新型鋁纖維非理想炸藥水下爆炸性能研究

含鋁炸藥是一種典型的非晶態(tài)炸藥。炸藥的組成、重量、限制條件、鋁粉形狀和大小、鋁含量等對(duì)含鋁炸藥的爆炸性有顯著影響。陳朗等金屬鋁通常以粒狀或片狀的粉末形式加入到炸藥中,以提高含鋁炸藥的爆炸威力,但加入鋁粉同時(shí)也提高了含鋁炸藥的機(jī)械感度。本文中將鋁纖維添加到RDX中,得到新型非理想炸藥,并與RDX進(jìn)行水下爆炸對(duì)比實(shí)驗(yàn),得到2種炸藥在不同位置的壓力時(shí)程曲線,經(jīng)過(guò)分析計(jì)算,進(jìn)一步得到2種炸藥在不同位置的沖擊波壓力峰值、沖量、沖擊波能、氣泡脈動(dòng)周期和氣泡能,并研究鋁纖維對(duì)炸藥能量輸出的影響。1實(shí)驗(yàn)傳感器的安裝研究表明,鋁含量(質(zhì)量)為20%時(shí),RDX/Al含鋁炸藥的比沖擊波能達(dá)到最大值實(shí)驗(yàn)中采用的水下爆炸塔直徑D為5m,水深H為5m,測(cè)試裝置包括泰克示波器(TEKDSO8064A)、恒流源(482A22)、水下壓力傳感器(PCB,ICPW138A25),傳感器的敏感元件為電氣石,其直徑為4mm,通過(guò)落錘實(shí)驗(yàn)標(biāo)定的壓力傳感器靈敏度系數(shù)為30mV/MPa,其置信度為95%。為了滿足沖擊波和氣泡脈動(dòng)的測(cè)試要求,將藥柱和傳感器置于水面下方2m處,如圖1所示。為了全面對(duì)比研究以RDX為基的鋁纖維炸藥與RDX的爆轟性能的差異,分別在距離藥柱的距離R為0.7、0.9、1.2、1.5m處安放傳感器,這樣可測(cè)得4個(gè)不同位置處的壓力時(shí)程曲線。一次實(shí)驗(yàn)中安裝2個(gè)不同位置的傳感器,同等條件下重復(fù)測(cè)試3次,共得到了24組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。正式實(shí)驗(yàn)前,可將2個(gè)傳感器放置在距離藥包相同距離的位置上,通過(guò)壓力峰值、沖擊波沖量與比氣泡能等水下爆炸參數(shù)相互標(biāo)定2個(gè)傳感器是否一致。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合炸藥在水下爆炸的能量分為沖擊波能和氣泡能2部分:炸藥在水介質(zhì)中瞬時(shí)爆轟轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷馗邏罕Z產(chǎn)物,炸藥能量轉(zhuǎn)變?yōu)楸Z產(chǎn)物的內(nèi)能并高速向外膨脹,一部分能量壓用于縮水介質(zhì)形成水中沖擊波,剩余能量以氣泡的形式向外膨脹并形成氣泡脈動(dòng),因此炸藥水下做功能力可通過(guò)水下爆炸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出的沖擊波能和氣泡能進(jìn)行評(píng)價(jià)由圖2可得,鋁纖維炸藥的壓力峰值p由圖3可知,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算RDX在不同位置的壓力峰值幾乎落在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合曲線上,說(shuō)明實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)可靠有效。在相同距離下,鋁纖維炸藥的壓力峰值p炸藥在水中爆炸時(shí)沖擊波壓力峰值與距離的關(guān)系可用函數(shù)描述為式中:p由圖3可知擬合效果較好,說(shuō)明鋁纖維炸藥壓力峰值與距離的關(guān)系可用式(1)描述。對(duì)于RDX,擬合系數(shù)的結(jié)果為:A=1269.34MPa,α=-1.08046;對(duì)于鋁纖維炸藥,A=1241.8MPa,α=-1.09142。3計(jì)算爆炸參數(shù)的炸藥爆炸參數(shù)3.1x在水中不同位置的覆蓋物質(zhì)水下爆炸沖擊波沖量計(jì)算公式為式中:i為沖擊波沖量,Δp(t)為距爆壓中心R處沖擊波壓力隨時(shí)間變化的函數(shù),θ為衰減時(shí)間常數(shù)。由式(2)計(jì)算得到鋁纖維炸藥與RDX在水中不同位置的沖擊波沖量如圖4所示。由圖4可得,鋁纖維炸藥與RDX的沖擊波沖量隨著距離R增大而減小,在相同位置下,鋁纖維炸藥的沖擊波沖量高于RDX的沖擊波沖量,其差值隨距離變化不明顯。炸藥在水中爆炸時(shí)沖擊波沖量與距離的關(guān)系可用函數(shù)描述為式中:a、b為待擬合系數(shù)。由圖4可知式(3)對(duì)沖量與距離關(guān)系的擬合效果較好,對(duì)于RDX,擬合系數(shù)的結(jié)果為:a=38780Pa·s,b=-1.01943;對(duì)于鋁纖維炸藥,擬合系數(shù)的結(jié)果為:a=35430Pa·s,b=-0.98828。3.2比覆蓋能量的計(jì)算水下爆炸比沖擊波能的計(jì)算公式為式中:E水下爆炸比氣泡能計(jì)算公式為式中:E炸藥總能量計(jì)算公式為本文中假定式(10)也適用于鋁纖維炸藥。式中:β為裝藥密度與最大理論密度的比值,即β=ρ結(jié)合式(4)~(10)計(jì)算可得水中爆炸實(shí)驗(yàn)中鋁纖維炸藥與RDX的比沖擊波能E從表1可以得到,不同距離處計(jì)算得到的比沖擊波能對(duì)總能量影響不大。池家春等4比氣泡能提高總能量(1)由于鋁纖維炸藥中鋁纖維在破碎前不參與反應(yīng),并且鋁纖維在破碎時(shí)要消耗掉一部分能量,因此其壓力峰值p(2)與RDX相比,鋁纖維炸藥的比沖擊波能降低了2%~5.2%,但比氣泡能提高了9.4%~23.36%,說(shuō)明鋁纖維的加入主要是在提高比氣泡能基礎(chǔ)上提高總能量。在離藥柱相同距離處,鋁纖維炸藥的沖擊波沖量高于RDX的沖擊波沖量。(3)RDX的總能量與爆熱比值(89%~95%)接近理論值(100%),說(shuō)明通過(guò)水下爆炸評(píng)估炸藥能量是可行的。鋁纖維炸藥的總能量與爆熱比值為74%~84%,另外爆炸