基于弹道威力摆的工业炸药作功能力试验方法的研究

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)

工业炸药的作功能力是指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；它是衡量工业炸药爆炸性能的一项重要指标，在爆破工程设计中也要充分考虑炸药的作功能力指标[1]。

弹道抛掷法是近年来新建立的一种作功能力试验方法，目前只有中煤科工集团淮北爆破技术研究院有限公司建立了该方法。弹道抛掷法的特点是试验药量大，能够比较真实的反映炸药作功能力和以功为单位直接表征炸药的作功能力[8]。但是，弹道抛掷法的钢盖质量大(200 kg)，测试时搬运、安装等环节的操作较困难，试验效率也相对较低。因此，建立一种简单、准确、可靠的工业炸药作功能力试验方法很有必要[9-10]。

在参照弹道臼炮法[4]的基础上，中煤科工集团淮北爆破技术研究院有限公司委托西安军潮机电设备有限公司设计、加工了一套弹道威力摆试验装置，设计装药量50 g TNT当量。前期，作者采用TNT作为试样，对弹道威力摆试验装置测试可靠性进行了试验研究，确定了试验药量50 g、装药直径40 mm的试验条件。试验结果表明，弹道威力摆试验装置具有试验药量较大、操作简单的特点，其测试结果准确性高、重复性好，具有良好的可靠性。本文对弹道威力摆法测试具有雷管感度工业炸药的作功能力进行了试验研究。

1 试验部分

1.1 试验装置

弹道威力摆试验装置主要由支架结构件、摆杆结构件、臼炮炮体、弹丸、支承轴承和摆角测试系统等部分组成，装置固定在混凝土基座上。臼炮炮体的质量为490.0 kg；弹丸的质量为29.5 kg；臼炮炮体中心到悬挂支点的距离为3.32 m。试验装置如图1所示。

1.2 试验原理

当待测试样在臼炮炮体的爆炸室内引爆后，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。根据臼炮炮体质量、摆长、摆角和弹丸质量等参数，通过动量守恒定律和能量守恒定律计算出试样的总机械能来评价工业炸药的作功能力。

1.3 试验样品及试验方法

试验样品均由正规厂家生产，且在有效期范围内；序号代表不同厂家生产的产品。除TNT外，另选取8种类型工业炸药进行测试。测试样品如表1所示。

表1 测试样品

测试时，称取试样50 g，按照每种炸药的性质和特点改装成药卷(将牛皮纸裁成长150 mm，宽65 mm的长方形，粘成直径为40 mm的圆纸筒用于装药)[5]，将药卷固定在弹丸底部凹槽内，插入1发8号工业电雷管后引出脚线；将弹丸推至炮腔底部，试样连接至起爆器，确认安全后起爆。弹丸在试样爆炸气体的作用下飞出后落于地面；待臼炮炮体稳定后，记录下摆角数值。改装后的试样，如图2所示。

2 结果分析与讨论

2.1 作功能力计算方法

依据动量守定律和能量守恒定律，弹道威力摆法测试总机械能的计算公式[4]推导如下：

E=Ek1+Ek2

(1)

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。

(2)

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：

(3)

式中：C为弹道威力摆试验装置的结构常数。

E=C(1-cosα)

(4)

由式(3)可知，对于弹道威力摆试验装置，C为常数。通过测得臼炮炮体偏转的角度α，即可按照式(4)计算出工业炸药的作功能力值。

2.2 试验结果

表2 测试结果

2.3 结果分析

1)弹道威力摆法通过测得臼炮炮体的摆角，换算成总机械能来评价一定质量工业炸药的作功能力，能够比较理想地、客观地反映出不同品种工业炸药的作功能力差别；其试验药量较大，测试系统本身误差小，测试结果的准确性好。

3)由于条件限制，测试样品的种类不齐全。本次试验研究仅对8个品种工业炸药的作功能力进行了测试和对比分析，结果具有一定参考性。

3 结语

2)弹道威力摆法操作简单、试验药量较大。试验表明，其测试精度、准确度较高，具有良好的重复性和可靠性。该方法能对不同品种工业炸药进行定量比较，能反映不同品种工业炸药的作功特点，是一种简单、准确、可靠的工业炸药作功能力试验方法。