氧化剂对炸药水中爆炸能量输出结构的影响.pdf

第4 6 卷第2 期 2 0 1 7 年4 月 爆破器材 E x p l o s i v eM a t e r i a l s V 0 1 ．4 6N o ．2 A p r ．2 0 1 7 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 8 3 5 2 ．2 0 1 7 ．0 2 ．0 1 0 氧化剂对炸药水中爆炸能量输出结构的影响来 范士锋 海军驻西安地区军事代表局 陕西西安，7 1 0 0 6 5 [ 摘要]为了研究氧化剂对炸药爆炸能量输出结构的影响，采用水中爆炸试验方法研究了高氯酸铵 A P 对炸 药水中爆炸冲击波的影响。试验结果表明，在炸药中添加A P ，可以调整炸药爆炸能量输出结构，降低炸药水中爆 炸冲击波的压力衰减速度，提高炸药水中爆炸冲击波冲量。通过等质量替换试验发现，A P 在试验所用的炸药体系 中释放的能量高于黑索今 R D X ，试验结果可为炸药配方精细化设计及水中兵器毁伤设计提供指导。 [ 关键词]高氯酸铵 A P ；水中爆炸；能量输出结构 [ 分类号] T J 5 5 I n f l u e n c eo fO x i d a n to nt h eE n e r g y O u t p u tC o n f i g u r a t i o no fU n d e r w a t e rE x p l o s i o n F A NS h i f e n g N a v a lR e p r e s e n t a t i v e sO f f i c ei nX i ’a n S h a a n x iX i ’a n ，71 0 0 6 5 [ A B S T R A C T ] A nu n d e r w a t e re x p l o s i o nw a sc o n d u c t e dt ot e s tt h ee f f e c to fa m m o n i u mp e r c h a l o r a t e A P o ne x p l o s i o n w a v ei nw a t e rt ob e t t e ru n d e r s t a n di t si n f l u e n c eo ne n e r g yo u t p u tc o n f i g u r a t i o n ．R e s u l t ss h o wt h a tA Pc a nc h a n g et h es h o c k w a v ec o n f i g u r a t i o no fu n d e r w a t e re x p l o s i o n ．T h es h o c kw a v ep r e s s u r ew i l lr e d u c es l o w l yw h e nt h ec o m p o s i t ee x p l o s i v e sc o n t a i nA P ．I nt h em e a n t i m e ．A Pc a na l s oe n h a n c ei m p u l s eo fs h o c kw a v e ．E x p l o s i v ec o n t a i n i n gA Pc o u l dr e l e a s em o r ee n e r g y t h a nR D Xi ne q u a lm a s sr e p l a c e m e n tt e s t ．T h e s er e s u h sc a nb eu s e di nt h ec o m p o s i t ee x p l o s i o nd e s i g n ． [ K E Y W O R D S ]a m m o n i u mp e r c h a l o r a t e A P ；u n d e r w a t e re x p l o s i o n ；e n e r g yo u t p u tc o n f i g u r a t i o n 引言 高氯酸铵 A P 是火炸药产品中常用的一种氧 化剂[ 1 “，添加A P 可以提高炸药的爆热和水中爆炸 能量，因此，大量应用于炸药配方中。有大量的文章 报道了添加A P 可提高炸药水中爆炸总能量[ 5 引。 然而．不同目标对炸药水中爆炸能量的需求不同，对 于舰船等大型慢速目标而言，增加气泡能有助于提 高毁伤威力；但对于水下机动性能更好的鱼雷、蛙人 等目标，气泡作用已经无法对目标产生毁伤效果。 提高弹药毁伤威力的方法除了提高炸药的总能量 外，根据目标毁伤特性，调整炸药能量输出结构，使 炸药爆炸能量输出结构与目标毁伤特性匹配。是实 现弹药对目标高效毁伤的另外一个重要途径[ 7 ] 。 因此，对于炸药设计者而言。仅仅了解A P 加入后带 来的宏观效应是远远不够的。深入研究炸药能量输 出结构与组分之间的关系是实现能量输出结构调整 的重要途径。笔者通过水中爆炸试验方法，研究A P 对复合炸药体系中炸药能量结构的调整作用。 1试验 1 ．1 试验材料与器材 3 ，4 ．二硝基呋咱基氧化呋咱 D N T F ，纯度大于 9 9 ％，甘肃银光化学工业有限公司；A 1 ，安钢铝粉厂， 粒径为1 3 斗m 。 G e n e s i s 5 I 型数据采集仪，德国H B M 公司压电 式电气石水下激波传感器，美国P C B 公司；测压范 围为0 3 4 ．5M P a 。 1 ．2 样品 样品采用熔铸工艺制备，样品所用起爆炸药为 J H ．1 4 ，质量为3 ．5g ，配装状态为内嵌式。所用的两 种D N T F 基炸药的配方如表1 所示。 亲收稿日期2 0 1 6 ．1 0 ．2 4 作者简介范士锋 1 9 7 8 一 ，男，硕士，高级工程师，研究方向水中兵器毁伤效果。E - m a i l 4 5 2 8 4 0 1 9 4 q q ．c o r n 万方数据 爆破器材 第4 6 卷第2 期 表1 试样数据 T a b ．1T e s td a t a 1 ．3 水下试验 爆炸水池直径为1 2 ．0m ．水深9 ．5m ，试验时试 样布置位置距离水池中心线、池壁各2 ．0m ，试样入 水深度为4 ．7m ；传感器也布置在水池中心线上，距 爆心距离依次为4 ．0 、5 ．0 、6 ．0 、7 ．0 、8 ．0 、9 ．0m ，保 持传感器入水深度也为4 ．7m 。试验时，采用8 。雷 管由端面中心引爆传爆药J H ．1 4 ，J H ．1 4 爆炸起爆试 样。每组测试两个平行试样。 2 试验结果与分析 试验中得到的冲击波超压和冲量结果如表2 。 表2 两种炸药冲击波数据 T a b ．2S h o c kw a v ep a r a m e t e r so ft w ok i n d s o fe x p l o s i v e s 图2 冲量与距离的关系 F i g ．2R e l a t i o n s h i pb e t w e e ni m p u l s ea n dd i s t a n c e 炸药的爆炸超压峰值和冲量均比换成同比例R D X 的配方高。在前者配方体系中，超压峰值高说明A P 在炸药爆轰反应区参加了爆轰化学反应，一部分能 量输出提高了炸药的冲击波压力另外，冲量的提高 说明A P 有一部分能量使炸药爆炸冲击波的输出形 式发生了改变。总体来看．A P 释放的总能量高于 R D X 释放的总能量。 为了分析A P 在爆炸中对能量输出的贡献。不 同测距处获得的冲击波超压．时间曲线见图3 。从 图3 中可以明显地看出，含有A P 的D 0 2 炸药的超 压曲线衰减的速度低于不含A P 的D 0 1 炸药。 对表2 中的冲量增量和测距作图，得到图4 。 从图4 中可以明显看出。随着距离的增加．含有 A P 的炸药相对于不含A P 炸药水中爆炸冲击波的 冲量衰减较慢。这主要是因为A P 在炸药爆轰反应 中的反应速率低于主炸药的反应速率，在主炸药反 应完后，A P 继续反应释放能量，使炸药爆轰反应持 续时间更长，使炸药爆炸产生的冲击波脉冲宽度增 加，从而使水中爆炸冲击波冲量显著增加。 两种炸药的爆炸冲击波超压和冲量与距离的关 系如图1 和图2 所示。3讨论 从表2 的试验结果可以看出，添加A P 的D 0 2 星 乏 葛 涮 图1 超压与距离的关系 F i g ，1R e l a t i o n s h i pb e t w e e no v e r p r e s s u r ea n dd i s t a n c e 通常情况下，A l 和A P 的加入会增加炸药的能 量[ 8 ] ，其中，A 1 在炸药中如何增加炸药能量讨论得 很多[ 6 一] ，但关于A P 是如何增加炸药能量、增加了 炸药反应过程中的哪部分能量的探讨很少。 在D N T F 基炸药配方中添加A P 后，从表2 可以 看出，水中爆炸的冲击波超压有所增加。尤其是在远 距离时，压力增加更为显著。这两种配方的区别在 于一种含R D X ，另一种含A P 。R D X 是一种单质炸 药，在炸药爆轰过程中可完全反应释放能量。而A P 是一种氧化剂，在爆轰过程中是否能够完全释放能 量还未见报道。从试验中的冲击波超压结果可以看 万方数据 2 0 1 7 年4 月 氧化剂对炸药水中爆炸能量输出结构的影响范士锋．4 5 ． 一 室 趟 剿 ￡ 蒌 出 剐 a 4 ．0m 述 删 磐 嘲 是 矗 塞 趟 辋 芒 善 趟 涮 日 曼 、 出 剿 图3 不同距离处两种炸药爆炸的冲击波超压．时间曲线 f 9 ．0m F i g ．3O v e r p r e s s u r e t i m eC H I V E So ft w oe x p l o s i v e sa td i f f e r e n td i s t a n c e s 距离／I n 图4 不同测点处冲量的增量 F i g ．4I m p u l s ei n c r e m e n ta td i f f e r e n tp o i n t s A P 在D N T F 基炸药爆轰反应过程中释放的能量高 于同质量的R D X 。 同时，从图3 的曲线中可以看出，相同测点处， 含有A P 的D N T F 基炸药水中爆炸冲击波超压衰减 速度均低于含R D X 的D N T F 基炸药．这说明A P 不 但参与了D N T F 基炸药的爆轰反应，其后续反应释 放的能量仍然能够贡献给水中爆炸冲击波，降低了 冲击波在水中的衰减速度，因此，含有A P 的D N T F 基炸药水中爆炸冲击波冲量才会显著增加。 4结论 出，在D N T F 基炸药中，用同质量的A P 替换R D X 后，提高了水中爆炸冲击波超压，因此，可以推断，1 在D N T F 基炸药配方中，A P 参与了炸药的爆 ￡J，∈嶝裂 万方数据 ．4 6 ．爆破器材 第4 6 卷第2 期 轰反应，且同质量的A P 在炸药爆轰反应过程中释 放的能量高于R D X ，可以有效提高D N T F 炸药的水 中爆炸冲击波超压。 2 在D N T F 基炸药配方中，A P 在爆轰反应后期 释放的能量依然能够贡献给冲击波，使含有A P 的 D N T F 基炸药水中爆炸冲击波压力衰减速度降低， 这与温压炸药中A l 的反应历程有相似之处[ 10 。1 1 j 。 综上所述．在D N T F 基炸药配方中增加A P ，可 有效改变炸药水中爆炸冲击波超压及超压衰减过 程．是增加该类炸药爆炸冲击波有效毁伤范围的一 种可行的途径。 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 参考文献 宋娟，郭效德，李凤生．超细球形高氯酸铵的制备与性 能表征[ J ] ．固体火箭技术，2 0 1 4 ，3 7 4 5 2 1 5 2 4 ． S O N GJ ，G U OXD ，L IFS ．P r e p a r a t i o na n dp r o p e r t y c h a r a c t e r i z a t i o no fs u p e r f i n es p h e r i c a la m m o n i u mp e r c h l o r a t e [ J ] ．J o u r n a lo fS o l i dR o c k e tT e c h n o l o g y ，2 0 1 4 ，3 7 4 5 2 1 - 5 2 4 ． 朱艳丽，焦清介，黄浩，等．铝粉粒度对高氯酸铵热分 解动力学的影响[ J ] ．高等学校化学学报，2 0 1 3 ，3 4 3 6 6 2 - 6 6 7 ． Z H UYL ，J I A OQJ ，H U A N GH ，e ta 1 ．E f f e c to fa l u m i B u mp a r t i c l es i z eo nt h e r m a ld e c o m p o s i t i o no fA P [ J ] ． C h e m i c a lJ o u r n a lo fC h i n e s eU n i v e r s i t i e s ，2 013 ，3 4 3 6 6 2 - 6 6 7 ． 谢中元，周霖，王浩，等．高氯酸铵包覆层对硼粉燃烧 性能的影响[ J ] ．兵工学报，2 0 1 4 ，3 5 2 1 9 4 1 9 9 ． X I EZY ，Z H O UL ，W A N GH ，e ta 1 ．C o m b u s t i o np e r f o r m a n e eo fb o r o nc o a t e dw i t hA P [ J ] ．A c t aA r m a m e n t a r i i ，2 0 1 4 ，3 5 2 1 9 4 1 9 9 ． 郝嘎子，刘杰，肖磊，等．机械粉碎法制备纳米C u C r O 。 及其对高氯酸铵热分解性能的影响[ J ] ．兵工学报， 2 0 1 5 ，3 6 9 1 6 5 4 1 6 5 9 ． H A OGZ ，L I UJ ，X I A OL ，e ta 1 ．P r e p a r a t i o no fn a n o s i z e dc o p p e rc h r o m i t ev i aam e c h a n i c a lg r i n d i n gm e t h o d a n di t se f f e c to nt h e r m a ld e c o m p o s i t i o no fa m m o n i u mp e r c h l o r a t e [ J ] ．A c t aA r m a m e n t a r i i ，2 0 1 5 ，3 6 9 1 6 5 4 1 6 5 9 ． 『5 ]周霖，杨启先．铝氧E L x , - J 含铝炸药水中爆炸冲击波的 影响[ J ] ．兵工学报，2 0 0 8 ，2 9 8 9 1 6 - 9 1 9 ． Z H O UL ，Y A N GQX ．T h ee f f e c to fA I ／Or a t i oo nu n d e r - w a t e r e x p l o s i o n s h o c kw a v eo fa l u m i n i u m c o n t a i n i n g e x p l o s i v e s 『J ] ．A c t aA r m a m e n t a r i i ，2 0 0 8 ，2 9 8 9 1 6 9 1 9 ． [ 6 ]冯晓军，韦国平，徐洪涛，等．A 1 ／A P 对R D X 基复合炸 药水中爆炸参数的影响[ J ] ．火炸药学报，2 0 1 2 ，3 5 4 1 0 - 1 4 ，3 6 ． F E N GXJ ，W E IGP ．X UHT ，e ta 1 ．I n f l u e n c eo fA 1 ／A P o nt h eu n d e r w a t e re x p l o s i o np a r a m e t e r so fR D X - b a s e d c o m p o s i t ee x p l o s i v e s [ J ] ．C h i n e s eJ o u r n a lo fE x p l o s i v e s ＆P r o p e l l a n t s ，2 0 1 2 ，3 5 4 1 0 1 4 ，3 6 ． [ 7 ] 王晓峰．军用混合炸药的发展趋势[ J ] ．火炸药学报， 2 0 1 1 ，3 4 4 1 - 4 ． W A N GXF ．D e v e l o p m e n t a lt r e n d si nm i l i t a r yc o m p o s i t e e x p l o s i v e [ J ] ．C h i n e s eJ o u r n a lo fE x p l o s i v e s ＆P r o p e l l a n t s ，2 0 1 1 ，3 4 4 1 - 4 ． [ 8 ]杨斐，王建灵，罗一鸣，等．D N T F ／A P ／A 1 体系炸药的能 量特性分析[ J ] ．爆破器材，2 0 1 4 ，4 3 5 1 1 1 4 ． Y A N GF ，W A N GJL ，L U OYM ，e ta 1 ．E x p l o s i o ne n e r g y c h a r a c t e r i s t i c so fD N T F ／A P ／A Ie x p l o s i v e [ J ] ．E x p l o s i v e M a t e r i a l s ，2 0 1 4 ，4 3 5 1 1 1 4 ． f 9 ]裴红波，焦清介，覃剑峰．基于圆筒实验的R D X ／A 1 炸 药反应进程[ J ] ．爆炸与冲击，2 0 1 4 ，3 4 5 6 3 6 - 6 4 0 ． P E IHB ，J I A OQJ ，Q I NJF ．R e a c t i o np r o c e s so fa l u m i n i z e dR D X - b a s e de x p l o s i v e sb a s e do nc y l i n d e rt e s t [ J ] ． E x p l o s i o na n dS h o c kW a v e s ，2 0 1 4 ，3 4 5 6 3 6 - 6 4 0 ． [ 1 0 ]金朋刚，郭炜，王建灵，等．不同粒度铝粉在H M X 基 炸药中的能量释放特性[ J ] ．含能材料，2 0 1 5 ，2 3 1 0 9 8 9 - 9 9 3 ． J I NPG ，G U OW ，W A N GJL ，e ta 1 ．E n e r g yr e l e a s i n g c h a r a c t e r i s t i c so fa l u m i n u m p o w d e r i nH M X b a s e d e x p l o s i v e s [ J ] ．C h i n e s eJ o u r n a lo fE n e r g e t i cM a t e r i a l s ， 2 0 1 5 ，2 3 1 0 9 8 9 - 9 9 3 ． [ 1 1 ] 金朋刚，王晓峰，郭炜，等．温压炸药爆炸释热特性研 究[ J ] ．爆破器材，2 0 1 4 ，4 3 3 1 - 4 ． J I NPG ，W A N GXF ，G U OW ，e ta 1 ．R e s e a r c ho nt h e h e a tr e l e a s ec h a r a c t e r so fT B Xe x p l o s i o n [ J ] ．E x p l o s i v e M a t e r i a l s ，2 0 1 4 ，4 3 3 1 - 4 ． 万方数据