异形传爆药柱的起爆能力＊

胡立双，胡双启，曹 雄，孙建兵

（中北大学化工与环境学院，山西 太原030051）

随着现代战场环境的日益严酷，弹药的钝感化成为当今世界武器弹药的发展方向之一。钝感弹药的发展，可能会出现2种情况：一是临界起爆压力增大；二是临界直径增大［1－3］。这对引信的传爆序列提出了新的要求，即安全、可靠地起爆钝感弹药成为其发展的关键问题。传统的方法是增加圆柱形传爆药的装药尺寸，但这必然增大了传爆药用量，从而增加了武器系统的敏感度，导致意外爆炸机会增多。所以，必须研究与钝感弹药要求相适应的安全、高能传爆序列。

要达到此目标，一种有效的途径是研究新型高能传爆药装药结构，通过新结构达到提高传爆药柱输入威力的目的。因此，开展传爆药装药结构研究对于解决钝感主装药的安全、可靠起爆问题具有现实意义［4－5］。

1 实 验

1.1 实验方法

目前，评定炸药起爆能力的实验方法有很多种，本文中主要选用以下2种方法［6］：

（1）主装药变组分法。利用传爆药柱直接起爆不同钝感剂含量的主装药，寻找钝感剂的临界起爆含量，以此来表示传爆药柱的起爆能力。

（2）主装药轴向钢凹法。以主装药轴向钢凹深度H 衡量传爆药柱的起爆能力。

1.2 实验条件

（1）传爆药的选择［7］

塑形粘结炸药PBXN－5作为直列式爆炸序列许用传爆药，是目前爆速较高的一种新型传爆药，已经设计定型；它安全性好、热稳定性好、压药成型性好，而且容易得到，使用方便。因此选用PBXN－5传爆药，传爆药柱压药密度ρ＝1.60g／cm3。传爆药柱形状、尺寸如图1所示。

（2）导爆药的选择

导爆药选用RDX，分7次压装，压药密度为1.27g／cm3。

（3）主装药的选择

为了满足要求，设计了一种可变组分的主装炸药，其主要成分有硝基胍（NQ）、聚四氟乙烯（F4）、石墨（G）。其中NQ 是爆炸组分，F4是钝感剂，G 是用来作润滑剂和消除静电的，它的含量一般很小。我们主要是通过调节钝感剂F4的含量后，对该混合炸药进行爆炸实验，进而评价传爆药柱的起爆能力。

（4）鉴定块的选择

钢鉴定块使用45钢，尺寸为Ø100mm×50mm。

图1 异形传爆药柱结构及尺寸示意图Fig.1Schematic diagram of special booster pellet structure and size

1.3 实验装置

异形传爆药柱和圆柱形传爆药柱的起爆能力的实验装置分别如图2（a）、（b）所示。

图2 传爆药柱起爆能力装置图Fig.2 Graph of booster pellet initiation capacity

2 实验结果与讨论

2.1 异形传爆药柱和圆柱形传爆药柱起爆能力实验结果

利用主装药变组分法测试了异形传爆药柱和圆柱形传爆药柱的起爆能力（主装药柱直径为42.6mm），实验结果如表1所示。利用主装药轴向钢凹法测试了不同结构尺寸条件下，异形传爆药柱的起爆能力。主装药的质量配方为m（NQ）∶m（F4）∶m（G）＝51∶48∶1，药柱高度h＝59.6mm，直径为42.6mm，药柱密度ρ＝（1.20±0.01）g／cm3，实验结果如表2所示。

表1 主装药变组分法测异形传爆药柱起爆能力实验结果Table 1 Results of special booster pellet initiation capacity by varied－composition method

表2 不同尺寸下异形传爆药柱起爆能力测试结果Table 2 Results of special booster pellet initiation capacity under different size

2.2 不同结构及尺寸下传爆药柱的起爆能力对比

从表1可看出，当主装药配方为m（NQ）∶m（F4）∶m（G）＝46∶53∶1，即钝感剂含量为53%时，19.5g圆柱形传爆药柱引起主装药爆轰的概率为0／5，而19.5g异形传爆药柱引起主装药爆轰的概率为5／5，表明异形传爆药柱比圆柱形的起爆能力大。

由表2可得：

（1）各种异形传爆药柱起爆能力顺序是：图1（a）＞图1（c）＞图1（b）；

（2）图1中所示异形传爆药柱的起爆能力较相同质量的普通圆柱形传爆药柱的起爆能力好；

（3）对比图1（a）与图1（b）所示异形传爆药柱的起爆能力，可以看出：在实验条件范围内，在其他参数不变的情况下，锥角增大即上底直径由24.0mm 减小至20.0mm，起爆能力降低。这是因为底面输出端的有效药量随锥角增大而降低的缘故。另外，支持凹球爆轰波汇聚的能量降低，爆轰波在汇聚过程中衰减增大，因而起爆能力降低；

（4）对比图1（b）与图1（c）的起爆效果可以看出，在实验条件范围内，在其他参数不变的情况下，凹球半径减小，则起爆威力增大。这也是由于凹球半径变小，有效装药量相对增大的缘故。

2.3 实验结果分析

根据聚能效应理论［8］，聚能穴对提高传爆药柱的输出能量具有极其重要的作用。当聚能穴为半球形时，传爆药柱的爆轰产物沿着半球形空穴的直径方向向球心处汇集，并在接近中心处汇聚成一股能量很高的气流，这部分气流有很高的速度和压力，因而大大提高了传爆药柱的输出压力。根据有效装药理论［9］，半球空底装药的有效装药系数较大，这也有利于提高传爆药柱的起爆威力。

为了比较能量的集中程度，可用单位体积能量，即能量密度E 来表示。爆轰波的能量密度可用下式表示［10］

式中：ρ、p、u、n 分别为爆轰波阵面的密度、压力、质点速度和多方指数。取多方指数为3，则上式可以改写为如下形式

式中：ρ0、D 分别为炸药的密度和爆速，式（2）中右边第1项为位能，第2项为动能，而聚能过程中，动能是能够集中的，位能则不能集中，反而起分散作用，如果能设法把能量转换成动能形式，就能大大提高聚能作用。异形传爆药柱起爆以后，动能集中的程度较高，因此传爆药柱的起爆能力也大。

不同结构尺寸的异形传爆药柱的起爆能力不同，主要是因为和主装药的接触面积不同。起爆能力N 可用下式表示［11］

式中：α 为面积效应系数，Z 为被发炸药的冲击阻抗，tc为冲击脉冲衰减至pc所经历的时间，pc为被起爆炸药的临界起爆压力，p（t）是主发炸药爆炸后在主、被发炸药间产生的冲击压力。由公式（3）可知，起爆能力N 随着面积效应系数α 的增大而变强。传爆药和主装药的接触面积对传爆药柱的起爆能力有很大的影响。

3 结 论

综合采用主装药变组分法和传爆药柱直接起爆主装药轴向钢凹法，对异形传爆药柱的起爆能力进行了研究，得出如下结论：

（1）在传爆药质量和密度相同的条件下，异形传爆药柱的起爆能力强于普通圆柱形传爆药柱的起爆能力；

（2）在其他参数不变的情况下，传爆药柱和主装药柱之间的接触面积对异形传爆药柱的起爆能力有很大影响。

［1］ Spahn P F，Md S S.Embedded can booster：USA，5221810［P］.1993－08－10.

［2］ Spahn P F，Md S S.Booster explosive rings：USA，5221810［P］.1993－06－22.

［3］ Ferm E N，Hull L M.Reflected－shock initiation of explosives［R］.DE93018559.New Mexico：Los Alamos National Laboratory，1993.

［4］ 胡双启，曹雄.高起爆能力的新结构传爆药柱研究［J］.兵工学报，2002，23（2）：188－190.Hu Shuang－qi，Cao Xiong.A study on the structure of booster pellets having high initiating capacity［J］.Acta Armamentarii，23（2）：188－190.

［5］ 曹雄，胡双启，张建忠.装药结构对传爆药柱起爆能力的影响研究［J］.应用基础与工程科学学报，2005，13增刊1：200－204.Cao Xiong，Hu Shuang－qi，Zhang Jian－zhong.Study on the effect of charge structure of booster pellet had on its initiation capacity［J］.Journal of Basic Science and Engineering，2005，13suppl 1：200－204.

［6］ 曹雄.高能传爆药装药结构研究及起爆过程数值模拟［D］.太原：中北大学，2005.

［7］ 华北工学院八系.钝感弹药高能起爆技术总结报告［R］.太原：华北工学院，2000.

［8］ 北京工业学院831室.聚能爆破作用［M］.北京：北京工业学院，1975：45－48.

［9］ 《炸药理论》编写组.炸药理论［M］.北京：国防工业出版社，1982：258.

［10］ 张连玉，汪令羽，瑞生.爆炸动力学基础［M］.北京：北京工业学院，1986：32－36.

［11］ 胡双启.传爆药－主装药间冲击起爆若干问题的研究［D］.北京：北京理工大学，1997.