高密度压装炸药燃烧转爆轰研究

它们之 间的相互作 用 。
ｉ ｉｒ ｇｔ ｎｅ
ｅｐ ｓ ｅ ｘｌ ｉ ｏｖ
Ｄ Ｔｓ ｅｌ Ｄ ｈ ｌ
图 １ 实 验装 置示 意 图
Ｆｇ １ Ａ ｄ ａ ｒ ｍ ｆｔ ｅ ｃ ｎ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｉ ． ｉ ｇ ａ ｏ ｈ ｏ ｆ ｔ ｇｒ ｏ
高 密 度 压装 炸 药燃 烧 转 爆 轰 研 究
６７ ９
文 章 编 号 ： ０ ６ ９ ４ （ ０ ） ６ ０ ９ —８ １ ０ — ９ １ ２ １ ０ — ６ ７０ １
高 密度 压 装 炸药燃 烧 转 爆 轰研 究
陈 王 伍俊英 ， 晨 ， 峰 ， 毅民 ， 淦 ， 玉 朗 ， 飞 ， 王 鲁 黄 代晓 文 史
用 网格分 离 和 节 点 随 机 失 效 方 法 描 述 管 体 膨 胀 和 破
裂 。对不 同约束 条 件下 ， Ｂ ０ Ｐ Ｘ ３压装 炸药 燃 烧 转爆 轰 过程进 行 了数值模 拟 计算 。分析 了弱 约束 和超强 约束 下炸 药发 生燃烧 转爆 轰现象 的可能性 。
药（ 密度为 １ ８ ｃ ） ．６ｇ・ ｍ 燃烧 转爆 轰过 程 的影响 。结
象 。黄毅 民等 在 ３ １ ． １ ， ５， ｍｍ 三种壁 厚 的钢 管 ３ ６ 内， 行 了 Ｐ Ｘ ０ 进 Ｂ Ｃ ３压 装 炸药 （ 密度 为１８ ５ｇ・ ｍ ） ．４ ｃ 燃烧转爆轰 实验 。结果 发现 ， 三种 壁厚 的钢管 均破 裂成 几大块 ， 剩余成 块 未反应 的炸 药。表 明 Ｐ Ｘ ０ 并 Ｂ Ｃ ３压 装 炸药不容易发生燃烧转爆 轰现象 。文 尚刚等 采用 电 探针和压力传感 器测试 技术 ， 研究 了约束 条件 对压装 炸
火 药 。点火 药 由粉 末 状 黑 火 药 （ 点 几 克 ） 黑 索今 零 和
率低 ， 不能采 用气 固两 相 流 模 型描 述 其 燃 烧转 爆 轰 行
为 。选 择合适 的反应 模 型 ， 压装 炸 药 燃烧 转 爆 轰 数 是
值模 拟 的关 键 。反应 过 程 中， 管体 在 反 应 产 物 的作 用 下膨 胀 、 破裂 ， 导致 气 体 产物 泄 漏 和 压力 降低 ， 会 限制
端 面设 置 ２ ｍｍ 厚 的点 火 区域来 模拟 点火药 。实 验 时
ＤＤ Ｔ管 内燃烧 转爆 轰 的程度 。
实验对象为 Ｐ Ｘ ０ Ｂ Ｃ ３压装成型炸药 ， 直径为 ３ ０ ｍｍ， 长度 为 ４ ０ ｍｍ， ０ 密度 为 １ ８ ５ｇ・ ｍ。， ．４ ｃ 。达到 ９ ． ％ ８５ 理论最 大密度 。管体材 料是 ４ ５号钢 ， 长为 ４ ０ ｍｍ。 管 ２ 端 盖材 料是 黄铜 。
第１ ９卷
第 ６期
（９ ７ ４） ６ ７— ０
６８ ９
陈 朗 ， 飞 ，伍 俊 英 ， 晨 ， 峰 ，黄 毅 民 ， 晓淦 ，文 玉史 王 王 鲁 代
响 ， 实验使 用 了 １ 本 ｍｍ 和 ２ ０ ０ｍｍ 两种壁 厚 的钢管 。 图 １是 实验 装 置 示 意 图。主 要 由 三部 分 组 成 ：ＤＤ Ｔ 管、 点火 系统 和实 验 炸 药 。实验 采 用 电点火 头 点 燃 点
３ Ｏ ｍｍ的超 强约 束下 ， Ｔ管 内燃烧转 爆 轰 现象 的 可 ＤＤ
能性 进行 预测 分析 。 ３ １ 计 算模型 ． 根据 图 １所示 的实验 装置建 立计 算模 型 。物理 模 型呈轴 对称 ， 立 １ ４计算 模型 ， 图 ３ 建 ／ 见 。计 算模 型 由 ＤＤ Ｔ管 、 验 炸药 、 实 点火 药 和 端 盖 四部 分 组 成 。实 验 点 火药 的厚 度 大约 为 ２ ｍｍ。因此 建 模 时 ， 炸 药 上 在
果 发 现 ， 壁厚 １ ． 在 ９ ８ ｍｍ、 长度 ６ ０ ｍｍ 的钢 管 内 ， ０ 炸
１ 引 言
燃 烧转爆 轰 （ ｅｌ ｔ ｎｔ ｅｏ ａｉｎ ＤＤ 的 ｄ ｆ ｇａｉ ｏ ｄ ｔ ｎ ｔ ， Ｔ） ａｒ ｏ ｏ 难 易程 度是 评价 炸药安 全性 的重 要指标 之 一 。实 际使 用 的炸 药 ， 数处 于 高 密度 状 态 。研 究 高 密 度炸 药 的 多 燃烧 转 爆轰行 为 ， 能够 为 炸 药 装 药安 全 性 分 析提 供 更 准确 的依 据 。近 十多 年来 ， 国内外 对 高 密 度 炸药 燃 烧 转爆 轰进 行 了大量 的实 验研究 。Ｌ ｕｅ 等 …通 过改 变 ｅ ｔ ｒ 钢 管 壁 厚 和 长 度 ， 行 了不 同 约 束 条 件 下 压 装 炸 药 进
实验炸药 。燃烧 波在 管 内传 播 ， 一 定 条 件下 可 转 变 在 为爆轰 波 。为 了研 究约束 条件 对燃 烧转爆 轰行 为 的影
Ｃ ＮＥ Ｅ Ｊ ＨＩ Ｓ ＯＵＲ Ｌ ＯＦＥ ＲＧＥ Ｉ ＮＡ ＮＥ Ｔ Ｃ ＭＡＴ Ｒ ＡＬ ＥＩ Ｓ
合 能 材 料
２１ ０ １年
组 成 。实验 时 ， 炸药 一端 留出长度 为 ２ 在 ０ｍｍ 的空气
间隙 ， 用来放 置点 火 系 统 。为 了测 量 管 内燃 烧 波 或爆 轰 波 的传播 速 度 ， 管 壁 上 沿 轴 向等 距 离 布 置 了 １ 在 ４ 个 探 针孔 ， 相邻探 针孔 的 间距 是 ２ ５ ｍｍ。当燃烧 波 或 爆 轰 波到达 探 针 位 置 时 ， 通 电离 探 针 ， 生 脉 冲 信 导 产
（ ．北 京 理 工 大 学爆 炸 科 学 与技 术 国 家重 点实 验 室 ，北 京 １ ０ ８ ； ．中 国工 程 物 理 研 究 院 化 工 材 料 研 究 所 ，四川 绵 阳 ６ １ ０ ） １ ０１ ２ ０ ２ ０ ９
摘 要 ：为 了 给 高 密 度 炸 药 装 药 的 安 全 性 分 析 提 供 更 准 确 的 依 据 ， 不 同 约 束 条 件 下 （ Ｔ 管 长 ４ ０ ｍｍ， 厚 分 别 为 在 ＤＤ ２ 壁 １ ２ ０，０ｍｍ） 进 行 了 Ｐ Ｘ ０ ， Ｂ Ｃ ３压 装 炸 药 燃 烧 转 爆 轰 实 验 ， 用 电 离 探 针 测 量 了 炸 药 中反 应 波 速 度 ， 过 观 测 管 体 和 反 应 波 速 度 变 采 通 化 ， 断 炸 药 燃烧 转爆 轰 （ 判 ＤＤＴ 的 情 况 。根 据 高 密 度 炸 药 状 态 ， 立 了炸 药 燃 烧 转 爆 轰 计 算 模 型 ， 用 燃 烧 反 应 速 率 方 程 ， 述 炸 ） 建 采 描 药 反 应 过 程 。应 用 网格 分 离 和 节 点 随 机 失 效 方 法 计 算 高 温 高 压 炸 药 反 应 产 物 作 用 下 管 体 的膨 胀 和 破 裂 ， 虑 气 体 产 物 泄 漏 ， 力 考 压 下 降 对 炸 药 反 应 的 影 响 。对 不 同 约 束 条 件 下 （ Ｔ管 长 ４ ０ｍｍ ， 厚 分 别 为 ５，０，０ ３ ＤＤ ２ 壁 １ ２ ，Ｏ ｍｍ） 药 燃 烧 转 爆 轰 过 程 进 行 了 数 值 炸 模 拟 计 算 。结 果 表 明 ：Ｐ Ｘ ０ Ｂ Ｃ ３压装 炸 药 只有 在 强 约束 下 （ 厚 ３ 壁 Ｏ ｍｍ） 能 够 发 生 燃烧 转爆 轰 ， 约 束 下 （ 厚 ５ｍｍ） 体 破 坏 才 弱 壁 管 引起气体泄漏和压力降低是限制炸药燃烧转爆轰的主要原因 。
不 同探 针 输 出 电 压信 号 的时 间 ， 推 算 出 ＤＤＴ管 不 可 同位 置处 的燃烧 波或爆 轰波 速度 。
图 ２是 实验装 置 照 片 。为 了加 强 端盖 的约 束 ， 分 别将 １ ｃ 厚 的 钢 板 固定 在 实 验 装 置 两 端 ， 利 用 螺 ｍ 并 栓 紧 固。将 实验 装置 放在底 部见 证板 上 。通 过观察 管 体破 裂程 度 、 固钢 板和底 部见 证板 的变形 情况 ， 紧 判断
点火药 附近 的空气 对燃 烧 转 爆 轰 过程 影 响并 不 大 ， 因 此建模 时忽 略这部 分空 气 。计 算模 型还 对 紧 固钢板 做 了简化 ， 通过 在两 端盖 的表 面设 置 强 约 束 边 界条 件 来 模 拟钢 板 的约束作 用 。在对称 面上 设置 对称 约束 。在 模型各 部分 之 间定义 点 对 点 的 自动 面 面接 触 ， 实 现 来
ＤＤ Ｔ管 燃 烧 转爆 轰 实 验 是将 炸 药 装 填在 细 长 的
钢管 （ 为 ＤＤ 称 Ｔ管 ） ， 内 点火 药放 在 炸药 的一 端 ， 点燃
作 者 简 介 ：陈 朗 （ ９ ５一） 男 ， 授 ， １６ ， 教 主要 从 事 爆 轰 、 烧 和 含 能 材 料安 燃
全 性 研 究 。 ｅ ｍａｌ ｈ ｎａ ｇ — ｉ ：ｃ ｅ ｌｎ ＠ｂｔ ｅ ｕ ｃ ｉ ｄ ．ｎ ．
关 键 词 ： 炸力 学 ；炸 药 ； 烧 转 爆 轰 （ Ｔ ； 值 模 拟 爆 燃 ＤＤ ） 数 中 图 分 类 号 ： ／５ Ｔ５ ；Ｏ３ ９ ８ 文 献标 识 码 ： Ａ Ｄ ： ０ ３ ６ ｉ ｎ １ ０ —９ １ ２ １ ．６ ０ ２ Ｏｌ １ ．９ ９ ｓ ． ０ ６９ ４ ．０ ０ ． ２ ｓ １
收 稿 日期 ： ０ １１ 一２； 回 日期 ： ０ １１ －１ ２ １ —Ｏ １ 修 ２ １ ．０３ 基 金 项 目 ：国家 自然科 学基 金一 Ａ ＮＳ Ｆ联 合基 金 重点 项 目（０ ７ １０ ， １７ ６０ ） 国防
９３计 划项 目（１８ ） ７ ６ ３ ３
２ 燃 烧 转 爆 轰 实验
号 ， 发记 录装置 ， 触 由示 波器 记 录输 出 电压波形 。根 据
燃烧 转爆轰 现象 的 发生 。 因此 ， 要 建 立 能 够描 述 管 需 体膨 胀 、 裂 的计 算模 型 。 破
本文采 用 燃 烧 反 应 模Biblioteka 型 描 述 压装 炸 药 的 燃 烧
行为， 应用 网格 分离 技术 和节 点 随机 失 效方 法 描述 管体 膨胀 、 破裂 的过 程 。对 Ｐ Ｘ ０ Ｂ Ｃ ３压 装 炸药 的燃 烧 转爆 轰实 验 进 行 数 值 模 拟 ， 定 燃 烧 反应 模 型 参 数 。 确 利用 确 定 的 模 型 参 数 ， 壁 厚 为 ５ ｍｍ 的 弱 约 束 和 对
测 量结 果分 析燃烧 转爆 轰 的程度 。但是 实验测 量数 据 有 限 ， 能有 效给 出燃 烧 转 爆轰 反应 细 节 ， 此 ， 必 不 因 有 要 同时开展 数值模 拟研 究 。 本工 作采 用实 验 和数 值 模 拟 相结 合 的方 法 ， 研究
（ 密度 为 １ ８ ３ ｇ・ｃ ． ２ ｍ～， ９ ％ ＨＭｘ 的燃 烧 转 爆 含 ６ ） 轰实 验 。实验 表 明 ： 药燃烧 转爆 轰 过 程与 约束 条 件 炸 有关 ， 强约束 、 钢管 内才有 可能 发生燃 烧转 爆轰 现 在 长
药 尾部 的压 力超 过 了 １ ａ 整个 管体破 裂成很 小 的 ＧＰ ， ０
碎 片 。表 明压装 炸药 在强约 束条 件才 能够发 生燃烧 转 爆 轰 。从 已有 的研 究 看 ， 国内外 主要通过 实验 ， 来研 究
压 装 炸药燃 烧转爆 轰性 能 ， 合管 体碎 片 、 结 压力 或速 度
约束强度对 Ｐ Ｘ ０ Ｂ Ｃ ３压 装 炸 药燃 烧 转 爆 轰 行 为 的影 响 。采用 １ ０ ｍｍ 和 ２ ０ ｍｍ 两种壁厚 约束 下 的燃 烧转
爆 轰实验 ， 过观测 管体 变形 和测量 反应 波速度 ， 断 通 判 炸药 燃烧 转爆轰 的情 况 。建立 了炸药 燃烧转 爆轰 计算 模型， 采用 燃烧 反应 速率 方 程 描述 炸 药 反应 过 程 。应