鋼塊凹痕法在測(cè)試起爆器輸出能量中的應(yīng)用

鄭 波， 葛 強(qiáng)， 王韶光， 柳維旗

(陸軍軍械技術(shù)研究所， 河北 石家莊 050000)

鋼塊凹痕法在測(cè)試起爆器輸出能量中的應(yīng)用

鄭 波， 葛 強(qiáng)， 王韶光， 柳維旗

(陸軍軍械技術(shù)研究所， 河北 石家莊 050000)

本文研究起爆器傳爆序列軸向輸出能量的定量測(cè)試. 炸藥爆炸時(shí)， 在鋼塊上產(chǎn)生的凹痕深度與炸藥爆轟壓力近似呈線性關(guān)系， 爆轟壓力越大， 則凹痕深度越深， 因此鋼塊凹痕深度可以作為測(cè)定炸藥爆炸序列軸向輸出能量的一種定量相對(duì)度量. 在簡(jiǎn)述鋼塊凹痕法基本原理和測(cè)試方法的基礎(chǔ)上， 通過(guò)對(duì)多種炸藥的爆壓與凹痕深度試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)處理， 得出了炸藥爆壓與鋼塊凹痕深度間的關(guān)系表達(dá)式. 依據(jù)該試驗(yàn)方法， 進(jìn)行了某起爆器分別在15 ℃， 65 ℃， 70 ℃， 75 ℃， 80 ℃ 加速壽命試驗(yàn)條件下， 起爆器傳爆序列軸向輸出能量測(cè)試， 并采集了大量鋼塊凹痕試驗(yàn)數(shù)據(jù). 通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析， 得出了起爆器傳爆序列軸向輸出能量與試驗(yàn)應(yīng)力水平(溫度應(yīng)力水平)間的變化曲線， 解決了起爆器傳爆序列軸向輸出能量的定量測(cè)試問(wèn)題.

鋼塊凹痕法； 起爆器； 輸出能量

鋼塊凹痕試驗(yàn)是第二次世界大戰(zhàn)中由美國(guó)賓夕法尼亞州布魯西登炸藥研究室提出的， 其目的是對(duì)炸藥的威力作相對(duì)估計(jì). 我國(guó)在20世紀(jì)90年代初開(kāi)始將該試驗(yàn)應(yīng)用于炸藥及火工品爆炸能量的測(cè)試， 并制定了國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)《火工品試驗(yàn)方法·軸向輸出測(cè)定鋼塊凹痕法》(GB736.3-89)[1]. 由于近代爆炸物理的發(fā)展， 使人們能夠在電子計(jì)算機(jī)上模擬各種爆炸試驗(yàn)， 因此該方法逐步在爆轟領(lǐng)域里得到廣泛應(yīng)用. 流體動(dòng)力學(xué)模型及試驗(yàn)結(jié)果表明： 對(duì)鋼塊凹痕試驗(yàn)， 炸藥在鋼塊上產(chǎn)生的凹痕深度與炸藥爆轟壓力近似呈線性關(guān)系， 爆轟壓力越大， 則凹痕深度越深， 起爆器中炸藥爆轟壓力的大小可近似表示起爆器的起爆能力， 因此鋼塊凹痕深度可以作為測(cè)定起爆器傳爆序列軸向輸出能量的一種定量相對(duì)度量. 我們?cè)鴳?yīng)用該方法對(duì)某起爆器軸向輸出能量進(jìn)行測(cè)試， 取得了良好效果. 本文就某些問(wèn)題進(jìn)行探討.

1 爆壓與凹痕深度的關(guān)系

眾所周知，PCJ(爆壓)是衡量炸藥輸出的重要參數(shù)， 是炸藥性能參數(shù)中最難測(cè)定的， 現(xiàn)有的方法如自由表面速度法、 水箱法、 電磁法等， 實(shí)驗(yàn)裝置相當(dāng)復(fù)雜. 因此希望能有一種較簡(jiǎn)單的方法對(duì)炸藥的爆壓作近似的估算. 1967年， 人們就發(fā)現(xiàn)鋼塊凹痕試驗(yàn)結(jié)果與爆壓的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有較好的相關(guān)關(guān)系. 根據(jù)爆轟理論， 在測(cè)定導(dǎo)爆藥柱的凹度輸出時(shí)， 炸痕的深度與發(fā)射沖擊波壓力的作用時(shí)間有關(guān)， 通過(guò)對(duì)多種炸藥的爆壓與凹痕的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理， 結(jié)果表明爆壓與凹痕深度呈較強(qiáng)線性關(guān)系， 其方程為

PCJ=860.84B-4.117,

式中：PCJ為爆壓， 單位： kbar；B為凹痕深度， 單位： mm.

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 測(cè)試材料、 儀器及方法

前些年， 我們?cè)谶M(jìn)行某起爆器加速壽命試驗(yàn)研究中[2]， 用鋼塊凹痕法對(duì)該起爆器傳爆序列軸向輸出能量進(jìn)行了測(cè)試， 測(cè)試材料、 儀器如下：

2.1.1 鋼 塊

按鋼塊凹痕法標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定， 用20號(hào)冷拉鋼棒制成柱型鋼塊， 技術(shù)指標(biāo)如下：

布氏硬度： HB143～160；

平行度： ≤0.03 mrn；

光潔度： ≥Δ0.8.

2.1.2 測(cè)試儀器

測(cè)試儀器用于測(cè)試起爆器爆炸后在鋼塊上產(chǎn)生的凹痕深度， 包括：

百分表： 精度≥0.01 mm；

百分表專(zhuān)用測(cè)量頭；

專(zhuān)用側(cè)量表架；

測(cè)試平臺(tái)： 精度≥三級(jí).

圖 1 起爆器軸向輸出能量鋼凹測(cè)試示意圖Fig.1 Steel dent test for explosive sequence axial output energy of burster

2.1.3 硅 油

測(cè)試前涂于起爆器導(dǎo)爆管底部， 其型號(hào)為： 201-1000#甲基硅油.

起爆器傳爆序列軸向輸出能量測(cè)定與起爆器傳爆作用試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行， 使用同一起爆器樣品. 試驗(yàn)前將頂端置有鋼塊的空傳爆管殼與起爆器下體擰緊， 在起爆器火帽發(fā)火后， 通過(guò)雷管起爆導(dǎo)爆藥， 導(dǎo)爆藥再向鋼塊輸出爆轟壓力[3]. 傳爆失效的起爆器， 其輸出能量為零， 不會(huì)在鋼塊上形成凹痕， 只有傳爆合格的樣品， 才會(huì)在鋼塊上壓出凹痕， 其凹痕深度值便可作為該起爆器傳爆序列軸向輸出能量的定量相對(duì)度量[4]. 測(cè)試原理如圖 1 所示.

2.2 測(cè)試結(jié)果

表 1 列出了某起爆器分別在15 ℃， 65 ℃， 70 ℃， 75 ℃， 80 ℃加速壽命試驗(yàn)條件下， 起爆器傳爆序列軸向輸出能量鋼塊凹痕深度統(tǒng)計(jì)結(jié)果.

表 1 某起爆器傳爆序列軸向輸出能量鋼塊凹痕深度統(tǒng)計(jì)表

3 結(jié)果分析

對(duì)表 1 中數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算[5]， 可得各應(yīng)力水平下的鋼塊凹痕深度均值X和均方差σ分別為

；；

圖 2 起爆器凹痕深度均值與加速試驗(yàn)應(yīng)力水平關(guān)系Fig.2 Change relationship between average dent depth and accelerated life test stress level

該起爆器傳爆序列軸向輸出能量鋼塊凹痕深度均值與加速試驗(yàn)應(yīng)力水平間的變化關(guān)系可用圖 2 進(jìn)行描述.

由圖2可以看出， 隨著加速試驗(yàn)應(yīng)力水平的增加， 起爆器傳爆序列軸向輸出能量的總體趨勢(shì)是下降的， 但下降量很小， 并且在加速試驗(yàn)初期， 其軸向輸出能量略有增加. 究其原因， 在加速試驗(yàn)初期， 試驗(yàn)樣品首先受溫度應(yīng)力的影響， 可能對(duì)起爆器傳爆序列的裝藥具有一定程度的活化作用， 從而出現(xiàn)輸出能量提高的現(xiàn)象； 然而隨著溫度和相對(duì)濕度應(yīng)力水平的提升， 以及作用時(shí)間的增長(zhǎng)， 起爆器傳爆序列裝藥的熱分解會(huì)加速發(fā)生， 使能量損失， 那么其軸向輸出能量就愈來(lái)愈低.

4 結(jié) 論

在實(shí)際工作中， 大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明， 該試驗(yàn)方法所得到的結(jié)果與實(shí)際情況比較一致， 也就是說(shuō)， 鋼塊凹痕法能較好地解決起爆器傳爆序列軸向輸出能量的測(cè)試問(wèn)題， 必將在彈藥及元件輸出能量定量化測(cè)試方面發(fā)揮越來(lái)越重要的作用.

[1] GJB736.3-1989 火工品試驗(yàn)方法·軸向輸出測(cè)定鋼塊凹痕法[S]. 北京： 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社， 1989.

[2] 鄭波. 電火工品加速壽命試驗(yàn)研究報(bào)告[R]. 石家莊： 陸軍軍械技術(shù)研究所， 2014.

[3] 鄭波， 李孝玉， 梁斌. 產(chǎn)品貯存可靠性測(cè)試方法[J]. 測(cè)試技術(shù)學(xué)報(bào)， 2010， 24(Supp)： 22-25.

[4] 總裝通保部. 引信與火工品試驗(yàn) [M]. 北京： 國(guó)防工業(yè)出版社， 2000.

[5] 戴樹(shù)森. 可靠性試驗(yàn)及其統(tǒng)計(jì)分析[M]. 北京： 國(guó)防工業(yè)出版社， 1984.

The Application of the Steel Dent Method in Measuring the Burster Output Energy

ZHENG Bo, GE Qiang, WANG Shaoguang, LIU Weiqi

(Army Ordnance Technology Research Institute, Shijiazhuang 050000, China)

The study of the quantitative measurement of the explosive sequence axial output energy of a burster. When exploding, the dent depth produced by exploding on the steel and the explosive detonation pressure presents approximately the linear relation, the greater the detonation pressure is, the deeper the dent depth is, so the steel dent depth can be used as a quantitative relative measurement to determine the sequential axial output energy of explosive exploding. On the basis of describing briefly the basic principle and measurement method of the steel dent method, a relation expression between explosive detonation pressure and the steel dent depth is found by the statistical treatment to the test data of the detonation pressure and dent depth of various explosive. In this article, based on the accelerated life test of a certain burster at 15 ℃, 65 ℃, 70 ℃, 75 ℃ and 80 ℃, the explosive sequence axial output energy of this burster was measured and many test data of the steel dent were gathered according to this measurement method. Through analyzing the test results, the change curve between the explosive sequence axial output energy of this burster and the test stress level (the temperature stress level) was found then solved the quantitative measurement problem of the explosive sequence axial output energy of a burster.

steel dent method; burster; output energy

1671-7449(2017)01-0090-03

2016-09-17

鄭 波(1962-)， 男， 高級(jí)工程師， 主要從事彈藥檢測(cè)技術(shù)研究.

TJ451.2

A

10.3969/j.issn.1671-7449.2017.01.015