钢块凹痕法在测试起爆器输出能量中的应用

郑 波， 葛 强， 王韶光， 柳维旗

(陆军军械技术研究所， 河北 石家庄 050000)

钢块凹痕法在测试起爆器输出能量中的应用

郑 波， 葛 强， 王韶光， 柳维旗

(陆军军械技术研究所， 河北 石家庄 050000)

本文研究起爆器传爆序列轴向输出能量的定量测试. 炸药爆炸时， 在钢块上产生的凹痕深度与炸药爆轰压力近似呈线性关系， 爆轰压力越大， 则凹痕深度越深， 因此钢块凹痕深度可以作为测定炸药爆炸序列轴向输出能量的一种定量相对度量. 在简述钢块凹痕法基本原理和测试方法的基础上， 通过对多种炸药的爆压与凹痕深度试验数据进行了统计处理， 得出了炸药爆压与钢块凹痕深度间的关系表达式. 依据该试验方法， 进行了某起爆器分别在15 ℃， 65 ℃， 70 ℃， 75 ℃， 80 ℃ 加速寿命试验条件下， 起爆器传爆序列轴向输出能量测试， 并采集了大量钢块凹痕试验数据. 通过对试验结果进行分析， 得出了起爆器传爆序列轴向输出能量与试验应力水平(温度应力水平)间的变化曲线， 解决了起爆器传爆序列轴向输出能量的定量测试问题.

钢块凹痕法； 起爆器； 输出能量

钢块凹痕试验是第二次世界大战中由美国宾夕法尼亚州布鲁西登炸药研究室提出的， 其目的是对炸药的威力作相对估计. 我国在20世纪90年代初开始将该试验应用于炸药及火工品爆炸能量的测试， 并制定了国家军用标准《火工品试验方法·轴向输出测定钢块凹痕法》(GB736.3-89)[1]. 由于近代爆炸物理的发展， 使人们能够在电子计算机上模拟各种爆炸试验， 因此该方法逐步在爆轰领域里得到广泛应用. 流体动力学模型及试验结果表明： 对钢块凹痕试验， 炸药在钢块上产生的凹痕深度与炸药爆轰压力近似呈线性关系， 爆轰压力越大， 则凹痕深度越深， 起爆器中炸药爆轰压力的大小可近似表示起爆器的起爆能力， 因此钢块凹痕深度可以作为测定起爆器传爆序列轴向输出能量的一种定量相对度量. 我们曾应用该方法对某起爆器轴向输出能量进行测试， 取得了良好效果. 本文就某些问题进行探讨.

1 爆压与凹痕深度的关系

众所周知，PCJ(爆压)是衡量炸药输出的重要参数， 是炸药性能参数中最难测定的， 现有的方法如自由表面速度法、 水箱法、 电磁法等， 实验装置相当复杂. 因此希望能有一种较简单的方法对炸药的爆压作近似的估算. 1967年， 人们就发现钢块凹痕试验结果与爆压的实验数据有较好的相关关系. 根据爆轰理论， 在测定导爆药柱的凹度输出时， 炸痕的深度与发射冲击波压力的作用时间有关， 通过对多种炸药的爆压与凹痕的试验数据进行统计处理， 结果表明爆压与凹痕深度呈较强线性关系， 其方程为

PCJ=860.84B-4.117,

式中：PCJ为爆压， 单位： kbar；B为凹痕深度， 单位： mm.

2 应用实例

2.1 测试材料、 仪器及方法

前些年， 我们在进行某起爆器加速寿命试验研究中[2]， 用钢块凹痕法对该起爆器传爆序列轴向输出能量进行了测试， 测试材料、 仪器如下：

2.1.1 钢 块

按钢块凹痕法标准的规定， 用20号冷拉钢棒制成柱型钢块， 技术指标如下：

布氏硬度： HB143～160；

平行度： ≤0.03 mrn；

光洁度： ≥Δ0.8.

2.1.2 测试仪器

测试仪器用于测试起爆器爆炸后在钢块上产生的凹痕深度， 包括：

百分表： 精度≥0.01 mm；

百分表专用测量头；

专用侧量表架；

测试平台： 精度≥三级.

图 1 起爆器轴向输出能量钢凹测试示意图Fig.1 Steel dent test for explosive sequence axial output energy of burster

2.1.3 硅 油

测试前涂于起爆器导爆管底部， 其型号为： 201-1000#甲基硅油.

起爆器传爆序列轴向输出能量测定与起爆器传爆作用试验同时进行， 使用同一起爆器样品. 试验前将顶端置有钢块的空传爆管壳与起爆器下体拧紧， 在起爆器火帽发火后， 通过雷管起爆导爆药， 导爆药再向钢块输出爆轰压力[3]. 传爆失效的起爆器， 其输出能量为零， 不会在钢块上形成凹痕， 只有传爆合格的样品， 才会在钢块上压出凹痕， 其凹痕深度值便可作为该起爆器传爆序列轴向输出能量的定量相对度量[4]. 测试原理如图 1 所示.

2.2 测试结果

表 1 列出了某起爆器分别在15 ℃， 65 ℃， 70 ℃， 75 ℃， 80 ℃加速寿命试验条件下， 起爆器传爆序列轴向输出能量钢块凹痕深度统计结果.

表 1 某起爆器传爆序列轴向输出能量钢块凹痕深度统计表

3 结果分析

对表 1 中数据进行统计计算[5]， 可得各应力水平下的钢块凹痕深度均值X和均方差σ分别为

；；

图 2 起爆器凹痕深度均值与加速试验应力水平关系Fig.2 Change relationship between average dent depth and accelerated life test stress level

该起爆器传爆序列轴向输出能量钢块凹痕深度均值与加速试验应力水平间的变化关系可用图 2 进行描述.

由图2可以看出， 随着加速试验应力水平的增加， 起爆器传爆序列轴向输出能量的总体趋势是下降的， 但下降量很小， 并且在加速试验初期， 其轴向输出能量略有增加. 究其原因， 在加速试验初期， 试验样品首先受温度应力的影响， 可能对起爆器传爆序列的装药具有一定程度的活化作用， 从而出现输出能量提高的现象； 然而随着温度和相对湿度应力水平的提升， 以及作用时间的增长， 起爆器传爆序列装药的热分解会加速发生， 使能量损失， 那么其轴向输出能量就愈来愈低.

4 结 论

在实际工作中， 大量试验数据表明， 该试验方法所得到的结果与实际情况比较一致， 也就是说， 钢块凹痕法能较好地解决起爆器传爆序列轴向输出能量的测试问题， 必将在弹药及元件输出能量定量化测试方面发挥越来越重要的作用.

[1] GJB736.3-1989 火工品试验方法·轴向输出测定钢块凹痕法[S]. 北京： 中国标准出版社， 1989.

[2] 郑波. 电火工品加速寿命试验研究报告[R]. 石家庄： 陆军军械技术研究所， 2014.

[3] 郑波， 李孝玉， 梁斌. 产品贮存可靠性测试方法[J]. 测试技术学报， 2010， 24(Supp)： 22-25.

[4] 总装通保部. 引信与火工品试验 [M]. 北京： 国防工业出版社， 2000.

[5] 戴树森. 可靠性试验及其统计分析[M]. 北京： 国防工业出版社， 1984.

The Application of the Steel Dent Method in Measuring the Burster Output Energy

ZHENG Bo, GE Qiang, WANG Shaoguang, LIU Weiqi

(Army Ordnance Technology Research Institute, Shijiazhuang 050000, China)

The study of the quantitative measurement of the explosive sequence axial output energy of a burster. When exploding, the dent depth produced by exploding on the steel and the explosive detonation pressure presents approximately the linear relation, the greater the detonation pressure is, the deeper the dent depth is, so the steel dent depth can be used as a quantitative relative measurement to determine the sequential axial output energy of explosive exploding. On the basis of describing briefly the basic principle and measurement method of the steel dent method, a relation expression between explosive detonation pressure and the steel dent depth is found by the statistical treatment to the test data of the detonation pressure and dent depth of various explosive. In this article, based on the accelerated life test of a certain burster at 15 ℃, 65 ℃, 70 ℃, 75 ℃ and 80 ℃, the explosive sequence axial output energy of this burster was measured and many test data of the steel dent were gathered according to this measurement method. Through analyzing the test results, the change curve between the explosive sequence axial output energy of this burster and the test stress level (the temperature stress level) was found then solved the quantitative measurement problem of the explosive sequence axial output energy of a burster.

steel dent method; burster; output energy

1671-7449(2017)01-0090-03

2016-09-17

郑 波(1962-)， 男， 高级工程师， 主要从事弹药检测技术研究.

TJ451.2

A

10.3969/j.issn.1671-7449.2017.01.015