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第四章冲击波起爆

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第四章 冲击波起爆

以《爆炸理论》中活塞压力突变扰动模型为例引入冲击波概念。

冲击波起爆属热爆炸机理（化学爆炸）。

隔板起爆器（金属板）殉爆（中间存在空间介质）。

第一节 均相火药冲击波起爆

介绍起爆特性测试装置。

雷管是点起爆源，产生的冲击波是球面波。

平面波发生器有两种：

1） 组合装药

2） 加惰性块

如穿甲弹：

平面波引爆聚能穴，穿甲成效好。

探针测试发觉：

爆轰成长进程测定：硝基甲烷NM，冲击波推动火药上移，火药密度变大（能量密度加大）超D产生，到A点火药未受冲击波紧缩时，火药已开始爆轰，因此密度未增加，其爆速D<超D。

特点：

1) 从冲击波到爆轰波的过渡是突然发生的，两波轨迹线在分界点呈折线状；

2) 在界面上的一层火药受冲击波作用后，需通过一段时刻延时再同时起爆；

3) 显现超速爆轰现象。

延滞期：

提出冲击波起爆延滞期公式：

fENfdfQfZ01)/exp()1(0

Z——频率因子

N——反映级数

—比热能—0E

Q——反映热

RECAv/

——AE活化能

化简1011201)/)(/(exp)/()/()/(VAAvvCERERECQCEZ

‖ ‖ ‖

0T

fT AT（活化温度）

（经初始冲击波紧缩后的药温） （反映产物温度）

进一步简化：)exp()()(011201TTTTTZAAf

000)2(TdTTTdA赫巴方程：

对NM讲： 007.21TdTd

T

超速爆轰速度：

DuDDp0

其中：

0D——正常爆轰速度

up——质点速度

而产生的爆速增量D

—速度密度系数—其中：kkuDDp)(00

对NM（硝基甲苯）：

D= + pu+ smm0

由质量守衡定律：

pssuuu0

（us——冲击波阻碍部份火药质量）

代入D公式，那么：

00psppuuukuDD

第二节 非均相火药冲击起爆

非均相特点：1）、界面多→冲击波有折射，反射发生；

2）多相→化学反映不可能同一。

热点温位置的不同，产生不同热点，不产生在同一界面上，因此上下左右前后有许多热点，属多点起爆机理。起爆深度的火药在爆轰波前而消耗掉了。

区别 均相 非均相

1）、 跃变（冲击→爆轰） 渐变

2）、 D(10%) 无D

3）、 火药反映在界面薄层同时发生 → 分散，前后，多热点 →

4）、 热化学参数Q、E起要紧作用 微观结构（均匀性等）起要紧作用

5）、 冲击波不导电（不反映）在延滞期前 延滞期内导电（化学反映）

6）、 T、P↑爆炸发生（起决定作用） T、P不起作用，决定微观结构

第三节 冲击波起爆临界能量

统计数学观点，如50%爆炸能量表示临界能量：

2kpE

其中

k——和火药有关的常数；

两边取对数得：

kEplnlnlnln2

对数关系为线性p：

飞片动能）(212fmvE 飞片面积厚度）(fffdAm

火药内部及飞片内部存在冲击阻抗。

设： 质点）飞片）(2(pfuv

则

)()2(212关飞片动能与质点速度有pfffudAE

设飞片面积为1，时刻亦为1。

则

)(11冲量ppAP

（p—压力；A—面积=力；—时刻）

ppDupuD质量体积位移11

（p—飞片产生的冲击波压力）

Dpup（D—冲击波阻抗）

则：

2)2(21DpdAEfff

Ddf2

2PDAf),121(2ttfffDDDdAE阻抗相等认为飞片阻抗与炸药波

)(12为常数其中临界应用实际发现通常炸药nppDAEnf

np=常数

该式受以下因素阻碍：

1）火药种类；

2）飞片速度（>）临界值

3）火药密度

，CE（临界能量）。

缘故：气泡少传热加速EC↑（需能量）。 df (飞片厚)↑

条件：（后，炸药已起爆s5.2）

第四节 起爆深度

起爆进程：

冲击波增大，US趋于D，Δt→0 d→0即

强冲击波起爆开始以正常爆速进行爆轰。

起爆深度Xd阻碍因素

1） 起爆冲击压力P

lnXD=K1+K2lnP (直线关系)

2） 装药密度和火药粒度

ρ增大 Xd增大 晶体粒度增大，Xd增大

起爆深度Xd与起爆延滞期对应关系 Xd增大 Δt 增大

火药的DDT（Deflagration to Detonation Transition）

有关爆轰转变及火药爆轰基础理论研究 属流体力学中的二相流。

第1段 平行层燃烧

第2段 对流燃烧 也有分成I时期DST

第3段 稳固对流燃烧

第4段 低速爆轰 Ⅱ时期 Ⅲ时期 是SDT

第5段 高速爆轰

燃烧转爆轰进程：

激发能量→燃烧加速→紧缩波→压力叠加→冲击波→爆轰

DDT =DST + SDT

燃烧转爆轰 燃烧转冲击波 冲击波转爆轰

阻碍DDT进程因素

1） 火药本身 PbN6

2） 密度

现实意义确实是开展无起爆药雷管研究

① 选较灵敏的猛火药（662火药 PETN RDX ）

② 粒度小，比表面积大（多点起爆机理），细度大

③ 装药密度小，易湍流燃烧转爆轰，密度与粒度组成透气宇（孔隙率）有最正确范围

④ DDT段壳体约束强度高

冲击波引爆深度计算

LA―7425 火药看成粘流体一相燃烧，另一相冲击波（两相流）冲击波起爆的临界面积（侧向稀疏波侵入）

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第四章 冲击波起爆

第四章 冲击波起爆

第四章 冲击波起爆

以《爆炸理论》中活塞压力突变扰动模型为例引入冲击波概念。

冲击波起爆属热爆炸机理（化学爆炸）。

隔板起爆器（金属板）殉爆（中间存在空间介质）。

第一节 均相炸药冲击波起爆

介绍起爆特性测试装置。

雷管是点起爆源，产生的冲击波是球面波。

平面波发生器有两种：

1） 组合装药

2） 加惰性块

如穿甲弹：

平面波引爆聚能穴，穿甲效果好。

探针测试发现：

爆轰成长过程测定：硝基甲烷NM，冲击波推动炸药上移，炸药密度变大（能量密度加大）超D产生，到A点炸药未受冲击波压缩时，炸药已开始爆轰，因而密度未增加，其爆速D

特点：

1) 从冲击波到爆轰波的过渡是突然发生的，两波轨迹线在分界点呈折线状；

2) 在界面上的一层炸药受冲击波作用后，需经过一段时间延时再同时起爆；

3) 出现超速爆轰现象。

延滞期：

H.W.Hubard 提出冲击波起爆延滞期公式： fENfdfQfZ01)/exp()1(0

Z——频率因子

N——反应级数

—比热能—0E

Q——反应热

RECAv/

——AE活化能

化简1011201)/)(/(exp)/()/()/(VAAvvCERERECQCEZ

‖ ‖ ‖

0T

fT AT（活化温度）

（经初始冲击波压缩后的药温） （反应产物温度）

进一步简化：)exp()()(011201TTTTTZAAf

000)2(TdTTTdA赫巴方程：

对NM讲：

007.21TdTd

T

超速爆轰速度：

DuDDp0

其中：

0D——正常爆轰速度 up——质点速度

而产生的爆速增量D

—速度密度系数—其中：kkuDDp)(00

对NM（硝基甲苯）：

D=6.30 + pu+ 3.20smm0

侧向稀疏波对非均质凝聚炸药冲击波起爆过程的影响

侧向稀疏波对非均质凝聚炸药冲击波起爆过程的影响

第３１卷第４期　２０１１年７月　爆炸与冲击　ＥＸＰＬＯＳ１０Ｎ　ＡＮＤ　ＳＨＯＣＫ　ＷＡＶＥＳ　Ｖｏｌ＿３１，Ｎｏ．４　Ｊｕ１．，２０１１　

文章编号－１００１—１４５５（２０１１）０４—０３９７—０５　

侧向稀疏波对非均质凝聚炸药　

冲击波起爆过程的影响　

陶为俊　，浣　石　，黄风雷。，蒋国平　

（１．广州大学工程抗震研究中心，广东广州５１０４０５；　

２．北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室，北京１０００８１）　

摘要：以压装ＴＮＴ为例，开展二维拉氏实验，利用二维锰铜一康铜组合拉氏量计测量了轴对称位置和径　

向位置的压力时程曲线和径向位移曲线。同时利用二维拉格朗日分析计算程序ＲＦＬＡ对压装ＴＮＴ的冲击　

波起爆过程进行了计算，分别得到了在２个不同径向位置上各个Ｌａｇｒａｎｇｅ位置上的质点速度、相对比容、比　

内能等时程曲线。研究结果展现了侧向稀疏波对非均质炸药冲击起爆过程中各个流场物理量的影响。　

关键词：爆炸力学；冲击起爆；拉格朗日分析；炸药　

中图分类号：０３８１　国标学科代码：１３０・３５１０　文献标志码：Ａ　

近几十年来，非均质凝聚炸药冲击起爆过程的动力学研究，一直是爆轰领域中的一个重要研究方　

向，其重要性涉及到炸药的安全性和可靠性问题。随着各种爆炸系列的设计日益精密化，需要了解能量　

的传输规律和输出极限，更需要控制各种压强波形，这进一步促进了该项研究的发展。　

影响非均质凝聚炸药冲击起爆过程的因素很多，例如直径效应、颗粒度、装药密度、约束条件、起爆　

压力等。很多学者对各种因素已进行了深入的研究，如何远航等口　对凝聚炸药直径效应和熄爆直径进　

行了理论研究，得到了直径效应和熄爆直径的理论计算方法；赵继波等＿２］对带壳钝感炸药非理想爆轰进　

行了实验研究，认为波阻抗越大的约束能更有效地减小侧向稀疏的影响；王作山等　对约束条件对传爆　

药输出压力的影响进行了研究，认为约束条件在装药直径为１．５　ｍｍ时影响最大。Ｃ．Ｍ．Ｔａｒｖｅｒ　

第二章 热起爆

第二章 热起爆

第二章 热起爆

第一节 热起爆

炸药的热起爆是研究炸药受热作用发生化学反应并自动加速至爆炸或爆轰的现象，热爆炸理论是炸药起爆的最基本理论，其他各种形式的起爆都以此为基础。

热起爆机理研究具有很大的实际意义，因为它不仅回答了起爆可靠性问题，也能解决生产、运输、贮存和使用的安全和安定性问题。

参考：冯长根.热爆炸理论.北京：科学出版社，1988

含能材料（炸药）

工学——兵器科学—— 火工烟火技术

爆炸理论及应用

第二节 热起爆的基本方程及判据

炸药中热平衡问题：

炸药本身放热、向环境散热、本身升温需热。

tTc T2QKr

其中：——3/cmg

c——J/℃g

cmSJ℃导热系数/

T2——拉普拉斯算子

Kr——反映速率1/s

Q——炸药反应热J/g

3/cmg

化学反应）放热散热热）单位体积热量（升温需(122qQkqTtTcr

（1）爆炸条件 tTc>0

只有tT>0才升温，才可能导致爆炸。

炸降温，则不可能发生爆0tT。

（2）)()(2222222222RTrmrTqzTyTxTq表示成极坐标形式

M=0 平板

M=1 圆柱

M=2 球

(3) RTEnezQq/1)1(

n——反应级数；

反应百分数；

Z——频率因子；（1/s）;

E——活化能（J/mol）;

R——气体常数（J/mol）;

T——℃

要解决两个问题：

（1） 如何解该方程？

（2）判据？

解方程途径：

一 N.Semnoff模型

假设：

（1）炸药均温，即0rT；

（2）周围环境温度不变；

（3）发生爆炸时，炸药温度与环境温度相近；

一次起爆固态FAE爆炸冲击波传播规律的实验研究

一次起爆固态FAE爆炸冲击波传播规律的实验研究

２００７　ＮＯ．１　７　直　ｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ　Ｈｅｒａｌｄ　高新技术　

一次起爆固态Ｆ　Ａ　Ｅ爆炸冲击波传播规律的实验研究　

刘庚冉’　曹保榆’　周凯元　谢立军　沈兆武　周听清　

（１．防化研究院第五所　北京　１０２２０５；　２．中国科学技术大学力学与机械工程系　合肥　２３００２７）　

摘要：野外进行Ｔ４，药量无约束空间ＦＡＥ装置一次起爆的实验研究，利用彩色高速摄影对爆炸过程进行了全记录，其提供的照片清楚的　

拍ＮＴ冲击波的扩展以及冲击波与爆炸火球的分离过程。通过分析照片得出了一次起爆固态ＦＡＥ的冲击波传播规律：当中心药起爆时，　由于爆炸产物具有极高的压力，迅速向外膨胀，膨胀着的爆炸产物就像活塞一样，推挤着周围的空气，形成空气冲击波。空气冲击波很快　掠过燃料，将燃料抛撒的同时点火，爆炸产物进一步扩散，当爆炸产物和冲击波一起扩展到某一极限半径后，爆炸冲击波与火球界面分离，　

冲击波以大于火球扩展速度的速度向外运动，随着空气冲击波的传播，正压区不断拉宽，波阵面上的压力、速度等参数下降较快，最后衰　

减为声波。　关键词：一次起爆ＦＡＥ　冲击波　高速摄影　中图分类号：ＴＢ４１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３～０５３４（２００７）０６（ｂ）一００１４—０２　

自从燃料空气炸药（ＦＡＥ）问世以来，无论　

是在燃料、战斗部结构，还是在起爆方面，都　

取得了长足的进步。ＦＡＥ的发展已由二次起　

嘲１　ＦＡＥ装嚣　爆系统转变为一次起爆系统，即燃料在被抛撒　

形成云雾的同时诱发云雾的爆轰，这样大大简　

化了武器结构，降低了成本，提高了起爆的可　

靠性和武器的效能。ＦＡＥ的一次起爆技术是　

当前ＦＡＥ武器研究的热点，自２０世纪７０年代　

中期，美国、加拿大等国家开始ＦＡＥ一次起爆　

技术探索以来，国际上在此领域的研究已取得　

了卓有成效的进展　】。　

ＦＡＥ的一次起爆技术关键之处在于要保　

证燃料被迅速抛撒形成云雾的同时，随着燃料