弹道威力摆试验装置测试可靠性的试验研究

2021-08-06何振

煤矿爆破 2021年2期

何振

(中煤科工集团淮北爆破技术研究院有限公司,安徽淮北 235000)

0 引言

工业炸药的作功能力是衡量工业炸药爆轰性能的重要参数之一,它反映了炸药爆炸所产生的冲击波和爆轰气体产物作用于介质,对介质产生压缩、破碎和抛移的能力[1]。

水下爆炸能量测试法是测试工业炸药作功能力比较科学的方法,试验最大药量由试验环境及试验水域确定,它可从能量的角度有效地区别不同炸药的爆炸威力特征,测试结果准确。但是,水下爆炸测试系统投资较大,试验操作复杂,对试验人员的操作技能和专业知识要求较高,测试成本高,不利于普及[2-3]。

弹道威力摆试验装置是参照国内相关测试方法,依托爆破器材安全准入分析验证实验室建立的一种用于测试工业炸药作功能力的试验装置,该装置设计试验药量达50 gTNT当量,不需要复杂仪器,操作简单,测试成本低,易于普及。采用标准TNT进行作功能力测试,对弹道威力摆试验装置测试结果的准确性、可靠性进行了试验研究。

1 试验装置与方法

弹道威力摆试验装置由支架结构件、摆杆结构件、炮体和弹丸、支承轴承、摆角测试系统等组成,测试示意图如图1所示。装置固定在混凝土基座上。

图1 弹道威力摆测试装置

测试时,称取一定质量试样,按照原装药密度制成药卷,将药卷固定在弹丸底部凹槽内。试验时,试样在臼炮的爆炸室中引爆,爆炸产物膨胀作功将弹丸推出,同时臼炮炮体向反方向摆动一个角度,测出角度,记作α。

按照能量守恒关系式推导出单位质量TNT所作功值,由总机械能E定量评价其作功能力。

总机械能的推导公式为:

式中:E为总机械能,J；Ek1为臼炮炮体的动能,J；Ek2为弹丸的动能,J。

式中:M为臼炮炮体的质量,kg；m为弹丸的质量,kg；g为重力加速度,m/s2；l为臼炮炮体中心到悬挂支点的距离,m；α为臼炮炮体摆动角度,°。

弹道威力摆试验装置的M、m和l均为常数,令:

式中,C为弹道威力摆试验装置的结构常数。

由式(4)可知,对于一定结构的弹道威力摆试验装置,C为常数,测出摆体偏转的角度即可求出炸药所作的功值。

2 结果分析与讨论

2.1 TNT测试结果分析与讨论

采用不同质量TNT制成试样,样品改装规格参照GB 12440—1990《炸药猛度试验铅柱压缩法》,将牛皮纸裁成长150 mm,宽65 mm的长方形,粘成直径40 mm的圆筒后装药[5],装药密度控制在(1.00±0.03)g/cm3。测试试样的作功能力,每个样品平行测试4次[6],并计算平均值、极差、标准差、总机械能及单位质量机械能,测试结果见表1。

表1 TNT测试结果

由表1可得:按公式(4)进行机械能计算,能够定量衡量一定质量TNT的作功能力；利用摆角评价一定质量TNT的作功能力,能够客观地反映出不同质量TNT的作功能力差别。同一质量条件下,测试摆角极差小于0.2°,标准差小于0.08,测试结果误差小,具有较好的精度和准确度。

2.2 TNT测试结果相关性分析

根据表1的测试结果,利用最小二乘法分析单位质量机械能与装药质量之间的关系,其相关性曲线如图2所示。

图2 单位质量机械能与装药质量的相关性曲线

由图2分析可知,理论上不同测试药量条件下的单位质量机械能应当一致。但实际测试结果显示:随着测试药量的增加,单位质量机械能呈现增长的趋势；说明测试药量越大,施加于试验装置的作用能力越大,误差对测试结果的影响越小。因此,测试条件应选择较大药量。综合考虑测试结果、装置设计当量及装置使用寿命等因素,拟确定该试验装置最佳装药试验条件为:试验药量50 g,装药直径40 mm。

根据表1中的测试结果,利用最小二乘法对摆角与装药质量、摆角与总机械能之间的关系进行分析,相关性曲线如图3、图4所示,其一元线性回归分析结果见表2。