異形傳爆藥柱的起爆能力＊

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）

隨著現(xiàn)代戰(zhàn)場環(huán)境的日益嚴酷，彈藥的鈍感化成為當(dāng)今世界武器彈藥的發(fā)展方向之一。鈍感彈藥的發(fā)展，可能會出現(xiàn)2種情況：一是臨界起爆壓力增大；二是臨界直徑增大［1－3］。這對引信的傳爆序列提出了新的要求，即安全、可靠地起爆鈍感彈藥成為其發(fā)展的關(guān)鍵問題。傳統(tǒng)的方法是增加圓柱形傳爆藥的裝藥尺寸，但這必然增大了傳爆藥用量，從而增加了武器系統(tǒng)的敏感度，導(dǎo)致意外爆炸機會增多。所以，必須研究與鈍感彈藥要求相適應(yīng)的安全、高能傳爆序列。

要達到此目標，一種有效的途徑是研究新型高能傳爆藥裝藥結(jié)構(gòu)，通過新結(jié)構(gòu)達到提高傳爆藥柱輸入威力的目的。因此，開展傳爆藥裝藥結(jié)構(gòu)研究對于解決鈍感主裝藥的安全、可靠起爆問題具有現(xiàn)實意義［4－5］。

1 實 驗

1.1 實驗方法

目前，評定炸藥起爆能力的實驗方法有很多種，本文中主要選用以下2種方法［6］：

（1）主裝藥變組分法。利用傳爆藥柱直接起爆不同鈍感劑含量的主裝藥，尋找鈍感劑的臨界起爆含量，以此來表示傳爆藥柱的起爆能力。

（2）主裝藥軸向鋼凹法。以主裝藥軸向鋼凹深度H 衡量傳爆藥柱的起爆能力。

1.2 實驗條件

（1）傳爆藥的選擇［7］

塑形粘結(jié)炸藥PBXN－5作為直列式爆炸序列許用傳爆藥，是目前爆速較高的一種新型傳爆藥，已經(jīng)設(shè)計定型；它安全性好、熱穩(wěn)定性好、壓藥成型性好，而且容易得到，使用方便。因此選用PBXN－5傳爆藥，傳爆藥柱壓藥密度ρ＝1.60g／cm3。傳爆藥柱形狀、尺寸如圖1所示。

（2）導(dǎo)爆藥的選擇

導(dǎo)爆藥選用RDX，分7次壓裝，壓藥密度為1.27g／cm3。

（3）主裝藥的選擇

為了滿足要求，設(shè)計了一種可變組分的主裝炸藥，其主要成分有硝基胍（NQ）、聚四氟乙烯（F4）、石墨（G）。其中NQ 是爆炸組分，F(xiàn)4是鈍感劑，G 是用來作潤滑劑和消除靜電的，它的含量一般很小。我們主要是通過調(diào)節(jié)鈍感劑F4的含量后，對該混合炸藥進行爆炸實驗，進而評價傳爆藥柱的起爆能力。

（4）鑒定塊的選擇

鋼鑒定塊使用45鋼，尺寸為?100mm×50mm。

圖1 異形傳爆藥柱結(jié)構(gòu)及尺寸示意圖Fig.1Schematic diagram of special booster pellet structure and size

1.3 實驗裝置

異形傳爆藥柱和圓柱形傳爆藥柱的起爆能力的實驗裝置分別如圖2（a）、（b）所示。

圖2 傳爆藥柱起爆能力裝置圖Fig.2 Graph of booster pellet initiation capacity

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 異形傳爆藥柱和圓柱形傳爆藥柱起爆能力實驗結(jié)果

利用主裝藥變組分法測試了異形傳爆藥柱和圓柱形傳爆藥柱的起爆能力（主裝藥柱直徑為42.6mm），實驗結(jié)果如表1所示。利用主裝藥軸向鋼凹法測試了不同結(jié)構(gòu)尺寸條件下，異形傳爆藥柱的起爆能力。主裝藥的質(zhì)量配方為m（NQ）∶m（F4）∶m（G）＝51∶48∶1，藥柱高度h＝59.6mm，直徑為42.6mm，藥柱密度ρ＝（1.20±0.01）g／cm3，實驗結(jié)果如表2所示。

表1 主裝藥變組分法測異形傳爆藥柱起爆能力實驗結(jié)果Table 1 Results of special booster pellet initiation capacity by varied－composition method

表2 不同尺寸下異形傳爆藥柱起爆能力測試結(jié)果Table 2 Results of special booster pellet initiation capacity under different size

2.2 不同結(jié)構(gòu)及尺寸下傳爆藥柱的起爆能力對比

從表1可看出，當(dāng)主裝藥配方為m（NQ）∶m（F4）∶m（G）＝46∶53∶1，即鈍感劑含量為53%時，19.5g圓柱形傳爆藥柱引起主裝藥爆轟的概率為0／5，而19.5g異形傳爆藥柱引起主裝藥爆轟的概率為5／5，表明異形傳爆藥柱比圓柱形的起爆能力大。

由表2可得：

（1）各種異形傳爆藥柱起爆能力順序是：圖1（a）＞圖1（c）＞圖1（b）；

（2）圖1中所示異形傳爆藥柱的起爆能力較相同質(zhì)量的普通圓柱形傳爆藥柱的起爆能力好；

（3）對比圖1（a）與圖1（b）所示異形傳爆藥柱的起爆能力，可以看出：在實驗條件范圍內(nèi)，在其他參數(shù)不變的情況下，錐角增大即上底直徑由24.0mm 減小至20.0mm，起爆能力降低。這是因為底面輸出端的有效藥量隨錐角增大而降低的緣故。另外，支持凹球爆轟波匯聚的能量降低，爆轟波在匯聚過程中衰減增大，因而起爆能力降低；

（4）對比圖1（b）與圖1（c）的起爆效果可以看出，在實驗條件范圍內(nèi)，在其他參數(shù)不變的情況下，凹球半徑減小，則起爆威力增大。這也是由于凹球半徑變小，有效裝藥量相對增大的緣故。

2.3 實驗結(jié)果分析

根據(jù)聚能效應(yīng)理論［8］，聚能穴對提高傳爆藥柱的輸出能量具有極其重要的作用。當(dāng)聚能穴為半球形時，傳爆藥柱的爆轟產(chǎn)物沿著半球形空穴的直徑方向向球心處匯集，并在接近中心處匯聚成一股能量很高的氣流，這部分氣流有很高的速度和壓力，因而大大提高了傳爆藥柱的輸出壓力。根據(jù)有效裝藥理論［9］，半球空底裝藥的有效裝藥系數(shù)較大，這也有利于提高傳爆藥柱的起爆威力。

為了比較能量的集中程度，可用單位體積能量，即能量密度E 來表示。爆轟波的能量密度可用下式表示［10］

式中：ρ、p、u、n 分別為爆轟波陣面的密度、壓力、質(zhì)點速度和多方指數(shù)。取多方指數(shù)為3，則上式可以改寫為如下形式

式中：ρ0、D 分別為炸藥的密度和爆速，式（2）中右邊第1項為位能，第2項為動能，而聚能過程中，動能是能夠集中的，位能則不能集中，反而起分散作用，如果能設(shè)法把能量轉(zhuǎn)換成動能形式，就能大大提高聚能作用。異形傳爆藥柱起爆以后，動能集中的程度較高，因此傳爆藥柱的起爆能力也大。

不同結(jié)構(gòu)尺寸的異形傳爆藥柱的起爆能力不同，主要是因為和主裝藥的接觸面積不同。起爆能力N 可用下式表示［11］

式中：α 為面積效應(yīng)系數(shù)，Z 為被發(fā)炸藥的沖擊阻抗，tc為沖擊脈沖衰減至pc所經(jīng)歷的時間，pc為被起爆炸藥的臨界起爆壓力，p（t）是主發(fā)炸藥爆炸后在主、被發(fā)炸藥間產(chǎn)生的沖擊壓力。由公式（3）可知，起爆能力N 隨著面積效應(yīng)系數(shù)α 的增大而變強。傳爆藥和主裝藥的接觸面積對傳爆藥柱的起爆能力有很大的影響。

3 結(jié) 論

綜合采用主裝藥變組分法和傳爆藥柱直接起爆主裝藥軸向鋼凹法，對異形傳爆藥柱的起爆能力進行了研究，得出如下結(jié)論：

（1）在傳爆藥質(zhì)量和密度相同的條件下，異形傳爆藥柱的起爆能力強于普通圓柱形傳爆藥柱的起爆能力；

（2）在其他參數(shù)不變的情況下，傳爆藥柱和主裝藥柱之間的接觸面積對異形傳爆藥柱的起爆能力有很大影響。

［1］ Spahn P F，Md S S.Embedded can booster：USA，5221810［P］.1993－08－10.

［2］ Spahn P F，Md S S.Booster explosive rings：USA，5221810［P］.1993－06－22.

［3］ Ferm E N，Hull L M.Reflected－shock initiation of explosives［R］.DE93018559.New Mexico：Los Alamos National Laboratory，1993.

［4］ 胡雙啟，曹雄.高起爆能力的新結(jié)構(gòu)傳爆藥柱研究［J］.兵工學(xué)報，2002，23（2）：188－190.Hu Shuang－qi，Cao Xiong.A study on the structure of booster pellets having high initiating capacity［J］.Acta Armamentarii，23（2）：188－190.

［5］ 曹雄，胡雙啟，張建忠.裝藥結(jié)構(gòu)對傳爆藥柱起爆能力的影響研究［J］.應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報，2005，13增刊1：200－204.Cao Xiong，Hu Shuang－qi，Zhang Jian－zhong.Study on the effect of charge structure of booster pellet had on its initiation capacity［J］.Journal of Basic Science and Engineering，2005，13suppl 1：200－204.

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

［7］ 華北工學(xué)院八系.鈍感彈藥高能起爆技術(shù)總結(jié)報告［R］.太原：華北工學(xué)院，2000.

［8］ 北京工業(yè)學(xué)院831室.聚能爆破作用［M］.北京：北京工業(yè)學(xué)院，1975：45－48.

［9］ 《炸藥理論》編寫組.炸藥理論［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1982：258.

［10］ 張連玉，汪令羽，瑞生.爆炸動力學(xué)基礎(chǔ)［M］.北京：北京工業(yè)學(xué)院，1986：32－36.

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