彈道威力擺試驗裝置測試可靠性的試驗研究

何 振

(中煤科工集團淮北爆破技術研究院有限公司,安徽 淮北 235000)

0 引言

工業炸藥的作功能力是衡量工業炸藥爆轟性能的重要參數之一,它反映了炸藥爆炸所產生的沖擊波和爆轟氣體產物作用于介質,對介質產生壓縮、破碎和拋移的能力[1]。

水下爆炸能量測試法是測試工業炸藥作功能力比較科學的方法,試驗最大藥量由試驗環境及試驗水域確定,它可從能量的角度有效地區別不同炸藥的爆炸威力特征,測試結果準確。但是,水下爆炸測試系統投資較大,試驗操作復雜,對試驗人員的操作技能和專業知識要求較高,測試成本高,不利于普及[2-3]。

彈道威力擺試驗裝置是參照國內相關測試方法,依托爆破器材安全準入分析驗證實驗室建立的一種用于測試工業炸藥作功能力的試驗裝置,該裝置設計試驗藥量達50 gTNT當量,不需要復雜儀器,操作簡單,測試成本低,易于普及。采用標準TNT進行作功能力測試,對彈道威力擺試驗裝置測試結果的準確性、可靠性進行了試驗研究。

1 試驗裝置與方法

彈道威力擺試驗裝置由支架結構件、擺桿結構件、炮體和彈丸、支承軸承、擺角測試系統等組成,測試示意圖如圖1所示。裝置固定在混凝土基座上。

圖1 彈道威力擺測試裝置

測試時,稱取一定質量試樣,按照原裝藥密度制成藥卷,將藥卷固定在彈丸底部凹槽內。試驗時,試樣在臼炮的爆炸室中引爆,爆炸產物膨脹作功將彈丸推出,同時臼炮炮體向反方向擺動一個角度,測出角度,記作α。

按照能量守恒關系式推導出單位質量TNT所作功值,由總機械能E定量評價其作功能力。

總機械能的推導公式為:

式中:E為總機械能,J；Ek1為臼炮炮體的動能,J；Ek2為彈丸的動能,J。

式中:M為臼炮炮體的質量,kg；m為彈丸的質量,kg；g為重力加速度,m/s2；l為臼炮炮體中心到懸掛支點的距離,m；α為臼炮炮體擺動角度,°。

彈道威力擺試驗裝置的M、m和l均為常數,令:

式中,C為彈道威力擺試驗裝置的結構常數。

由式(4)可知,對于一定結構的彈道威力擺試驗裝置,C為常數,測出擺體偏轉的角度即可求出炸藥所作的功值。

2 結果分析與討論

2.1 TNT測試結果分析與討論

采用不同質量TNT制成試樣,樣品改裝規格參照GB 12440—1990《炸藥猛度試驗 鉛柱壓縮法》,將牛皮紙裁成長150 mm,寬65 mm的長方形,粘成直徑40 mm的圓筒后裝藥[5],裝藥密度控制在(1.00±0.03)g/cm3。測試試樣的作功能力,每個樣品平行測試4次[6],并計算平均值、極差、標準差、總機械能及單位質量機械能,測試結果見表1。

表1 TNT測試結果

由表1可得:按公式(4)進行機械能計算,能夠定量衡量一定質量TNT的作功能力；利用擺角評價一定質量TNT的作功能力,能夠客觀地反映出不同質量TNT的作功能力差別。同一質量條件下,測試擺角極差小于0.2°,標準差小于0.08,測試結果誤差小,具有較好的精度和準確度。

2.2 TNT測試結果相關性分析

根據表1的測試結果,利用最小二乘法分析單位質量機械能與裝藥質量之間的關系,其相關性曲線如圖2所示。

圖2 單位質量機械能與裝藥質量的相關性曲線

由圖2分析可知,理論上不同測試藥量條件下的單位質量機械能應當一致。但實際測試結果顯示:隨著測試藥量的增加,單位質量機械能呈現增長的趨勢；說明測試藥量越大,施加于試驗裝置的作用能力越大,誤差對測試結果的影響越小。因此,測試條件應選擇較大藥量。綜合考慮測試結果、裝置設計當量及裝置使用壽命等因素,擬確定該試驗裝置最佳裝藥試驗條件為:試驗藥量50 g,裝藥直徑40 mm。

根據表1中的測試結果,利用最小二乘法對擺角與裝藥質量、擺角與總機械能之間的關系進行分析,相關性曲線如圖3、圖4所示,其一元線性回歸分析結果見表2。

圖3 擺角與總機械能的相關性曲線

圖4 擺角與裝藥質量的相關性曲線

表2 一元線性回歸分析結果

由圖3、圖4、表2分析可得,彈道威力擺試驗裝置測試TNT作功能力的擺角與質量之間的相關性系數在0.989以上,擺角與總機械能之間的相關性系數在0.997以上,具有高度的相關性。試驗證明,彈道威力擺裝置測試結果重復性好,具有較好的可靠性。

3 結論

1)彈道威力擺試驗裝置利用已知臼炮炮體質量、彈丸質量及擺長等參數,通過測得爆炸后臼炮炮體擺動角度,并換算成單位質量的機械能來評價裝藥的作功能力,對被測試炸藥爆炸能量的表述更直觀。

2)該裝置操作簡單,試驗藥量較大,測試精度、準確度較高,具有很好的重復性和可靠性,能夠反映出不同裝藥條件的爆轟特征和作功特點。

3)可以利用彈道威力擺試驗裝置開展工業炸藥作功能力的試驗研究。