聚黑铝炸药的能量输出特性及评估方法

吴星亮; 王旭; 徐飞扬; 马腾; 董卓超; 徐森; 刘大斌

doi:10.11858/gywlxb.20210818

聚黑铝炸药的能量输出特性及评估方法

doi: 10.11858/gywlxb.20210818

吴星亮^1,,
王旭¹,
徐飞扬¹,
马腾¹,
董卓超¹,
徐森^{1, 2,*, ,},
刘大斌¹

1.
南京理工大学化学与化工学院，江苏南京　210094
2.
国家民用爆破器材质量监督检验中心，江苏南京　210094

基金项目: 国防科技重点实验室基金（6142603200509，6142603180408）

详细信息

作者简介:
吴星亮（1994－），男，博士研究生，主要从事含能材料的能量输出特性研究.E-mail：wuxingliang94@163.com

通讯作者:
徐　森（1981－），男，博士，教授，主要从事爆炸力学研究. E-mail：xusen@njust.edu.cn

中图分类号: O389; TJ55
计量
- 文章访问数: 1173
- HTML全文浏览量: 723
- PDF下载量: 50
出版历程
- 收稿日期: 2021-06-18
- 修回日期: 2021-07-07

Energy Output Characteristics and Evaluation Method of Poly-Black Aluminum Explosive

WU Xingliang^1
,,
WANG Xu¹,
XU Feiyang¹,
MA Teng¹,
DONG Zhuochao¹,
XU Sen^{1, 2,*
, ,},
LIU Dabin¹

1.
School of Chemistry and Chemical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, Jiangsu, China
2.
China National Quality Supervision Testing Center for Industrial Explosive Materials, Nanjing 210094, Jiangsu, China

摘要

摘要: 为了研究RDX基聚黑铝炸药（JHL-X）的能量输出特性及其评估方法，通过绝热式量热仪、水下爆炸系统、空爆系统分别测试了JHL-X的爆热、水下爆炸能量、地面超压。结果表明：JHL-X在真空中的爆热值与在N₂中的爆热值基本一致，约为1.75倍TNT当量；在空气中的爆热值为8045.724 J/g，为1.93倍TNT当量，比真空和N₂中高10%。JHL-X水下爆炸中的冲击波能、气泡能分别为0.935、4.614 kJ/g，总能量为1.83倍TNT当量。空爆时，根据通过地面超压得出的TNT和JHL-X超压公式，得到1.5、2.0、2.5 m处的JHL-X的TNT当量分别为2.14、1.70、1.75，均值为1.86。采用水下爆炸和真空爆热法时，因外界环境不供氧，致使两种实验方法评估出的JHL-X炸药能量一致；而采用空爆和空气爆热法时，因外部环境供氧，致使含铝炸药中Al的反应增加，总能量提高，两种方法得到的实验结果相近。因此，在评估炸药能量水平时，需考虑炸药配方设计和实际用途，进而选择合适的评估方法。
- TNT当量 /
- 爆热 /
- 水下爆炸 /
- 空爆 /
- 能量评估方法
Abstract: In order to study the energy output characteristics of the RDX-based aluminum explosive (JHL-X) and its energy level evaluation method, the explosion heat value and underwater explosion of JHL-X were tested through adiabatic calorimeter, underwater explosion system, and air blast system. Energy, ground overpressure. The results show that the explosion heat value of JHL-X in vacuum is basically the same as that in N₂, about is 1.75 times TNT equivalent; the explosion heat value in air is 8045.724 J/g, 1.93 times TNT equivalent, which is 10% higher than vacuum and N₂. The shock wave energy and bubble energy of JHL-X in an underwater explosion are 0.935 and 4.614 kJ/g, and the total energy is 1.83 times TNT equivalent. In an air blast, the TNT and JHL-X overpressure formulas derived from ground overpressure show that the TNT equivalents at 1.5, 2.0, and 2.5 m are 2.14, 1.70, and 1.75 times, respectively, and the average value is 1.86 times. In addition, the underwater explosion and the explosion heat in vacuum are not provided with oxygen from the external environment, so that the two experiment methods maintain consistency when evaluating the energy level of JHL-X explosives. The air blast and explosion heat in the air have oxygen supply from the external environment, which causes reaction of Al in the aluminum-containing explosive to increase, so the total energy increased, results of these two experiments are similar. Therefore, when evaluating the energy level of explosives, it is necessary to consider the explosive formulation design and practical use, then select different evaluation methods.
- TNT equivalence /
- detonation heat /
- underwater explosion /
- air blast /
- methods of energy evaluation

HTML全文

炸药的能量输出水平是衡量炸药性能的重要参数，是炸药爆炸时对周围介质做功能力的一种度量，同时也是装药结构设计的主要依据，因此有必要采取一定的方法对炸药的能量输出进行评估^[1-2]。

目前，按照质量大小，可将炸药的能量水平分为2类^[3-5]：小当量级别（几克至几十克），如铅柱法、臼炮法、爆热法等；大当量级别（几百克至几千克），如水下爆炸法、空爆法等。小当量方法的实验量小，易开展，但不能完全准确地呈现炸药的能量水平；大当量方法则相反。Cudziło等^[6]采用一个水量热装置研究了含有Al、Al/ZrH₂、ZrH₂、TiH₂4种添加剂的RDX基炸药，发现当Al的含量为30%时，爆热达到最大值，为7190 J/g。Xiang等^[7]研究发现，高氯酸铵（AP）可以有效地提高RDX含铝炸药的爆热，并通过KHT代码计算了TNT、RDX、HMX、RDX/AP基含铝炸药的爆炸性能，其中爆热结果与实验结果保持一致。近年来，国内外广泛采用水下爆炸来评估炸药能量和分析炸药能量输出特性^[8-10]。Zhao等^[11]通过水下爆炸实验，确定了Al含量分别为0%、15%、30%的RDX基含铝炸药的最佳性能。冯凇等^[12]研究了CL-20基PBXs含铝炸药的水下爆炸过程，结果表明，当Al含量从0%增加到15%时，水下爆炸总能量由1.4倍TNT当量增加到1.7倍TNT当量。Xiao等^[13]通过数值模拟获得了PETN空爆中的超压和冲量，从而拟合计算出超压和冲量的TNT当量（1.258和1.272）。Li等^[14]研究了B/Al复合粉HMX基金属化炸药的空爆能量输出特性，结果表明，其冲击波超压高于含Al炸药。在本课题组的前期研究中, Xu等^[15]、Chen等^[16]通过水下爆炸研究了Al/B粉和新型储氢合金RDX基含铝炸药的性能，最大能量达到了2.1倍TNT当量。以上研究表明，爆热、水下爆炸、空爆3种实验方法均能研究炸药的爆炸性能，但是如何准确表述这3种实验方法得到的炸药能量之间的关系仍是人们关注的焦点问题。其中，如何安全顺利地进行大当量的含能材料能量输出试验，对部分研究人员仍然是一个挑战。

以某型聚黑铝（JHL-X）含铝炸药为实验样品，分别通过爆热、水下爆炸、空爆3种实验方法研究其能量输出特性和能量水平，分析3种评估JHL-X炸药实验方法的关联性，以期为现有的含能材料能量输出评估方法提供基础研究依据。

1. 实验样品及装置

1.1 实验样品

本实验以TNT（2,4,6-Trinitrotoluene）和RDX基聚黑铝（JHL-X）两种压装药柱作为实验样品，其密度分别为1.60、1.87 g/cm³。针对不同的实验，JHL-X的药量有(28.1 ± 0.1) g、(100.0 ± 0.2) g、(1584.0 ± 1.0) g 3种，分别对应爆热、水下爆炸、空爆3种实验。

1.2 绝热式爆热量热仪

绝热式爆热量热仪主要由爆热弹体、绝热循环系统及计算机数据采集系统组成，爆热弹容积为5 L，如图1所示。实验样品精确称量到0.1 mg，以蒸馏水为测温介质，测定水温变化。根据热量计的热容量及温升值，即可求出单位质量试样在给定条件下的爆热，计算公式为

图 1 绝热式爆热量热仪

Figure 1. Adiabatic detonation calorimeter

下载: 全尺寸图片幻灯片

${Q_{{{V,T}}}} = \frac{{C({t_1} - {t_{\rm{0}}}) - {Q_{\rm{d}}}}}{m}$

(1)

式中：Q_V,T为样品定容爆热，kJ/kg；C为系统热容量值，由苯甲酸进行标定，kJ/K；t₁为量热桶内的最终水温，K；t₀为量热桶内的初始水温，K；Q_d为雷管的爆热，kJ；m为样品的质量，kg。

1.3 水下爆炸系统

水下爆炸实验在 $\varnothing$ 8.0 m × 8.0 m的圆柱形水池中进行，样品和传感器的入水深度为4.0 m，传感器与爆心的水平距离为3.0 m，装药结构如图2所示，实验布局见图3。

图 2 装药结构

Figure 2. Charge structure

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 3 水下爆炸系统

Figure 3. Underwater explosive device

下载: 全尺寸图片幻灯片

采用PCB138A10水下激波传感器（美国PCB公司，量程为0～68950 kPa，灵敏度（± 15%）为0.073 mV/kPa）测定药柱样品在水下爆炸时产生的冲击波压力随时间的变化曲线和第1次气泡脉动周期。将药柱样品装入塑封袋内并置于水中。以10 g RDX压装药作为传爆药柱，采用8^#工业雷管进行起爆。

1.4 空爆系统

为减小地面反射波的干扰，实验在沙地上进行。将样品置于空中，炸高为1.25 m。在以爆心垂直投影点为起点互成60°的两条射线（OA、OB）上布置压力传感器，每条线上布置4个，分别距爆心垂直投影点1.0、1.5、2.0、2.5 m。传感器均用圆柱形铁柱固定并与地面平行。采用PCB公司生产的动态压力传感器（型号113B21系列，量程为0～6.9 MPa，灵敏度为1.45 mV/kPa）对产生的地面压力进行收集。实验布局见图4 。

图 4 空爆系统

Figure 4. Air blast device

下载: 全尺寸图片幻灯片

2. 结果与讨论

2.1 爆热法

采用绝热式爆热量热仪分别在真空、N₂（0.1 MPa）、空气（0.1 MPa）3种条件下对样品进行实验研究，结果如表1所示，其中： $\overline{{Q}}$ _V,T为实测爆热的平均值。按B-W法写出TNT爆炸反应方程式

表 1 绝热式量热仪的爆热结果

Table 1. Experimental results of adiabatic detonation calorimeter

Sample	m/g	Condition	Q_V,T/(J·g⁻¹)	$\overline{{Q}}$ _V,T/(J·g⁻¹)	TNT equivalence
TNT	20.1542	Vacuum	4160.542	4170.878	1.00
TNT	20.0216	Vacuum	4181.214	4170.878	1.00
JHL-X	28.1652	Vacuum	7223.296	7301.088	1.75
JHL-X	28.1848	vacuum	7378.879	7301.088	1.75
JHL-X	28.1792	N₂, 0.1 MPa	7303.500	7308.060	1.75
JHL-X	28.1643	N₂, 0.1 MPa	7312.620	7308.060	1.75
JHL-X	28.1781	Air, 0.1 MPa	8017.592	8045.724	1.93
JHL-X	28.1824	Air, 0.1 MPa	8073.856	8045.724	1.93

下载: 导出CSV

| 显示表格

${{\rm{C}}_{\rm{7}}}{{\rm{H}}_{\rm{5}}}{{\rm{O}}_{\rm{6}}}{{\rm{N}}_3} \longrightarrow 2.5{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O + 3}}{\rm{.5CO + 3}}{\rm{.5C + 1}}{\rm{.5}}{{\rm{N}}_{\rm{2}}}$

(1)

根据Hess定律计算出TNT的理论爆热值为4186.5 J/g。从表1中可以看出，TNT爆热的实验均值为4170.878 J/g，与理论值一致，相对偏差为0.3%。

在真空条件下测得JHL-X的爆热值为7301.088 J/g，为1.75倍TNT当量。同时，在N₂气氛下测得JHL-X的爆热值为7308.060 J/g，与真空条件下相当，表明N₂对JHL-X的爆热值没有影响，N₂不参与爆轰反应。当实验条件换成空气（0.1 MPa）时，测得的JHL-X爆热值增大，达到1.93倍TNT当量，比真空和N₂条件下提高了10%，表明JHL-X在空气中的反应更完全，释放能量更高。分析认为，空气为负氧炸药JHL-X提供了氧，使炸药中的Al反应更完全，Al的反应使爆热值增大。

2.2 水下爆炸能量

炸药水下爆炸后，冲击波超压迅速达到最大值，随后以指数形式衰减至静水压力，公式为^[9]

$p(t) = {p\rm_m} \cdot \exp ( - t/\theta )$

(2)

式中：p(t)为冲击波超压随时间的变化关系，MPa；p_m为冲击波超压峰值，MPa； $\theta$ 为时间常数，冲击波压力从峰值压力p_m衰减到p_m/e时所经历的时间。

单位质量炸药产生的有效冲击波能

${E\rm_s} = \frac{{4\text{π} {R^2}}}{{w{\rho _0}{c_0}}}\int_0^{6.7\theta } {{p^2}(t){\rm{d}}t}$

(3)

式中：R为炸药与爆心的距离，m；w为炸药的装药量，kg； $\,\rho$ ₀为水的密度，kg/m³；c₀为水中的声速，m/s。

气泡能是爆轰产物向四周扩散时所具有的能量，主要表征爆炸的静作用。气泡能可以用爆轰产物克服水的静压力第1次膨胀达到最大值时所做的功来度量，计算公式为

${E_{\rm{b}}} = \frac{{{\rm{0}}{\rm{.675}}{p^{5/2}_{\rm{0}}}}}{{w{\rho ^{3/2}_0}}} {T^3}$

(4)

式中：p₀为爆心处静水压力，Pa；T为气泡第1次振荡周期，s。

炸药水下爆炸的总能量E_u包含冲击波能E_s和气泡能E_b，忽略传播中损耗的能量，则计算公式为

${E_{\rm{u}}} = {E_{\rm{s}}} + {E_{\rm{b}}}$

(5)

JHL-X的冲击波超压变化和第1次气泡脉动周期内的压力变化如图5和图6所示。TNT和JHL-X两种炸药水下爆炸实验结果列于表2。从表2中可以看出，JHL-X的冲击波超压和衰减常数分别为5.888 MPa和74.4 ${\text{μ}}{\rm{s}}$ ，分别为TNT的1.08倍和1.29倍，表明在一定范围内，衰减常数与超压正相关。JHL-X的脉动周期和气泡能的平均值分别为0.141 s和4.614 kJ/g。Milleer^[17]认为，含铝炸药的爆轰反应过程分为两个阶段：第1个阶段是在CJ反应区内，含铝炸药中的主体炸药发生爆轰并形成中间产物，同时少量铝粉参与反应；第2阶段是CJ面以后，大部分铝粉与中间产物反应形成最终产物。水下爆炸中，铝粉的能量主要在气泡膨胀过程中释放^[18-19]。气泡膨胀过程中，铝粉反应释放的大量能量会导致炸药的气泡脉动周期和气泡能增大，因此JHL-X的气泡能远大于TNT，达到TNT的2.03倍，而冲击波仅为TNT的1.23倍。JHL-X的总能量达到1.83倍TNT当量，与真空条件下的爆热值（1.75倍TNT当量）基本处于同一水平，相差仅4.0%。这说明水下爆炸能量测试方法在一定程度上与真空条件下爆热能量测试方法保持一致。

图 5 JHL-X的水下爆炸冲击波压力

Figure 5. Shock wave pressure of JHL-X in underwater explosion

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 6 JHL-X在第1次气泡脉动期间的压力曲线

Figure 6. Pressure curve of JHL-X during the first bubble period

下载: 全尺寸图片幻灯片

表 2 水下爆炸结果

Table 2. Underwater explosion results

Sample	p_m/MPa	$\theta$ / ${\text{μ}}{\rm{s}}$	E_s/(kJ·g⁻¹)	T/s	E_b/(kJ·g⁻¹)	E_u/(kJ·g⁻¹)	TNT equivalence
TNT	5.472	57.6	0.762	0.131	2.268	3.030	1.00
JHL-X	6.013	74.2	0.888	0.141	4.580	5.468	1.80
JHL-X	5.945	70.8	0.968	0.142	4.678	5.646	1.86
JHL-X	5.705	78.1	0.950	0.141	4.585	5.535	1.83
Ave. (JHL-X)	5.888	74.4	0.935	0.141	4.614	5.550	1.83

下载: 导出CSV

| 显示表格

2.3 空爆地面超压

JHL-X和TNT在空中爆炸后产生冲击波，冲击波对地面作用形成地面压力。随着距离的增加，地面超压迅速衰减，如图7、图8和表3所示，表3中空白表示未采集到数据。

图 7 TNT和JHL-X的冲击波超压

Figure 7. Overpressure of TNT and JHL-X

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 8 JHL-X的超压误差棒

Figure 8. Overpressure error bar of JHL-X

下载: 全尺寸图片幻灯片

表 3 TNT和JHL-X的超压

Table 3. Overpressure of TNT and JHL-X

Sample	m/g	Line	p_m/kPa
Sample	m/g	Line	1.0 m	1.5 m	2.0 m	2.5 m
TNT	1201.7	OA	1414.91	793.58	688.51	301.55
	1201.7	OB			559.01	258.15
	1584.1	OA	2866.66	1554.84	687.23	377.59
	1584.1	OB	2972.43	1370.58	735.99	360.19
JHL-X	1584.7	OA		982.10	614.20	577.96
	1584.7	OB		1070.18	717.62	456.54
	1584.3	OA		1083.40	691.73	525.60
	1584.3	OB		1046.54	707.67	445.85

下载: 导出CSV

| 显示表格

从图7可以看出，相同位置上，JHL-X的地面超压峰值大于TNT。如1.0 m处，JHL-X的超压峰值为2866.66 kPa，TNT的超压峰值为892.54 kPa。随着距离的增加，两者的超压峰值呈指数衰减。若以1.0 m处冲击波到达的时间为零点，则相同位置处JHL-X产生的冲击波比TNT到达得更早，表明冲击波峰值压力（JHL-X）越大，传播速度越快。

根据爆炸相似率 $\Delta p = {{f}}\left({{\sqrt[3]{w}}}/{R}\right)$ ，不同距离处的地面压力可以简化为

${p_{\rm{m}}} = {{a}}\left(\frac{{\sqrt[3]{w}}}{R}\right) + {{b}}{\left(\frac{{\sqrt[3]{w}}}{R}\right)^{\rm{2}}} + {{c}}{\left(\frac{{\sqrt[3]{w}}}{R}\right)^{\rm{3}}}$

(6)

式中：a、b、c为常数。

根据式(7)分别拟合出TNT和JHL-X的地面超压峰值随距离变化的公式，拟合结果如图9所示。式(8)和式(9)分别为TNT和JHL-X的拟合公式，其拟合度分别为0.973和0.996。

图 9 TNT和JHL-X的拟合曲线

Figure 9. Fit curve of TNT and JHL-X

下载: 全尺寸图片幻灯片

${p_{\rm{m}}} = {\rm{ - 288}}{\rm{.102}}\left(\frac{{\sqrt[3]{w}}}{R}\right) + {\rm{3\,037}}{\rm{.206}}{\left(\frac{{\sqrt[3]{w}}}{R}\right)^{\rm{2}}}{\rm{ - 1\,460}}{\rm{.510}}{\left(\frac{{\sqrt[3]{w}}}{R}\right)^{\rm{3}}}$

(7)

${p_{\rm{m}}} = {\rm{599}}{\rm{.19}}\left(\frac{{\sqrt[3]{w}}}{R}\right) + {\rm{323}}{\rm{.73}}{\left(\frac{{\sqrt[3]{w}}}{R}\right)^{\rm{2}}} + {\rm{1\,124}}{\rm{.22}}{\left(\frac{{\sqrt[3]{w}}}{R}\right)^{\rm{3}}}$

(8)

由式(9)可以计算出不同距离处的超压峰值p_m，将JHL-X在不同距离处的地面超压峰值p_m代入式(8)中，得到相同位置处产生相同压力的TNT质量w₁，由此可计算其TNT当量（w₁/w_TNT），如表4所示。相关研究表明^[20-21]，炸药在空中爆炸后产生的冲击波以球形向四周传播，对于传播到地面的冲击波，入射角在0°～40°区间属于正规反射区，入射角在40～90°区间属于马赫反射区。在1.0 m处，其冲击波入射角为38.7°，因此1.0 m处的测点位于正规反射区，受地面发射波的影响较大；1.5～2.5 m处的测点位于马赫波发射区。拟合计算时，选取马赫波反射区的测点进行TNT当量计算。由表4可知，JHL-X在1.5、2.0、2.5 m处的TNT当量分别为2.14、1.70、1.75，均值为1.86。

表 4 JHL-X的TNT当量

Table 4. TNT equivalence of JHL-X

No.	R/m	p_m(JHL-X)/kPa	w₁/kg	TNT equivalence	Average TNT equivalence
1	1.5	1188.79	2.576	2.14	1.86
2	2.0	681.81	2.045	1.70
3	2.5	463.74	2.110	1.75

下载: 导出CSV

| 显示表格

2.4 能量评估分析

通过爆热、水下爆炸、空爆3种实验方法分别对JHL-X的能量进行了测定，其TNT当量实验结果对比如图10所示。水下爆炸实验结果与真空爆热结果一致，相差4.6%。分析认为，由于水下爆炸和真空爆热实验都处于无氧状态，仅炸药自身发生反应，进而对外做功或放热，因此在一定程度上两者的能量输出特性一致。空中爆炸所产生的地面超压的TNT当量与空气中的爆热结果一致，相差3.6%。分析认为，两者的反应环境均为标准大气压，JHL-X发生爆炸反应时，空气为两种实验提供了氧，使得JHL-X中的Al的反应得到增强，因此两者的总能量输出均有一定的增长，此时炸药能量释放得更完全。

图 10 不同实验方法下JHL-X的TNT当量

Figure 10. TNT equivalent of JHL-X under different experimental methods

下载: 全尺寸图片幻灯片

综上所述，爆热、水下爆炸、空爆3种实验方法均能有效地评估炸药能量水平，且能量水平相当。然而，为了合理地评估炸药的能量水平，应根据炸药的实际用途采用不同的实验方法。当炸药的实际应用环境中无空气时，应采取真空爆热或水下爆炸方法评估其能量水平；当炸药的实际应用环境中存在空气时，需要考虑环境对炸药爆轰反应的影响，应采取空气中爆热或空爆法评估其能量水平。

3. 结　论

通过爆热、水下爆炸、空爆3种实验方法对聚黑铝炸药的能量及能量输出特性进行了评估，主要结论如下。

(1) JHL-X在不同气氛条件下的爆热结果不同，空气中为8045.724 J/g（1.93倍TNT当量），比真空中的爆热值高10%，真空和N₂中的爆热值为1.75倍TNT当量。JHL-X的水下爆炸总能量为5.550 kJ/g，为1.83倍TNT当量。JHL-X的空爆地面超压在1.5～2.5 m范围内的能量为1.86倍TNT当量。

(2) 爆热、水下爆炸、空爆3种实验方法均能有效地评估炸药的能量水平。由于实验方法不同，因此炸药所处的环境不同，能量输出存在一定的偏差。此外，计算炸药输出能量的方法也存在差异：爆热是以炸药的热量来计算总能量；水下爆炸以炸药爆炸后对水介质做功大小来计算能量，忽略了炸药在爆炸时所释放的热量；空爆以炸药爆炸产生的压力来衡量能量水平。因此，3种实验方法所得出的JHL-X能量水平在1.75～1.93倍TNT当量范围内。

(3) 在研发各种性能的炸药时，为了合理地评估其能量水平，需要根据炸药的种类和实际应用情况采取不同的实验方法。当炸药的实际应用环境中无空气时，应采取真空爆热或水下爆炸法评估其能量水平；当炸药的实际应用环境中存在空气时，则应采取空气中爆热或空爆法评估其能量水平。

图 1 绝热式爆热量热仪

Figure 1. Adiabatic detonation calorimeter

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 2 装药结构

Figure 2. Charge structure

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 3 水下爆炸系统

Figure 3. Underwater explosive device

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 4 空爆系统

Figure 4. Air blast device

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 5 JHL-X的水下爆炸冲击波压力

Figure 5. Shock wave pressure of JHL-X in underwater explosion

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 6 JHL-X在第1次气泡脉动期间的压力曲线

Figure 6. Pressure curve of JHL-X during the first bubble period

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 7 TNT和JHL-X的冲击波超压

Figure 7. Overpressure of TNT and JHL-X

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 8 JHL-X的超压误差棒

Figure 8. Overpressure error bar of JHL-X

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 9 TNT和JHL-X的拟合曲线

Figure 9. Fit curve of TNT and JHL-X

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 10 不同实验方法下JHL-X的TNT当量

Figure 10. TNT equivalent of JHL-X under different experimental methods

下载: 全尺寸图片幻灯片

表 1 绝热式量热仪的爆热结果

Table 1. Experimental results of adiabatic detonation calorimeter

Sample	m/g	Condition	Q_V,T/(J·g⁻¹)	$\overline{{Q}}$ _V,T/(J·g⁻¹)	TNT equivalence
TNT	20.1542	Vacuum	4160.542	4170.878	1.00
TNT	20.0216	Vacuum	4181.214	4170.878	1.00
JHL-X	28.1652	Vacuum	7223.296	7301.088	1.75
JHL-X	28.1848	vacuum	7378.879	7301.088	1.75
JHL-X	28.1792	N₂, 0.1 MPa	7303.500	7308.060	1.75
JHL-X	28.1643	N₂, 0.1 MPa	7312.620	7308.060	1.75
JHL-X	28.1781	Air, 0.1 MPa	8017.592	8045.724	1.93
JHL-X	28.1824	Air, 0.1 MPa	8073.856	8045.724	1.93

下载: 导出CSV

表 2 水下爆炸结果

Table 2. Underwater explosion results

Sample	p_m/MPa	$\theta$ / ${\text{μ}}{\rm{s}}$	E_s/(kJ·g⁻¹)	T/s	E_b/(kJ·g⁻¹)	E_u/(kJ·g⁻¹)	TNT equivalence
TNT	5.472	57.6	0.762	0.131	2.268	3.030	1.00
JHL-X	6.013	74.2	0.888	0.141	4.580	5.468	1.80
JHL-X	5.945	70.8	0.968	0.142	4.678	5.646	1.86
JHL-X	5.705	78.1	0.950	0.141	4.585	5.535	1.83
Ave. (JHL-X)	5.888	74.4	0.935	0.141	4.614	5.550	1.83

下载: 导出CSV

表 3 TNT和JHL-X的超压

Table 3. Overpressure of TNT and JHL-X

Sample	m/g	Line	p_m/kPa
Sample	m/g	Line	1.0 m	1.5 m	2.0 m	2.5 m
TNT	1201.7	OA	1414.91	793.58	688.51	301.55
	1201.7	OB			559.01	258.15
	1584.1	OA	2866.66	1554.84	687.23	377.59
	1584.1	OB	2972.43	1370.58	735.99	360.19
JHL-X	1584.7	OA		982.10	614.20	577.96
	1584.7	OB		1070.18	717.62	456.54
	1584.3	OA		1083.40	691.73	525.60
	1584.3	OB		1046.54	707.67	445.85

下载: 导出CSV

表 4 JHL-X的TNT当量

Table 4. TNT equivalence of JHL-X

No.	R/m	p_m(JHL-X)/kPa	w₁/kg	TNT equivalence	Average TNT equivalence
1	1.5	1188.79	2.576	2.14	1.86
2	2.0	681.81	2.045	1.70
3	2.5	463.74	2.110	1.75

下载: 导出CSV

参考文献(21)

[1]	MEYER R, KÖHLER J, HOMBURG A. Explosives [M]. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2016.
[2]	FORDHAM S. High explosives and propellants [M]. Amsterdam: Elsevier, 2013.
[3]	KINNEY G F, GRAHAM K J. Explosive shocks in air [M]. Berlin, Heidelberg: Springer Science & Business Media, 2013.
[4]	SUCESKA M. Test methods for explosives [M]. Berlin, Heidelberg: Springer Science & Business Media, 2012.
[5]	TRZCIŃSKI W A, CUDZIŁO S, PASZULA J. Studies of free field and confined explosions of aluminium enriched RDX compositions [J]. Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 2007, 32(6): 502–508. doi: 10.1002/prep.200700202
[6]	CUDZIŁO S, TRZCIŃSKI W A, PASZULA J, et al. Effect of titanium and zirconium hydrides on the detonation heat of RDX-based explosives: a comparison to aluminium [J]. Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 2018, 43(3): 280–285. doi: 10.1002/prep.201700237
[7]	XIANG D L, RONG J L, HE X. Detonation performance of four groups of aluminized explosives [J]. Central European Journal of Energetic Materials, 2016, 13(4): 903–915.
[8]	BJARNHOLT G, HOLMBERG R. Explosives expansion works in underwater detonations [C]//6th Symposium on Detonation. San Diego, CA, 1976: 540−550.
[9]	COLE R H. Underwater explosions [M]. New York: Dover Publications, 1965.
[10]	牟金磊, 朱锡, 李海涛, 等. 炸药水下爆炸能量输出特性试验研究 [J]. 高压物理学报, 2010, 24(2): 88–92. doi: 10.3969/j.issn.1000-5773.2010.02.002 MU J L, ZHU X, LI H T, et al. Experimental research on underwater explosion energy output of explosive [J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2010, 24(2): 88–92. doi: 10.3969/j.issn.1000-5773.2010.02.002
[11]	ZHAO Q, NIE J X, WANG Q S, et al. Numerical and experimental study on cyclotrimethylenetrinitramine/aluminum explosives in underwater explosions [J]. Advances in Mechanical Engineering, 2016, 8(10): 1–10.
[12]	冯凇, 饶国宁, 彭金华. CL-20基含铝炸药水下爆炸实验研究与数值模拟 [J]. 含能材料, 2018, 26(8): 686–695. doi: 10.11943/CJEM2017376 FENG S, RAO G N, PENG J H. Experimental study and numerical simulation of CL-20-based aluminized explosive in underwater explosion [J]. Chinese Journal of Energetic Materials, 2018, 26(8): 686–695. doi: 10.11943/CJEM2017376
[13]	XIAO W, ANDRAE M, GEBBEKEN N. Air blast TNT equivalence factors of high explosive material PETN for bare charges [J]. Journal of Hazardous Materials, 2019, 377: 152–162. doi: 10.1016/j.jhazmat.2019.05.078
[14]	LI X L, CAO W, SONG Q G, et al. Study on energy output characteristics of explosives containing B/Al in the air blast [J]. Combustion, Explosion, and Shock Waves, 2019, 55(6): 723–731. doi: 10.1134/S0010508219060145
[15]	XU S, CHEN Y, CHEN X, et al. Combustion heat of the Al/B powder and its application in metallized explosives in underwater explosions [J]. Combustion, Explosion, and Shock Waves, 2016, 52(3): 342–349. doi: 10.1134/S001050821603014X
[16]	CHEN Y, CHEN X, WU D, et al. Underwater explosion analysis of hexogen-enriched novel hydrogen storage alloy [J]. Journal of Energetic Materials, 2016, 34(1): 49–61. doi: 10.1080/07370652.2014.996271
[17]	MILLER P J. A reactive flow model with coupled reaction kinetics for detonation and combustion in non-ideal explosives [J]. MRS Online Proceedings Library Archive, 1995, 418: 413–420.
[18]	YEN N H, WANG L Y. Reactive metals in explosives [J]. Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 2012, 37(2): 143–155. doi: 10.1002/prep.200900050
[19]	XIANG D L, RONG J L, LI J. Effect of Al/O ratio on the detonation performance and underwater explosion of HMX-based aluminized explosives [J]. Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 2014, 39(1): 65–73. doi: 10.1002/prep.201300026
[20]	BEN-DOR G, IVANOV M, VASILEV E I, et al. Hysteresis processes in the regular reflection Mach reflection transition in steady flows [J]. Progress in Aerospace Sciences, 2002, 38(4/5): 347–387.
[21]	COURANT R, FRIEDRICHS K O. Supersonic flow and shock waves [M]. Berlin, Heidelberg: Springer Science & Business Media, 1948.

施引文献

资源附件(0)

访问统计

点击查看大图

图(10) / 表(4)

计量

文章访问数: 1173
HTML全文浏览量: 723
PDF下载量: 50

1. 实验样品及装置
1.1 实验样品
1.2 绝热式爆热量热仪
1.3 水下爆炸系统
1.4 空爆系统
2. 结果与讨论
2.1 爆热法
2.2 水下爆炸能量
2.3 空爆地面超压
2.4 能量评估分析
3. 结　论

聚黑铝炸药的能量输出特性及评估方法

doi: 10.11858/gywlxb.20210818

作者简介: 吴星亮（1994－），男，博士研究生，主要从事含能材料的能量输出特性研究.E-mail：wuxingliang94@163.com

通讯作者: 徐 森（1981－），男，博士，教授，主要从事爆炸力学研究. E-mail：xusen@njust.edu.cn

计量

出版历程

Energy Output Characteristics and Evaluation Method of Poly-Black Aluminum Explosive

1. 实验样品及装置

1.1 实验样品

1.2 绝热式爆热量热仪

1.3 水下爆炸系统

1.4 空爆系统

2. 结果与讨论

2.1 爆热法

2.2 水下爆炸能量

2.3 空爆地面超压

2.4 能量评估分析

3. 结 论

计量

出版历程

目录

1. 实验样品及装置

1.1 实验样品

1.2 绝热式爆热量热仪

1.3 水下爆炸系统

1.4 空爆系统

2. 结果与讨论

2.1 爆热法

2.2 水下爆炸能量

2.3 空爆地面超压

2.4 能量评估分析

3. 结 论

作者简介:
吴星亮（1994－），男，博士研究生，主要从事含能材料的能量输出特性研究.E-mail：wuxingliang94@163.com

通讯作者:
徐　森（1981－），男，博士，教授，主要从事爆炸力学研究. E-mail：xusen@njust.edu.cn

3. 结　论

3. 结　论