驗證板反射沖擊波對固體推進劑沖擊起爆影響的實驗研究①

鄭 波，袁鵬剛

(北京理工大學爆炸科學與技術國家重點實驗室，北京 100081)

0 引言

隔板實驗是早期建立的用于測定固體推進劑沖擊波感度的典型方法［1－2］。在隔板實驗中，由主發藥柱產生爆轟波，經惰性隔板衰減后，沖擊波作用于被測推進劑藥柱端面，通過改變隔板的厚度或沖擊阻抗控制輸入被測推進劑藥柱的沖擊波強度，觀察被測推進劑藥柱發生爆轟或不爆轟，以50%發生爆轟的隔板厚度作為被測推進劑藥柱的沖擊波感度;對應的隔板厚度作為臨界隔板厚度閾值，相應的入射沖擊波壓力峰值稱為起爆壓力閾值或臨界起爆壓力。

為了消除驗證板的影響，有人將驗證板去掉，通過高速分幅照相測量被測推進劑藥柱的自由表面速度，對隔板實驗方法進行了改進，得到了爆轟閾值和發生反應的閾值壓力。但迄今為止，沒有對驗證板是否對隔板實驗結果有影響這個問題給出一個明確的回答。由于使用驗證板，使得實驗非常簡便，因此必須對驗證板反射沖擊波對隔板實驗中沖擊起爆影響的實驗進行研究，以便對隔板實驗結果更有信心和把握。

根據隔板實驗確定固體推進劑臨界爆轟壓力［3］時，一般假設被測推進劑藥柱是在隔板界面后起爆，這種做法沒有考慮驗證板反射強沖擊波對沖擊起爆的影響，因此可能得出與物理事實完全不相符的錯誤結論。本文對驗證板反射沖擊波對隔板實驗中沖擊起爆影響的實驗進行了研究，設計了對比驗證實驗，對比實驗結果清楚地消除了驗證板反射沖擊波影響的不確定性，為以隔板界面入射沖擊波壓力作為被測推進劑藥柱臨界爆轟壓力提供了可靠依據。

1 實驗

實驗實物照片見圖1。為了減小側向稀疏效應的相對影響，根據隔板實驗經驗及PBX固體推進劑特性取推進劑藥柱直徑d=40 mm，推進劑藥柱高度為L=70 mm。鋁片隔板，直徑同藥柱，每片厚度0．5 mm，根據隔板厚度需要增減鋁片數目。

實驗材料分別是8號工業雷管;雷管座;主發藥柱;被測推進劑藥柱;鋁隔板;木板支座;驗證板。實驗后，見證板正面有明顯凹坑，背面有明顯裂痕，判為爆轟;否則判為不爆轟。利用升降法實驗程序，確定隔板厚度L。測試了PBX固體推進劑的沖擊波感度，進行了有無空氣隙的對比驗證實驗，實物圖如圖1所示。實驗結果列于表1中。

圖1 有無空氣隙對比驗證實驗實物照片Fig．1 Photos of comparison tests of air gap

表1 有無空氣隙對比隔板實驗結果Table 1 Comparison experimental results of card gap with and without air gap

2 實驗結果及分析

對比驗證實驗后，驗證板上的痕跡分別如圖2和圖3所示。有空氣隙和無空氣隙2種不同情況下，被測推進劑藥柱在上臨界隔板厚度時都不發生爆轟，在下臨界隔板厚度時都發生爆轟，這說明被測推進劑藥柱是被隔板界面傳入的沖擊波引爆的，從而為分析計算被測推進劑藥柱的臨界爆轟壓力提供了直接依據。

圖2 第3組有空氣隙實驗結果Fig．2 No．3 batch of experimental results of air gap

圖3 第6組對比驗證實驗結果Fig．3 No．6 batch of experimental results of air gap

推進劑藥柱起爆后驗證板上的痕跡，無空氣隙實驗比有空氣隙實驗更顯著。無空氣隙時，推進劑藥柱起爆后，驗證板上形成明顯的凹坑;有空氣隙時，推進劑藥柱起爆后，驗證板上只形成一個淺槽。由于空氣隙有顯著的稀疏作用，這樣的差異是合理的。第3組實驗臨界隔板厚度時，2種實驗方法后，驗證板上的痕跡如圖4所示，第6組實驗結果如圖5所示。

實驗中，又通過另一種方式驗證被測推進劑藥柱是在隔板界面入射沖擊波作用下起爆，而不是在鋼驗證板界面反射沖擊波作用下起爆的。在無空氣隙實驗中，對被測推進劑藥柱端面進行標記，被測推進劑藥柱與鋼驗證板接觸的后端劃上“X”，而在與隔板接觸的前端不作記號，如圖6所示。這樣做是為了驗證如下結論:在被測推進劑藥柱未被起爆的情況下，觀察沒有被沖散的剩余固體推進劑在哪一端，如果是有“X”標記后端部分剩余下來，則說明驗證板界面上反射沖擊波不如前端隔板界面上透射沖擊波強，進而可推出被測推進劑藥柱被起爆時是從前端開始的，其臨界爆轟壓力是隔板界面透射沖擊波壓力峰值。如果未爆轟的剩余推進劑藥柱為無標記的前端部分，則類似地說明驗證板界面上反射沖擊波強于前端隔板界面上透射沖擊波，進而推出被測推進劑藥柱起爆時是后端驗證板界面沖擊波作用的結果。

圖4 第3組實驗無和有空氣隙時爆轟后驗證板痕跡Fig．4 No．3 batch of experimental results of card gap with and without air gap after detonating

圖5 第6組實驗無和有空氣隙時爆轟后驗證板痕跡Fig．5 No．6 batch of experimental results of card gap with and without air gap after detonating

圖6 對被測藥柱端面進行標記Fig．6 End label of explosive sample

實驗后，觀察未爆轟推進劑藥柱剩余部分端面，發現全為有標記“X”的后段部分，第3組和第6組實驗中，未爆轟推進劑藥柱的剩余部分端面如圖7所示。這就說明了本次實驗系統中前端隔板界面透射沖擊波強于后端驗證板界面反射沖擊波，從而間接推出爆轟的推進劑藥柱是從前端開始起爆的。

圖7 未爆轟藥柱剩余部分端面Fig．7 Undetonated sample end surface after experiments

3 結論

(1)首先用驗證板實驗證實其反射沖擊波對沖擊起爆沒有影響，沖擊起爆是經過隔板傳入的沖擊波直接起爆，并不是沖擊波經過驗證板反射增強后起爆的。通過端面標記的方法進一步驗證了此結論。

(2)通過2組對比驗證實驗證實，驗證板反射沖擊波對隔板實驗中沖擊起爆沒有影響，隔板實驗中被測推進劑藥柱的臨界爆轟壓力都應按前端隔板界面透射沖擊波壓力峰值計算。

［1］ 袁鵬剛．侵徹戰斗部裝藥抗高過載性能的模擬評估方法研究［D］．北京理工大學，2011．

［2］ 梁增友．炸藥沖擊損傷與起爆特性［M］．北京:電子工業出版社，2009．

［3］ Price D．Critical parameters for detonation propagation and initiation of solid explosives［R］．NSWC TR 80-339，10 Sep 1981．