装药直径对HMX基炸药慢速烤燃性能的影响

【化学工程与材料科学】

装药直径对HMX基炸药慢速烤燃性能的影响

杨建,王建灵,高赞,韦国平,严家佳

(西安近代化学研究所，西安710065)

摘要：为了研究装药直径对HMX基炸药慢速烤燃性能的影响，以某种典型的HMX基炸药为研究对象，开展了不同装药直径对慢速烤燃性能的影响研究。研究结果表明：装药直径对HMX基炸药响应等级没有明显影响；反应时间和环境温度均随装药直径增大而增大，中心温度随装药直径增大而减小；环境温度、中心温度随装药直径呈规律性变化。

关键词：装药直径；HMX基炸药；慢速烤燃

收稿日期：2015-01-12

作者简介：杨建(1976—)，男，硕士，高级工程师，主要从事炸药性能评估研究。

doi:10.11809/scbgxb2015.06.029

中图分类号：E913

文章编号：1006-0707(2015)06-0117-04

收稿日期：2014-10-30

基金项目：国家自然科学基金资助项目(51179200)

本文引用格式：杨建,王建灵,高赞,等.装药直径对HMX基炸药慢速烤燃性能的影响[J].四川兵工学报，2015(6):117-119.

Citationformat:YANGJian,WANGJian-Ling,GAOZan,etal.ResearchonChargeDiameter’sInfluencetoSCOCharacterofHMXBaseExplosives[J].JournalofSichuanOrdnance,2015(6):117-119.

ResearchonChargeDiameter’sInfluenceto

SCOCharacterofHMXBaseExplosives

YANGJian,WANGJian-Ling,GAOZan,WEIGuo-ping,YANJia-jia

(Xi’anModernChemistryResearchInstitute,Xi’an710065,China)

Abstract:To Research charge diameter’s influence to SCO, characters of HMX base explosives by typical HMX base explosives’ SCO were analyzed. The results indicate that there is no obvious influence to HMX base explosives’ reactive class from charge diameter. Reactive time and environmental temperature increase with charge diameter increase. Central temperature reduces with charge diameter. Environmental temperature and central temperature disciplinarily change with charge diameter.

Keywords:chargediameter;HMXbaseexplosives;SCO

1973年提出低易损性(LOVA)弹药概念之后，其相关研究受到世界各国的高度重视并成为国际会议的重要主题[1-4]。因此，美国制定了弹药危险性评估测试标准MIL-STD-2105C，其中包括快速烤燃/FCO试验和慢速烤燃试验/SCO，慢速烤燃试验用于评价炸药等含能材料在外部缓慢加热条件下对热作用的敏感程度和发生反应的剧烈程度，它主要是针对炸药等含能材料在制造、储存、运输及实战环境中可能会遭受意外的热刺激而设计的。J.H.G.Scholtes等[5-6]研究了HTPB/AP、PPG/AP/AN推进剂的烤燃试验，介绍了烤燃过程中压力和温度的测量方法和烤燃试验结果；王晓峰[7]研究了传爆药的烤燃试验方法和烤燃结果；冯长根等[8]以RDX炸药为研究对象，进行了热烤试验和数值模拟，得出了与热爆炸理论相吻合的结论；杨丽侠等[9]建立了快烤和慢烤系统，以典型发射药为对象研究了易损性响应特性及影响因素。但是所研究的装药直径一般都较小，不能完全反应大药量条件下炸药慢速烤燃性能，装药直径对炸药慢烤性能的影响，特别是对HMX基炸药的影响报道却较少。我国现有装备武器中还没有大规模应用HMX基的炸药，因此系统研究装药直径对HMX基炸药的慢速烤燃响应温度及响应等级的影响，对于预测HMX基炸药装药系统的热响应安全性具有重要的指导意义。

1试验装置及试验方法

1.1试验装置

试验装置为自行研制的慢速烤燃系统，主要由加热套、控温箱、控制计算机、热电偶、保温材料组成，可同时测量4路温度数据，试验药量最大可达到20kg，如图1所示。加热套根据试样尺寸定做，加热功率为400～4 000W可调；控温箱由控温仪表、显示仪表及功率调节模块等组成，根据需要由控制计算机设定不同的PID参数，控制加热的升温速率，控温精度可达±0.2 ℃/min；控制计算机可设定、控制控温仪的升温过程并记录实验过程的温度-时间历程、绘制出温度-时间曲线；热电偶测量试验过程中环境及试样中心的温度，精度等级为A级，本试验使用的是OMEGAGG-K-40型热电偶感温线；保温材料包覆在弹体外表面，减小试验过程中热量的散失。

试验弹体由45#钢加工而成，如图2所示。弹体壁厚为4mm，内部尺寸分别为φ20×80、φ60×240、φ97.5×400，φ148×600，两端用同厚度带螺纹的端盖进行密封，其中一个端盖中心留有φ2的通孔。

图1　慢速烤燃装置示意图

图2　试验弹体示意图

1.2试验方法及试验条件

将某种典型的HMX基粘结炸药(HMX∶粘结剂=95∶5)分别压制成φ20×20、φ60×60、φ97.5×100、φ148×100药柱，压药密度为1.73g/cm3。将压制好的药柱分别装入φ20×80、φ60×240、φ97.5×400、φ148×600试验弹体中；一支热电偶固定在弹体外壁中心处测量弹体外壁中心处的温度，另一支热电偶固定在药柱中心测量药柱中心处温度。并用耐高温密封胶对端盖上的孔洞进行密封，密封好的试样按图1所示作绝缘、保温处理。同一装药直径各准备两发试样做平行性实验。

将处理好的试样悬挂在专用钢性支架上，并在支架四周的3个方向距试样1m远各放置一块镀锌铁皮作为见证板，没有放置见证板的方向安装视频监控，如图3所示；试验过程中采用1 ℃/min升温速率对试样进行加热，直到试样发生反应或温度到达400℃时停止；试验过程中用计算机跟踪记录试验过程中弹体外壁中心及药柱中心位置的温度随时间的变化历程；用硬盘录像机实时拍摄试验现场试样的响应情况，根据壳体的变形和收集到的见证板、破片情况衡量反应响应等级。慢速烤然试验典型温度-时间曲线如图4、图5所示。

图3　慢烤试验现场布置图

图4　慢烤试验环境温度-时间典型曲线

图5　慢烤试验装药中心温度-时间典型曲线

2结果与讨论

2.1试验结果

将计算机采集到的环境温度(弹体外壁中心位置温度)-时间数据升温段按最小二乘法进行拟合得到不同装药直径试样试验过程中的升温速率，用于标定试验过程中的升温速率，如表1所示。

表1　升温速率拟合参数

从表1升温速率拟合数据标定试验过程中弹体升温速率均控制在(1±0.02)℃/min以内，试验过程中的升温速率稳定可靠。

将试验得到的温度-时间数据进行处理后得到不同装药直径试样发生反应时的环境温度、装药中心温度、反应时间，从试验现场获取反应后见证板、烤燃弹体的状态分析可以得到响应等级，试验状态及结果如表2所示。

表2　不同尺度试样的慢速烤燃试验结果

注：环境温度为壳体外壁中心位置传感器测量温度。

将不同装药直径试样发生反应时的环境温度-装药直径、中心温度-装药直径进行拟合，得到温度随装药直径变化及拟合曲线图及函数关系式，如图6所示。

图6　T-d曲线及拟合曲线

2.2装药直径对响应等级的影响

美国MIL-STD-2105C标准将慢烤试验结果分为5个等级：Ⅰ类为爆轰反应；Ⅱ类为部分爆轰反应；Ⅲ类为爆炸反应；IV类为爆燃反应；V类为燃烧反应。目前反应的剧烈性还不能作定量判定，只能通过壳体的变形、破裂程度及见证板状态来进行定性评价；从反应后搜集到的支架、弹体碎片及见证板的状态进行分析，4种不同装药直径的试样反应等级均为Ⅰ类爆轰反应，装药直径对反应的响应等级没有明显影响。

2.3装药直径对发生反应时环境温度及中心温度的影响

从表2、图6可以发现随着装药直径增大，试样发生反应时的环境温度呈规律性升高，中心温度呈规律性下降。热量从试样金属壳体的外表面传递到内表面然后再传递到试样及试样中心的过程主要是以热传导方式进行。根据传热学理论，单位时间内的传热量与厚度成反比[10]，随着装药直径的增大，单位时间内热量由药柱表面传递到药柱中心的时间就越长，因此发生反应时中心温度逐渐降低，由于慢速烤燃试样是以恒定升温速率进行升温，因此试样发生反应时的环境温度随试样直径的增加而升高。从图6可以发现环境温度、中心温度随着装药直径呈规律性变化，环境温度和中心温度随装药直径数值进行拟合得到函数关系式如图6所示，拟合曲线与试验曲线符合很好。

3结论

通过对不同装药直径的HMX基炸药慢烤试验结果进行分析研究后可以得到如下结论：

1) 装药直径对HMX基炸药慢速烤燃性能响应等级没有明显影响

2) 环境温度、中心温度随装药直径增加呈规律性变化，且环境温度、中心温度随装药直径变化符合二次多项式规律。

参考文献：

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(责任编辑蒲东)