炸藥爆轟對金屬殼體加速能力研究進展

李 鑫，王偉力，梁爭峰，阮喜軍

(1 海軍工程大學兵器工程學院，武漢 430033；2 西安近代化學研究所，西安 710065)

0 引言

凝聚相炸藥在軍用和民用領域已經使用了一個多世紀，其中一個主要特征是其固有的亞穩態，即在給定的刺激下容易爆炸。例如，當引爆擴爆裝置在炸藥中形成爆轟波時，炸藥瞬間爆轟轉化為高溫高壓膨脹的混合氣體，并作用于周圍介質。最為典型的是，炸藥被一個金屬外殼包圍，當炸藥爆轟后，爆轟氣體產物將巨大的壓力和應變率(通常為10～10s)施加于殼體內壁，從而迫使外殼形成裂紋并延徑向擴展，裂紋首先出現在殼體外表面，然后向內部生長，等到裂紋貫穿殼體后，最終金屬外殼破裂形成碎片，并被高速驅動，同時爆轟氣體產物壓縮空氣形成沖擊波。

從炸藥爆轟、殼體破裂、碎片拋射再到空氣中壓縮形成沖擊波超壓整個過程來看，這是炸藥爆炸作功能力的總和，對于殺傷彈藥而言，碎片拋射速度是彈藥毀傷的重要參數，即金屬加速能力，它是指炸藥爆炸形成的爆轟波及爆炸產物對接觸的金屬殼體破碎后形成的碎片加速作用的能力，金屬加速能力越強，彈藥毀傷威力越大。因此，研究炸藥爆轟對金屬加速能力具有重要的意義。

文中概述了炸藥爆轟金屬殼體加速的過程，介紹了金屬加速能力的評價指標，總結并分析了國內外針對炸藥格尼速度提出的3類計算方法，分析了炸藥格尼速度的影響因素。

1 金屬加速過程及評價指標

1.1 金屬加速3個階段

炸藥起爆后，爆轟波在炸藥中傳播，到達金屬殼體后形成沖擊波的反射，大約1～2 μs后炸藥爆轟完全形成高溫高壓爆轟氣體產物，產物膨脹驅動殼體，殼體在高壓高應變率條件下迅速膨脹，超過其動態屈服強度后形成裂紋，隨即破裂形成碎片。而后爆轟氣體產物開始流過裂縫向外溢出，由于爆轟氣體產物速度此時仍高于碎片速度，殼體碎片將進一步被加速，直至與爆轟氣體產物速度相同，此時達到最大速度，圖1所示給出了炸藥爆轟金屬加速的過程。

圖1 炸藥爆轟金屬加速過程

由圖1可知金屬殼體加速過程分為3個階段：

1)第一階段：炸藥爆轟波瞬時加載階段。由于炸藥爆轟反應時間極短，幾乎瞬間形成爆轟氣體產物，因此一般該過程為定容爆轟。該階段是由爆轟波陣面的高壓區引起的，爆轟波傳播至殼體內表面后，驅動殼體給予瞬時速度，該過程時間極短。根據殼體結構的不同，爆轟波可分為滑移爆轟波和正向爆轟波兩類。其中，對于圓柱體結構，側向殼體受到滑移爆轟波的加載，端面蓋板則受到正向爆轟波的加載。

2)第二階段：爆轟氣體產物膨脹加載階段。高溫高壓爆轟產物膨脹驅動外殼，這個過程幾乎不存在與外界的熱量交換，屬于絕熱膨脹。爆轟氣體產物膨脹存在一定過程，持續時間比爆轟波加載要長，可達到幾十微秒。含鋁炸藥中鋁粉的二次反應一般發生在該階段，解釋了含鋁炸藥爆速降低但膨脹作功能力增強的原因。同時，該階段與殼體材質密切相關，當殼體是具有塑性的金屬材質時，可在爆轟產物驅動下發生膨脹，且塑性越好，強度越高，殼體膨脹體積越大，爆轟氣體產物膨脹加載的歷程越長，殼體獲得的速度越高。而對于脆性殼體材質，比如陶瓷，炸藥爆轟波加載瞬間殼體就碎裂，爆轟氣體產物溢出，即不存在殼體膨脹階段，也就不存在爆轟氣體產物膨脹加載階段。如圖2所示給出了爆轟波和爆轟氣體產物加載下金屬殼體速度-時間曲線，爆轟波加載時間短，對金屬加速貢獻率大，是第一驅動力，爆轟氣體產物加載時間長，是第二驅動力。

圖2 爆轟波和爆轟氣體產物加載下殼體速度-時間曲線[2]

3)第三階段：殼體破裂后爆轟氣體產物的二次持續加載階段。王新穎等揭示了金屬殼體破裂后爆轟產物繼續加速過程的趨勢和規律，只是這個階段在整個金屬加速過程中貢獻較小，所以往往忽略不計。

從以上3個階段可知，爆轟波驅動金屬殼體速度是一個過程量，由爆轟氣體產物驅動殼體達到的最終速度才是需要關注的，對于彈藥工程設計及安全防護具有實用意義。

1.2 金屬加速能力理論計算

侯俊亮等和張守中等從理論角度推導了炸藥爆轟加載下金屬殼體應力場、膨脹速度、膨脹角度、破裂半徑及碎片速度等參數，在推導過程中作了如下假設：一是炸藥瞬時完成爆轟；二是金屬殼體簡化為理想剛-塑性材料模型，忽略彈性變形；三是金屬殼體膨脹過程中僅發生徑向運動，忽略軸向運動；四是不考慮初始應力波在金屬殼體內的傳爆與反射等細微過程。計算表明在金屬管膨脹的開始階段膨脹角和徑向膨脹速度是逐漸增大的，等達到穩定爆轟以后趨于定值，影響金屬管膨脹角和徑向膨脹速度的最大因素是炸藥與金屬殼體質量比值，其值越大膨脹角和徑向膨脹速度越大，且試驗值與理論模型、經驗公式的理論值基本吻合，說明此方法和結論是可行的，能夠用于實踐中，但其相對于Gurney公式較為復雜。

1.3 金屬加速能力評價指標

金屬加速能力是用于衡量各類炸藥爆轟后對殼體拋射能力的重要指標，不同炸藥金屬加速能力不同，金屬加速能力的評價指標包括了爆速、爆熱、爆壓等爆轟參數、格尼速度、圓筒試驗殼體破裂后壁速、金屬壁不同位移處的能量、單位質量炸藥推動管壁產生的動量，驅動壓力指數或驅動能量指數等，如表1所示。

表1 金屬加速能力評價指標及特點

由表1可看出：

1)金屬加速能力可通過破片初速進行表征，而破片初速可由炸藥的爆速、爆熱、爆壓等爆轟參數進行估算。這種方法對于單質炸藥比較符合，但對于混合炸藥，尤其是含鋁炸藥，采用單一的炸藥爆轟參數作為評價指標往往出現與實際結果相反的結果。例如，爆熱高的炸藥對金屬加速能力不一定強，因為炸藥中添加高活性金屬粉可以提高爆熱，但由于二次反應的遲滯現象，其釋放的熱量并未能及時貢獻給金屬的加速過程，殼體就已經破裂，加速過程結束。因此，對混合炸藥來說，如果彈體是薄壁結構，單獨用爆熱的大小作為衡量炸藥對金屬加速能力的強弱，就會出現爆熱大而初速小的矛盾現象。同樣地，爆速高的炸藥其金屬加速能力也不一定強，因為單純的高爆速炸藥其猛度較強，炸藥爆炸時容易對殼體產生變形和粉碎，爆轟氣體產物及早泄露，縮短了膨脹加載歷程，金屬加速能力反而降低。

2)格尼速度是評估炸藥對金屬的加速能力的重要參數，適用于對稱三明治結構、圓柱體結構、球體結構3種模型。利用格尼速度來計算炸藥的金屬加速能力，可以消除采用單一爆轟參數評價時出現的矛盾現象，且不限于彈藥結構，只要裝填比滿足0.06≤C/M≤5.6，即可推廣至對類似結構下炸藥爆轟后金屬加速能力的計算，能夠比較完善的衡量各類炸藥對金屬的加速能力，當考慮端面稀疏波時格尼公式需要加以修正。

3)將圓筒試驗中殼體膨脹破裂處的壁速、金屬壁位移6 mm或19 mm處的能量、金屬壁位移處的能量、單位質量炸藥推動管壁產生的動量作為金屬加速能力的評價指標，這些參量均為基于標準的圓筒試驗獲得的，是推導格尼速度時的過程量，能夠準確比較不同炸藥的金屬加速能力。但當裝藥結構尺寸發生變化時，殼體破裂半徑隨之發生改變，相應地這些參量值將發生變化，基于圓筒試驗獲得的結果缺乏某種轉換關系用以評價其余結構尺寸時的金屬加速能力。

4)王新穎等基于瞬時爆轟假定并把多方指數型狀態方程或JWL狀態方程作為等熵狀態方程進行處理，建立了理想炸藥爆轟驅動金屬加速能力的驅動壓力模型和驅動能量模型，并根據炸藥理想爆轟的C-J理論和ZND模型計算出爆轟參數，進而計算出驅動壓力和驅動能量，并以TNT炸藥為基準，提出了驅動壓力指數和驅動能量指數用于表征炸藥的爆轟驅動金屬加速能力。但僅適用于評估理想炸藥理想爆轟的情況，非理想炸藥是不適用的。

因此，綜合分析目前現有的金屬加速能力評價指標，認為格尼速度仍然是適用性更廣準確性更高的指標參數。

2 格尼速度計算方法

炸藥格尼速度是Gurney模型預測破片初速的關鍵參數，格尼速度需要通過圓筒試驗獲得，但實際過程不可能每研制一種炸藥就開展圓筒試驗來確定其金屬加速能力，會增加研制成本。因此，國內外許多學者在大量深入研究的基礎上，建立了一些近似模型，提出了諸多用于確定格尼速度的經驗或半經驗的計算方法，下面從以Hardesty & Kennedy為代表的法、以Roth為代表的法、以Keshavarz為代表的組分法進行分析。

2.1 以Hardesty & Kennedy為代表的φ法

是表示炸藥組成及能量貯備的示性值，由Kamlet等提出用于計算炸藥爆壓及爆速的參量，其表達式為：

(1)

式中：為每克炸藥所產生的爆炸氣體產物的摩爾數;為1 mol爆轟氣體產物的平均摩爾量;為炸藥爆熱。

基于此參量，Hardesty & Kennedy采用最小二乘法擬合得出炸藥格尼速度與的關系：

(2)

式中：為炸藥密度，經過幾種典型炸藥驗證其誤差控制在5%以內。

Kamlet等從另外途徑推導出了一種新的格尼速度與的關系：

(3)

與Hardesty & Kennedy法計算結果相比平均誤差不超過20 m/s。式(2)和式(3)在求解時，均假設爆轟產物主要由N、C、HO、CO組成，但實際上爆轟產物種類極為復雜，Keshavarz對爆轟氣體產物組成進行了重新分析，認為CHNO系列炸藥爆轟后按照含氧量優先形成N、CO、HO、CO、O等氣體，相應的發生了變化，然后依據試驗結果擬合出炸藥格尼速度計算公式：

(4)

其相對于式(2)和式(3)準確性有所提高。

同時，根據Kamlet & Finger公式，Locking將其換算為國際單位制，并依據文獻[15]中與爆壓(或爆速)關系，建立了炸藥格尼速度與爆壓(或爆速)、密度的關系：

(5)

(6)

式中:為爆壓;為爆速。

基于法建立的格尼速度公式對于CHNO系列炸藥計算精度較高，但前提是必須知道炸藥爆轟產物的具體組分及數量，由于目前工程上采用的炸藥大多數為含鋁混合炸藥，其配方成分較CHNO系列炸藥更為復雜，因此如何準確判斷產物成分是應用的關鍵。

張厚生在20世紀80年代也提出了炸藥示性值作為能量輸出指標，其是指單位體積炸藥的爆熱和單位體積炸藥的爆容的乘積，即：

(7)

式中：為炸藥示性值;為炸藥爆容。

與國外學者研究得出的值相比，本質上是相同的，均體現的是炸藥爆熱、爆容兩個參數。從示性值的量綱來看，它與單位體積炸藥的能量有關，格尼速度與示性值關系式如下：

(8)

綜上所述，以示性值或示性值推導的格尼速度計算公式可反映出金屬加速能力與炸藥爆熱、爆容及密度相關，也反應了采用單一爆轟參數作為評價金屬加速能力是存在局限性的。

2.2 以Roth為代表的γ法

炸藥的絕熱指數是爆轟產物體積和溫度的函數，與炸藥的成分和密度有關。目前，絕熱指數直接測量比較困難，通常是間接測定的，Locking提出了兩種計算方法，一種是基于炸藥穩定爆轟下律狀態方程推導的，其僅與炸藥密度相關，另一種是根據沖擊波理論得出的，其與炸藥的爆速、爆壓及密度相關。

國內外開展了格尼速度與絕熱指數的關系研究，Roth綜合考慮格尼公式及氣體動力學模型公式，導出了格尼速度與爆速、絕熱指數的關系：

(9)

Koch根據能量守恒定律，推導出任意時刻殼體的速度，同時依據沖擊理論，得出格尼速度計算公式：

(10)

假設=3，最終簡化成格尼速度與爆速的關系，其與Cooper推導的格尼公式基本一致。沈飛等根據圓筒試驗炸藥爆轟膨脹模型和爆轟產物的律狀態方程，得出了與Koch相同的炸藥格尼速度表達式。實際上，值并不是恒定的，不同的炸藥具有不同的值，即使同種炸藥在整個爆轟膨脹階段也是變化的，其在C-J處最大，而后逐步降低，直至成為理想氣體，一般介于1.3～3.0之間。因此，Koch作出的假設缺乏合理性。

Locking等根據公開的圓筒試驗結果擬合出一種格尼速度經驗公式：

(11)

與試驗值進行比較，整體上計算的平均誤差和均方根偏差都較小，但含鋁炸藥計算誤差較大。Dany利用BKW程序獲得炸藥的爆壓和絕熱指數，提出了炸藥格尼速度經驗公式：

(12)

由式(12)計算了27種炸藥的格尼速度，結果表明對于不含鋁炸藥而言，均方根偏差為0.04 km/s，對于含鋁炸藥，偏差為0.05 km/s。因此，該公式適用于任何密度下單質炸藥、混合炸藥及含鋁炸藥。

由于多方指數是爆容和爆溫的函數，而爆溫與爆熱基本呈正相關，同時以推導的計算公式基本都包含了爆速這一參數，因此可以看出金屬加速能力與爆速、爆容和爆熱3個爆轟參數密切相關。

2.3 以Keshavarz為代表組分法

當炸藥配方確定后，其密度、氧平衡、生成熱、爆轟參數等性能是一定的，對外金屬加速作功能力也將確定。因此，利用炸藥化學組分直接計算格尼速度是可行的。

Keshavarz根據CHNO炸藥的組成元素、裝填密度和凝聚相或氣相生成熱，建立了炸藥的格尼速度公式，兩種表達式如下：

(13)

(14)

式中：為分子質量;Δ為生成熱，其相對于法最大的優勢在于不需要知道炸藥爆轟產物組成，也不用考慮分子結構中的化學鍵。Keshavarz又建立了一種更為簡單的格尼速度公式，僅依靠炸藥密度、氮原子數、氧碳比、氫氧比即可，但前提是氫原子數不能為0，計算公式為：

(15)

Keshavarz提出的兩種方法計算誤差與文獻[16-17]基本一致，與某些炸藥格尼速度試驗值對比其均方根偏差僅為0.04 km/s。式(13)～式(15)在推導過程中參數擬合基于的均為理想炸藥試驗結果，所以其不適用于計算非理想炸藥。

Dany利用裝藥密度、炸藥生成熱、C/N/O三種原子數以及分子質量計算出炸藥板痕深度，進而計算出了格尼速度，之后又建立了炸藥格尼速度與氧平衡、裝藥密度的相互關系，經過與24種炸藥的格尼速度試驗值比較，除六硝基茋、塔考特外其余炸藥計算誤差均控制在4%以內。由于氧平衡中不涉及Al原子個數，因此該經驗公式不適用于含鋁炸藥，且公式擬合過程采用的均為負氧平衡炸藥，所以也不適用于零氧平衡和正氧平衡炸藥。

考慮到鋁粉在炸藥爆轟時二次反應對金屬驅動的影響，Dany運用多元回歸方法建立了用于估算含鋁和非含鋁炸藥的格尼速度，表達式為：

(16)

式中：Δ為燃燒熱;和為調節因子。該模型在預測Gurney速度方面相對準確，與Cooper、Locking、Dany、Keshavarz相比，非含鋁炸藥計算標準偏差基本一致，且可以計算含鋁炸藥。

2.4 各種方法對比及分析

Locking對法、法進行了評估，將計算值與試驗數據進行比較，從平均誤差、標準偏差等方面給出了各種方法評估的準確性及適用范圍，但評估結果與文獻[27]存在部分矛盾現象，我們將所有報道的格尼速度公式計算數據進行重新匯總、整理、對比分析后，得出以下結論：

1)復雜的方法不一定給出更準確的預測結果，例如Hardesty & Kennedy，Kamlet & Finger利用值建立的格尼速度關系式雖然可以評估非鋁炸藥，但由于計算過程沒有考慮鋁的存在，對于含鋁炸藥是不適用的，而利用與爆壓(或爆速)關系建立的格尼速度與爆壓(或爆速)簡單關系式，則適用于含鋁炸藥的計算；

2)Roth、Koch及Cooper等建立的方法最為簡單，但計算較為粗略精度值較低，且不適用于含鋁炸藥，工程上可以對非鋁炸藥格尼速度進行初步估算；

3)以Keshavarz為代表組分法最大的優勢在于不需做任何假設，僅依據炸藥自身結構組成即可完成對格尼速度的計算，但對新研制炸藥的計算精度不夠，主要原因是在擬合參數過程中基于的試驗數據樣本量不足，因此其適用范圍可能受限；

4)由于目前公開報道的炸藥格尼速度試驗數據有限，統計分析誤差對獲得的結果可能影響較大，這也是部分方法在計算炸藥格尼速度時誤差大的主要原因。因此，在利用試驗數據擬合經驗公式過程中應考慮樣本量的影響。

3 影響格尼速度的因素

上述所有格尼速度的計算方法均未涉及殼體材質的影響,實際上格尼速度不僅與炸藥自身性能有關，而且也與金屬殼體性質密切相關，因為其對爆轟產物膨脹過程具有重要的影響。以下主要從炸藥組分及性能、殼體材質及壁厚兩個方面分析格尼速度的影響因素。

3.1 炸藥組分及性能

炸藥裝藥是驅動金屬殼體高速飛行的能量來源，單位質量炸藥所產生的氣體體積和對介質破壞力的綜合效果越大，對金屬加速能力就越強。金屬加速能力主要與炸藥爆炸總能量，能量釋放速率，爆轟氣體產物量有關。只有這3個參數具有最佳的匹配性時，金屬加速能力才會最強，單純的追求某一參數極限值的措施是不可取的。

炸藥中加入金屬鋁粉可以提高炸藥的爆炸總能量，其作用主要表現為：爆轟時，鋁粉與炸藥中的氧發生劇烈的反應；與爆轟氣體產物CO、HO等反應，并維持長時間的高壓；與N發生反應形成氮化物。根據能量守恒定律，炸藥的爆熱愈高，炸藥的加速金屬能力應當愈強，實驗結果與此有一定的差別，兩者的順序并不完全一致，沈飛等用圓筒試驗研究了0%～40%鋁含量對RDX基含鋁炸藥驅動能力的影響規律，結果表明：隨著鋁粉含量的增加，炸藥爆速降低，爆熱增加，圓筒壁膨脹到最大速度值所需要的時間逐漸增大，炸藥的格尼能和格尼速度均降低。這是由于炸藥的能量釋放速率不同所致，相對于主體炸藥爆炸分解，鋁氧化的時間比單質炸藥的分解時間長得多，其能量釋放的延遲會降低轉化為金屬動能的轉換率，因此真正用于推動管壁的那部分能量比較少，只有當時間足夠長時，炸藥的全部能量才可能用來推動管壁作功。

因此，提高鋁粉在爆炸氣體產物膨脹階段的能量釋放速率是提升金屬加速能力的關鍵。Gogulya等研究表明如果主炸藥具有較高的負氧平衡，或者含有大量的氫原子，則通過采用納米含鋁混合材料可以提高鋁粉在能量釋放速率，進而增強含鋁炸藥的金屬加速能力。袁建飛等通過增加硝酸酯化合物改變RDX基含鋁炸藥的鋁氧比，使鋁粉反應更加充分，延長爆轟產物膨脹力在中后期的金屬加速能力，提高了金屬加速能力。同時，硝酸酯物質含氮量都比較高，特別丁三醇三硝酸酯的含氮量高達17%，爆炸后能放出熱量及增加大量的氮氣、一氧化碳等氣體產物，即增加了炸藥的爆容，一定程度上也提高了炸藥的金屬加速能力。熊賢鋒等研究表明加入鋁粉會降低初始筒壁速度，但隨著時間的增加，鋁粉后燃效應使產生的氣體膨脹作功對金屬起到持續加速的作用，會使筒壁速度增加更快，從而起到增加金屬加速作功能力的作用。

氣態產物是炸藥爆炸作功的工質，氣態產物越多，爆炸反應熱轉變為機械功的效率越高，對殼體金屬加速能力越強。因此，炸藥爆容是體現金屬加速能力的重要示性數。王克強基于量子力學原理和化學動力學，研究了炸藥分子結構與能量釋放速率及金屬加速能力的相互關系，將炸藥分為共軛炸藥和非共軛炸藥，其中共軛炸藥在沖擊波作用下化學鍵同時斷裂，形成的分子碎片多，爆轟氣體產物多，能量釋放速率快，金屬加速能力強。

3.2 殼體材質及壁厚

格尼速度是基于無氧銅特定的結構獲得的，然后用此計算相同炸藥不同殼體結構下的破片初速，但經試驗驗證及相關數據分析，格尼速度對于某種炸藥而言并不是固定不變的，其與殼體材質、壁厚、動態力學性能有密切的關系。利用標準圓筒試驗獲得的格尼速度只是一種特定情況下的典型值，在用來評價其余殼體裝藥下破片速度時需要考慮殼體的影響程度。

殼體的影響首先反映在材料塑性變形方面。王新穎等考慮了圓筒材質對炸藥格尼速度的影響，認為在炸藥驅動金屬系統中，圓筒約束爆轟產物的膨脹過程，不同材料圓筒由于力學性能的不同，在相同的驅動能力下，其破裂半徑和破裂時爆轟產物的相對比容存在差異。其中材質強度越大，塑性越好，其膨脹破裂半徑越大，爆轟產物的相對比容越大，格尼速度越大，加速能力越強。經過試驗研究得出：無氧銅、45#鋼、6061鋁合金膨脹破裂半徑分別為56.5 mm、50.8 mm、53.3 mm。陳醇等采用超高速攝影技術拍攝3種彈體材料殼體膨脹破碎過程，相比50SiMnVB 鋼殼體和40CrMnSiB 鋼殼體，30CrMnSiNi2A 鋼殼體形成破片的最大初速分別提高了31.9%和19.0%，這是由于30CrMnSiNi2A 鋼的極限抗拉強度明顯高于50SiMnVB 鋼和40CrMnSiB 鋼，這減少了殼體提前破碎而造成的能量泄露，使材料斷裂的時刻更加逼近炸藥爆轟能量充分釋放的時刻。范亞夫等研究表明將TC4殼體經過雙重退火處理后，強度稍降，但塑性和斷裂韌性提高，這種改變使圓筒在爆轟過程中爆轟產物未泄漏之前能夠充分膨脹，殼體破碎時間推遲，斷裂時殼體膨脹速度增加。因此，柱殼爆轟驅動的強度效應不容忽略，殼體力學特性對于膨脹及破裂過程具有重要影響，而殼體力學特性可通過不同熱處理工藝獲得。

同時，殼體壁厚、面密度等性能與格尼速度密切相關，Joseph等研究表明殼體壁厚增加，格尼速度降低，相同殼體壁厚條件下，殼體為鋼時格尼速度明顯低于銅或鋁，相同面密度條件下，殼體為銅時格尼速度要高于鋼或鋁。如圖3、圖4所示，分別給出了炸藥格尼速度與殼體壁厚、面密度的關系。

圖3 格尼速度與殼體壁厚的關系

圖4 格尼速度與殼體面密度的關系

同時，Backofen建立了殼體壁厚、密度與格尼速度的經驗關系式。

目前大部分彈藥結構并不是標準圓筒試驗中規定的裝藥尺寸結構和殼體材料及厚度，特別是目前防空反導彈藥大多采用的是半預制或全預制型殼體結構，且殼體材質一般為低碳鋼或硬鋁合金，其在炸藥爆轟加載下破片體膨脹半徑相對無氧銅要小，爆轟氣體產物膨脹加載歷程短，采用格尼速度計算的破片初速與實際值可能存在偏差。因此，在彈藥設計中要綜合考慮炸藥裝藥和殼體的匹配性。

4 結論

文中簡要分析了炸藥爆轟加載金屬殼體的3個階段、理論計算方法、評價指標，重點總結并對比了目前格尼速度的3類理論經驗計算方法，討論了其優缺點，并分析了格尼速度的影響因素，主要結論如下：

1)從炸藥爆轟、殼體膨脹破裂到高速驅動整個加載過程來看，金屬殼體加速能力包括3個階段：炸藥爆轟波瞬時加載階段、爆轟氣體產物膨脹加載階段、殼體破裂后爆轟氣體產物的二次持續加載階段，格尼速度是金屬加速能力重要評價指標，其反映的是金屬加速過程爆轟氣體產物二次持續加載后的最終速度。

2)目前報道的各種格尼速度計算方法精度、適用范圍均存在差異，使用過程應慎重選擇，且針對的主要是單質炸藥和理想混合炸藥，僅部分涉及非理想含鋁炸藥，計算精度較低，這是由于含鋁炸藥鋁粉在C-J界面上反應速率低，其爆轟性能相對于理想炸藥明顯不同，考慮到目前工程上含鋁炸藥的廣泛應用，建立含鋁炸藥的格尼速度計算方法是未來的研究方向。

3)格尼速度受到炸藥自身性能和殼體材質兩方面的影響，殼體材質主要通過影響爆轟氣體產品膨脹階段影響金屬加速能力，格尼速度是基于標準的圓筒試驗獲得的，不同的圓筒試驗條件下獲得的格尼速度是不同的。基于目前彈藥殼體采用的大部分為低碳鋼或硬合金鋁，其性能與無氧銅材質明顯不同，因此采用格尼速度來計算彈藥破片初速應該說并不是十分準確的。在實際過程中，應適當考慮殼體材質的影響。