復(fù)合裝藥沖擊波超壓性能研究

■ 李常青 樊 虎

復(fù)合裝藥沖擊波超壓性能研究

■ 李常青 樊 虎

本課題設(shè)計了由理想炸藥和非理想高威力炸藥組成的內(nèi)外復(fù)合裝藥結(jié)構(gòu)，用壓力傳感器法對其沖擊波超壓性能進(jìn)行了試驗研究，并與單一裝藥結(jié)構(gòu)的沖擊波超壓性能進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，由外部為高爆速炸藥、內(nèi)層為低爆速炸藥組成的復(fù)合裝藥結(jié)構(gòu)的沖擊波超壓值，測試點上均比單一裝藥結(jié)構(gòu)的沖擊波超壓值有明顯提高。

1.引言

與研制新型單質(zhì)炸藥、混合炸藥相比，利用現(xiàn)有炸藥進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計從而實現(xiàn)提高武器的安全和性能要求更容易實現(xiàn)，并且具有較高的實用性、靈活性。

國外對復(fù)合裝藥的研究較多，也比較深入，如美國[1]對由B2249(外)/WFQ（內(nèi)）組成的雙層復(fù)合裝藥結(jié)構(gòu)的進(jìn)行了深入研究，研究表明，該雙層復(fù)合裝藥不僅能夠滿足快速烤燃、慢速烤燃、槍擊、摩擦感度及殉爆試驗的要求，更為重要的作為水下水下炸藥，其氣泡能比PBXN-103提高15%。美國的Arthar.Spencer 、John D.Cor1ey等人研究了復(fù)合裝藥對破片速度及炸藥沖擊波超壓性能的影響[2]，研究結(jié)果表明雙層裝藥明顯提高了破片的加速能力。

我國在復(fù)合裝藥方面也開展了一些研究，胡雙啟等[3]為解決鈍感主裝藥的起爆可靠性問題，進(jìn)行了傳爆藥與主裝藥復(fù)合裝藥的研究，肖紹清等[4]提出利用復(fù)合裝藥實現(xiàn)減低爆破地震、提高光面爆破效果等。牛余雷[5]等研究了復(fù)合裝藥爆炸能量的輸出特性等。但總體來說，國內(nèi)有關(guān)復(fù)合裝藥對炸藥沖擊波超壓性能影響的研究尚處于探索階段，文獻(xiàn)資料較少。

本課題在對復(fù)合裝藥作用原理進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計了三種復(fù)合裝藥結(jié)構(gòu)試驗方案，采用壓力傳感器法對各種方案的沖擊波超壓進(jìn)行了測試研究，通過對試驗結(jié)果的分析，比較了幾種方案對沖擊波性能的影響。

表1 試驗炸藥組成

2.試驗

2.1 試驗方案設(shè)計

采用兩種不同爆轟性能的炸藥進(jìn)行復(fù)合裝藥，可實現(xiàn)其爆轟性能的協(xié)同效應(yīng)，即高爆速理想炸藥在藥柱起爆后首先作用，為高爆熱含鋁非理想炸藥提供一個高溫、高壓的反應(yīng)環(huán)境，使其中的鋁粉能夠有效而快速的發(fā)生反應(yīng)，能夠有效持續(xù)沖擊波超壓，從而提高藥柱的整體爆轟性能。基于上述原理，首先以高爆速理想炸藥和高爆熱非理想炸藥兩種炸藥作為原材料，并采用內(nèi)外層裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行方案設(shè)計；其次考慮到復(fù)合裝藥爆轟性能與內(nèi)外層炸藥的體積存在一定的匹配效應(yīng)，通過計算，將內(nèi)層藥柱和外層藥筒之間的體積比設(shè)計為1∶1.8；第三，為更好地進(jìn)行結(jié)果比較，采用相同的內(nèi)外層藥柱體積比例和相同總體積，用不同的炸藥匹配方式設(shè)計了三種裝藥結(jié)構(gòu)，具體的試驗方案見表1和圖1。

2.2 試驗樣品制備

試驗藥柱制備采用二次澆鑄成型的工藝方法，即首先澆鑄內(nèi)層藥柱，在其固化后稱稱重，然后進(jìn)行外層藥柱的澆鑄，制成復(fù)合裝藥藥柱。試驗所用四種藥柱均為裸藥柱。

圖1 復(fù)合裝藥結(jié)構(gòu)示意

圖2 現(xiàn)場布置

表2 沖擊波超壓測試結(jié)果

2.3 試驗

試驗中，測試藥柱均水平放在1.5m高托彈架上，均采用一端起爆方式起爆。在距爆心6m、7m、8m位置上布置測壓傳感器，每個爆心距布置三個，共9個傳感器，現(xiàn)場布置圖見圖2。

3.結(jié)果與討論

取相同爆心距上三個傳感器測得超壓平均值作為測試結(jié)果，見表2。對比表2中三種方案的測試結(jié)果可知，復(fù)合裝藥結(jié)構(gòu)方案1的沖擊波超壓峰值均比單一裝藥結(jié)構(gòu)方案3的沖擊波超壓峰值有明顯提高，經(jīng)計算方案1的超壓峰值較方案3在6m、7m、8m處分別提高了22.62%、32.13%和13.94%，由此可知，與單一高爆熱炸藥相比，當(dāng)外層裝藥為高爆速炸藥、內(nèi)層為高爆熱炸藥的復(fù)合裝藥結(jié)構(gòu)可顯著提升炸藥的沖擊超壓值。

對比方案2和方案3可知，內(nèi)層采用高爆速的理想炸藥，外層采用低爆速的非理想炸藥組成復(fù)合裝藥結(jié)構(gòu)時，其沖擊波超壓峰值在6m處有所降低，在7m、8m處無明顯變化，顯示該復(fù)合裝藥結(jié)構(gòu)不利于爆炸沖擊波超壓峰值的提高。

方案1之所以能提高爆炸沖擊波超壓峰值，可能是由于藥柱起爆時，外層理想高爆速炸藥爆炸首先作用，其產(chǎn)生的高溫高壓環(huán)境給內(nèi)層非理想炸藥的爆轟提供了有利條件，使其所含鋁粉能夠快速充分反應(yīng)，反應(yīng)釋能能夠持續(xù)加載爆轟波，因此宏觀上表現(xiàn)出沖擊波超壓峰值的提高。

4.結(jié)論

由外層高爆速、內(nèi)層為非理想炸藥組成的復(fù)合裝藥結(jié)構(gòu)可有效提高炸藥的沖擊波超壓峰值，而由外層非理想炸藥、內(nèi)層為理想炸藥組成的復(fù)合裝藥結(jié)構(gòu)不利于炸藥沖擊波超壓值的提高。

[1]Patrick Kernen, Way And Methods To Insensitive M u n i t i o n s: I M R e c i p e s Version[C],Insensitive Munitions Techno1ogy Symopsium,1994.

[2]Arthar.Spencer,John D.Cor1ey.B1ast and fragmentation e n h a n c i n g e x p 1 o s i v e. US5996501[P] ,1999.

[3]胡雙啟,曹雄,趙學(xué)嚴(yán).凹球形傳爆藥裝藥結(jié)構(gòu)研究[J].華北工學(xué)院學(xué)報,2001,22(4):301-303.

[4]肖紹清,王文杰,曹桂祥,等.炮孔復(fù)合裝藥結(jié)構(gòu)對混凝土作用的數(shù)值模擬[J].工程爆破,2003,9(3):19-24.

[5] 牛余雷,王曉峰,余然.雙元雙層復(fù)合裝藥水中爆炸能量輸出特性[J].含能材料,2009,17（4）：415-419.

（作者單位：空軍駐西南地區(qū)軍事代表室）