of air gap

表1 有無(wú)空氣隙對(duì)比隔板實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 1 Comparison experimental results of card gap with and without air gap

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

對(duì)比驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)后，驗(yàn)證板上的痕跡分別如圖2和圖3所示。有空氣隙和無(wú)空氣隙2種不同情況下，被測(cè)推進(jìn)劑藥柱在上臨界隔板厚度時(shí)都不發(fā)生爆轟，在下臨界隔板厚度時(shí)都發(fā)生爆轟，這說(shuō)明被測(cè)推進(jìn)劑藥柱是被隔板界面?zhèn)魅氲臎_擊波引爆的，從而為分析計(jì)算被測(cè)推進(jìn)劑藥柱的臨界爆轟壓力提供了直接依據(jù)。

圖2 第3組有空氣隙實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig．2 No．3 batch of experimental results of air gap

圖3 第6組對(duì)比驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig．3 No．6 batch of experimental results of air gap

推進(jìn)劑藥柱起爆后驗(yàn)證板上的痕跡，無(wú)空氣隙實(shí)驗(yàn)比有空氣隙實(shí)驗(yàn)更顯著。無(wú)空氣隙時(shí)，推進(jìn)劑藥柱起爆后，驗(yàn)證板上形成明顯的凹坑;有空氣隙時(shí)，推進(jìn)劑藥柱起爆后，驗(yàn)證板上只形成一個(gè)淺槽。由于空氣隙有顯著的稀疏作用，這樣的差異是合理的。第3組實(shí)驗(yàn)臨界隔板厚度時(shí)，2種實(shí)驗(yàn)方法后，驗(yàn)證板上的痕跡如圖4所示，第6組實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

實(shí)驗(yàn)中，又通過(guò)另一種方式驗(yàn)證被測(cè)推進(jìn)劑藥柱是在隔板界面入射沖擊波作用下起爆，而不是在鋼驗(yàn)證板界面反射沖擊波作用下起爆的。在無(wú)空氣隙實(shí)驗(yàn)中，對(duì)被測(cè)推進(jìn)劑藥柱端面進(jìn)行標(biāo)記，被測(cè)推進(jìn)劑藥柱與鋼驗(yàn)證板接觸的后端劃上“X”，而在與隔板接觸的前端不作記號(hào)，如圖6所示。這樣做是為了驗(yàn)證如下結(jié)論:在被測(cè)推進(jìn)劑藥柱未被起爆的情況下，觀察沒(méi)有被沖散的剩余固體推進(jìn)劑在哪一端，如果是有“X”標(biāo)記后端部分剩余下來(lái)，則說(shuō)明驗(yàn)證板界面上反射沖擊波不如前端隔板界面上透射沖擊波強(qiáng)，進(jìn)而可推出被測(cè)推進(jìn)劑藥柱被起爆時(shí)是從前端開(kāi)始的，其臨界爆轟壓力是隔板界面透射沖擊波壓力峰值。如果未爆轟的剩余推進(jìn)劑藥柱為無(wú)標(biāo)記的前端部分，則類(lèi)似地說(shuō)明驗(yàn)證板界面上反射沖擊波強(qiáng)于前端隔板界面上透射沖擊波，進(jìn)而推出被測(cè)推進(jìn)劑藥柱起爆時(shí)是后端驗(yàn)證板界面沖擊波作用的結(jié)果。

圖4 第3組實(shí)驗(yàn)無(wú)和有空氣隙時(shí)爆轟后驗(yàn)證板痕跡Fig．4 No．3 batch of experimental results of card gap with and without air gap after detonating

圖5 第6組實(shí)驗(yàn)無(wú)和有空氣隙時(shí)爆轟后驗(yàn)證板痕跡Fig．5 No．6 batch of experimental results of card gap with and without air gap after detonating

圖6 對(duì)被測(cè)藥柱端面進(jìn)行標(biāo)記Fig．6 End label of explosive sample

實(shí)驗(yàn)后，觀察未爆轟推進(jìn)劑藥柱剩余部分端面，發(fā)現(xiàn)全為有標(biāo)記“X”的后段部分，第3組和第6組實(shí)驗(yàn)中，未爆轟推進(jìn)劑藥柱的剩余部分端面如圖7所示。這就說(shuō)明了本次實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中前端隔板界面透射沖擊波強(qiáng)于后端驗(yàn)證板界面反射沖擊波，從而間接推出爆轟的推進(jìn)劑藥柱是從前端開(kāi)始起爆的。

圖7 未爆轟藥柱剩余部分端面Fig．7 Undetonated sample end surface after experiments

3 結(jié)論

(1)首先用驗(yàn)證板實(shí)驗(yàn)證實(shí)其反射沖擊波對(duì)沖擊起爆沒(méi)有影響，沖擊起爆是經(jīng)過(guò)隔板傳入的沖擊波直接起爆，并不是沖擊波經(jīng)過(guò)驗(yàn)證板反射增強(qiáng)后起爆的。通過(guò)端面標(biāo)記的方法進(jìn)一步驗(yàn)證了此結(jié)論。

(2)通過(guò)2組對(duì)比驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)證實(shí)，驗(yàn)證板反射沖擊波對(duì)隔板實(shí)驗(yàn)中沖擊起爆沒(méi)有影響，隔板實(shí)驗(yàn)中被測(cè)推進(jìn)劑藥柱的臨界爆轟壓力都應(yīng)按前端隔板界面透射沖擊波壓力峰值計(jì)算。

［1］ 袁鵬剛．侵徹戰(zhàn)斗部裝藥抗高過(guò)載性能的模擬評(píng)估方法研究［D］．北京理工大學(xué)，2011．

［2］ 梁增友．炸藥沖擊損傷與起爆特性［M］．北京:電子工業(yè)出版社，2009．

［3］ Price D．Critical parameters for detonation propagation and initiation of solid explosives［R］．NSWC TR 80-339，10 Sep 1981．