RDX 塑性炸藥的爆電耦合效應(yīng)

劉 鵬，簡(jiǎn)昊天，張 秋，朱 朋，沈瑞琪

（1. 南京理工大學(xué)化工學(xué)院，江蘇 南京 210094；2. 特種能源材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210094）

炸藥ZND 模型認(rèn)為爆轟波陣面有一定厚度，由極薄的前導(dǎo)沖擊波和一定厚度的后繼化學(xué)反應(yīng)區(qū)組成，化學(xué)反應(yīng)在反應(yīng)區(qū)內(nèi)進(jìn)行并完成，沖擊波和化學(xué)反應(yīng)區(qū)以同一速度沿爆炸物向前傳播。由于化學(xué)電離和熱電離，爆轟波陣面處和化學(xué)反應(yīng)區(qū)中會(huì)生成帶電離子，這為爆電耦合效應(yīng)（Explosion-electricity coupling，EEC）提供了一個(gè)基本條件。在炸藥爆炸的過程中，給炸藥的反應(yīng)區(qū)中注入一定的外置電能，當(dāng)大電流從導(dǎo)電的反應(yīng)區(qū)流過時(shí)，將有一部分能量沉積到炸藥的反應(yīng)區(qū)中，與炸藥本身的爆炸能量進(jìn)行耦合，這部分能量可能通過焦耳加熱，也可能通過更復(fù)雜的耦合形式來補(bǔ)充爆轟波能量，提升炸藥輸出威力。

1979 年，Toton[1]研究了均勻的電場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)凝聚炸藥定常爆轟的影響，選取TNT 作為凝聚炸藥的代表，計(jì)算了焦耳加熱對(duì)爆速和爆壓的預(yù)期增益，理論上可以實(shí)現(xiàn)爆壓最大增加12%和爆速增加6%。1999 年，Lee 等[2]研究了通過電能輸入來提高炸藥爆轟性能的可能性，向引爆的炸藥提供5 kJ 的電能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，炸藥爆速平均提高2.7%～3.2%，局部提高8.2%～10.4%。2013 年，Piehler 等[3]將儲(chǔ)存的電能從160 kJ（5.5 kV）電容器組轉(zhuǎn)移到爆炸反應(yīng)爆轟前沿后面的導(dǎo)電區(qū)，實(shí)驗(yàn)裝置的爆炸部分由兩塊銅板（50.00 cm × 2.54 cm × 1.27 cm）組成，銅板之間由不同厚度的PrimaSheet-1000 炸藥層隔開，初步研究結(jié)果表明，在向反應(yīng)區(qū)輸入電能時(shí)，0.1 cm 厚炸藥的爆速提高了約4.2%，0.2 cm 厚炸藥的爆速提高了約2.6%。

上述研究均表明，外置電能的注入能夠提升炸藥的爆轟參數(shù)，證實(shí)了爆電耦合效應(yīng)的可行性，但上述研究均以炸藥爆速單一參量作為表征手段，且并未對(duì)炸藥爆電耦合過程中的電學(xué)性能及反應(yīng)過程進(jìn)行解釋。為此，本研究以平板塑性炸藥為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了平板炸藥的裝藥裝置，使用自主組建的高能量脈沖功率電源系統(tǒng)，通過匹配炸藥爆炸與脈沖電源放電時(shí)間使得爆電耦合能量最大化，新增以光子多普勒測(cè)速技術(shù)（Photonic Doppler velocimetry，PDV）測(cè)量的爆壓作為爆電耦合增益的主要表征參量來進(jìn)行爆電耦合研究。

1 爆電耦合效應(yīng)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

1.1 樣品與試驗(yàn)裝置

RDX 塑性炸藥為自制炸藥，主要成分是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%的黑索金和10%的天然橡膠。天然橡膠的添加使該塑性炸藥成型晾干之后能夠像橡皮一樣具有很好的延展性，可以直接用刀片裁成試驗(yàn)需要的形狀，在試驗(yàn)過程中受到擠壓也不會(huì)斷裂，非常適合爆電耦合效應(yīng)研究。制作的塑性炸藥如圖1(a)所示，厚度為3 mm，用刀片裁切為如圖1(b)所示的炸藥條，尺寸為70 mm × 8 mm × 3 mm。

圖1 RDX 塑性炸藥Fig. 1 RDX plastic explosive

圖2 為爆電耦合試驗(yàn)示意圖，其中LP為回路電感，RP為回路電阻。脈沖功率電源搭配兩個(gè)2.5 mF的電容，充電電壓為3 kV，能夠提供22.5 kJ 的能量，炸藥爆炸開關(guān)（Explosive opening switch, EOS）為一設(shè)計(jì)好的導(dǎo)電銅箔，固定在銅電極兩端，用于確保回路電流能夠上升到峰值。當(dāng)回路電流到達(dá)峰值時(shí)，電雷管炸斷EOS 開關(guān)并起爆炸藥，當(dāng)原本的電流回路被切斷時(shí)，電流必然會(huì)尋找另一條電阻低的通路，此時(shí)炸藥爆轟反應(yīng)區(qū)中由于高導(dǎo)電率等離子體的存在，電流可以從狹小的反應(yīng)區(qū)中流過，通過焦耳加熱及其他耦合方式使電能耦合在反應(yīng)區(qū)內(nèi)，增大反應(yīng)區(qū)粒子速度。泄放電阻和續(xù)流二極管用于保護(hù)電路，半導(dǎo)體開關(guān)用延遲觸發(fā)裝置通過光纖觸發(fā)。

圖2 爆電耦合試驗(yàn)示意圖Fig. 2 Schematic diagram of the EEC test

試驗(yàn)樣品安裝在如圖3 所示的工裝中。工裝整體由左右兩塊銅極與支撐塊組成，炸藥以長(zhǎng)條片狀?yuàn)A在兩銅極間，EOS 開關(guān)用螺栓固定在兩銅極的輸入端，保證雷管在起爆炸藥的同時(shí)可以炸斷EOS 開關(guān)。銅極側(cè)面設(shè)計(jì)了4 個(gè) ?6 mm 的通孔和一個(gè)M10 的螺紋孔，使用M6 的尼龍螺紋桿穿過通孔來連接支撐塊和兩銅極，螺紋孔用于連接回路電極。輸出端設(shè)計(jì)兩個(gè)M3 的內(nèi)螺紋孔，用于固定LiF 支撐工裝。

圖3 試驗(yàn)工裝Fig. 3 Test device

1.2 實(shí)驗(yàn)過程

1.2.1 脈沖功率裝置的放電規(guī)律

時(shí)間匹配是試驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)，要求在回路電流達(dá)到峰值時(shí)，雷管起爆炸藥，切斷EOS 開關(guān)，從而將能量注入反應(yīng)區(qū)中。試驗(yàn)時(shí)，因?yàn)槔m(xù)流二極管的存在，電流不會(huì)在回路中振蕩，而是緩慢下降直至降為零。所以，需要確定回路電流達(dá)到電流峰值的時(shí)刻，才能在該時(shí)刻斷開EOS 開關(guān)、起爆炸藥。同時(shí)，當(dāng)炸藥在回路電流達(dá)到峰值時(shí)刻起爆能保證有更多能量耦合到爆炸產(chǎn)物中，使爆電耦合效應(yīng)達(dá)到最大化。為了減小時(shí)間匹配上的難度并保護(hù)某些回路元器件，在回路中增加了22 μH 的電感。雖然電感的加入會(huì)降低回路中的峰值電流，但是可以顯著延長(zhǎng)回路放電時(shí)間，增大回路周期。

將脈沖功率裝置各元器件按照電路圖連接，電纜線長(zhǎng)度等條件保持與后續(xù)試驗(yàn)一致，測(cè)試端為不帶雷管的實(shí)驗(yàn)工裝，使用Rogowski 線圈準(zhǔn)確記錄回路中的電流信號(hào)。充電電源電壓以2 000 V為起點(diǎn)，以500 V 為梯度進(jìn)行回路短路電流測(cè)試，試驗(yàn)所測(cè)的短路放電電流曲線如圖4 所示，ΔT為放電周期。在回路負(fù)載確定的情況下（試驗(yàn)時(shí)加入EOS 開關(guān)，約等于短路放電），回路1/4 放電周期基本固定在595 μs 左右。因此，在綜合考慮雷管的作用時(shí)間和回路脈沖峰值時(shí)間之后，同步觸發(fā)器的通道1 設(shè)置為雷管觸發(fā)回路，延遲時(shí)間為0 μs，通道2 設(shè)置為回路電容放電半導(dǎo)體開關(guān)，延遲時(shí)間為1 000 μs，通道3 設(shè)置為PDV 采集信號(hào)，延遲時(shí)間為1 600 μs， 這樣可以保證在雷管輸出時(shí)回路中的電流已經(jīng)達(dá)到或者接近電流峰值，且PDV 光纖也能準(zhǔn)確地采集到粒子速度曲線。

圖4 短路放電電流曲線Fig. 4 Current histories of short-circuit discharge

1.2.2 炸藥爆電耦合的爆速與爆壓增益

試驗(yàn)以爆速和爆壓作為主要表征參量來研究爆電耦合對(duì)炸藥輸出性能的影響，將不加電和加電兩者測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。其中爆速采用爆速儀測(cè)量，爆壓則通過PDV 測(cè)量炸藥輸出端界面粒子速度進(jìn)而計(jì)算求得。

爆速儀測(cè)速裝置原理：用直流電源起爆電雷管，電雷管起爆測(cè)試炸藥，炸藥開始爆轟，處在高溫高壓狀態(tài)的炸藥波陣面處的產(chǎn)物瞬間被電離成負(fù)離子和正離子；當(dāng)炸藥波陣面到達(dá)第1 根探針時(shí)，探針導(dǎo)通，爆速儀記錄下探針導(dǎo)通的時(shí)刻，計(jì)時(shí)開始；波陣面到達(dá)第2 根探針時(shí)，探針同樣輸出一個(gè)電信號(hào)給爆速儀，此時(shí)計(jì)時(shí)結(jié)束；通過記錄爆轟波經(jīng)過兩個(gè)波陣面的時(shí)間間隔Δt，根據(jù)放置探針的長(zhǎng)度L，智能爆速儀可自行求解出所測(cè)炸藥爆速D，并將其輸出到顯示屏上。

PDV 測(cè)速技術(shù)的原理是基于物體運(yùn)動(dòng)的光學(xué)多普勒效應(yīng)。將激光探頭表面的反射光作為參考光，飛片表面的反射光作為信號(hào)光，參考光和信號(hào)光發(fā)生干涉后，利用探測(cè)器檢測(cè)參考光和信號(hào)光的差拍干涉信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，電信號(hào)再經(jīng)激光放大器放大，通過示波器采集，最后通過快速傅里葉變換處理，就能獲得界面粒子的速度歷程[4]。PDV 是全光纖系統(tǒng)，通過參考光和反射光的頻差獲得速度信息，速度測(cè)量上限只受數(shù)字示波器的頻帶寬度限制，具有信噪比高、體積小和系統(tǒng)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。圖5 為PDV 作用原理示意圖。

圖5 PDV 原理示意圖Fig. 5 Schematic diagram of PDV principle

基于PDV 測(cè)速技術(shù)，將界面粒子速度隨時(shí)間的變化與ZND 爆轟模型中的壓力分布假設(shè)相對(duì)應(yīng)，將速度曲線中出現(xiàn)的速率變化折點(diǎn)看作爆轟波結(jié)構(gòu)中的Chapman-Jouguet（C-J）點(diǎn)，因此只要測(cè)出炸藥爆轟產(chǎn)物界面粒子速度曲線，就可以得出爆轟反應(yīng)結(jié)束時(shí)間和爆轟反應(yīng)區(qū)寬度，進(jìn)而求出C-J 點(diǎn)和von Neumann（VN）峰壓力[5-6]。相比于其他方法，該方法的物理過程比較明確，速度分辨率和時(shí)間分辨率均較高。

實(shí)驗(yàn)中，為了在某一加載壓力下保持對(duì)樣品較長(zhǎng)的觀測(cè)時(shí)間，通常在樣品后端面粘貼透明窗口材料，形成加窗激光干涉測(cè)速系統(tǒng)。本試驗(yàn)使用的是LiF 單晶窗口，在沖擊波作用下，受窗口材料折射率變化的影響，加窗激光干涉測(cè)速系統(tǒng)的實(shí)測(cè)界面粒子速度不再等于真實(shí)的粒子速度，需要對(duì)窗口速度進(jìn)行修正，真實(shí)的界面粒子速度與實(shí)測(cè)界面粒子速度之間的修正關(guān)系為[7]

式中：us為真實(shí)粒子速度，uw為實(shí)測(cè)粒子速度。

界面粒子速度法的主要試驗(yàn)裝置包括：爆電耦合裝置、LiF 玻璃、三維光學(xué)調(diào)控平臺(tái)、激光干涉測(cè)速儀以及示波器。將表面鍍了1 μm厚鋁膜的LiF 玻璃嵌入支撐板的凹槽中，鍍鋁膜的一側(cè)緊貼炸藥，用螺絲與銅極緊固，光纖固定在三維可調(diào)光學(xué)平臺(tái)上，調(diào)整光纖光斑使其正對(duì)支撐塊上面的輸出孔。圖6 為界面粒子速度測(cè)量示意圖。

圖6 界面粒子速度測(cè)量示意圖Fig. 6 Schematic diagram of the interface particle velocity measurement

在進(jìn)行爆電耦合試驗(yàn)時(shí)，由于爆速和爆壓兩者的測(cè)量并不會(huì)互相影響，所以可以同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)參量。圖7 為試驗(yàn)過程的完整示意圖。同步觸發(fā)器先觸發(fā)雷管起爆裝置，1 000 μs延遲后再觸發(fā)脈沖回路開關(guān)，此時(shí)回路電流開始上升，1 600 μs延 遲左右回路電流達(dá)到峰值，雷管點(diǎn)火起爆炸藥并炸斷EOS 開關(guān)，隨著炸藥爆轟的傳播，依次觸發(fā)爆速儀的探針1 和探針2，爆速儀測(cè)出爆速，隨后爆轟波從末端輸出，PDV 采集到緊貼在炸藥輸出端的Al 膜運(yùn)動(dòng)速度，等效為輸出端界面粒子速度。

圖7 完整試驗(yàn)過程示意圖Fig. 7 Complete schematic diagram of the test process

2 結(jié)果與討論

2.1 爆速增益與電學(xué)特性

塑性炸藥的初始爆速v0為6 364 m/s，比黑索金炸藥的爆速8 498 m/s 低很多。其原因主要有以下兩點(diǎn)：(1) 天然橡膠和添加劑的加入降低了黑索金炸藥的質(zhì)量比；(2) 該塑性炸藥的密度僅為1.30 g/cm3，密度過小注定其爆速不會(huì)太高。為此，需要在相同的條件下進(jìn)行加電與不加電實(shí)驗(yàn)，才能夠最準(zhǔn)確地表征爆電耦合效應(yīng)的影響。

爆速儀測(cè)量數(shù)據(jù)如表1 所示。由表1 可知，在爆電耦合條件下，塑性炸藥爆速vEEC增加了227 m/s，達(dá)到6 591 m/s，增幅3.57%。由此可見，在爆電耦合條件下，爆速有一定的增長(zhǎng)。從導(dǎo)電角度分析，大部分電能是從導(dǎo)電性較好的反應(yīng)區(qū)流過，一小部分從爆轟產(chǎn)物區(qū)流過，此外還有極小部分通過擊穿空氣放電，這部分能量沒有提升炸藥的性能。假設(shè)爆轟產(chǎn)物區(qū)和擊穿空氣放電的能量占比較小，大部分電能沉積到炸藥的沖擊波陣面和化學(xué)反應(yīng)區(qū)，則可以將整個(gè)反應(yīng)時(shí)間內(nèi)的累積電能作為沉積總電能進(jìn)行計(jì)算。

表1 爆電耦合下塑性炸藥的爆速增益Table 1 Detonation velocity gain of the plastic explosive under EEC

使用Rogowski 線圈和電壓探頭測(cè)量炸藥兩端的電流和電壓參數(shù)，得到爆電耦合過程中回路電流和電壓曲線，如圖8 所示。從爆電耦合電流和電壓曲線可以看出：回路開關(guān)在?600.00 μs 打開，電流開始上升。?79.61 μs 時(shí)，電壓曲線出現(xiàn)抖動(dòng)，電壓開始逐漸上升，這是因?yàn)槔坠荛_始炸斷EOS 開關(guān)，銅箔電阻不斷增大。?64.61 μs 時(shí)，EOS 開關(guān)被完全炸斷，電壓曲線出現(xiàn)一個(gè)小峰值，電雷管引爆塑性炸藥開始絕熱壓縮并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，電流從導(dǎo)電性能良好的EOS 開關(guān)轉(zhuǎn)移到爆轟反應(yīng)區(qū)，回路電流出現(xiàn)抖動(dòng)并逐漸下降，此時(shí)為爆轟開始點(diǎn)，之后電阻繼續(xù)增大，電壓曲線上升。?44.81 μs 時(shí)，爆轟波成長(zhǎng)至穩(wěn)定，電壓曲線出現(xiàn)峰值并下降。?22.69 μs 時(shí)，電流曲線出現(xiàn)另一個(gè)抖動(dòng)，電壓曲線陡然下降，此為反應(yīng)結(jié)束點(diǎn)，整個(gè)過程的持續(xù)時(shí)間為41.92 μs，之后剩下的電流通過擊穿空氣釋放電能。根據(jù)之前設(shè)置的延遲時(shí)間計(jì)算可得，雷管點(diǎn)火時(shí)間為1 535.39 μs，電流上升了535.39 μs，峰值電流為25.97 kA。

圖8 爆電耦合電流和電壓曲線Fig. 8 Current and voltage histories of EEC

研究爆電耦合效應(yīng)時(shí)，把爆轟波視為一個(gè)帶有化學(xué)反應(yīng)和注入了額外電能的沖擊波處理，通過3 個(gè)守恒方程推導(dǎo)出額外電能注入時(shí)爆速的計(jì)算公式

式中：DC-J為炸藥爆速，單位m/s；k為多方指數(shù)，由于不加電和加電的試驗(yàn)條件一致，故可以通過不加電爆速試驗(yàn)求出多方指數(shù)，代入爆電耦合爆速計(jì)算公式中；Q′′為炸藥的爆熱，單位J/g，塑性炸藥為自制炸藥，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式可計(jì)算出該塑性炸藥的爆熱為5 020.96 J/g；Ee為單位質(zhì)量炸藥所獲得的電能，單位J/g，將電流和電壓曲線的乘積對(duì)反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行積分，所得能量除以炸藥質(zhì)量可得Ee，即

式中：ta為整個(gè)反應(yīng)的開始時(shí)間，單位 μs；tb為整個(gè)反應(yīng)的結(jié)束時(shí)間，單位 μs；U為對(duì)應(yīng)時(shí)刻的電壓，單位V；I為對(duì)應(yīng)時(shí)刻的電流，單位A；m為炸藥質(zhì)量，單位g。

經(jīng)過計(jì)算，塑性炸藥經(jīng)過爆電耦合效應(yīng)后，預(yù)測(cè)爆速為6 577.62 m/s，與實(shí)測(cè)爆速6 591 m/s 比較，相對(duì)誤差僅為0.2%。反應(yīng)過程中，沉積在反應(yīng)區(qū)的能量為711.32 J，能量利用率僅為3.16%，說明爆電耦合效應(yīng)研究仍有極大的進(jìn)步空間。

2.2 爆壓增益

PDV 示波器的帶寬為33 GHz，采樣率為80 GSa/s，利用PDV 測(cè)量樣品-LiF 窗口界面粒子速度，得到原始數(shù)據(jù)，經(jīng)過傅里葉變換之后，得到未修正粒子速度原始圖。對(duì)粒子速度原始圖進(jìn)行描點(diǎn)操作，隨后用式(1)進(jìn)行修正，得到修正后的界面粒子速度-時(shí)間曲線，如圖9 所示。由圖9 可知，粒子速度-時(shí)間曲線上存在一個(gè)明顯的拐點(diǎn)（C-J 點(diǎn)），這個(gè)拐點(diǎn)將曲線分成兩部分，對(duì)應(yīng)ZND 模型中的爆轟反應(yīng)區(qū)和Taylor 膨脹區(qū)。為了確定該點(diǎn)的具體位置，對(duì)光滑后的界面粒子速度進(jìn)行一階求導(dǎo)，如圖10 所示。dus/dt曲線在初始階段上升較快，對(duì)應(yīng)炸藥的快反應(yīng)階段，炸藥化學(xué)反應(yīng)的能量釋放主要發(fā)生在這一階段。隨后dus/dt曲線緩慢下降，該過程對(duì)應(yīng)炸藥的慢反應(yīng)階段。炸藥化學(xué)反應(yīng)結(jié)束后，即C-J 點(diǎn)之后，爆轟產(chǎn)物發(fā)生膨脹，受稀疏波的影響，界面粒子速度緩慢下降，對(duì)應(yīng)的界面粒子速度一階導(dǎo)數(shù)為接近于零的定值，通過讀取dus/dt曲線上的拐點(diǎn)可以確定C-J 點(diǎn)。

圖9 修正后的粒子速度-時(shí)間曲線Fig. 9 Modified interface particle velocity-time curves

圖10 速度-時(shí)間曲線的一階微分Fig. 10 First-order differential diagrams of the velocity-time curve

由平板裝藥的界面粒子速度-時(shí)間曲線（圖9）可得：先導(dǎo)沖擊波過后，粒子速度出現(xiàn)突躍，隨后化學(xué)反應(yīng)開始，界面粒子速度經(jīng)歷兩個(gè)階段：第1 階段，粒子速度下降較快，時(shí)間在100 ns 以內(nèi)，為快速化學(xué)反應(yīng)階段；第2 階段，粒子速度變化較平穩(wěn)，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)小顆粒固相碳凝聚過程。反應(yīng)前期粒子速度均下降較快，這是因?yàn)檎ㄋ幪。∈璨ê芸旆瓷浠貋恚瑢?dǎo)致沖擊波下降速度變快。

當(dāng)試驗(yàn)確定了塑性炸藥的VN 峰值粒子速度uVN和C-J 點(diǎn)的粒子速度uC-J之后，則可以利用沖擊波阻抗匹配關(guān)系計(jì)算炸藥反應(yīng)區(qū)內(nèi)的壓力[8-9]

式中：p為炸藥界面與窗口處的壓力，單位GPa；us為界面粒子速度，單位km/s； ρm0為L(zhǎng)iF 窗口的初始密度，單位g/cm3；C0和 λ為L(zhǎng)iF 窗口的沖擊絕熱線常數(shù)； ρ0為炸藥的初始密度，單位g/cm3；DC-J的單位為km/s； ρm0為L(zhǎng)iF 窗口材料的初始密度，為2.641 g/cm3，C0=（5.176 ± 0.023）km/s， λ = 1.353 ± 0.010。

設(shè)a為炸藥反應(yīng)區(qū)寬度（單位mm）， τ為化學(xué)反應(yīng)持續(xù)時(shí)間（單位 μs），則

由圖9 可以得到VN 峰值點(diǎn)時(shí)刻與C-J 點(diǎn)時(shí)刻，以此求出炸藥反應(yīng)區(qū)持續(xù)時(shí)間，之后根據(jù)式(4)計(jì)算各炸藥的VN 峰值壓力pVN與C-J 點(diǎn)壓力pC-J，再根據(jù)式(5)確定炸藥化學(xué)反應(yīng)區(qū)寬度[10-11]，得到塑性炸藥平板裝藥在爆電耦合作用下的爆壓增益 δpVN和 δpC-J，如表2 所示。

表2 塑性炸藥爆電耦合效應(yīng)爆壓增益情況Table 2 Detonation pressure gain of the plastic explosive under EEC

由表2 可知，爆電耦合效應(yīng)對(duì)塑性炸藥的壓力參數(shù)有一定的提升作用，VN 峰值點(diǎn)壓力提升了10.28%，C-J 點(diǎn)壓力提升了2.19%，VN 峰值點(diǎn)的壓力增益大于C-J 點(diǎn)壓力增益。根據(jù)分析，電能沉積的主要區(qū)域?yàn)楹罄m(xù)的化學(xué)反應(yīng)區(qū)，但是沉積在化學(xué)反應(yīng)區(qū)的電能并不能導(dǎo)致塑性炸藥前導(dǎo)沖擊波處VN 峰值壓力的提升，因此VN 峰值處壓力的提升是由于外部電場(chǎng)的影響，并且外電場(chǎng)對(duì)炸藥爆壓的影響大于注入反應(yīng)區(qū)中電能的影響。研究表明，隨著外電場(chǎng)的增強(qiáng)，炸藥的引發(fā)鍵鍵長(zhǎng)變短，解離能增加[12-13]。另外，外電場(chǎng)的加入，也在一定程度上增加了爆速，這也解釋了為什么用沉積能量計(jì)算出來的炸藥爆速小于實(shí)際爆速。

3 結(jié) 論

針對(duì)電能與炸藥爆炸的化學(xué)能結(jié)合問題，設(shè)計(jì)、加工、組裝了一系列完整的爆電耦合效應(yīng)加載及測(cè)試裝置，使用爆速儀測(cè)量塑性炸藥爆速，用PDV 測(cè)速系統(tǒng)測(cè)量塑性炸藥表面粒子速度，從典型的爆速和爆壓參數(shù)對(duì)塑性炸藥進(jìn)行爆電耦合效應(yīng)評(píng)估，得出以下結(jié)論。

(1) 試驗(yàn)結(jié)果表明，爆電耦合作用使塑性炸藥的爆速提高了3.57%，VN 峰值壓力提高了10.28%，C-J壓力提高了2.19%。

(2) 通過電流和電壓曲線的變化規(guī)律，定性地分析了爆電耦合效應(yīng)的全過程，并將沉積的電能代入推導(dǎo)的爆速計(jì)算公式，對(duì)爆電耦合效應(yīng)產(chǎn)生的爆速增益進(jìn)行了預(yù)測(cè)。經(jīng)驗(yàn)證，該計(jì)算公式的計(jì)算誤差僅為0.2%，對(duì)于爆電耦合效應(yīng)計(jì)算具有一定的參考價(jià)值。

(3) 分析了塑性炸藥爆電耦合效應(yīng)的可能作用機(jī)理，解釋了炸藥爆速增長(zhǎng)和爆壓增長(zhǎng)的主要原因，其中爆速增長(zhǎng)的主要影響因素為反應(yīng)區(qū)中注入的電能。VN 峰值壓力的增長(zhǎng)主要是外電場(chǎng)的影響，在炸藥爆炸之前，兩個(gè)高壓電極之間的外部電場(chǎng)縮短了關(guān)鍵化學(xué)鍵的結(jié)合長(zhǎng)度，從而增大了炸藥輸出能量。

感謝南京理工大學(xué)錢華研究員和李宛桐同學(xué)提供了RDX 塑性炸藥，感謝西安近代化學(xué)研究所宋浦研究員和南京理工大學(xué)韓志偉副研究員對(duì)研究工作的指導(dǎo)。