固體推進劑對射流刺激的易損性響應

張 超，黨永戰，李宏巖，王國強，楊立波，袁志鋒

（西安近代化學研究所，陜西西安710065）

引 言

固體推進劑在服役期間可能遭遇不同的外界刺激，因此對其易損性要求有所不同。針對易損性響應，研究者進行了大量的試驗研究，建立了不同的模擬試驗裝置和方法［1－7］，如美國的MILSTD－2150A、MIL－STD－2150B、MIL－STD－2150C、MIL－STD－2105D以及聯合國關于極不敏感爆轟物質（EIDS）標準［1］。美軍標［1］規定使用快速烤燃、慢速烤燃、子彈撞擊、破片撞擊、殉爆試驗、空心裝藥射流和熱破片撞擊共7種刺激源試驗來評判戰場環境下彈藥的易損性。英國和美國研究認為［8－9］，在眾多危險性刺激中最嚴厲的刺激是空心裝藥射流沖擊，并將這種刺激作為一種篩選工具用來評價火炸藥配方的鈍感性能。因此，研究固體推進劑在空心裝藥射流刺激下的易損性響應，總結固體推進劑對易損性試驗刺激的響應規律，可以為現役推進劑戰時防護措施的制定提供依據。

本實驗研究了典型改性雙基推進劑、HTPB復合推進劑、NEPE推進劑在射流沖擊下的響應特性，考察了不同射流撞擊方向（軸向和徑向）、不同長徑比對響應的影響情況。通過樣品響應后的見證板狀態、超壓值及破片大小和數量等數據表征推進劑對射流的響應特性，為低感度配方及裝藥設計提供參考。

1 實 驗

1．1 推進劑配方及試件的制備

3種樣品配方及尺寸見表1。3 種典型推進劑均為西安近代化學研究所制造，HTPB復合推進劑和NEPE推進劑制備方法均為在捏合機中捏合后，澆鑄，固化，脫模取出樣品，CMDB推進劑經吸收－熟化－驅水－壓延－壓伸工序制成。

表1 3種固體推進劑配方及試件規格Table 1 Formulation and specimen size for three kinds of solid propellants

試驗構件結構模擬戰術火箭自由裝填發動機進行設計。構件殼體材質選用45號鋼。

1．2 試驗裝置及布局

射流軸向撞擊試驗布局如圖1所示（徑向撞擊時，將射流源及炸藥管移至樣品側面中心處即可），在樣品一側1m處放置1塊側見證板（0．7mm 的鍍鋅鐵皮），底面放置1塊12mm×300mm×500mm的鋼見證板，在距離樣品中心1．8m處布置2支壓力傳感器，用于測量沖擊波壓力。

空心裝藥射流源為西安近代化學研究所研制的Φ50mm 標準射流源，主裝藥為聚黑－16，密度為1．73g／cm3，爆速約8 390m／s，能量為360m3／μs2，藥型罩直徑50mm，錐角60°。考慮到爆轟持續成長擴展問題，采取射流從推進劑樣品軸向和徑向兩個方向分別進行沖擊。

試驗前對試驗系統進行3發標準射流穩定性試驗，穿深分別為171．5、172和171mm。兩個點的超壓測試結果分別為0．131和0．132MPa。

圖1 射流軸向撞擊試驗布局Fig．1 Jet axial impact test layout

2 結果與分析

2．1 3種推進劑對射流沖擊的響應特性

CMDB推進劑、HTPB復合推進劑及NEPE 推進劑在射流撞擊后的響應特性如表2所示，見證板試驗結果見圖2。

表2 3種典型固體推進劑射流沖擊試驗結果Table 2 The jet impact test results for three kinds of typical solid propellants

續表2

圖2 射流撞擊后的見證板Fig．2 Witness plates after jet impact

由表2和圖2可知，CMDB推進劑和NEPE 推進劑在射流撞擊下底見證板發生了嚴重的彎曲變形，并形成剪切孔，現場未發現殼體碎片，沖擊波超壓測試表明超壓信號較基準信號有較大幅度的提升，HTPB復合推進劑在射流沖擊下，底見證板發生了嚴重彎曲，但未有剪切孔，找到5塊較大的殼體殘片，其中一片是完整剪切的端蓋，超壓測試值與射流源超壓值相比增加較小。

參照美軍標MIL－STD－2105C 危險性評估試驗判據［1］，受到射流撞擊后金屬殼體破裂成碎片，見證板明顯凹坑變形，但未穿孔為爆炸反應，樣品受到射流撞擊后金屬殼體破碎成小碎片，見證板穿孔變形，可能有殘藥，為部分爆轟反應類型，因此，本試驗中，CMDB推進劑和NEPE推進劑均發生部分爆轟響應，HTPB復合推進劑發生爆炸響應。

根據見證板、沖擊波超壓及試驗現場綜合分析，推進劑對射流撞擊反應的劇烈程度取決于推進劑種類，響應由弱到強的排序為HTPB復合推進劑、CMDB推進劑、NEPE 推進劑。且CMDB 推進劑和NEPE推進劑比HTPB復合推進劑對射流刺激的響應要劇烈得多，主要原因是CMDB推進劑和NEPE推進劑配方中含有對射流刺激敏感的NG 和RDX 等組分。

2．2 射流撞擊方向對推進劑響應特性的影響

在徑向射流沖擊下，CMDB 推進劑底見證板剪切孔直徑在50mm 左右，NEPE 推進劑底見證板剪切孔直徑在70mm 左右。在軸向射流撞擊下，CMDB推進劑底見證板剪切孔直徑約150mm，見證板中部凹坑約為10cm，NEPE 推進劑底見證板剪切孔直徑在160mm 左右，見證板中部凹坑拱高約為12cm，HTPB復合推進劑對軸向沖擊的程度也高于徑向沖擊。

在軸向刺激下，側見證板被拋射到距樣品中心2．5m處，且發生較大變形，推進劑對軸向射流刺激的響應大于徑向響應，分析原因可能與金屬射流粒子在樣品中穿行距離有關，軸向撞擊時金屬射流粒子在樣品中穿行距離長，金屬射流粒子的動能轉化為內能所產生的熱量多，因而引起的破壞效應大。

2．3 推進劑尺寸效應

由表2可知，千克級藥量在長徑比為4∶1 和1∶1條件下，3種推進劑的易損性響應劇烈程度差別不大，只是小長徑比推進劑的側見證板響應發生了變化，均出現不同程度位移并變形。這是因為小長徑比推進劑的裝藥量大，發生響應時對殼體的破壞效應大，殼體金屬碎片使側見證板發生了位移與變形。

3 結 論

（1）在空心裝藥射流刺激下，3種典型推進劑均發生較為強烈的反應，CMDB推進劑和NEPE 推進劑為部分爆轟，HTPB復合推進劑為爆炸。

（2）推進劑對軸向射流刺激的響應大于徑向響應，可能與金屬射流粒子在樣品中穿行距離有關，軸向撞擊時金屬射流粒子在樣品中穿行距離長，相對長時間的強烈摩擦引起較大的破壞效應。

（3）推進劑對射流撞擊的響應類型主要取決于推進劑的種類和藥量，在長徑比為4∶1和1∶1條件下，3 種推進劑的易損性響應劇烈程度差別不大。

［1］ MIL－STD－2105C，Hazard Assessment Test For Non－Nuclear Munition［S］．2003．

［2］ GJB6195－2008復合推進劑危險性等級分類方法［S］．2008．

［3］ 楊麗俠，張玉成，張鄒鄒，等．射流撞擊下發射裝藥的易損性響應特性［J］．火炸藥學報，2012，35（2）：74－77．YANG Li－xia，ZHANG Yu－cheng，ZHANG Zou－zou，et al．Vulnerability response of propellant charges under shaped charge jet impact［J］．Chinese Journal of Exploosives and Propellants，2012，35（2）：74－77．

［4］ Doolan C．A two－stage light gas gun for the study of high speed impact in propellants［R］．［s．L］：DSTO Aeronautical and Maritime Research Laboratory，2001．

［5］ 申春迎，向永，代曉淦，等．高聚物黏結炸藥的沖塞試驗研究［J］．火炸藥學報，2010，33（2）：29－32．SHEN Chun－ying，XIANG Yong，DAI Xiao－jin，et al．Study on the spigot teets of polymer bonded explosive［J］．Chinese Journal of Exploosives and Propellants，2010，33（2）：29－32．

［6］ 王建靈，俞統昌，郭煒．一種射流源和炸藥射流感度的研究［J］．爆炸與沖擊，2007，27（4）：370－374．WANG Jian－ling，YU Tong－chang，GUO－Wei．Studies on a shaped charge jet and jet sensitivity of explosives［J］．Explosion and Shock Waves，2007，27（4）：370－374．

［7］ Richard L F．Low detonation velocity explosive composition：US，4492196［P］．1984．

［8］ Brithwaite P．The promise of energetic TPE gun propellant［C］∥Annual Gun and Ammunition Symposium．San Diego：NDIA，2002．

［9］ Leach C，Kelly J．Factors affecting the vulnerability of composite［C］∥Energetic Materials Technology Symposium．Arlington：NDIA，2000．