装药结构对传爆药柱起爆能力的影响研究

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1、文章编号:100520930(2005)20200205中图分类号:TQ560,TJ450文献标识码:A装药结构对传爆药柱起爆能力的影响研究曹雄,胡双启,张建忠(中北大学环境与安全工程系,山西太原030051)摘要:为了适应钝感弹药对传爆序列提出的新要求,根据炸药冲击起爆理论,研究了凹球形和半球形两种新结构传爆药柱,并对两种新结构传爆药柱与普通圆柱形传爆药柱的起爆威力进行了实验对比.研究结果表明,改变传爆药柱的结构可提高其输出威力,新结构传爆药柱较普通圆柱形传爆药柱的起爆威力有明显提高.研究结果对解决钝感弹药的可靠起爆问题具有重要意义.关键词:钝感弹药;

2、传爆药柱;冲击起爆;装药结构钝感主装药的出现,对引信的爆炸序列提出了新的要求,即爆炸序列必须要有足够的输出用于可靠起爆钝感主装药[1].传爆药在爆炸序列中起着传递放大爆轰的作用,其输出大小是解决弹药钝感化的一个核心问题.要可靠起爆钝感主装药,传统的方法是加大传爆药的尺寸和药量,但钝感主装药可能出现以下二种情况:第一种是极钝感主装药的临界直径可能大到80—100mm左右,这样所需传爆药的直径和药量将非常大,同时还会使武器敏感部分增大,从而增加意外爆炸的机会,而且成本也会增加;第二种是极钝感主装药的临界起爆压力很大[2],常规结构传爆药的输出压力根本无法起爆

3、这类极钝感主装药.因此,必须研究新型高能传爆药装药结构,使传爆药能在较小的体积情况下保证钝感主装药的可靠引爆.本文针对钝感主装药可靠起爆问题,研究装药结构对传爆药柱起爆能力的影响.1传爆药装药结构设计1.1理论依据1969年,Waller和Waskey通过飞片实验得出了著名的P2τ=C炸药临界起爆能量判据[3],P2τ判据适于飞片冲击起爆矩形脉冲的情况,其起爆压力是恒定值.而对炸药引爆炸药这一衰减脉冲的情况,1981年Foan和Coley[4]根据隔板引爆实验结果,将飞片矩形∞∞10∫p0∫p22脉冲的结果引入到衰减脉冲的引爆问题,提出:(t)dt=c.

4、该理论认为Z(t)dt代表了炸药爆炸后所产生的冲击起爆能量的大小.其中p(t)是主发炸药爆炸后在主、被发炸药间产生的冲击压力,它是时间的函数,t是作用时间,Z是被发炸药的冲击阻抗.1997年胡双启又提出了考虑面积效应的衰减脉冲冲击起爆能力的概念[5],即:作者简介:曹雄(1968—),男,副教授,在职博士研究生.曹雄等:装药结构对传爆药柱起爆能力的影响研究201α=tc0∫N=αE2p(t)dt.其中,积分上限t是冲击脉冲衰减至P所经历的时间,P是被起cccZ爆炸药的临界起爆压力.α为面积效应系数,起爆药柱半径越大,α越大,起爆能力N也越大.上述理论研究

5、结果说明,在装药种类一定时,决定传爆药柱起爆能力的主要因素为:冲击压力、作用时间和起爆面积.只要加强其中一个或两个以上因素,则传爆药柱的起爆能力就提高了.根据有效装药理论、拐角效应、聚能效应等理论,改变结构对传爆药柱的输出主要有以下几种影响:(1)减少由拐角效应造成的死角,可使传爆药柱与主装药接触的输出端的有效装药量增加.在导爆药起爆传爆药柱时,由于导爆药柱直径小于传爆药柱直径,爆轰波在传爆药柱中传播的过程中存在着拐角现象,造成拐角处传爆药利用率降低;(2)冲击波汇聚效可使传爆药柱输出压力增加;(3)控制输出波形有利于输出能量汇聚;(4)改变传爆药柱的结

6、构可以增加起爆面积.综合运用上述理论,改变装药结构可以提高传爆药柱的起爆能力.1.2传爆药装药结构设计(1)汇聚型装药结构设计根据聚能效应理论,聚能穴对提高传爆药柱的输出能量具有极其重要的作用[6].当聚能穴为半球形时,传爆药柱的爆轰产物沿着半球形空穴的直径方向向球心处汇集,并在接近中心处汇聚成一股能量很高的气流,这部分气流有很高的速度和压力,(a)外圆凹球形传爆药柱(b)外锥凹球形传爆药柱图1凹球形传爆药柱Fig.1Concave2sphericalboosterpellet因而大大提高了传爆药柱的输出压力[7].据此,本文设计了汇聚型外圆凹球形传爆药

7、装药结构.结合拐角效应理论,为了提高传爆药柱的利用率,设计出外锥凹球形传爆药装药结构.这两种结构适合起爆临界起爆压力大的钝感主装药.如图1所示.(2)发散型装药结构设计爆轰波的传播与光波的传播相类似,它们都遵守几何光学的惠更斯2费涅尔原理.在无限大的均质球形炸药中心进行点引爆时,爆轰波为中心对称的球形爆轰波.传爆药柱的输出波形与主装药的爆轰波形一致性越好,对起爆越有利.根据上述理论,设计了两种尺寸的半球形传爆药柱结构,一种半球半径为15mm,一种直径为11mm,如图2所示.圆柱形图2半球形传爆药柱Fig.2Hemisphericalboosterpell

8、et应用基础与工程科学学报202传爆药柱起爆主装药时,起爆面积仅为与主装药接触端