FOX-7和RDX基含鋁炸藥的沖擊起爆特性

趙　娟，馮曉軍，徐洪濤，田　軒，馮　博

(西安近代化學研究所，陜西 西安 710065)

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FOX-7和RDX基含鋁炸藥的沖擊起爆特性

趙娟，馮曉軍，徐洪濤，田軒，馮博

(西安近代化學研究所，陜西 西安 710065)

為研究FOX-7和RDX基含鋁炸藥的沖擊起爆特性，對其進行了沖擊波感度試驗和沖擊起爆試驗，結合沖擊波在鋁隔板中的衰減特性，確定了FOX-7和RDX基含鋁炸藥的臨界隔板值和臨界起爆壓力，并通過錳銅壓阻傳感器記錄了起爆至穩定爆轟過程壓力歷程的變化。結果表明，以Φ40mm×50mm的JH-14為主發裝藥時，FOX-7和RDX基含鋁炸藥臨界隔板值分別為37.51和34.51mm，對應的臨界起爆壓力為10.91和11.94GPa；起爆壓力為11.58GPa時，FOX-7炸藥的到爆轟距離為25.49～30.46mm，穩定爆轟后的爆轟壓力為27.68GPa，爆轟速度為8063m/s；起爆壓力為14.18GPa時，RDX基含鋁炸藥的到爆轟距離為17.27～23.53mm，穩定爆轟后的爆轟壓力為17.16GPa，爆轟速度為6261m/s。

爆炸力學；沖擊起爆；FOX-7；RDX基含鋁炸藥；沖擊波感度；臨界隔板值；爆轟

引　言

凝聚態炸藥的沖擊起爆過程是一個十分復雜的物理化學變化過程，其沖擊轉爆轟機理是爆轟化學領域關注的重點，并與炸藥的可靠性、安全性及能量釋放相關[1-3]。隨著新一代高能量密度材料的迅猛發展，炸藥的非理想性更加顯著，非理想炸藥的爆轟臨界直徑較大，需解決其可靠起爆問題，才能使其達到穩定爆轟，確保爆轟產物與周圍環境發生后續的釋能反應，從而增強其爆炸作功能力等[4-5]。同時，深入了解炸藥的沖擊起爆過程，對于避免炸藥在意外沖擊下的爆炸和實際應用中的可靠起爆都具有重要的意義。

典型的沖擊起爆方式有直接接觸式、隔板式、飛片撞擊式[6-7]等，隔板試驗由于操作簡單、重復性好，被廣泛應用于沖擊起爆研究和沖擊波感度測量。目前，對于FOX-7炸藥和RDX基含鋁炸藥的研究主要集中在感度測量，對其爆轟性能研究較少，關于其起爆至穩定爆轟過程的研究尚未見報道。本研究采用隔板試驗，針對FOX-7炸藥和RDX基含鋁炸藥，通過沖擊波感度試驗測得其臨界隔板值，并結合沖擊波在鋁隔板中的衰減特性研究，進一步確定其臨界起爆壓力值和壓力歷程的變化，并分析了炸藥的爆轟特性，為深入了解這兩種炸藥的沖擊起爆特性提供參考。

1　實　驗

1.1沖擊波感度試驗

參考GJB 772A-97，采用隔板試驗確定試樣50%概率發生爆轟的臨界隔板厚度G50，試驗裝配如圖1所示。采用Ф40mm×50mm的JH-14藥柱作為主發裝藥，其爆轟后產生一定的沖擊波壓力，沖擊波經過鋁隔板衰減后作用于被測試樣，可通過調節鋁隔板厚度來改變作用于被測試樣的沖擊波壓力，通過見證板的破損程度來判斷被測試樣是否被引爆。

圖1　沖擊波感度試驗裝配圖Fig.1　Assembly of shock wave sensitivity experiment

1.2沖擊波在鋁隔板中的衰減試驗

如圖2所示，以JH-14為主發裝藥，裝藥尺寸為Φ40mm×50mm，在鋁隔板下放置錳銅壓阻傳感器，調節隔板厚度，可測量沖擊波經不同厚度鋁隔板衰減后的壓力值。

圖2　加載裝置圖Fig.2　Diagrams of loading device

1.3沖擊起爆試驗

試驗系統由雷管、傳爆藥、觸發探針、主發裝藥、隔板、錳銅壓阻傳感器、受試裝藥、試驗支架、脈沖恒流源及示波器等組成，試驗裝置見圖3。主發裝藥為Φ40mm×50mm的JH-14藥柱；傳爆藥為Φ20mm×20mm的JH-14藥柱；隔板為Φ40mm鋁隔板，厚度可調；受試裝藥為多個Φ40mm的圓柱形藥片疊加而成，每兩個藥片之間放置一個錳銅壓阻傳感器。

圖3　沖擊起爆試驗裝置圖Fig.3　Diagrams of shock initiation experiment device

傳感器的相對電阻值變化與所受沖擊波壓力之間存在線性關系

(1)

式中：p為沖擊波壓力；Kp為壓阻系數；R0為傳感器的初始電阻值；ΔR為電阻值的增加量。

使用恒定電流時，壓力傳感器的電阻隨沖擊波壓力的變化關系可轉化為隨電壓的變化關系，利用電壓變化就可計算出該壓力傳感器所處位置的沖擊波壓力[8]。

所用錳銅壓阻傳感器密封在兩層聚四氟乙烯薄膜之間，封裝需平整均勻，且傳感器與絕緣層之間無氣泡。試驗中利用試驗支架對各組件進行固定，既保證了各組件之間接觸緊密無空氣間隙，又能確保各組件同軸心，避免側向稀疏波對測量結果產生影響。

2　結果與討論

2.1臨界隔板厚度的確定

利用圖1所示方法分別對FOX-7炸藥和RDX基含鋁炸藥進行沖擊波感度試驗，測得其臨界隔板厚度(G50)分別為37.51mm和34.51mm。

在相同的起爆序列下，選取厚度小于G50的隔板進行試驗，便能保證被測炸藥能夠被可靠起爆，還可根據G50換算出相應的臨界起爆壓力值。

2.2沖擊波在鋁隔板中的衰減規律

為研究沖擊波在鋁隔板中的衰減過程，測得JH-14爆轟后產生的沖擊波通過不同厚度鋁隔板后的壓力，將測得的的壓力值與其對應的隔板厚度(x)作圖，如圖4所示。

從圖4可以看出，隨著隔板厚度的增加，壓力值逐漸減小。當隔板厚度較小時，壓力衰減迅速，隔板厚度從10mm增至40mm的過程中，壓力值由24.35GPa減至9.87GPa。當隔板厚度大于40mm后，壓力的衰減逐漸變緩，在60mm處衰減為5.72GPa。

沖擊波在密實介質中的衰減規律為[9-10]

p=p0e-αx

(2)

對該關系式兩邊取對數

lnp=lnp0-αx

(3)

將沖擊波在鋁隔板下的衰減進行擬合，如圖5所示。

擬合所得直線方程為

lnp=3.55-0.031x

(4)

計算可得：p0=34.81GPa,α=0.031mm-1。

根據式(4)進行計算，可知FOX-7炸藥的臨界起爆壓力為10.91GPa，RDX基含鋁炸藥的臨界起爆壓力為11.94GPa。

2.3兩種炸藥的沖擊起爆過程

利用圖3所示裝置，對FOX-7炸藥和RDX基含鋁炸藥進行沖擊起爆試驗，鋁隔板厚度分別為35和30mm，對應壓力分別為11.58和14.18GPa，測得距起爆面不同位置處的(L)波形曲線如圖6所示。

圖6　FOX-7炸藥和RDX基含鋁炸藥的波形曲線Fig.6　Wave curves of FOX-7 and RDX based explosive

根據式(5)計算可得距起爆面不同位置處的壓力峰值和到達時間，結果如表1所示，壓力變化曲線如圖7所示。

圖7　壓力隨測量位置的變化曲線Fig.7　Pressure curves of different location

(5)

式中：p為受試裝藥測點處壓力峰值；A、B、C、D為傳感器的標定系數；ΔVc為沖擊波作用于傳感器引起的電壓變化量；V0為恒定電流所產生的電壓變化量。

表1　FOX-7和RDX基含鋁炸藥距起爆面不同位置處的壓力峰值及到達時間

從圖7可以看出，對于FOX-7炸藥，從起爆面至30.46mm處的壓力峰值呈遞增趨勢，表明炸藥爆轟反應在不斷成長。當超過30.46mm后，壓力峰值趨于穩定，認為FOX-7炸藥已達到穩定爆轟。因此，對于FOX-7藥柱，當起爆壓力為11.58GPa時，其到爆轟距離，即由起爆發展至穩定爆轟在25.49～30.46mm的范圍內完成。達到穩定爆轟后，平均爆轟壓力為27.68GPa，平均爆轟速度為8063m/s。

對于RDX基含鋁炸藥，從起爆面至9.64mm處，沖擊波壓力值逐漸減小，此時炸藥反應處于成長階段，壓力峰值為主發裝藥經隔板衰減后的沖擊波壓力值。隨著反應繼續，壓力峰值開始增大，沖擊波成長為爆轟波，至23.53mm處達到穩定爆轟。因此，對于該RDX基含鋁炸藥藥柱，起爆壓力為14.18GPa時，其到爆轟距離為17.27～23.53mm。達到穩定爆轟后，平均爆轟壓力為17.16GPa，平均爆轟速度為6261m/s。

3　結　論

(1)沖擊波感度試驗表明，FOX-7炸藥的沖擊波感度高于RDX基含鋁炸藥，FOX-7炸藥和RDX基含鋁炸藥的臨界隔板厚度分別為37.51和34.51mm，對應的臨界起爆壓力分別為10.91和11.94GPa。

(2)通過沖擊波在鋁隔板中的衰減規律研究，擬合得到的沖擊波壓力隨鋁隔板厚度的變化方程為lnp=3.55-0.31x。

(3)起爆壓力為11.58GPa時，FOX-7炸藥的到爆轟距離為25.49～30.46mm，穩定爆轟后的爆轟壓力為27.68GPa，爆轟速度為8063m/s；起爆壓力為14.18GPa時，RDX基含鋁炸藥的到爆轟距離為17.27～23.53mm，穩定爆轟后的爆轟壓力為17.16GPa，爆轟速度為6261m/s。

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Shock Initiation Characteristics of FOX-7 and RDX Based Aluminized Explosive

ZHAO Juan，FENG Xiao-jun，XU Hong-tao，TIAN Xuan，FENG Bo

( Xi′an Modern Chemistry Research Institute, Xi′an 710065,China )

To investigate the initiation characteristics of FOX-7 and RDX based aluminized explosive initiated by shock waves，the shock wave sensitivity test and shock initiation test were carried out. Combining shock wave attenuation characteristics in aluminum, the critical gap thickness and the critical initiation pressure of FOX-7 and RDX based alminized explosive were determined. The change in pressure history of initiation to steady detonation process was recorded through manganin piezoresistance gauges. The results show that the critical gap thickness of FOX-7 and RDX based explosive is 37.51 and 34.51mm, respectively,and the corresponding critical initiation pressure is 10.91 and 11.94GPa respectively. For FOX-7,when the initiation pressure is 11.58GPa, the distance-to-detonation is from 25.49mm to 30.46 mm, the detonation pressure after steady detonation is 27.68GPa, while the detonation velocity is 8063m/s. For RDX based aluminized explosive ,when the initiation pressure is 14.18GPa, the distance-to-detonation is 17.27 mm to 23.53 mm, the detonation pressure after steady detonation is 17.16GPa, while the detonation velocity is 6261m/s.

explosion mechanics; shock initiation; FOX-7; RDX based explosive;shock wave sensitivity, critical gap thickness;detonation

10.14077/j.issn.1007-7812.2016.04.008

2015-12-01；

2016-04-15

國家自然科學基金資助(U1530147)

趙娟(1988- )，女，碩士，工程師，從事炸藥性能及爆轟化學反應研究。E-mail: canghaiyisu_zj@126.com

TJ55;O382

A

1007-7812(2016)04-0042-04