RDX基含鋁炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)特性實(shí)驗(yàn)研究

陳 鴻，何 勇，潘緒超，焦俊杰，沈 杰，張江南

（南京理工大學(xué)智能彈藥國防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210094）

1 引言

炸藥爆炸過程中伴隨的電磁輻射現(xiàn)象是炸藥爆炸重要宏觀物理現(xiàn)象之一，研究爆炸電磁輻射對(duì)炸藥爆轟理論、炸藥應(yīng)用途徑的拓展以及爆炸測(cè)試中的電磁干擾防護(hù)具有重要意義。而炸藥爆轟是一個(gè)非常復(fù)雜的多物理場(chǎng)耦合作用過程，目前對(duì)爆炸電磁輻射機(jī)理研究仍處于原理探索階段，尚未形成完善的理論模型，實(shí)驗(yàn)測(cè)量依舊是此類研究的主要手段。自20 世紀(jì)50年代以來國內(nèi)外學(xué)者相繼對(duì)爆炸電磁輻射現(xiàn)象進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究［1-6］，研究結(jié)果表明炸藥爆炸過程伴隨著電磁輻射信號(hào)的產(chǎn)生，炸藥組份、殼體外形以及測(cè)試環(huán)境等均會(huì)對(duì)爆炸電磁脈沖波形和幅度產(chǎn)生影響，不同類型炸藥爆炸產(chǎn)生的電磁頻譜不同，頻譜從赫茲到吉赫茲量級(jí)均有報(bào)道。隨著測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，近年來美國洛斯拉莫斯實(shí)驗(yàn)室學(xué)者Jeremiah Harlin 等［7-10］采用不同測(cè)試方法對(duì)TNT 和PBX 爆炸電磁輻射信號(hào)進(jìn)行了較為全面的測(cè)量，推測(cè)爆炸電磁輻射源來自于爆轟波區(qū)域的帶電粒子。Boronin 等［11］對(duì)部分公開報(bào)道的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)，認(rèn)為爆炸電磁輻射來源于炸藥爆炸產(chǎn)生的高溫高壓電離區(qū)，信號(hào)的延遲時(shí)間與持續(xù)時(shí)間與電離區(qū)產(chǎn)生的時(shí)間和存在時(shí)間有關(guān)，信號(hào)強(qiáng)度與爆轟產(chǎn)物的電離度及帶電粒子的偶極變化有關(guān)。

隨著炸藥的發(fā)展以及爆炸電磁輻射現(xiàn)象研究的深入，國內(nèi)外學(xué)者發(fā)現(xiàn)爆炸生成的帶電粒子的種類以及運(yùn)動(dòng)過程變化會(huì)影響爆炸電磁輻射過程，導(dǎo)致爆炸電磁輻射信號(hào)特征發(fā)生改變［12］，而活性金屬的添加能夠改變炸藥爆轟反應(yīng)進(jìn)程，對(duì)爆轟速度、爆熱、爆壓以及粒子速度產(chǎn)生影響，并且爆轟反應(yīng)生成的含金屬元素粒子使爆轟產(chǎn)物組份、粒子數(shù)目等發(fā)生變化，從而影響爆炸電磁輻射信號(hào)，這引起了學(xué)界的廣泛關(guān)注，各國學(xué)者嘗試通過改變裝藥結(jié)構(gòu)、添加活性金屬等方式增強(qiáng)爆炸電磁輻射［13］。戴晴等［14］采用一種鋁鎂混合物炸藥，測(cè)得一個(gè)持續(xù)時(shí)間為50 ns，頻率在0.1～4 GHz 范圍內(nèi)的寬帶電磁輻射信號(hào)。王長利等［15］測(cè)量了梯黑鋁爆炸產(chǎn)生的電磁輻射，認(rèn)為梯黑鋁爆炸電磁輻射信號(hào)主要與炸藥有關(guān)，鋁粉對(duì)信號(hào)影響較小。Kuhl等［16-17］計(jì)算了含鋁TNT 爆轟過程中等離子體參數(shù)，并指出等離子體參數(shù)的改變會(huì)直接影響電磁輻射信號(hào)特征。在含鋁炸藥爆轟性能方面，國內(nèi)外學(xué)者［18-21］進(jìn)行了大量研究，證明鋁粉的添加能夠改變炸藥爆轟反應(yīng)進(jìn)程，增加爆轟反應(yīng)時(shí)間，提高爆轟產(chǎn)物電導(dǎo)率。

目前，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)炸藥爆炸電磁輻射現(xiàn)象進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究，并探討了爆炸電磁輻射產(chǎn)生機(jī)理，但是對(duì)添加活性金屬的炸藥爆炸電磁輻射現(xiàn)象的定量研究還尚少見報(bào)道。含鋁炸藥作為典型的含金屬炸藥，其常規(guī)爆轟性能參數(shù)已取得一定研究成果，但在含鋁炸藥爆炸電磁輻射方面還需系統(tǒng)研究。開展鋁含量對(duì)炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)特征的影響，可為炸藥爆炸電磁輻射過程以及含鋁炸藥爆炸過程特性研究提供借鑒，拓展炸藥的使用領(lǐng)域。為此，本研究擬開展RDX及RDX 基含鋁炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)特征實(shí)驗(yàn)研究，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，以期獲取RDX 及RDX 基含鋁炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)量級(jí)，電磁輻射信號(hào)延遲時(shí)間，電磁輻射強(qiáng)度以及爆炸電磁輻射頻譜特性與含鋁量之間的關(guān)系，揭示RDX 及RDX 基含鋁炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)特征，為炸藥爆炸電磁輻射特性研究以及炸藥的拓展應(yīng)用提供支撐。

2 實(shí)驗(yàn)方法

RDX 及RDX 基含鋁炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)測(cè)量實(shí)驗(yàn)總體布局圖如圖1 所示。實(shí)驗(yàn)選在無電磁干擾的開闊場(chǎng)地進(jìn)行，炸藥裸露懸掛于距離地面1 m 高處，測(cè)試天線沿炸藥徑向方向2 m 以及3 m 距離處布置，各天線測(cè)點(diǎn)高度距離地面1 m。實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)由測(cè)試天線、同軸線纜及示波器構(gòu)成，各部分均經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定（天線因子標(biāo)定精度±1.0 dB）。實(shí)驗(yàn)共采用7 組測(cè)試天線，其中3 組為寬帶測(cè)試天線，4 組為固定頻率的調(diào)諧偶極子天線。天線分布如圖2 所示，測(cè)點(diǎn)1 為寬帶單軸 E 場(chǎng)天線，測(cè)試頻率范圍為 9 kHz～500 MHz；測(cè)點(diǎn)3 與測(cè)點(diǎn)7 為寬帶TEM 喇叭天線（無限長非共面扇形天線），上限接收頻率為1 GHz；測(cè)點(diǎn)2、測(cè)點(diǎn)4、測(cè)點(diǎn)5 與測(cè)點(diǎn)6 是中心接收頻率分別為500，300，100 MHz 以及50 MHz 的調(diào)諧偶極子天線。測(cè)點(diǎn)1 至測(cè)點(diǎn)6 距離爆心2 m，測(cè)點(diǎn)7 距離爆心3 m。測(cè)點(diǎn)3 及測(cè)點(diǎn)7 所布置的寬帶TEM 喇叭天線測(cè)試結(jié)果用于計(jì)算爆炸電磁輻射信號(hào)衰減比例系數(shù)。數(shù)據(jù)采集裝置采用示波器，帶寬 1 GHz，采樣率 1.25 G·s-1，采集長度8 ms，天線端口與示波器之間采用同軸線纜連接，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)放置于電磁屏蔽柜，距離火工品起爆操作間50 m。

圖1 RDX 及RDX 基含鋁炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)測(cè)量實(shí)驗(yàn)總體布局圖Fig.1 General layout of electromagnetic radiation signal measurement experiment of RDX and RDX based aluminized explosives

圖2 測(cè)試天線分布圖Fig.2 Test antenna layout diagram

實(shí)驗(yàn)選用圓柱型壓裝RDX 以及RDX 基含鋁炸藥作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，炸藥直徑為50 mm，長徑比為1∶1，具體情況如表1 所示。實(shí)驗(yàn)起爆方式采用瞬發(fā)電雷管起爆傳爆藥，傳爆藥起爆主裝藥的形式，采用起爆器起爆。傳爆藥選用直徑20 mm，高度20 mm 的圓柱型藥柱，成分為RDX，質(zhì)量為20 g。為消除雷管及傳爆藥柱爆炸電磁輻射信號(hào)的影響，本次實(shí)驗(yàn)在同等測(cè)試條件下對(duì)雷管及傳爆藥爆炸電磁輻射信號(hào)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量。將起爆器電壓輸出信號(hào)作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的觸發(fā)信號(hào)，t=0 μs時(shí)刻為起爆回路起爆器放電初始時(shí)刻。

表1 RDX 及RDX 基含鋁炸藥組分及相關(guān)參數(shù)Table 1 Composition and related parameters of RDX and RDX based aluminized explosives

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 電磁輻射信號(hào)延遲時(shí)間

距爆心2 m 處各天線所測(cè)電磁輻射信號(hào)出現(xiàn)時(shí)刻記錄結(jié)果如表2 所示，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差及隨機(jī)誤差分析［22］計(jì)算得到各組實(shí)驗(yàn)測(cè)點(diǎn)1～6 所測(cè)爆炸電磁輻射信號(hào)波形出現(xiàn)時(shí)刻的標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.019～0.021 μs 范圍內(nèi)，隨機(jī)誤差在0.07%～0.1%之間。從表2 可以看出，同種炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)出現(xiàn)時(shí)刻基本一致，不同種類炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)出現(xiàn)時(shí)刻明顯不同?？紤]到爆炸場(chǎng)的復(fù)雜性以及爆炸脈沖輻射場(chǎng)信號(hào)測(cè)試的瞬態(tài)性［22］，可以近似認(rèn)為爆炸電磁輻射信號(hào)來源于同一穩(wěn)定輻射源，且在炸藥徑向方向上傳播無明顯差別。

為說明RDX 及RDX 基含鋁炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)延遲時(shí)間特征，選取各組實(shí)驗(yàn)中測(cè)點(diǎn)3 TEM 喇叭天線所測(cè)輻射信號(hào)出現(xiàn)時(shí)刻、峰值到達(dá)時(shí)刻以及電磁輻射信號(hào)持續(xù)時(shí)間記錄結(jié)果列于表3。由表3 可以看出，炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)存在明顯延遲時(shí)間，電磁輻射信號(hào)峰值到達(dá)時(shí)刻出現(xiàn)在起爆后62.66～77.52 μs 之間，測(cè)試結(jié)果隨機(jī)誤差在5%～7%范圍內(nèi)，輻射信號(hào)持續(xù)時(shí)間為0.1 μs。

4 種炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)峰值到達(dá)時(shí)刻與含鋁量關(guān)系如圖3 所示。由圖3 可以看出，當(dāng)含鋁量從0 增至20%時(shí)，隨鋁粉的增加，峰值信號(hào)到達(dá)時(shí)刻逐漸減??；當(dāng)含鋁量為20%時(shí)，峰值信號(hào)到達(dá)時(shí)刻最??；當(dāng)含鋁量從20%增至30%時(shí)，峰值信號(hào)到達(dá)時(shí)刻逐漸增大，含鋁量與爆炸電磁輻射延遲時(shí)間之間是非線性關(guān)系。Boronin A P 等［11］指出爆炸電磁輻射信號(hào)延遲時(shí)刻與炸藥質(zhì)量相關(guān)，而實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明爆炸電磁輻射信號(hào)延遲時(shí)間與炸藥組份也有明顯關(guān)系，鋁含量對(duì)RDX炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)延遲時(shí)間有明顯影響。炸藥爆炸電磁輻射是由爆炸過程中形成的帶電粒子團(tuán)的加速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，爆炸產(chǎn)生的帶電粒子團(tuán)形成有效電磁輻射源這一過程是導(dǎo)致電磁輻射信號(hào)產(chǎn)生明顯延遲的主要原因，鋁的添加引起的爆轟參數(shù)和爆轟產(chǎn)物的改變是爆轟電磁輻射延遲時(shí)間發(fā)生變化的主要原因。RDX炸藥添加鋁粉后改變了炸藥爆轟反應(yīng)進(jìn)程以及爆轟產(chǎn)物組份，導(dǎo)致爆炸電磁輻射延遲時(shí)間發(fā)生變化。當(dāng)鋁粉含量在一定范圍時(shí)，鋁粉的添加會(huì)促進(jìn)有效爆炸電磁輻射源的快速形成，該過程中爆速爆壓有一定下降，但含鋁帶電粒子的快速產(chǎn)生以及爆熱的增加促進(jìn)了有效爆炸電磁輻射源的形成，當(dāng)鋁粉含量達(dá)到一定極限時(shí)，隨著爆速爆壓下降以及鋁粉含量增多，爆轟產(chǎn)物粒子數(shù)目的減少，大質(zhì)量粒子的增多致使有效爆炸電磁輻射源的形成時(shí)間變長。

表2 距爆心2 m 處各測(cè)點(diǎn)RDX 基含鋁炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)出現(xiàn)時(shí)刻記錄結(jié)果Table 2 The start time of radiation signal from RDX based aluminized explosives at 2 m

表3 測(cè)點(diǎn)3 處RDX 基含鋁炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)出現(xiàn)時(shí)刻、峰值到達(dá)時(shí)刻、持續(xù)時(shí)間記錄結(jié)果Table 3 The start time，peak arrival time，duration time of the radiation signal of RDX based aluminized explosives recorded at point 3

圖3 距離爆心2 m 處TEM 喇叭天線電場(chǎng)峰值信號(hào)到達(dá)時(shí)刻與含鋁量關(guān)系Fig.3 Relationship between peak arrival time of TEM horn antenna at 2 m distance from detonation center and aluminum content

3.2 電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度衰減規(guī)律

圖4 為RDX 爆炸過程中距爆心2 m 處各測(cè)試點(diǎn)天線所測(cè)典型波形，其他炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)波形與之類似。如圖4a 所示為示波器記錄的6 組天線時(shí)域上的整體波形，坐標(biāo)軸顯示時(shí)間為1 ms。天線所測(cè)數(shù)據(jù)在0～10 μs 以內(nèi)為明顯的起爆器放電干擾信號(hào)，在10～50 μs 以內(nèi)無明顯輻射信號(hào)，爆炸電磁輻射信號(hào)主要集中在50～100 μs 以內(nèi)。圖4b 為測(cè)試結(jié)果中峰值信號(hào)的具體波形，由圖4b 可以看出，爆炸電磁輻射信號(hào)波形在時(shí)域上為典型的脈沖形式，從偶極輻射原理來看［21］，爆炸電磁輻射時(shí)域信號(hào)波形與帶電粒子偶極變化在時(shí)域上產(chǎn)生的輻射波形相符，說明爆炸電磁輻射信號(hào)來源與爆炸過程中的帶電粒子有關(guān)［12］。

炸藥爆炸瞬間產(chǎn)生的巨大能量，使氣體溫度迅速升高，溫度約為3500 K，這導(dǎo)致氣體分子與原子發(fā)生熱電離形成帶電粒子團(tuán)。隨著爆轟反應(yīng)的進(jìn)行，帶電粒子團(tuán)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了電磁輻射信號(hào)［12］，假設(shè)爆炸產(chǎn)生的電磁輻射來自于爆炸產(chǎn)生的帶電粒子的偶極變化，則根據(jù)偶極輻射理論可得方程［21］：

式中，P是偶極矩，為電荷量與電荷位置半徑的乘積，C·m；ε0為真空介電常數(shù)（8.85×10-12F·m-1）；c為光速（3.0×108m·s-1）；r為觀測(cè)點(diǎn)距離。

圖4 距爆心2m 處測(cè)點(diǎn)1～測(cè)點(diǎn)6 RDX 爆炸電磁輻射信號(hào)波形及峰值信號(hào)局部放大圖Fig.4 Electromagnetic and the peak signals of point 1～6 at 2 m when RDX exploded

電磁輻射信號(hào)在空氣中傳播時(shí)，當(dāng)r＜＜λ，電場(chǎng)強(qiáng)度以1/r3衰減，該區(qū)域?qū)儆谂紭O輻射的近場(chǎng)電離區(qū)；當(dāng)r～λ，電場(chǎng)強(qiáng)度以 1/r2衰減，該區(qū)域?qū)儆谥袇^(qū)；當(dāng)r＞＞λ時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度以1/r衰減，該區(qū)域?qū)儆谶h(yuǎn)區(qū)。根據(jù)2 m、3 m 處TEM 喇叭天線測(cè)試結(jié)果，計(jì)算得到在距爆心2 m至3 m 范圍內(nèi)爆炸電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度隨距離衰減系數(shù)，如表4 所示，隨著炸藥含鋁量的增加，電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度的衰減系數(shù)逐漸降低。由于實(shí)驗(yàn)條件有限，根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以初步推斷實(shí)驗(yàn)所用一定當(dāng)量的RDX 及RDX基含鋁炸藥在距爆心2 m、3 m 處接收的爆炸電磁輻射來自于偶極輻射場(chǎng)的中遠(yuǎn)區(qū)，后續(xù)有待深入研究。

表4 RDX 基含鋁炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度衰減系數(shù)Table 4 Attenuation coefficient of the field strength of RDX based aluminized explosives

3.3 電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度與AL含量關(guān)系

實(shí)驗(yàn)共測(cè)量了6 組炸藥爆炸產(chǎn)生的電磁輻射信號(hào)，其中2 組為雷管和傳爆藥，另外4 組為RDX 及RDX基含鋁炸藥。爆炸電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果如表5所示，所有數(shù)據(jù)最終記錄結(jié)果為各組炸藥3 次重復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的平均值，由于爆炸場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，同種炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)3 次重復(fù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)值存在一定偏差，采用重復(fù)測(cè)量數(shù)據(jù)隨機(jī)誤差分析方法［22］，計(jì)算所得輻射場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試結(jié)果隨機(jī)誤差在8%～15%范圍內(nèi)。如表5所示，距爆心2 m 處RDX 及RDX 基含鋁炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度在1.87～15.20 V·m-1范圍內(nèi)。由表5 中雷管及傳爆藥爆炸電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果可以看出，在同等測(cè)試條件下，雷管以及傳爆藥爆炸電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度低于單軸E 場(chǎng)天線以及TEM 喇叭天線所設(shè)置的最小接收信號(hào)，未測(cè)到明顯信號(hào)。4 組調(diào)諧偶極子天線測(cè)量敏感度較高，所測(cè)雷管及傳爆藥爆炸電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度與RDX 及RDX 基含鋁炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度的最小值相差十幾至數(shù)十倍，與最大值相差數(shù)百倍，因此在RDX 及RDX 基含鋁炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度分析中可以忽略來自雷管及傳爆藥的影響。

表5 RDX 基含鋁炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果Table 5 Experimental result of the field strength of RDX based aluminized explosives

圖5a 所示為距爆心2 m 處寬帶E 場(chǎng)天線和TEM喇叭天線所測(cè)爆炸電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度與含鋁量關(guān)系，圖5b 所示為距爆心2 m 處中心頻率分別為500，300，100，50 MHz 調(diào)諧偶極子天線所測(cè)爆炸電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度與含鋁量關(guān)系。由圖5a 和圖5b 可以看出，爆炸電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度寬帶天線測(cè)試結(jié)果與固定中心頻率天線測(cè)試結(jié)果隨炸藥含鋁量的變化趨勢(shì)相同，當(dāng)含鋁量從0 增至20%時(shí)，爆炸電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度隨含鋁量的增加而增強(qiáng)；當(dāng)含鋁量為20%時(shí)，爆炸電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度最大；當(dāng)含鋁量從20%增至30%時(shí)，爆炸電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度隨含鋁量的增加而降低，并且低于RDX爆炸電磁輻射信號(hào)。爆炸電磁輻射由炸藥爆炸過程中形成的帶電粒子團(tuán)加速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，鋁粉的添加會(huì)改變帶電粒子的種類、數(shù)目以及速度，對(duì)爆炸電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度產(chǎn)生影響。當(dāng)含鋁量從0 增至20%時(shí)，爆炸過程中帶電粒子的種類、數(shù)目以及速度會(huì)隨著鋁粉含量的增大而增大，導(dǎo)致爆炸電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)；當(dāng)含鋁量增至20%時(shí)，鋁粉的添加使得爆炸過程中形成的電磁輻射源達(dá)到最大，爆炸電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度達(dá)到峰值；當(dāng)含鋁量增至30%時(shí)，由于爆轟過程中產(chǎn)生的分子總數(shù)急劇減少，高密度凝聚相AL2O3等大質(zhì)量粒子的形成［22］，使得整體帶電粒子總數(shù)平均質(zhì)量增大，數(shù)目減少，速度降低，從而導(dǎo)致爆炸電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度急劇降低。

對(duì)比圖3 與圖5 可以看出，含鋁量與爆炸電磁輻射信號(hào)延遲時(shí)間及爆炸電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度之間均是明顯的非線性關(guān)系，并且在含鋁量為20%時(shí)，變化趨勢(shì)發(fā)生改變。當(dāng)含鋁量從0 增至20%時(shí)，隨著鋁粉的添加，RDX 爆炸過程中含鋁帶電粒子的產(chǎn)生以及在高溫高壓環(huán)境下大量電子的逸出，促進(jìn)了有效爆炸電磁輻射源的快速形成，導(dǎo)致爆炸電磁輻射信號(hào)延遲時(shí)間逐漸縮短，同時(shí)，大量帶電粒子的產(chǎn)生使得爆炸電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)；實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)含鋁量增至20%時(shí)，爆炸電磁輻射信號(hào)延遲時(shí)間達(dá)到最小，強(qiáng)度達(dá)到最大；當(dāng)含鋁量增至30%時(shí)，由于爆速爆壓的降低、大質(zhì)量粒子的形成以及粒子數(shù)目的降低，導(dǎo)致有效爆炸電磁輻射源的形成時(shí)間變慢，強(qiáng)度降低。RDX 基含鋁炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)延遲時(shí)間及強(qiáng)度與含鋁量之間的關(guān)系均表明炸藥爆炸過程中形成的帶電粒子的種類、數(shù)目以及運(yùn)動(dòng)過程是爆炸電磁輻射源產(chǎn)生速度和強(qiáng)度的重要影響因素，金屬元素的添加不僅能改變炸藥爆炸熱力學(xué)特性，對(duì)炸藥爆炸的電磁輻射特性也有著重要影響，由于實(shí)驗(yàn)條件所限，實(shí)驗(yàn)中未能給出電磁輻射與含鋁量的明確關(guān)系公式，具體量化關(guān)系還需進(jìn)一步深入研究。

圖5 距爆心2 m 處測(cè)點(diǎn)1～6 電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果隨炸藥含鋁量關(guān)系Fig5 Relationship between wAl and field strength of point 1 to point 6 at 2 m

3.4 電磁輻射信號(hào)頻譜分析

為說明RDX 及RDX 基含鋁炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)頻率組份，將爆炸電磁輻射信號(hào)時(shí)域波形進(jìn)行快速傅里葉變化，得到4 種炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)頻譜對(duì)比結(jié)果，如圖6 所示。從爆炸電磁輻射信號(hào)頻譜分析來看，RDX 及RDX 基含鋁炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)是一個(gè)寬帶低頻信號(hào)，炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)頻率主要集中在500 MHz 以內(nèi)，不同炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)整體頻譜分布明顯不同。偶極輻射機(jī)理表明［21］，帶電粒子偶極變化產(chǎn)生的輻射其頻譜為覆蓋一定頻率范圍的連續(xù)譜，這與圖6 所示爆炸電磁輻射信號(hào)頻譜相符。由圖6可以看出，4 種炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)在100 MHz 以內(nèi)的頻譜分布基本相同，頻率基本分布在30 MHz、60 MHz 以及80 MHz 附近，且該頻段為整體信號(hào)能量集中部分，該頻段信號(hào)主要與RDX 爆轟反應(yīng)產(chǎn)生的帶電粒子有關(guān)。在100 MHz 以上頻率范圍內(nèi)，鋁含量的變化會(huì)導(dǎo)致爆炸電磁輻射信號(hào)出現(xiàn)不同頻率組份。當(dāng)含鋁量為10%時(shí)，爆炸電磁輻射頻譜在380 MHz 附近有明顯頻率成分；當(dāng)含鋁量為20%時(shí)，爆炸電磁輻射頻譜在310 MHz 附近以及380 MHz 附近處有明顯頻率成分。當(dāng)含鋁量為30%時(shí)，爆炸電磁輻射信號(hào)較弱，整體頻譜能量主要集中在100 MHz 以內(nèi)，100～500 MHz 頻率范圍內(nèi)無明顯頻率組份。含鋁量為10% 和20% 的炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)在300～380 MHz 附近的頻率分量主要與爆轟過程中生成的含鋁元素帶電粒子有關(guān)。當(dāng)含鋁量為30%時(shí)，爆炸產(chǎn)生的有效帶電粒子輻射源變小，粒子數(shù)目以及粒子速度的下降導(dǎo)致電磁輻射頻譜改變。

圖6 RDX 及RDX 基含鋁炸藥爆炸電磁輻射典型頻譜對(duì)比Fig.6 Comparison of typical spectrum of electromagnetic radiation of RDX and RDX based aluminized explosives

4 結(jié)論

（1）炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)出現(xiàn)時(shí)刻有明顯延遲，距爆心2 m 處所測(cè)爆炸電磁輻射信號(hào)延遲時(shí)間在62.66～77.52 μs 之間，RDX 基含鋁炸藥爆炸產(chǎn)生的電磁輻射信號(hào)延遲時(shí)刻與含鋁量是明顯的非線性關(guān)系。

（2）距爆心 2 m 處，RDX 及 RDX 基含鋁炸藥爆炸產(chǎn)生的電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度在1.87～15.20 V·m-1范圍內(nèi)，隨距離的增加而衰減，不同含鋁量炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度在空氣中隨距離的衰減系數(shù)不同。

（3）RDX 基含鋁炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度與含鋁量是非線性關(guān)系，當(dāng)含鋁量為0～20%時(shí)，電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度隨含鋁量的增加而增強(qiáng)；含鋁量為20%～30%時(shí)，電磁輻射信號(hào)強(qiáng)度隨含鋁量的增加而減小。

（4）鋁粉的添加會(huì)明顯改變炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)頻譜，RDX 基含鋁炸藥爆炸電磁輻射信號(hào)頻率集中在500 MHz 以內(nèi)。當(dāng)含鋁量為0 和30%時(shí)，爆炸電磁輻射信號(hào)頻率主要集中在100 MHz 以內(nèi)，當(dāng)含鋁量為10%和20%時(shí)，爆炸電磁輻射信號(hào)在100 MHz 以內(nèi)且在300～380 MHz 范圍內(nèi)有明顯頻率組份。