验证板反射冲击波对固体推进剂冲击起爆影响的实验研究①

郑 波，袁鹏刚

(北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室，北京 100081)

0 引言

隔板实验是早期建立的用于测定固体推进剂冲击波感度的典型方法［1－2］。在隔板实验中，由主发药柱产生爆轰波，经惰性隔板衰减后，冲击波作用于被测推进剂药柱端面，通过改变隔板的厚度或冲击阻抗控制输入被测推进剂药柱的冲击波强度，观察被测推进剂药柱发生爆轰或不爆轰，以50%发生爆轰的隔板厚度作为被测推进剂药柱的冲击波感度;对应的隔板厚度作为临界隔板厚度阈值，相应的入射冲击波压力峰值称为起爆压力阈值或临界起爆压力。

为了消除验证板的影响，有人将验证板去掉，通过高速分幅照相测量被测推进剂药柱的自由表面速度，对隔板实验方法进行了改进，得到了爆轰阈值和发生反应的阈值压力。但迄今为止，没有对验证板是否对隔板实验结果有影响这个问题给出一个明确的回答。由于使用验证板，使得实验非常简便，因此必须对验证板反射冲击波对隔板实验中冲击起爆影响的实验进行研究，以便对隔板实验结果更有信心和把握。

根据隔板实验确定固体推进剂临界爆轰压力［3］时，一般假设被测推进剂药柱是在隔板界面后起爆，这种做法没有考虑验证板反射强冲击波对冲击起爆的影响，因此可能得出与物理事实完全不相符的错误结论。本文对验证板反射冲击波对隔板实验中冲击起爆影响的实验进行了研究，设计了对比验证实验，对比实验结果清楚地消除了验证板反射冲击波影响的不确定性，为以隔板界面入射冲击波压力作为被测推进剂药柱临界爆轰压力提供了可靠依据。

1 实验

实验实物照片见图1。为了减小侧向稀疏效应的相对影响，根据隔板实验经验及PBX固体推进剂特性取推进剂药柱直径d=40 mm，推进剂药柱高度为L=70 mm。铝片隔板，直径同药柱，每片厚度0．5 mm，根据隔板厚度需要增减铝片数目。

实验材料分别是8号工业雷管;雷管座;主发药柱;被测推进剂药柱;铝隔板;木板支座;验证板。实验后，见证板正面有明显凹坑，背面有明显裂痕，判为爆轰;否则判为不爆轰。利用升降法实验程序，确定隔板厚度L。测试了PBX固体推进剂的冲击波感度，进行了有无空气隙的对比验证实验，实物图如图1所示。实验结果列于表1中。

图1 有无空气隙对比验证实验实物照片Fig．1 Photos of comparison tests of air gap

表1 有无空气隙对比隔板实验结果Table 1 Comparison experimental results of card gap with and without air gap

2 实验结果及分析

对比验证实验后，验证板上的痕迹分别如图2和图3所示。有空气隙和无空气隙2种不同情况下，被测推进剂药柱在上临界隔板厚度时都不发生爆轰，在下临界隔板厚度时都发生爆轰，这说明被测推进剂药柱是被隔板界面传入的冲击波引爆的，从而为分析计算被测推进剂药柱的临界爆轰压力提供了直接依据。

图2 第3组有空气隙实验结果Fig．2 No．3 batch of experimental results of air gap

图3 第6组对比验证实验结果Fig．3 No．6 batch of experimental results of air gap

推进剂药柱起爆后验证板上的痕迹，无空气隙实验比有空气隙实验更显著。无空气隙时，推进剂药柱起爆后，验证板上形成明显的凹坑;有空气隙时，推进剂药柱起爆后，验证板上只形成一个浅槽。由于空气隙有显著的稀疏作用，这样的差异是合理的。第3组实验临界隔板厚度时，2种实验方法后，验证板上的痕迹如图4所示，第6组实验结果如图5所示。

实验中，又通过另一种方式验证被测推进剂药柱是在隔板界面入射冲击波作用下起爆，而不是在钢验证板界面反射冲击波作用下起爆的。在无空气隙实验中，对被测推进剂药柱端面进行标记，被测推进剂药柱与钢验证板接触的后端划上“X”，而在与隔板接触的前端不作记号，如图6所示。这样做是为了验证如下结论:在被测推进剂药柱未被起爆的情况下，观察没有被冲散的剩余固体推进剂在哪一端，如果是有“X”标记后端部分剩余下来，则说明验证板界面上反射冲击波不如前端隔板界面上透射冲击波强，进而可推出被测推进剂药柱被起爆时是从前端开始的，其临界爆轰压力是隔板界面透射冲击波压力峰值。如果未爆轰的剩余推进剂药柱为无标记的前端部分，则类似地说明验证板界面上反射冲击波强于前端隔板界面上透射冲击波，进而推出被测推进剂药柱起爆时是后端验证板界面冲击波作用的结果。

图4 第3组实验无和有空气隙时爆轰后验证板痕迹Fig．4 No．3 batch of experimental results of card gap with and without air gap after detonating

图5 第6组实验无和有空气隙时爆轰后验证板痕迹Fig．5 No．6 batch of experimental results of card gap with and without air gap after detonating

图6 对被测药柱端面进行标记Fig．6 End label of explosive sample

实验后，观察未爆轰推进剂药柱剩余部分端面，发现全为有标记“X”的后段部分，第3组和第6组实验中，未爆轰推进剂药柱的剩余部分端面如图7所示。这就说明了本次实验系统中前端隔板界面透射冲击波强于后端验证板界面反射冲击波，从而间接推出爆轰的推进剂药柱是从前端开始起爆的。

图7 未爆轰药柱剩余部分端面Fig．7 Undetonated sample end surface after experiments

3 结论

(1)首先用验证板实验证实其反射冲击波对冲击起爆没有影响，冲击起爆是经过隔板传入的冲击波直接起爆，并不是冲击波经过验证板反射增强后起爆的。通过端面标记的方法进一步验证了此结论。

(2)通过2组对比验证实验证实，验证板反射冲击波对隔板实验中冲击起爆没有影响，隔板实验中被测推进剂药柱的临界爆轰压力都应按前端隔板界面透射冲击波压力峰值计算。

［1］ 袁鹏刚．侵彻战斗部装药抗高过载性能的模拟评估方法研究［D］．北京理工大学，2011．

［2］ 梁增友．炸药冲击损伤与起爆特性［M］．北京:电子工业出版社，2009．

［3］ Price D．Critical parameters for detonation propagation and initiation of solid explosives［R］．NSWC TR 80-339，10 Sep 1981．