乳化炸药水下爆炸能量输出特性的实验研究

汪泉　徐定博　张显丕

摘 要：工业炸药爆轰的非理想性反映出其爆炸能量输出的差异，水下爆炸测试是评测炸药爆炸能量输出状况的重要手段之一。本文在圆筒形小水池（Ф5.5m，H3.62m）中测试了给定配方的岩石型乳化炸药（Ⅰ）水下爆炸参数，并与给定的粉状TNT炸药（Ⅱ）、二级煤矿水胶炸药（Ⅲ-a） 、三级煤矿水胶炸药（Ⅲ-b）水下爆炸参数进行对比。实验测试结果表明：（1）乳化炸药及对比炸药水下爆炸峰值压力Pm满足Pm（Ⅲ）

关键词：水下爆炸；乳化炸药；冲击波能；气泡能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.261

1 引言

乳化炸药是泛指一类用乳化技术制备的使氧化剂盐类水溶液的微滴，均匀分散在含有分散气泡或空心玻璃微珠等多孔物质的油相连续介质中，形成一种油包水型（W/O）的乳胶状含水工业炸药。乳化炸药体系中因氧化剂与可燃剂接触紧密充分，所以其爆轰激发、传播及爆炸性能明显优于其它工业炸药而接近于理想状况。水下爆炸测试是评测工业炸药爆炸能量输出状况的有效手段，已经越来越引起关注。颜事龙等人[1]以TNT炸药水下爆炸冲击波参数为基础，根据能量相似原理推导出了工业炸药水下爆炸能量的计算公式。周霖等人[2]研究了典型炸药水中爆炸能量输出特性及其影响因素，建立了炸药水中爆炸冲击波能、气泡能、冲击波超压的计算方法。赵琳等人[3]利用水下爆炸方法，通过测量冲击波的压力-时间曲线，计算了多种工业炸药的能量输出结构。张显丕等人[4]则在小水池中测试乳化炸药等几种常用工业炸药水下爆炸参数，着重分析了乳化炸药水下爆炸能量特征。目前采用水下爆炸手段对乳化炸药爆炸能量输出特性进行研究较少。本文在直径5.5 m、深3.62 m的小水池中测试了乳化炸药及其它工业炸药水下爆炸参数，包括冲击波压力峰值、衰减时间常数、比冲击波能、气泡脉动周期、比气泡能等，综合分析了乳化炸药水下爆炸能量输出特性，认为乳化炸药相对于其它工业炸药而言爆轰具有理想性行为。本文的实验结果与分析对乳化炸药的配方优化设计、工程爆破中炸药选型等方面具有重要理论指导意义。

2 水下爆炸参数计算原理

3 实验测试系统

整个水下爆炸能量测试系统的实验装置如图1所示，该系统由压力传感器、信号传输电缆、数据采集系统、数据处理系统以及小水池（直径5.5 m，水深3.62 m）组成。为了抵消来自水面和底部的边界效应影响，药包置于水池中心总深度的2/ 3 处，即药包置入水下约2.4 m 处。压力传感器对准爆源中心且距爆心距离为1m。本实验选用的传感器为北京理工大学研制的HZP2型笔杆形自由场压电压力传感器。

称取10g炸药试样，分次装入加工好的铝壳内，放上盖片用木模进行压药，控制装药密度。压好药后，插入8#工业雷管（插入深度约15mm），然后在盖片上部装满石英砂，滴入502胶进行粘合。待胶水干后，用胶带缠绕整个药包进行防水处理。整个药包的结构图如图2所示。

4 实验结果与分析

从表1可以看出，乳化炸药水下爆炸冲击波峰值压力高于其它两类工业炸药，而低于粉状TNT炸药。这是因为峰值压力值Pm取决于炸药的爆速和爆压，即能量的动态释放特性，乳化炸药爆速高于另两类工业炸药，而低于单质TNT炸药，所以其冲击波峰值压力值较大。同时还可看出，乳化炸药的时间衰减常数值要低于两种煤矿许用型水胶炸药，说明乳化炸药的冲击波压力随时间衰减得比较快，这便导致了乳化炸药的峰值压力高而反而低的情况。

水下爆炸能量损失程度以冲击波能量损失系数来衡量，而值由爆压决定。而爆压与爆速的平方成正比，所以爆速越高，值越大，以热的形式消耗的冲击波能量就越多。在实验中，除外乳化炸药的爆速值是较大，所以乳化炸药在水下爆炸冲击波传播过程中所损失的能量也较多。而乳化炸药的比冲击波能和比气泡能都要高于水胶炸药的事实，表明含水炸药在含水量相差不大的情况下，乳化炸药理论爆热以及实际支持爆轰传播的爆热都比水胶炸药高，所以得到较高的水下爆炸能量。

水下爆炸总能量包括冲击波能和气泡能，与的比值能够反映出炸药水下爆炸能量输出的分配关系。从表1可以看出，乳化炸药与的比值较低，说明乳化炸药相对于水胶炸药而言，其水下爆炸能量中的气泡能所占的比例较高。

从表1还可看出，乳化炸药值低于炸药，与二级煤矿水胶接近，高于三级煤矿水胶炸药。一般值可称为能热比，它代表实验所测得的水下爆炸能量占总能量的百分数。由于工业炸药的非理想性，能量并不是在C-J面上迅速的完全释放，而是在面后存在一个较慢的二次反应释放过程，这就意味着会有部分能量遗留下来作为爆炸产物的内能，而不是释放出来用于做机械功。因此，几类工业炸药试样的能热比相对于单质TNT炸药较低，而单质TNT炸药能热比最高，为99.8%。乳化炸药值高于三级煤矿水胶炸药，而与二级煤矿水胶炸药接近，从一定程度上说明乳化炸药相对于其它两种工业炸药，具有较好的理想性和较高的理想爆轰行为。乳化炸药的能热比略低于二级煤矿水胶炸药，原因可能是因为二级煤矿水胶炸药中添加的铝粉改变了能量的释放过程，有助于提高冲击波能和总能量。

5 结论

根据实验测试结果，可得出以下结论：

（1）由实验测试结果知，乳化炸药及对比炸药水下爆炸峰值压力Pm满足Pm（Ⅲ）

（2）实验中的乳化炸药水下爆炸冲击波能与气泡能之比μEs/Eb=0.54，其代表水下爆炸输出能量中冲击波能和气泡能比例关系，且数值小于实验中的其它两种工业炸药；

（3）实验中的乳化炸药水下爆炸总能量与其爆热之比Et/QV约为94.1%，Et/QV值反映出炸药水下爆炸能量输出状况，即乳化炸药相对于其它工业炸药具有良好的理想程度。

参考文献：

[1]颜事龙，张金城.炸药水下爆炸能量输出特性试验研究[J].爆破器材，1993（02）：1-4

[2]周霖，徐少辉，徐更光.炸药水下爆炸能量输出特性研究[J]. 兵工学报，2006，27（02）：235-238

[3]赵琳，李兵，闫吉杰，郑长赟.炸药能量测试的水下爆炸方法[J].声学技术，2003，22（02）：72-76

[4]张显丕.乳化炸药爆轰特性的研究[D].安徽理工大学硕士学位论文，2006.

[5]郑孟菊，俞统昌，张银亮.炸药的性能及测试方法[M].北京： 兵器工业出版社，1990.

基金项目：2015年度安徽省大学生创新创业项目资助（No.201510361236）。