固体推进剂对射流刺激的易损性响应

张 超，党永战，李宏岩，王国强，杨立波，袁志锋

（西安近代化学研究所，陕西西安710065）

引 言

固体推进剂在服役期间可能遭遇不同的外界刺激，因此对其易损性要求有所不同。针对易损性响应，研究者进行了大量的试验研究，建立了不同的模拟试验装置和方法［1－7］，如美国的MILSTD－2150A、MIL－STD－2150B、MIL－STD－2150C、MIL－STD－2105D以及联合国关于极不敏感爆轰物质（EIDS）标准［1］。美军标［1］规定使用快速烤燃、慢速烤燃、子弹撞击、破片撞击、殉爆试验、空心装药射流和热破片撞击共7种刺激源试验来评判战场环境下弹药的易损性。英国和美国研究认为［8－9］，在众多危险性刺激中最严厉的刺激是空心装药射流冲击，并将这种刺激作为一种筛选工具用来评价火炸药配方的钝感性能。因此，研究固体推进剂在空心装药射流刺激下的易损性响应，总结固体推进剂对易损性试验刺激的响应规律，可以为现役推进剂战时防护措施的制定提供依据。

本实验研究了典型改性双基推进剂、HTPB复合推进剂、NEPE推进剂在射流冲击下的响应特性，考察了不同射流撞击方向（轴向和径向）、不同长径比对响应的影响情况。通过样品响应后的见证板状态、超压值及破片大小和数量等数据表征推进剂对射流的响应特性，为低感度配方及装药设计提供参考。

1 实 验

1．1 推进剂配方及试件的制备

3种样品配方及尺寸见表1。3 种典型推进剂均为西安近代化学研究所制造，HTPB复合推进剂和NEPE推进剂制备方法均为在捏合机中捏合后，浇铸，固化，脱模取出样品，CMDB推进剂经吸收－熟化－驱水－压延－压伸工序制成。

表1 3种固体推进剂配方及试件规格Table 1 Formulation and specimen size for three kinds of solid propellants

试验构件结构模拟战术火箭自由装填发动机进行设计。构件壳体材质选用45号钢。

1．2 试验装置及布局

射流轴向撞击试验布局如图1所示（径向撞击时，将射流源及炸药管移至样品侧面中心处即可），在样品一侧1m处放置1块侧见证板（0．7mm 的镀锌铁皮），底面放置1块12mm×300mm×500mm的钢见证板，在距离样品中心1．8m处布置2支压力传感器，用于测量冲击波压力。

空心装药射流源为西安近代化学研究所研制的Φ50mm 标准射流源，主装药为聚黑－16，密度为1．73g／cm3，爆速约8 390m／s，能量为360m3／μs2，药型罩直径50mm，锥角60°。考虑到爆轰持续成长扩展问题，采取射流从推进剂样品轴向和径向两个方向分别进行冲击。

试验前对试验系统进行3发标准射流稳定性试验，穿深分别为171．5、172和171mm。两个点的超压测试结果分别为0．131和0．132MPa。

图1 射流轴向撞击试验布局Fig．1 Jet axial impact test layout

2 结果与分析

2．1 3种推进剂对射流冲击的响应特性

CMDB推进剂、HTPB复合推进剂及NEPE 推进剂在射流撞击后的响应特性如表2所示，见证板试验结果见图2。

表2 3种典型固体推进剂射流冲击试验结果Table 2 The jet impact test results for three kinds of typical solid propellants

续表2

图2 射流撞击后的见证板Fig．2 Witness plates after jet impact

由表2和图2可知，CMDB推进剂和NEPE 推进剂在射流撞击下底见证板发生了严重的弯曲变形，并形成剪切孔，现场未发现壳体碎片，冲击波超压测试表明超压信号较基准信号有较大幅度的提升，HTPB复合推进剂在射流冲击下，底见证板发生了严重弯曲，但未有剪切孔，找到5块较大的壳体残片，其中一片是完整剪切的端盖，超压测试值与射流源超压值相比增加较小。

参照美军标MIL－STD－2105C 危险性评估试验判据［1］，受到射流撞击后金属壳体破裂成碎片，见证板明显凹坑变形，但未穿孔为爆炸反应，样品受到射流撞击后金属壳体破碎成小碎片，见证板穿孔变形，可能有残药，为部分爆轰反应类型，因此，本试验中，CMDB推进剂和NEPE推进剂均发生部分爆轰响应，HTPB复合推进剂发生爆炸响应。

根据见证板、冲击波超压及试验现场综合分析，推进剂对射流撞击反应的剧烈程度取决于推进剂种类，响应由弱到强的排序为HTPB复合推进剂、CMDB推进剂、NEPE 推进剂。且CMDB 推进剂和NEPE推进剂比HTPB复合推进剂对射流刺激的响应要剧烈得多，主要原因是CMDB推进剂和NEPE推进剂配方中含有对射流刺激敏感的NG 和RDX 等组分。

2．2 射流撞击方向对推进剂响应特性的影响

在径向射流冲击下，CMDB 推进剂底见证板剪切孔直径在50mm 左右，NEPE 推进剂底见证板剪切孔直径在70mm 左右。在轴向射流撞击下，CMDB推进剂底见证板剪切孔直径约150mm，见证板中部凹坑约为10cm，NEPE 推进剂底见证板剪切孔直径在160mm 左右，见证板中部凹坑拱高约为12cm，HTPB复合推进剂对轴向冲击的程度也高于径向冲击。

在轴向刺激下，侧见证板被抛射到距样品中心2．5m处，且发生较大变形，推进剂对轴向射流刺激的响应大于径向响应，分析原因可能与金属射流粒子在样品中穿行距离有关，轴向撞击时金属射流粒子在样品中穿行距离长，金属射流粒子的动能转化为内能所产生的热量多，因而引起的破坏效应大。

2．3 推进剂尺寸效应

由表2可知，千克级药量在长径比为4∶1 和1∶1条件下，3种推进剂的易损性响应剧烈程度差别不大，只是小长径比推进剂的侧见证板响应发生了变化，均出现不同程度位移并变形。这是因为小长径比推进剂的装药量大，发生响应时对壳体的破坏效应大，壳体金属碎片使侧见证板发生了位移与变形。

3 结 论

（1）在空心装药射流刺激下，3种典型推进剂均发生较为强烈的反应，CMDB推进剂和NEPE 推进剂为部分爆轰，HTPB复合推进剂为爆炸。

（2）推进剂对轴向射流刺激的响应大于径向响应，可能与金属射流粒子在样品中穿行距离有关，轴向撞击时金属射流粒子在样品中穿行距离长，相对长时间的强烈摩擦引起较大的破坏效应。

（3）推进剂对射流撞击的响应类型主要取决于推进剂的种类和药量，在长径比为4∶1和1∶1条件下，3 种推进剂的易损性响应剧烈程度差别不大。

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

［2］ GJB6195－2008复合推进剂危险性等级分类方法［S］．2008．

［3］ 杨丽侠，张玉成，张邹邹，等．射流撞击下发射装药的易损性响应特性［J］．火炸药学报，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，代晓淦，等．高聚物黏结炸药的冲塞试验研究［J］．火炸药学报，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］ 王建灵，俞统昌，郭炜．一种射流源和炸药射流感度的研究［J］．爆炸与冲击，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．