装药密度对空气冲击波参数影响的实验研究.pdf

爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第3 9 卷第1 期 装药密度对空气冲击波参数影响的实验研究’ 王神送张立程宏兵 安徽理工大学化工学院 安徽淮南，2 3 2 0 0 1 [ 摘要] 文中采用电测法对密度为1 ．0 1 ．5g ／c o 的装药爆炸产生的冲击波参数进行了实验研究。分析测试 结果得到了冲击波参数与装药密度的关系曲线及回归系数，并与经验公式计算结果进行了比较。结果表明，当P 在1 ．5g ／c m 3 时A P m 、I 、i 实测数值与经验公式计算结果相符，此外还得出了I ．、l ，、0 与装药密度的关系，对进 一步探讨冲击波特征有一定参考价值。 [ 关键词] 装药密度冲击波参数电测法爆炸容器 [ 分类号] T D 2 3 5 ．4 4 1 引言 提高装药密度可以增大爆速、爆轰压力、作功能 力、比冲量、猛度等爆轰参数，国内外学者对这一问 题曾进行了深入研究，获得了具有指导意义的理论 和实验结果【1 ．2 】。从理论上推断爆轰结束后，初始 冲击波传播过程中的压力等参数也与装药密度密切 相关[ 3 ．4 】，检索公开发表的文献，装药密度与冲击波 参数的关系研究甚少，本文采用实验方法对这一问 题进行了探索。 2 实验研究方案 2 ．1 爆炸实验环境 爆炸实验在室外钢制爆炸容器中进行 该爆炸 容器由安徽理工大学和淮南石化机械厂共同设计建 造 。该容器由双层1 6M n R 钢的上下球冠和中间 圆柱形壳体焊接而成，柱壳中部东面是1 ．6m 高的 双层密闭抗爆安全门，内径3m ，内层高4m ，上球冠 装有电动排烟系统，南北方各有一个直径0 ．3I n 的 观测孔。爆炸容器主要指标为净重2 6t ；容积 2 4 ．9 4 3I n 3 ；设计最大工作压力 静压 2 ．0M P a ；设 计最大炸药实验量为lk g “ 盯当量 ；实测内壁最 大爆炸压力 1k g ’I N T 当量 为1 ．3 2 5M P a 。 2 ．2 测量系统 冲击波参数测量系统包括C Y - Y D - 2 0 2 自由场 爆炸压力传感器，主要技术参数为压力测量范围O I O M P a 、过载能力1 5 0 ％、自振频率2 0 0 k H z 、线性 度 1 ．5 ％、绝缘电阻≥1 0 1 2Q 。Y E 5 8 5 3 电荷放大 器，主要技术参数为最大输入电荷量1 0 5 p C 、电荷 灵敏度0 ．1 1 0 0 0 m V ／p C 、频率范围lH z 一1 0 0 k H z 、 精度误差 1 ．5 ％。记录仪器是由美国A g i l e n g t 生 产的型号为5 4 8 1 5 A S ／N U S 4 0 5 0 0 1 9 0 存储示波 器，主要技术参数带宽5 0 0 M H z 、最高采样率l G H z 、分辨率1 2 b i t 、垂直灵敏度1 m V ／d i v 一5 V ／d i v 、 时基范围5 0 0 p a ／d i v 一2 0 a ／d i v 。以及S T Y V - 2 低噪音 电缆组成，该种电缆线适用于高阻抗的信号传输，当 电缆受到振动和冲击时噪声较小。测点距装药中心 距离为0 ．4m ，且处于同一水平高度，如图l 所示。 1 一装药；2 一爆炸容器；3 一电荷放大器； 4 一存储示波器；5 一电缆；6 一传感器 图1实验装置及测量系统 2 ．3 装药条件 冲击波参数同样符合爆炸相似率，结合现有压 药模具，采用总质量为1 3g 的钝化R D X 其中含l 发8 号电雷管，折合1 M 当量见表1 ，压制成长径 比为1 的圆柱形药柱，药柱中心预留雷管插入孔，压 药密度分别为1 ．0g ／c m 3 、1 ．1g ／c m 3 , 1 ．2g ／c m 3 、1 ．3 g ／c m 3 、1 ．4g ／c m 3 、1 ．5g ／ c m 3 。对于1 ．0g ／e r a 3 和1 ．1 g ／c m 3 两个密度小的药柱采用牛皮纸筒装药压制， 每种密度做三组平行实验。 根据爆炸相似定律，1 3g 的钝化R D X ，在测点 收稿日期2 0 0 9 - 0 8 - 3 1 作者简介王神送 1 9 8 5 一 ，男，在读硕士，主要研究爆炸理论及应用。E - i t i a i l 舶1 9 8 5 1 6 3 ．c o r n 万方数据 2 0 1 0 年2 月装药密度对空气冲击波参数影响的实验研究王神送等 5 距装药中心距离为0 ．4m 处的爆炸空气冲击波超压 相当于3 3 ．5k g ’I M 炸药在距装药中心距离为5 m 处的爆炸。可见用1 3g 钝化R D X 来进行实验室研 究的药量还是较大的。并且此药量的R D X 爆炸完 全能达到理想爆轰，故此药量进行不同密度实验研 究是可行的。 3 测量与公式计算结果 3 ．1 测量数据与处理 实测得到了相同药量不同密度的入射冲击波p ． t 曲线，通过对曲线的判读得到正压幅值圪 、正压 作用时间t 、负压幅值V 。一、负压作用时间t 一、峰值 上升时间t ，、峰值衰减时间0 。此时根据公式【5 1 匕 ‘＆’△p 。 ／S e 殴，可得△p 。 圪‘‰ ／ s 。 K ，其中，设定电荷灵敏度％ 1 0 ，放大系数K 3 0 ，电荷灵敏度S 。 3 6 0 ．0 0p C ／I V I P a 。计算可得 △p 。和i 等参数，数据平均值见表1 。 3 ．2 公式计算结果 根据耵盯球状装药在无限空气介质中爆炸的 经验公式【6 】，可以得出自由场空气冲击波超压 △p 。0 _ ．0 8 4 0 丁．2 7 学 1 冁1 0 1 0 ．1 ‘5 一A P 。2 _ _ j 一 丁 ’ 1 式中△p 。冲击波峰值超压，M P a ； 于对比距离，n v k g 。1 力，亍 r 形_ 1 ／3 。 取亍 1 ．5 5 l n l k g V 3 ； r 测点到爆心距离，1 1 1 ，取r 0 ．4 m ； 弘_ r 烈T 炸药质量，k g 。 参考文献[ 7 ，8 ] ，耵盯炸药在无限空中爆炸时 t O ．9 5 1 0 3 矿疗 矿力／r 一们 2 i A W ／r A 2 0 0 ～2 5 0 ，取2 5 0 3 对于其它炸药，应按爆热换算成耵盯当量，．I N T 的爆热为4 ．1 8 4 1 0 6 J ／k g ，实验所用钝化R D X 是 9 5 ％纯R D X 和5 ％石蜡的混合炸药，则 ， W m ‘石i 纛面 4 混合炸药理论密度的爆热Q 。和各组分的特征 热值Q 。。及其质量分数m i 满足关系式[ 9 】 Q 。 ∑m i q o , 5 混合炸药的爆热与密度成线性关系 Q ， q o B p T - p 6 式中口，密度为p 时的混合炸药爆热； B 混合炸药爆热密度修正系数，该系数 应满足B ∑B f 豫； p T 混合炸药的理论密度。 6 种密度条件下的测量与计算的冲击波参数见 表2 ，表中的i 算，为△p m 算和t 算的乘积。 结合表l 和表2 ，将测量与计算的冲击波参数 回归绘图，得到图2 一图7 。 冲击波参数与装药密度关系用直线方程和 曰 表示如表3 。 4 结果分析与讨论 对表l 和表2 数据进行整理，得到装药密度与 。空气中冲击波关系的曲线，如图2 一图7 所示。从 图2 一图4 中可以看出装药密度在1 ．5g ／e m 3 时，经 验公式计算数值与实测冲击波参数值相吻合，但是 在p 1 ．5 9 ／e r a 3 时计算数值偏大。分析原因经验 公式大多是在p 1 ．5 1 ．5 5 9 ／c m 3 之间总结的，而 表1实测冲 击 波参数 ∥ g c m ‘3 W ／k g k ／m Vt ／炉吃一／m Vt 一／m sI ／炉 ∥炉 1 ．00 ．0 1 5 9 3 43 3 8 ．0 43 1 4 ．4 55 9 ．3 3 31 ．3 5 7 73 2 ．6 8 27 1 ．1 8 2 1 ．10 。0 1 6 1 7 83 4 2 ．3 63 1 7 ．4 35 6 ．0 0 01 ．3 5 6 02 9 ．1 5 95 8 ．9 5 5 1 ．2 O ．0 1 6 4 2 l3 4 6 ．6 83 2 3 ．8 85 6 ．3 3 31 ．3 6 0 02 8 ．0 9 1 5 2 ．0 4 6 1 ．3O ．0 1 6 6 6 43 5 3 ．1 6 3 2 6 ．1 76 2 ．6 6 71 ．3 6 3 02 7 ．2 7 3 4 3 ．6 3 6 1 ．40 ．0 1 6 9 0 83 6 2 ．8 8 3 2 8 ．6 55 7 ．0 0 0 1 ．3 7 0 72 2 ．3 0 33 6 ．5 4 6 1 ．50 ．0 1 7 1 5 23 8 1 ．2 43 3 1 ．0 0一6 2 ．3 3 31 ．3 7 5 71 8 ．0 0 03 1 ．2 7 3 表2 测量与计算的冲击波参数 ∥ g t i n ．3 △P 。N ／M P a却脚算／M P a t m ／炉t 算／炉i 测／P a 8i 髯／P a 8i 算／P a 8 1 ．00 ．3 1 30 ．3 3 33 1 4 ．4 53 3 8 ．4 29 8 ．4 2 39 9 ．5 8 81 1 2 ．6 9 4 1 ．1 0 ．3 1 7 0 ．3 3 73 1 7 ．4 33 3 8 ．8 51 0 0 ．6 2 51 0 1 ．1 1 21 1 4 ．1 9 2 1 ．2 0 ．3 2 1 0 ．3 4 13 2 3 ．8 83 3 9 ．2 71 0 3 ．9 6 51 0 2 ．6 3 11 1 5 ．6 9 l 1 ．3 0 ．3 2 7 0 ．3 4 63 2 6 ．1 73 3 9 ．6 91 0 6 ．6 5 81 0 4 ．1 5 01 1 7 ．5 3 2 1 ．4 0 ．3 3 6 0 ．3 4 93 2 8 ．6 53 4 0 ．1 01 1 0 ．4 2 61 0 5 ．6 7 51 1 8 ．6 9 5 1 ．50 ．3 5 30 ．3 5 4 3 3 1 ．0 03 4 0 ．5 11 1 6 ．8 4 31 0 7 ．2 0 01 2 0 ．5 4 0 万方数据 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第3 9 卷第1 期 ￡ 乏 出 翱 鲻 岿 囊 n 矗 ＼ 誉 营 暖 避 崮 目 聃 白 厶 ＼ 翊 充 瑙 肖 舶 逞 宣 誓 匠 世 蹬 暖 图2冲击波超压与装药密度关系 图3 正压作用时间与装药密度关系 图4 正压冲量与装药密度关系 图5 负压作用时间与装药密度关系 生 ＼ 重 留 索 。 趔 髯 生 星 留 镰 麒 j 四 堂 图6 峰值上升时问与装药密度关系 图7 峰值衰减时间与装药密度关系 表3 直线方程和 B 实测得到了不同装药密度的冲击波参数，特别是对 P 1 ．5 0g ／c m 3 时的冲击波参数显得非常有意义。 冲击波超压是直接衡量爆炸对目标破坏程度的参 数，故△p 。与P 关系式有较高的参考价值。 随着装药密度的增大，冲击波超压增大，从而导 致正压作用时间随之增长，故正压作用时间与装药 密度的关系曲线应呈递增趋势，与图3 基本吻合，但 经验计算作用时间曲线上升趋势较慢，实测作用时 间曲线上升趋势较快，且前者比后者作用时间偏大， 经验计算公式只考虑药量及测距，未考虑装药密度 的影响，从表2 中可以算出，两者的最大误差仅有 7 ．0 8 ％。 正压冲量也是空气冲击波的一个重要参数，表 2 中给出了实测、经验公式计算及由公式 1 、 2 计算的正压冲量，结果见图4 ，其中经验公式计算的 正压冲量随着公式中系数取值的不同而变化，实测 万方数据 2 0 1 0 年2 月装药密度对空气冲击波参数影响的实验研究王神送等 7 曲线给出了不同装药密度下的i 与p 的关系式i 3 5 ．4 8 5 0 6 1 ．8 0 1 。 除此之外，描绘冲击波特征的重要参数还有负 压作用时间、峰值上升及衰减时间，其中负压作用时 间与装药密度关系呈上升趋势，表明密度增大负压 作用时间增长。峰值上升时间与装药密度的关系曲 线呈下降趋势，这是因为自由场传感器要求激波掠 过感压面，在这种情况下，传感器输出波形的建立时 间应与激波速度成反比，与感压面大小成正比。随 着装药密度增大，激波速度随之加快，而感压面不 变，从而峰值上升时间减小。应当指出，任何一种传 感器，在使用时只要被测击波不是正入射 大多数 均是掠人射 ，都存在上述的掠人射造成的上升时 间，而不管固有上升时间多快，自振频率多高，由上 升时间所引入的测量误差，使用时应予以考虑。衰 减时间与装药密度的关系曲线也呈下降趋势，峰值 衰减时间是由△p 。衰减到△p 。／e 所需要的时间，随 着装药密度的增大，冲击波峰值超压增大，但峰值超 压衰减速度加快，故△p 。／e 也增大，在冲击波p - t 曲 线上反映为△p 。与△p 。／e 的两个时间点越来越相 互靠近，从而衰减时间减小，所以两者关系随p 的增 大呈递减趋势。 5 结论 通过实验对相同药量不同装药密度的炸药空中 爆炸冲击波参数进行了研究，并与经验计算公式相 比较，得出了以下结论 1 本文的测试系统及控制装药密度方法对对 比距离为于 1 ．5 5 1 m ／k g V 3 的条件下，在爆炸碉堡容 器里进行实验研究是可行的。 2 通过对实测与经验公式计算结果进行比 较，得出冲击波的△p m 、t 、f 在p 1 ．5 0g ／c m 3 时 的实测值与计算值相吻合；在p 1 ．5 0g ／c m 3 时计 算值偏大，这是因为经验公式大多是在p 为1 ．5 0 一 1 ．5 5g ／e r a 3 之间总结的，而实测数据较客观地反映 了冲击波参数随装药密度的变化。 3 负压作用时间、峰值上升及衰减时间均是 冲击波的重要参数，本文给出了与装药密度的关系 式，其中t 一与p 的关系式为t 一 0 ．0 3 9 2 0 1 ．3 1 4 9 ， t ，与p 的关系式为t ， 一2 7 ．0 8 5 p 6 0 ．1 0 7 ，0 与p 的关系式为0 一7 8 ．6 2 3 p 1 4 7 ．2 2 。 4 在实测结果基础上绘出了在于 1 ．5 5 1 m ／k g Ⅳ3 条件下，不同装药密度的空气冲击波参数曲 线，并给出了相应的关系式和回归系数，为今后进一 步研究空气中爆炸冲击波机理奠定了基础，特别是 对小密度装药的爆炸冲击波有重要的意义。 参考文献 【1 ] 郑孟菊，俞统昌，张银亮．炸药的性能及测试方法 [ M ] ．北京兵器工业出版社，1 9 9 0 ．1 2 0 1 2 7 ． [ 2 ] 徐秀焕，彭年均，谢云峰．无梯粉状硝铵炸药装药密度 对猛度的影响[ J ] ．煤炭爆破，2 0 0 7 ， 1 1 3 ． [ 3 ] 周丰峻，邵开金，左社强．．n 盯装药空中爆炸地面冲击 波超压与动压分布[ C ] ．第十二届全国激波与激波管 会议论文集．西安2 0 0 6 ．1 2 5 1 2 9 ． [ 4 ] 吴成，李京，冯顺山．一条形药包冲击波参数的简单计 算模型探讨[ J ] ．矿冶，2 0 0 2 ，8 1 8 1 1 ． [ 5 ] 张立．爆破器材性能与爆炸效应测试[ M ] ．合肥中国 科学技术大学出版社，2 0 0 6 ．2 5 2 2 5 4 ，2 5 5 2 5 6 ． 【6 ] 惠君明，陈天云．炸药爆炸理论[ M ] ．南京江苏科学 技术出版社，1 9 9 5 ．3 0 6 3 0 7 ． [ 7 ] 李翼祺，马素贞．爆炸力学[ M ] ．北京科学出版社， 1 9 9 2 ．2 6 5 2 6 8 ． [ 8 ] 北京工业学院八系 编写组．爆炸 及其作用[ M ] ．北京国防工业出版社，1 9 7 9 ．2 5 9 2 6 5 ． [ 9 ] 炸药理论编写组．炸药理论[ M ] ．北京国防工业出版 社。1 9 8 2 ．2 9 3 0 ． E x p e r i m e n t a lS t u d yf o rE f f e c to tC h a r g e1 e m i t yo nt h eA i rS h o c k 一珊V eP a r a m e t e r s W A N GS h e m o n g ，Z I - I A N GL i ，C H E N GH o n g , b i n g S c h o o lo fC h e m i e a lE n g i n e e r i n g ，A n h u iU I I i v e 璐i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y A n h u lH u a i n a n ，2 3 2 0 0 1 [ A B S T R A C T ] B 腿e dO nt h ee l e e t r i e a lm e a s t t r e m e n tm e t h o dt h ea i rs h o c k - w a v ep a r a m e t e 璐g e n e r a t e db ye x p l 0 6 i v e sw h 0 6 e d e m i f i e 8r a n g e df r o m1 ．0g ／e r a 3t o1 ．5g , e m ’W e l t es t u d i e db ye x p e f i m e n 协．T h er e l a t i o n s h i pc u n 嗍a n dt h er e g r e 柏i o nc o - e 自f i e i e n 协b e t w e e nt h ep a r a m e t e 珥o ft h ea i rs h o c k - w a v ea n dt h ec h a f i n gd e n s i t i e sa l t eo b t a i n e db a s e dO nt h et e s d n gr e s u l 协． W h e nc o m p a r e dw i t ht h ee m p i f i e a lf o 皿t l l a 8e a l e u l a f i o n s ，t h er e s u l 协s h o wt h a tt h et e s t i n gv a l u c so f △p I 、t 、i a 地‘酗n ． s i s t e n tw i t ht h ee a l e u l a f i o mw h e nt h ee h a r 西n gd e m i t yi s1 ．5 9 ／C m 3 ．B e s i d e , 8 ，t h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e nt ．、0 、0a n dt h e c h a r g i , l gd e n s i t y 咖a l s og a i l I e d ，砌c hw i l lb et h ev a l I l a b l er e f e r e n c ef o rt h ef u r t h e re x p l o r a t i o no ft h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h e s h o c kw a v e 8 ． [ K E Yw o r m s ] c h a r g ed e n s i t y ，s h o c k w a v ep a r a m e t e r ，e l e e t r i e a lm e a s u r e m e n tm e t h o d ，e x p l 0 6 i o nv e s s e l 万方数据