FOX-7和RDX基含铝炸药的冲击起爆特性

赵　娟，冯晓军，徐洪涛，田　轩，冯　博

(西安近代化学研究所，陕西 西安 710065)



FOX-7和RDX基含铝炸药的冲击起爆特性

赵娟，冯晓军，徐洪涛，田轩，冯博

(西安近代化学研究所，陕西 西安 710065)

为研究FOX-7和RDX基含铝炸药的冲击起爆特性，对其进行了冲击波感度试验和冲击起爆试验，结合冲击波在铝隔板中的衰减特性，确定了FOX-7和RDX基含铝炸药的临界隔板值和临界起爆压力，并通过锰铜压阻传感器记录了起爆至稳定爆轰过程压力历程的变化。结果表明，以Φ40mm×50mm的JH-14为主发装药时，FOX-7和RDX基含铝炸药临界隔板值分别为37.51和34.51mm，对应的临界起爆压力为10.91和11.94GPa；起爆压力为11.58GPa时，FOX-7炸药的到爆轰距离为25.49～30.46mm，稳定爆轰后的爆轰压力为27.68GPa，爆轰速度为8063m/s；起爆压力为14.18GPa时，RDX基含铝炸药的到爆轰距离为17.27～23.53mm，稳定爆轰后的爆轰压力为17.16GPa，爆轰速度为6261m/s。

爆炸力学；冲击起爆；FOX-7；RDX基含铝炸药；冲击波感度；临界隔板值；爆轰

引　言

凝聚态炸药的冲击起爆过程是一个十分复杂的物理化学变化过程，其冲击转爆轰机理是爆轰化学领域关注的重点，并与炸药的可靠性、安全性及能量释放相关[1-3]。随着新一代高能量密度材料的迅猛发展，炸药的非理想性更加显著，非理想炸药的爆轰临界直径较大，需解决其可靠起爆问题，才能使其达到稳定爆轰，确保爆轰产物与周围环境发生后续的释能反应，从而增强其爆炸作功能力等[4-5]。同时，深入了解炸药的冲击起爆过程，对于避免炸药在意外冲击下的爆炸和实际应用中的可靠起爆都具有重要的意义。

典型的冲击起爆方式有直接接触式、隔板式、飞片撞击式[6-7]等，隔板试验由于操作简单、重复性好，被广泛应用于冲击起爆研究和冲击波感度测量。目前，对于FOX-7炸药和RDX基含铝炸药的研究主要集中在感度测量，对其爆轰性能研究较少，关于其起爆至稳定爆轰过程的研究尚未见报道。本研究采用隔板试验，针对FOX-7炸药和RDX基含铝炸药，通过冲击波感度试验测得其临界隔板值，并结合冲击波在铝隔板中的衰减特性研究，进一步确定其临界起爆压力值和压力历程的变化，并分析了炸药的爆轰特性，为深入了解这两种炸药的冲击起爆特性提供参考。

1　实　验

1.1冲击波感度试验

参考GJB 772A-97，采用隔板试验确定试样50%概率发生爆轰的临界隔板厚度G50，试验装配如图1所示。采用Ф40mm×50mm的JH-14药柱作为主发装药，其爆轰后产生一定的冲击波压力，冲击波经过铝隔板衰减后作用于被测试样，可通过调节铝隔板厚度来改变作用于被测试样的冲击波压力，通过见证板的破损程度来判断被测试样是否被引爆。

图1　冲击波感度试验装配图Fig.1　Assembly of shock wave sensitivity experiment

1.2冲击波在铝隔板中的衰减试验

如图2所示，以JH-14为主发装药，装药尺寸为Φ40mm×50mm，在铝隔板下放置锰铜压阻传感器，调节隔板厚度，可测量冲击波经不同厚度铝隔板衰减后的压力值。

图2　加载装置图Fig.2　Diagrams of loading device

1.3冲击起爆试验

试验系统由雷管、传爆药、触发探针、主发装药、隔板、锰铜压阻传感器、受试装药、试验支架、脉冲恒流源及示波器等组成，试验装置见图3。主发装药为Φ40mm×50mm的JH-14药柱；传爆药为Φ20mm×20mm的JH-14药柱；隔板为Φ40mm铝隔板，厚度可调；受试装药为多个Φ40mm的圆柱形药片叠加而成，每两个药片之间放置一个锰铜压阻传感器。

图3　冲击起爆试验装置图Fig.3　Diagrams of shock initiation experiment device

传感器的相对电阻值变化与所受冲击波压力之间存在线性关系

(1)

式中：p为冲击波压力；Kp为压阻系数；R0为传感器的初始电阻值；ΔR为电阻值的增加量。

使用恒定电流时，压力传感器的电阻随冲击波压力的变化关系可转化为随电压的变化关系，利用电压变化就可计算出该压力传感器所处位置的冲击波压力[8]。

所用锰铜压阻传感器密封在两层聚四氟乙烯薄膜之间，封装需平整均匀，且传感器与绝缘层之间无气泡。试验中利用试验支架对各组件进行固定，既保证了各组件之间接触紧密无空气间隙，又能确保各组件同轴心，避免侧向稀疏波对测量结果产生影响。

2　结果与讨论

2.1临界隔板厚度的确定

利用图1所示方法分别对FOX-7炸药和RDX基含铝炸药进行冲击波感度试验，测得其临界隔板厚度(G50)分别为37.51mm和34.51mm。

在相同的起爆序列下，选取厚度小于G50的隔板进行试验，便能保证被测炸药能够被可靠起爆，还可根据G50换算出相应的临界起爆压力值。

2.2冲击波在铝隔板中的衰减规律

为研究冲击波在铝隔板中的衰减过程，测得JH-14爆轰后产生的冲击波通过不同厚度铝隔板后的压力，将测得的的压力值与其对应的隔板厚度(x)作图，如图4所示。

从图4可以看出，随着隔板厚度的增加，压力值逐渐减小。当隔板厚度较小时，压力衰减迅速，隔板厚度从10mm增至40mm的过程中，压力值由24.35GPa减至9.87GPa。当隔板厚度大于40mm后，压力的衰减逐渐变缓，在60mm处衰减为5.72GPa。

冲击波在密实介质中的衰减规律为[9-10]

p=p0e-αx

(2)

对该关系式两边取对数

lnp=lnp0-αx

(3)

将冲击波在铝隔板下的衰减进行拟合，如图5所示。

拟合所得直线方程为

lnp=3.55-0.031x

(4)

计算可得：p0=34.81GPa,α=0.031mm-1。

根据式(4)进行计算，可知FOX-7炸药的临界起爆压力为10.91GPa，RDX基含铝炸药的临界起爆压力为11.94GPa。

2.3两种炸药的冲击起爆过程

利用图3所示装置，对FOX-7炸药和RDX基含铝炸药进行冲击起爆试验，铝隔板厚度分别为35和30mm，对应压力分别为11.58和14.18GPa，测得距起爆面不同位置处的(L)波形曲线如图6所示。

图6　FOX-7炸药和RDX基含铝炸药的波形曲线Fig.6　Wave curves of FOX-7 and RDX based explosive

根据式(5)计算可得距起爆面不同位置处的压力峰值和到达时间，结果如表1所示，压力变化曲线如图7所示。

图7　压力随测量位置的变化曲线Fig.7　Pressure curves of different location

(5)

式中：p为受试装药测点处压力峰值；A、B、C、D为传感器的标定系数；ΔVc为冲击波作用于传感器引起的电压变化量；V0为恒定电流所产生的电压变化量。

表1　FOX-7和RDX基含铝炸药距起爆面不同位置处的压力峰值及到达时间

从图7可以看出，对于FOX-7炸药，从起爆面至30.46mm处的压力峰值呈递增趋势，表明炸药爆轰反应在不断成长。当超过30.46mm后，压力峰值趋于稳定，认为FOX-7炸药已达到稳定爆轰。因此，对于FOX-7药柱，当起爆压力为11.58GPa时，其到爆轰距离，即由起爆发展至稳定爆轰在25.49～30.46mm的范围内完成。达到稳定爆轰后，平均爆轰压力为27.68GPa，平均爆轰速度为8063m/s。

对于RDX基含铝炸药，从起爆面至9.64mm处，冲击波压力值逐渐减小，此时炸药反应处于成长阶段，压力峰值为主发装药经隔板衰减后的冲击波压力值。随着反应继续，压力峰值开始增大，冲击波成长为爆轰波，至23.53mm处达到稳定爆轰。因此，对于该RDX基含铝炸药药柱，起爆压力为14.18GPa时，其到爆轰距离为17.27～23.53mm。达到稳定爆轰后，平均爆轰压力为17.16GPa，平均爆轰速度为6261m/s。

3　结　论

(1)冲击波感度试验表明，FOX-7炸药的冲击波感度高于RDX基含铝炸药，FOX-7炸药和RDX基含铝炸药的临界隔板厚度分别为37.51和34.51mm，对应的临界起爆压力分别为10.91和11.94GPa。

(2)通过冲击波在铝隔板中的衰减规律研究，拟合得到的冲击波压力随铝隔板厚度的变化方程为lnp=3.55-0.31x。

(3)起爆压力为11.58GPa时，FOX-7炸药的到爆轰距离为25.49～30.46mm，稳定爆轰后的爆轰压力为27.68GPa，爆轰速度为8063m/s；起爆压力为14.18GPa时，RDX基含铝炸药的到爆轰距离为17.27～23.53mm，稳定爆轰后的爆轰压力为17.16GPa，爆轰速度为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

国家自然科学基金资助(U1530147)

赵娟(1988- )，女，硕士，工程师，从事炸药性能及爆轰化学反应研究。E-mail: canghaiyisu_zj@126.com

TJ55;O382

A

1007-7812(2016)04-0042-04