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3 0 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l a 第3 7 卷第4 期 战斗部炸药装药安定性评估。 朱满林 余文力董三强 第二炮兵工程学院 陕西西安，7 1 0 0 2 5 [ 摘要]依据火炸药安定性测试中的热减量法，对某战斗部炸药装药在9 5 ℃时的热安定性进行了实验研究，并 采用回归分析等方法对实验结果进行了统计分析，获得了其安定性的评估模型及其置信区间，为评估该战斗部炸 药装药的热安定性提供了依据。 [ 关键词]炸药热安定性置信区间 [ 分类号] T D 2 3 5 ．2 1T Q 5 6 1 引言 炸药安定性的好坏是衡量炸药安全性、可靠性 等指标的重要示性数之一。尽管炸药的热安定性受 众多因素的影响，但热分解是影响炸药安定性的主 要外在原因。在固定温度下，一般地说，炸药的初始 分解速率决定着其最大可能的热安定性。凝聚相火 炸药的热分解可用式 1 表示⋯，即 火炸药啦体t 凝聚相 热焓 1 ／A 目前研究火炸药热分解和测试安定性的各种方 法，基本上都是根据这个通式建立起来的。如测气 体产物的压力和成分，测凝聚相的质量或组分变化， 测分解过程中的热焓变化等。一般遵循以下两个原 则 1 安定性只用反应过程对时间曲线上的一个 点来表示。通常是取一定量的火炸药，在一定温度 下，经过一定分解时间，测定其分解数量 分解的数 量越大就越不安定 ；或在一定药量，一定温度下， 分解一定数量产物，比较分解时间的长短 所需时 间越长就越安定 。 2 定量地观察一定量的火炸药由开始分解到 达某种分解程度或全部分解完了的分解过程，由此 得到分解过程对时间的关系曲线，用某些动力学参 数来衡量火炸药的安定性。其测量方法主要有质量 法、量气法、贮存法等。 本次实验依据G J B7 7 0 A - 9 7 方法5 0 5 ．1 热减量 法呤1 来测定某战斗部炸药装药在9 5 1 2 时的热安定 性能。该战斗部炸药装药是以黑索今为主要成分的 军用混合炸药。 2 热安定性的表示方法及其基本模式 2 ．1 减量分数 收稿日期2 0 0 8 - 0 3 1 0 试样加热时间与对应的累积减量分数以式 2 来进行计算 ∞； n 0 - - r t 。i 1 0 0 ％ 皑2 ；- x 2 式中∞；炸药每2 4h 的累积减量分数，％； m 。试样和减量瓶的总质量，g ； m ；第i 次加热后试样和减量瓶的总质 量，g ； m 试样的质量，g 。 对每个温度下的试样药柱平行测定两组结果， 每组3 发，先分别计算每发试样每2 4h 的减量分 数，然后再取均值。两组之间不取均值，以破折号相 连接。实验结果表示至两位小数。试样质量和减量 瓶质量均精确至0 ．0 0 0 2g 。部分实验数据及计算结 果见表1 。 2 ．2 减量曲线 以加热时间t 为横坐标，试样在一定时间问隔 的累积减量分数为纵坐标，绘制累积减量分数- 加热 时间曲线，见图1 所示。 芝 籁 众 掘 楚 聪 喇} 图1累积减量分数珈热时间曲线 整个曲线根据其斜率不同，分为起始分解、匀速 分解和加速分解三段，将匀速分解段上的各点做一 条直线，另外两段的各点画两段曲线，左端曲线与直 万方数据 2 0 0 8 年8 月战斗部炸药装药安定性评估朱满林等 3 1 ． 线交点为匀速分解起始点，右端曲线与直线的交点 为加速分解起始点，并用该点所对应的加热时间表 示炸药的热安定性。 在实际实验中，这个加速分解起始点并不易找 到，但人们一般所关心的是试样加热分解到其质量 损失到累积减量为0 ．5 ％和1 ．O ％时的热安定性。 根据美军标，累积减量1 ％是火炸药的失效临界 值‘引。 为了可靠安全需要，累积减量为0 ．5 ％可作为 以热安定性来评估军用炸药安全贮存寿命所选定的 试样分解延滞期。 2 ．3 热安定性的表示方法 热安定性的表示方法可由直接作图的方法求 得，也可用最小二乘法或者回归法来计算。由于直 接作图法受人为因素影响较大，所以采用回归法来 计算试样累积减量损失所对应的热安定性。 将6 个试验药柱平均分为2 组，用回归法可拟 合出2 条直线，其形式为 ∞i 吼 b i t 3 式中∞F 第f 组试样平均累积减量分数，％； t 。第i 组试样平均累积减量分数所对应 的时间序号；f 1 ，2 ；J l ，2 ，⋯，m m 为每个9 5 ℃温度下所取实验数据的数 目 ； 口；，b l 待定系数。 最后用外推的方法计算出不同时间点的累积减 量分数∞i ∞ ≤1 ％ 所对应的热安定性。 3 热安定性模型的确定 对数正态分布是可靠性研究中十分重要的分 布，用它来描述受化学和物理化学的过程所支配的 失效分布是最为有效的H 】。在这里作以下两点假 设 1 设6 个样品在温度为9 5 ℃下的累积减量所 对应的时间都服从对数正态分布，其分布密度函数 表示为卜J 八I 告e 抽刊w 9 垫业 ／ ∽ 、，j 2 啊叮t a 4 式中纵矿2 和旷_ 吩别是9 5 ℃温度下的对数均 值、对数方差和对数标准差。 2 9 5 ℃温度下，6 个试样所分成的2 组平均累 积减量百分数随时间在某一线性显著水平a 条件 下线性显著。 上述假定表明，在温度为9 5 ℃条件下6 个试样 的累积减量所对应的时间t 服从对数正态分布，且 在该温度下由6 个样品所分成的2 组平均累积减量 百分数随时间在某一线性显著水平a 条件下线性 显著，所以根据其拟合的直线方程计算出的9 5 ℃温 度下平均累积减量所对应的时间在该显著水平a 条件下可信，从而所得到的热安定性可信。 3 ．1 对数正态分布的统计检验 由于累积减量所对应的时间t 服从对数正态分 布，则戈 I r a 服从正态分布，故所有正态性检验法都 可用来检验对数正态分布。本文应用夏皮诺 S h a p i r o 和威尔克 W i l k 检验 3 ≤n ≤5 0 来检验 累积减量所对应的时间t 是否服从对数正态分 布[ 5 1 。 以试样质量减少0 ．5 ％作为试样的检验点，根 据实验所得到的数据，可得9 5 ℃温度下6 个样品的 t 。 样品在9 5 ℃温度下从开始加热到试样质量减少 0 ．5 ％所用的时间 ，把t 。按从小到大的顺序排列， 并作变换石。 h a t 。，则石。1 ≤茗J | 2 ≤石J 1 3 ≤石斛≤茗J 1 5 ≤菇晒是 来自于正态分布Ⅳ 胁，Z 的一个完全样本。对于 9 5 ℃温度下6 个样品从加热到试样质量减少到 万方数据 3 2 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l a 第3 7 卷第4 期 0 ．5 ％所对应的时间进行计算，将计算结果列于表 2 。 建立假设％样本茗。，菇2 ，茹，，礼，％，％来自于正 态分布。 表2 样品临界点数据及其所对应的对数值 样1样2样3样4样5样6 I ／d 4 0 ．6 l4 4 ．8 14 5 ．4 64 3 ．6 6 “．1 83 8 ．3 9 茗。 3 ．7 0 4 03 ．8 0 2 43 ．8 1 6 83 ．7 7 6 43 ．7 8 8 33 ．6 4 7 8 检验这些假设的夏皮诺和威尔克统计量 简称 形统计量 为 【。乏吼 茗7 一。一石． 】2 形 上生广一 5 ∑． 氟一； 2 式中；样本均值； 口。形统计量的系数，对于n 6 查形检 验统计量形的系数口h 的数值表可 得a l 0 ．6 4 3 1 ，a 2 0 ．2 8 0 6 ，口3 0 ．0 8 7 5 。 据式 5 计算得 W 0 ．8 7 1 6 取显著水平O t 0 ．1 0 ，查形检验统计量形的a 分位数耽表，得睨 O ．8 6 7 0 。 而 W 睨 故接受原假设。所以，在温度为9 5 。C 温度下所 有6 个样品的累积减量所对应的时间均来自对数正 态分布。 3 ．2 线性显著水平检验 在9 5 。C 温度下，将6 个试样分成2 组，对2 组平 均累积减量百分数随时间在某一线性显著水平a 条 件下线性显著性进行检验。 3 ．2 ．1 参数估计‘‘】 口 瓦一b ；瓦 6 2 ；量≮塑 二型 7 荟 ≈一．i 2 式中 一 1 蛾2 蔬蛳 _ i2 荔勺 3 ．2 ．2 模型检验 给定显著水平a ，统计量服从自由度为m - 2 的 t 分布。 r 盥学翌 8 盯 式中含，历 含i ．2 慧 旷；也 2 9 若 I T I ≥缍 m 一2 1 0 则认为线性回归显著； 若 I T I t o ．晒 2 5 、I r I2 t o ．∞ 2 5 ，所以，建 立的两个线性方程均线性显著。 ∞1 f 0 ．2 8 2 8 0 ．0 0 5 1 t 】， 1 2 ∞≈ O ．2 6 7 5 0 ．0 0 5 4 t 2 ／ 1 3 3 ．3 热安定性模型及其区间估计 ∞u 0 ．2 8 2 8 0 ．0 0 5 1 f i j ∞≈2 0 ．2 6 7 5 O ．0 0 5 4 t 掣 由于线性回归显著，因此可按这两个模型确定 该炸药试样在9 5 。C 温度下的安定性，并可以用以下 方法计算其安定性的区间估计 设时间为t o 时的样品累积减量为∞由，则统计 量 T ∞D a i b i t o 1 4 服从自由度为m 一2 的t 分布，则给定置信概率 l a ，其累积减量的置信区间为 ∞l 0 ．2 8 2 8 O ．0 0 5 1 t o 艿i t i 1 1 5 ∞2 O ．2 6 7 5 0 ．0 0 5 4 t o 6 i t i 2 1 6 其中， 磊 t 唔 m 一2 盯i ． 万方数据 2 0 0 8 年8 月战斗部炸药装药安定性评估朱满林等 3 3 i I ，2 1 7 对于不同的置信概率，可以算出试样安定性的 估计区间。 4 结论 根据式 1 2 、式 1 3 、式 1 5 和式 1 6 ，可以 评估该战斗部炸药装药在9 5 。C 恒定温度下的热安 定性 C O ；≤1 ％ 及其不同置信概率条件下的置信区 间，如累积减量为0 ．5 ％的热安定性为 4 2 ．5 9 0 ．0 2 0 一 4 3 ．0 5 0 ．0 1 6 d 取am - - ．0 ．1 0 ，实验测 得值两组均为4 3d ，实验值与计算值基本吻合。累 积减量为1 ％时的热安定性的外推天数为 1 4 0 ．6 3 O ．0 2 7 一 1 3 5 ．6 5 0 ．0 2 3 d 取a 0 ．1 0 。该 项研究可为评估该战斗部炸药装药的贮存可靠性和 安全性提供重要依据。 参考文献 I t ] 第五机械工业部第- - 0 四研究所．火炸药手册 增订 本 第三分册r M ] ．1 9 8 1 ．2 4 7 2 4 8 ． [ 2 ] G J B 7 7 0 A 聊，方法5 0 5 ．1 ，1 9 9 7 ．5 ． [ 3 ] b l I L - 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t a i n e d ，w h i c hp r o v i d e dt h eg i s tf o rt h ee v a l u a t i o no ft h ew a r h e a de x p l 0 6 i v ec l m 学t h e r m a lB t a b i l l t y ． [ K E YW O R D S 】e x p l 0 6 i v e ，t h e r m a ls t a b i l i t y ，c o n f i d e n c ei n t e r v a l 上接第2 9 页 加药杯里，然后操作工启动加药机器手，接着加药机 器手和门控系统将会协调配合完成一次送药与倒药 的过程。 6 结束语 该可编程控制加药机器手在硬件电路与软件控 制上都不同于以往的方式，设计更加合理，运行模式 新颖，控制技术符合生产工艺要求。同时可编程控 制加药机器手及视频监控系统与工业雷管自动装填 生产流水线实现了无缝对接，危险工序无人操作，增 强了生产线的安全可靠性。极大地提高了生产效率， 改善了工作环境，降低了劳动强度。通过在新疆雪 峰民爆公司雷管自动装填生产线多年的实际应用与 不断改进，可编程控制加药机器手日趋完善，有很好 的应用前景。 本项目得到了乌鲁木齐市科技局资助、新疆雪 峰民用爆破器材有限责任公司的投资，在此一并表 示感谢。 参考文献 [ 1 ] 刘建业，付占稳，朱维璐，等．自动送药遥控小车及视 频监控系统[ J ] ．火工品，2 0 0 7 ， 1 4 2 4 3 ． [ 2 ] 邱国普，杨立，张立．电动小车的电机驱动及控制[ J ] ． 电子世界，2 0 0 4 ， 7 4 1 4 2 ． [ 3 ] 狄敬国，程继兴，李秀美，等．一种基于P L C 的运料小 车设计[ J ] ．农业装备技术，2 0 0 6 ，3 2 3 2 6 - 2 7 ． 【4 ]赵华军．P L C 在生产线送料小车控制系统中的应用 [ J ] ．机电工程技术，2 0 0 7 ，3 6 3 1 0 6 1 0 7 ． [ 5 ] 张新河，高欣．X F - 1 型雷管自动装填生产线简介[ J ] ． 爆破器材，2 0 0 6 ，3 5 6 2 3 2 5 ． A p p l i c a t i o no ft h eP r o g r a m m a b l eC o n t r o lD o s i n gM a c h i n ei nD e t o n a t o rL o a d i n g W uW e i m i n ．C h 髓C l u i o e h u n E l e e t r i e e lE n g i n e e r i n gD e p a r t m e n t0 fX i n j i a n gU n i v e r s i t y X i n j i a n gw l l l u m u q i ，8 3 0 0 0 8 [ A B s r e a c r ] Ap m 霉锄m 幽c o n t r o ld 0 6 i n gm a e h l n ei nt h ei n d u s t r i a ld e t o n a t o ra u t o l o a d l n gp r o d u c t i o nl i n eW a 8i n t r o - d u e e d ．T h eh l l r d v ／a l ee l e c t r i cc i r c u i t ，t h eg a t i ．gs y s t e m 。t h es o f t w a r ec o n t r o lf l o we n dt h ev i d e om o n i t o r i n gs y s t e mo fi tw e 他 a l B oe x p a t i a t e d ．I ti sp r o v e dt oh v et h ec h a r a c t e r so fs i m p l ec o n n e c t i o n ．g o o dr e l i a b i l i t ya n dm a i n t a i n a b i l i t y ． [ K E YW O R D S ] i n d u s t r i a ld e t o n a t o r ，a o ．i I l gm a c h i n e ，p r o g r a m m a b l ec o n t r o l l e r ，v i d e om o n i t o r i n g 万方数据