第4章
傳爆藥-主裝藥間沖擊起爆能力研究

4.1　有效沖擊起爆能量

自從1969年F.E.Walker和R.J.Wasley通過飛片實驗得出p2τ=常數這一著名結果以來，關于臨界起爆能量的概念已被普遍接受，該理論認為只有當飛片傳遞給炸藥的沖擊脈沖能量p2τ/Z（其中，Z為炸藥的沖擊阻抗，Z=ρD）或沖擊脈沖乘積p2τ大于某臨界值時，炸藥才能被引爆，p2τ/Z代表了飛片壓力脈沖起爆能量的大小，這里p代表沖擊壓力，由飛片的速度決定，τ代表沖擊壓力持續的時間，由飛片厚度確定，p2τ理論在很多情況下和實驗結果有很好的一致性。

本書在應用該理論時有如下兩個問題需考慮。

①p2τ適用于飛片沖擊起爆這樣一類矩形脈沖的情況，對于炸藥引爆炸藥這類衰減脈沖的情況，如何歸納臨界起爆能量？

②p2τ判據適用于矩形短脈沖的起爆情況，對于炸藥產生的衰減脈沖，此時如何考慮？

對于第一個問題，1981年Foan和Coley根據隔板引爆實驗結果，將飛片矩形脈沖的結果引入到衰減脈沖的引爆問題，認為

該理論認為，代表了炸藥爆炸后所產生的沖擊起爆能量的大小。其中，p（t）是主發炸藥爆炸后在主、被發炸藥間產生的沖擊壓力，它是時間t的函數；t是作用時間；Z是被發炸藥的沖擊阻抗。

積分實際上反映的是主發炸藥傳遞給被發炸藥的總能量。但是對于炸藥間的沖擊起爆來講，更合理地說，對炸藥的起爆有真正貢獻的那部分有效沖擊起爆能量E應按下式計算：

　　（4.1）

式中，積分上限t_c為沖擊脈沖衰減至p_c所經歷的時間，μs；p_c為被發炸藥的臨界起爆壓力，GPa。

原因有兩條：

①前已敘述，p2τ僅適用于短脈沖的情況。根據長桿狀飛彈的實驗結果，任何炸藥都存在著一個臨界起爆壓力p_c，低于這個壓力，無論脈沖作用時間多長，都不能引爆被發炸藥。這就是說，對炸藥的起爆真正有貢獻的是高于p_c的脈沖壓力部分，而低于p_c的脈沖壓力部分對引爆是不起決定作用的。如果壓力脈沖已衰減至p_c，炸藥仍不能被引爆，則認為該炸藥再也不能被引爆。表4.1列出了幾種常用炸藥的臨界起爆壓力p_c值。

②由于炸藥的起爆過程是一個瞬時過程，通常在2μs左右完成，因而脈沖寬度過長對起爆實質是不起貢獻的，此時起爆或者已經完成，或者不能實現。基于這一點，積分上限不能取無限，亦即作用時間不能取無限。這也是臨界起爆判據p2τ僅適用于薄飛片而不適用于厚飛片的根本所在。因為對于厚飛片，其作用時間過長，可能大于炸藥起爆所需時間，因而有一部分脈沖是無效的。根據計算和實驗測試，通常尺寸的傳爆藥柱爆轟后所輸出的壓力脈沖從峰壓衰減至主裝藥的臨界起爆壓力p_c所經歷的時間t_c通常在1μs以內，小于炸藥的起爆時間。

基于以上兩條理由，取積分上限為t_c，這樣既可保證衰減沖擊脈沖的壓力有效，又可保證脈沖作用時間的有效。

綜上所述，本書認為，對于衰減沖擊脈沖的情況，有效沖擊起爆能量應定義為：

在p-t壓力脈沖圖上（圖4.1），有效脈沖如圖4.1中陰影部分所示。

以上提出了有效沖擊起爆能量的概念，有效沖擊起爆能量E值決定了被發藥的起爆能否完成以及起爆完成的難易程度。E值越大，被發藥的起爆越容易實現；反之，E值越小，被發藥的起爆越不容易實現，甚至不能起爆。因此，設計任何傳爆序列，有效沖擊起爆能量的計算具有重要意義，特別是對于裝藥量一定的傳爆藥柱的優化尺寸設計具有重要現實意義。

根據有效沖擊起爆能量式（4.1），將3.1.2節中由程序擬合計算所得的脈沖p-t關系式代入式（4.1），即可計算傳爆藥柱傳遞給主裝藥柱的有效沖擊起爆能量。計算采用程序[cal_qbng.c]進行。下面是該程序的基本結構和內容。

/**cal_qbng.c**/
#include"ptyh_m.h"
main()
{
Message（"QBNG_E"）；  /*****顯示提示信息*******/
Input_dat（10）；      /*****輸入數據*******/
Cal_Leff()；           /****求有效藥高Leff*****/
Cal_Pbx()；          /*****求峰值壓力Pbx（在1到PH+100之間）****/
Cal_ptz()；            /*****求p-T值***/
Cal_ptnh()；        /*****求p-T擬合曲線****/
Cal_qbng()；       /******求起爆能量*****/
Print_qbng()；      /*****打印QBNG_E結果****/
}

以下給出一組計算實例。

以3.1.2節中五種尺寸的傳爆藥柱分別引爆直徑為?50mm的鑄裝B炸藥和壓裝TNT為例計算有效沖擊起爆能量，計算結果見表4.2和表4.3。可以注意到對于引爆鑄裝B炸藥或壓裝TNT的情況，藥柱尺寸為?22.85mm×38.50mm時，得到的有效沖擊起爆能量比其他四種藥柱尺寸都大。

輸入主發藥柱密度/（g/cm3）　1.705

輸入被發藥柱密度/（g/cm3）　1.73

輸入主發藥柱爆速/（mm/μs）　8.3

輸入被發藥柱爆速/（mm/μs）　7.888

輸入被發藥柱臨界壓力/GPa　5.63

輸入等熵指數　3

輸入被發藥柱Hugoniot參數a/（mm/μs）　2.49

輸入被發藥柱Hugoniot參數b　1.99

輸入主發藥柱直徑/mm　20.85　22.85　29.80　35.90　42.35

輸入主發藥柱高度/mm　46.20　38.50　22.60　15.50　11.20

輸入主發藥柱密度/（g/cm3）　1.705

輸入被發藥柱密度/（g/cm3）　1.585

輸入主發藥柱爆速/（mm/μs）　8.3

輸入主發藥柱爆速/（mm/μs）　6.856

輸入被發藥柱臨界壓力/GPa　5.0

輸入等熵指數　3

輸入被發藥柱Hugoniot參數a/（mm/μs）　2.4

輸入被發藥柱Hugoniot參數b　2.0

輸入主發藥柱直徑/mm　20.85　22.85　29.80　35.90　42.35

輸入主發藥柱高度/mm　46.20　38.50　22.60　15.50　11.20