約束強度對典型推進劑沖擊波感度的影響研究

王建靈，金朋剛，郭 煒，楊 建，李鴻賓

(西安近代化學研究所，西安 710065)

對于推進劑沖擊起爆的安全評價，國內研究者進行了大量的仿真模擬研究［2-5］，但是關于不同尺寸或不同約束條件下推進劑沖擊起爆特性的實驗研究，目前相關研究成果報道的較少，而固體推進劑的危險性，人們傳統的認識是易發生燃燒而不能發生整體爆轟，但對于高能固體推進劑而言，推進劑中含有大量的高能炸藥，高能炸藥本身具有較高的沖擊波感度［6］，因此，如何保證高能炸藥在制造、運輸、裝卸等各環節中的沖擊安全性，是人們非常關注的問題，本文主要是通過研究推進劑試樣在不同約束條件下沖擊波感度的變化來分析典型推進劑沖擊起爆的增長特性。

1 實驗

1.1 試樣選取

選取2 種典型推進劑，一種為雙基推進劑，另一種名稱為FG-20 推進劑，配方組成見表1。

表1 實驗樣品配方組分%

1.2 實驗器材

PVC 樣品管:外徑(40 ±1)mm，厚(2.0 ±0.1)mm，長(140 ±5)mm 的PVC 塑料管。

A3 鋼樣品管:外徑(48 ±1)mm，厚(6.0 ±0.1)mm，長(140 ±5)mm 的冷軋無縫鋼管。樣品:Φ36 mm ×140 mm。主發藥柱:采用壓裝TNT/PETN(50/50)，直徑(50.0 ±0.1)mm，長(50.0 ±0.1)mm，密度(1.630 ±0.005 g·cm-3)。驗證板:Φ70 mm×35 mm 的45#鋼板。隔板:直徑50 mm，厚度為100、50、20、10、5、2 和1 mm 的有機玻璃板。雷管:8#工業瞬發電雷管。

實驗裝置:沖擊波感度實驗裝置示意圖見圖1。

圖1 沖擊波感度實驗裝置示意圖

2 結果分析

兩種推進劑的沖擊波感度測試采用標準隔板試驗方法。樣品管分為無約束、PVC 塑料管和A3 鋼管3 種狀態。樣品反應結果是根據鋼管的破裂形式和驗證板凹坑深度評估的，兩種推進劑沖擊波感度測試結果見表2 和表3。由表2 可見，雙基推進劑在3 種約束狀態下50%爆轟臨界隔板值不變，即雙基推進劑沖擊波感度在有無約束時沒有明顯變化，這是因為雙基推進劑配方體系中含有對沖擊波較為敏感的含能材料RDX 和NG，當雙基推進劑受到沖擊壓縮時，均勻分布于推進劑體系中細小顆粒RDX 和NG 首先產生熱分解，由于反應的放熱性使RDX 和NG 周圍的物質溫度升高。當溫度超過該物質爆發點時，局部發生爆燃，最后發展到整體爆轟。由于反應非常迅速，產物擴散對反應區的影響較小，或者不影響［7-8］，因此雙基推進劑殼體的約束程度不影響沖擊波感度。

由表3 可見，約束強度明顯影響FG -20 推進劑的沖擊波感度。這是因為FG-20 推進劑體系中，AP 含量為73%，Al 含量為12.3%，其它為14%，當FG -20 推進劑受到沖擊壓縮時，使AP 區域內的試樣溫度升高形成熱點，在熱點處發生熱分解，當熱點處的溫度達到足夠高時，就會發生整體爆炸。受到沖擊波作用的推進劑有燃燒轉向爆轟的轉變依賴于推進劑試樣的化學反應釋放的能量的增加速率與稀疏波引起的能量的損失之間的競爭［9］。若化學反應的能量釋放速率大于能量損失速率，只要藥柱直徑足夠大(或約束強度足夠強)、長度足夠長總是能成長為爆轟。在隔板沖擊起爆條件下，控制起爆過程的因素主要有兩個，即入射沖擊波壓力和壓力脈沖持續時間。由于FG -20 推進劑藥柱長度為140 mm，這就保證了足夠的軸向壓力持續時間，所以影響起爆過程的因素實際上主要是入射沖擊波壓力和側向能量損失造成的側向持續時間這2 個因素，當約束強度增強時，藥柱軸心處的壓力受側向稀疏波的影響也隨之減小。因此，隨著約束強度的增加，FG -20 推進劑就越容易被起爆。而當約束強度減弱時，軸心處的壓力值受到側向、背后稀疏波作用隨之加大，也就是說軸心處的能量損失隨之加大，當能量損失速率超過了推進劑化學反應的能量釋放速率，于是推進劑最終無法傳遞爆轟［10］。

表2 雙基推進劑不同約束條件下沖擊波感度試驗結果

表3 FG-20 推進劑不同約束條件下沖擊波感度試驗結果

3 結論

當雙基推進劑試樣約束強度變化時，雙基推進劑沖擊波感度不隨約束強度的變化而變化;FG -20 推進劑隨約束強度的增加沖擊波感度增大，在無約束殼體即裸露藥柱時，爆轟反應程度較有強約束時弱。

［1］GB/T21570—2008，危險品隔板試驗方法［S］.

［2］賈祥瑞，李冬香，孫錦山，等.高能固體推進劑燃燒轉爆轟數值模擬［J］.兵工學報，1997，18(1):46-51.

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［6］孫業斌，惠君明，曹欣茂.軍用混合炸藥［M］.北京:兵器工業出版社，1995.

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［11］程波，李文彬，鄭宇，等. ANPyO 和8701 的沖擊波感度對比研究［J］.兵工自動化，2014(2):15-17.