兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (12): 4283-4294.doi: 10.12382/bgxb.2023.0980
何超1, 刘彦1,2,*(), 白帆1,**(
), 刘沫言1, 王虹富3, 黄风雷1
收稿日期:
2023-09-27
上线日期:
2024-02-06
通讯作者:
基金资助:
HE Chao1, LIU Yan1,2,*(), BAI Fan1,**(
), LIU Moyan1, WANG Hongfu3, HUANG Fenglei1
Received:
2023-09-27
Online:
2024-02-06
摘要:
为推进六硝基六氮杂异伍兹烷(Hexanitrohexaazaisowurtzitane,CL-20)混合炸药在微小型起爆序列中的应用,准确掌握其传爆特性,开展了CL-20基压装炸药爆轰直径效应研究。针对一种典型的压装CL-20混合炸药(C-1,CL-20/粘结剂=95/5),通过开展冲击起爆实验,标定了该炸药Lee-Tarver冲击起爆模型的反应速率方程参数,为直径效应仿真模拟研究提供模型参数。在此基础上完成圆柱阶梯装药爆轰直径效应的数值模拟及实验验证,建立装药直径与爆轰速度(简称爆速)的关系。采用锥形装药爆轰传播的数值模拟对比分析C-1炸药与PBX9404、PBX9502 两种炸药的爆轰直径效应的差异性,依据爆速对装药直径的关系拟合得到这3种炸药的临界直径,同时掌握不同约束条件对C-1炸药爆轰临界直径的影响规律。研究结果表明:C-1炸药的爆轰临界直径(1.34mm)介于PBX9404(1.27mm)和PBX9502之间(2.3mm),这是因为炸药爆轰直径效应导致的爆速衰减与其冲击起爆特性有关,爆速衰减的不同阶段分别是由不同的反应速率项(点火、低压慢反应、高压快反应)控制;此外,随着约束条件的增强,C-1炸药的临界直径减小,采用周向全约束,可大幅削弱侧向稀疏波的影响,相比无约束装药其临界直径降低51.5%。
中图分类号:
何超, 刘彦, 白帆, 刘沫言, 王虹富, 黄风雷. 六硝基六氮杂异伍兹烷基压装炸药爆轰直径效应[J]. 兵工学报, 2024, 45(12): 4283-4294.
HE Chao, LIU Yan, BAI Fan, LIU Moyan, WANG Hongfu, HUANG Fenglei. Detonation Diameter Effect of CL-20-based Pressed Explosives[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(12): 4283-4294.
炸药配方 | 尺寸/mm | 数量 |
---|---|---|
C-1混合炸药 | ϕ40×3 | 6 |
ϕ40×25 | 2 |
表1 冲击起爆炸药样品规格
Table 1 Explosive sample specifications
炸药配方 | 尺寸/mm | 数量 |
---|---|---|
C-1混合炸药 | ϕ40×3 | 6 |
ϕ40×25 | 2 |
类别 | A/GPa | B/GP | R1 | R2 | ω | cv/(GPa·K-1) |
---|---|---|---|---|---|---|
未反应炸药JWL状态方程 | 444400.00 | -5.13 | 13.50 | 1.35 | 0.8695 | 2.78×10-3 |
爆轰产物JWL状态方程 | 1887.64 | 162.40 | 6.50 | 2.75 | 0.5470 | 1.00×10-3 |
表2 冲击起爆状态方程参数
Table 2 Parameters of shock initiation equation of state
类别 | A/GPa | B/GP | R1 | R2 | ω | cv/(GPa·K-1) |
---|---|---|---|---|---|---|
未反应炸药JWL状态方程 | 444400.00 | -5.13 | 13.50 | 1.35 | 0.8695 | 2.78×10-3 |
爆轰产物JWL状态方程 | 1887.64 | 162.40 | 6.50 | 2.75 | 0.5470 | 1.00×10-3 |
图6 不同隔板厚度下各拉格朗日位置仿真压力与实验压力对比
Fig.6 Comparison of simulated and experimental pressures at different Lagrange positions with different partition thicknesses
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
I | 5.865×1011 | G2 | 1256.72 |
a | 8.550 | e | 0.333 |
b | 1.742 | g | 0.979 |
x | 5.438 | z | 4.750 |
G1 | 907.535 | λI,max | 0.3 |
c | 7.327 | 0.5 | |
d | 0.941 | 0.5 | |
y | 1.0 |
表3 反应速率模型参数
Table 3 Parameters of reaction rate model
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
I | 5.865×1011 | G2 | 1256.72 |
a | 8.550 | e | 0.333 |
b | 1.742 | g | 0.979 |
x | 5.438 | z | 4.750 |
G1 | 907.535 | λI,max | 0.3 |
c | 7.327 | 0.5 | |
d | 0.941 | 0.5 | |
y | 1.0 |
炸药配方 | 尺寸/mm | 数量 |
---|---|---|
ϕ10×10 | 4 | |
C-1混合炸药 | ϕ8×8 | 4 |
ϕ6×6 | 4 |
表4 临界直径炸药样品规格
Table 4 Explosive sample specifications of critical diameter
炸药配方 | 尺寸/mm | 数量 |
---|---|---|
ϕ10×10 | 4 | |
C-1混合炸药 | ϕ8×8 | 4 |
ϕ6×6 | 4 |
序号 | 药柱直 径/mm | 探针 编号 | 触发 时刻/ms | 平均爆速/ (m·s-1) |
---|---|---|---|---|
1 | 97.95 | |||
2 | 99.10 | |||
10 | 3 | 100.25 | 8794.46 | |
4 | 101.35 | |||
5 | 102.50 | |||
1 | 6 | 103.45 | ||
8 | 7 | 104.35 | 8538.01 | |
8 | 105.30 | |||
9 | 106.25 | |||
10 | 106.95 | |||
6 | 11 | 107.70 | 8428.57 | |
12 | 108.40 | |||
13 | 109.10 | |||
1 | 98.40 | |||
2 | 99.50 | |||
10 | 3 | 100.65 | 8893.28 | |
4 | ||||
5 | 103.0 | |||
6 | 103.95 | |||
2 | 8 | 7 | 8496.24 | |
8 | ||||
9 | 106.05 | |||
10 | ||||
6 | 11 | 108.0 | 8285.71 | |
12 | 108.70 | |||
13 | 109.45 |
表5 实验参数及结果
Table 5 Experimental parameters and results
序号 | 药柱直 径/mm | 探针 编号 | 触发 时刻/ms | 平均爆速/ (m·s-1) |
---|---|---|---|---|
1 | 97.95 | |||
2 | 99.10 | |||
10 | 3 | 100.25 | 8794.46 | |
4 | 101.35 | |||
5 | 102.50 | |||
1 | 6 | 103.45 | ||
8 | 7 | 104.35 | 8538.01 | |
8 | 105.30 | |||
9 | 106.25 | |||
10 | 106.95 | |||
6 | 11 | 107.70 | 8428.57 | |
12 | 108.40 | |||
13 | 109.10 | |||
1 | 98.40 | |||
2 | 99.50 | |||
10 | 3 | 100.65 | 8893.28 | |
4 | ||||
5 | 103.0 | |||
6 | 103.95 | |||
2 | 8 | 7 | 8496.24 | |
8 | ||||
9 | 106.05 | |||
10 | ||||
6 | 11 | 108.0 | 8285.71 | |
12 | 108.70 | |||
13 | 109.45 |
炸药 | dcr/ mm | DJ/ (mm·μs-1) | G1 | G2 | I |
---|---|---|---|---|---|
C-1 | 1.34 | 9.1 | 907.535 | 1256.72 | 5.865×1011 |
PBX9404 | 1.27 | 8.776 | 3.1 | 400 | 7.43×1011 |
PBX9502 | 2.3 | 7.706 | 1100 | 30 | 4.01×106 |
表6 3种炸药反应速率模型关键参数
Table 6 Key parameters of reaction rate model for three kinds of explosives
炸药 | dcr/ mm | DJ/ (mm·μs-1) | G1 | G2 | I |
---|---|---|---|---|---|
C-1 | 1.34 | 9.1 | 907.535 | 1256.72 | 5.865×1011 |
PBX9404 | 1.27 | 8.776 | 3.1 | 400 | 7.43×1011 |
PBX9502 | 2.3 | 7.706 | 1100 | 30 | 4.01×106 |
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doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2017.04.009 |
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