兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (6): 240081-.doi: 10.12382/bgxb.2025.0081
杨坤1, 刘丹阳1,2,*(), 蹇雨桐1, 王菁1, 刘昌华2, 何亚新2, 顾玲芝2, 陈朗1
收稿日期:
2025-02-06
上线日期:
2025-06-28
通讯作者:
基金资助:
YANG Kun1, LIU Danyang1,2,*(), JIAN Yutong1, WANG Jing1, LIU Changhua2, HE Yaxin2, GU Lingzhi2, CHEN Lang1
Received:
2025-02-06
Online:
2025-06-28
摘要:
爆炸箔起爆技术具有高安全性和高可靠性,且便于微型化、集成化,契合精密微起爆系统需求。为深入认识爆炸箔起爆系统小尺寸装药引发与爆轰输出特性,搭建电爆炸驱动飞片特性同步观测系统,以及飞片冲击起爆小尺寸装药爆轰的炸药与窗口界面粒子速度测试系统,研究飞片速度、形态特性及其冲击作用下超细六硝基茋(Ultrafine Hexanitrostilbene, HNS-IV)小尺寸装药的起爆与爆轰反应行为。研究结果表明:起爆电压与飞片出膛速度呈正相关,起爆电压900~1500V时,飞片出膛速度为2000~4200m/s;高强度冲击下HNS-IV基炸药爆轰成长距离短,在3455m/s飞片作用下,2.14mm内可成长为稳定爆轰,爆轰波结构分析表明其反应速率快,爆轰反应时间小于27ns,反应区宽度仅0.13mm;3mm直径小尺寸装药条件并未显著影响HNS-IV炸药的主要爆轰反应,但反应后期出现能量快速衰减现象。基于试验标定炸药爆轰反应速率方程,进一步仿真研究了装药尺寸对能量输出的影响,结果显示与增加装药直径相比,增大药柱厚度更能有效提升装药端面的能量输出。
中图分类号:
杨坤, 刘丹阳, 蹇雨桐, 王菁, 刘昌华, 何亚新, 顾玲芝, 陈朗. 电爆驱动高速飞片冲击下HNS小尺寸装药的起爆与爆轰特性[J]. 兵工学报, 2025, 46(6): 240081-.
YANG Kun, LIU Danyang, JIAN Yutong, WANG Jing, LIU Changhua, HE Yaxin, GU Lingzhi, CHEN Lang. Initiation and Detonation Characteristics of Small-sized HNS Explosive Charges under the Impact of High-speed Flyers Driven by Electric Explosion[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(6): 240081-.
电压峰 值/V | 电流峰 值/A | 峰值电 流时刻/ ns | 电爆时 刻/ns | 飞片最 大速度/ (m·s-1) | 出膛时 刻/ns | 出膛 速度/ (m·s-1) |
---|---|---|---|---|---|---|
1196 | 2036 | 380 | 236 | 4710 | 353 | 4125 |
1547 | 2264 | 379 | 225 | 4914 | 332 | 4192 |
表1 电爆炸驱动高速飞片的电爆参数和飞片速度参数
Table 1 Electric explosion and flyer velocity parameters for high-speed flyer driven by electric explosion
电压峰 值/V | 电流峰 值/A | 峰值电 流时刻/ ns | 电爆时 刻/ns | 飞片最 大速度/ (m·s-1) | 出膛时 刻/ns | 出膛 速度/ (m·s-1) |
---|---|---|---|---|---|---|
1196 | 2036 | 380 | 236 | 4710 | 353 | 4125 |
1547 | 2264 | 379 | 225 | 4914 | 332 | 4192 |
起爆电压/V | 出膛时刻/ns | 出膛速度/(m·s-1) |
---|---|---|
900 | 323.04 | 2186 |
1000 | 292.95 | 2885 |
1200 | 249.95* | 3455* |
1500 | 235.15* | 4068* |
表2 不同起爆电压下飞片出膛时刻和出膛速度
Table 2 Time and velocity of the flyer exiting the accelerator chamber under different initiation voltages
起爆电压/V | 出膛时刻/ns | 出膛速度/(m·s-1) |
---|---|---|
900 | 323.04 | 2186 |
1000 | 292.95 | 2885 |
1200 | 249.95* | 3455* |
1500 | 235.15* | 4068* |
图6 不同厚度、起爆电压下HNS-IV:Binder=98:2炸药与窗口界面粒子速度随时间变化
Fig.6 Particle velocities at the HNS-IV:Binder=98:2 explosive/window interface under different charge thicknesses and initiation voltages
密度/ (g·cm-3) | 爆速/ (m·s-1) | 双函数拟合法 | EXPLO5计算值 | |||
---|---|---|---|---|---|---|
tC-J/ ns | 宽度/ mm | pC-J/ GPa | 爆速/ (m·s-1) | pC-J/ GPa | ||
1.328 | 6029 | 26.6 | 0.13 | 11.8 | 6168 | 13.0 |
表3 10mm直径小尺寸装药爆轰反应区参数
Table 3 Parameters of detonation reaction zone for 10mm-diameter charge
密度/ (g·cm-3) | 爆速/ (m·s-1) | 双函数拟合法 | EXPLO5计算值 | |||
---|---|---|---|---|---|---|
tC-J/ ns | 宽度/ mm | pC-J/ GPa | 爆速/ (m·s-1) | pC-J/ GPa | ||
1.328 | 6029 | 26.6 | 0.13 | 11.8 | 6168 | 13.0 |
炸药配方 | 试验设置 | 密度/(g·cm-3) | tI/ns | uI/(m·s-1) | tII/ns | uII/(m·s-1) |
---|---|---|---|---|---|---|
HNS-IV:Binder=98:2 | ϕ3×2.14mm,1200V | 1.445 ±0.003 | 21.1 | 925 | 70.6 | 633 |
ϕ3×2.13mm,1500V | 21.4 | 891 | 66.6 | 648 | ||
ϕ3×3.04mm,1500V | 20.6 | 944 | 64.6 | 652 | ||
HNS-IV | ϕ3×1.76mm,1500V | 1.50 ±0.005 | 22.1 | 904 | 72.0 | 667 |
ϕ3×2.11mm,1200V | 20.6 | 942 | 67.9 | 671 |
表4 小尺寸装药下HNS-IV基炸药爆轰反应区结构参数
Table 4 Detonation reaction zone parameters of HNS-IV-based explosive in small-sized charges
炸药配方 | 试验设置 | 密度/(g·cm-3) | tI/ns | uI/(m·s-1) | tII/ns | uII/(m·s-1) |
---|---|---|---|---|---|---|
HNS-IV:Binder=98:2 | ϕ3×2.14mm,1200V | 1.445 ±0.003 | 21.1 | 925 | 70.6 | 633 |
ϕ3×2.13mm,1500V | 21.4 | 891 | 66.6 | 648 | ||
ϕ3×3.04mm,1500V | 20.6 | 944 | 64.6 | 652 | ||
HNS-IV | ϕ3×1.76mm,1500V | 1.50 ±0.005 | 22.1 | 904 | 72.0 | 667 |
ϕ3×2.11mm,1200V | 20.6 | 942 | 67.9 | 671 |
I | a | b | x | G1 | c | d | y |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1000000 | 0.100 | 0.667 | 8 | 860 | 0.667 | 0.667 | 1.0 |
G2 | e | g | z | Figmax | |||
10000 | 0.667 | 0.667 | 3.0 | 0.08 | 1.0 | 0.0 |
表5 HNS-IV:Binder=98:2炸药爆轰反应速率方程参数
Table 5 Parameters of detonation reaction rate equation for HNS-IV:Binder=98:2 explosive
I | a | b | x | G1 | c | d | y |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1000000 | 0.100 | 0.667 | 8 | 860 | 0.667 | 0.667 | 1.0 |
G2 | e | g | z | Figmax | |||
10000 | 0.667 | 0.667 | 3.0 | 0.08 | 1.0 | 0.0 |
[1] |
陈清畴, 马弢, 李勇. 爆炸箔起爆器作用机理研究进展[J]. 含能材料, 2019, 27(1):79-88.
|
|
|
[2] |
|
[3] |
|
[4] |
|
[5] |
|
[6] |
|
[7] |
李思宇, 董晓芬, 王云鹏, 等. TiW/Ni/Au爆炸箔制备及性能研究[J]. 兵工学报, 2023, 44(12):3826-3835.
doi: 10.12382/bgxb.2023.0238 |
|
|
[8] |
王蔚, 董晓芬, 王端, 等. 加速膛参数对换能元飞片速度的影响[J]. 含能材料, 2024, 32(7):737-744.
|
|
|
[9] |
陈清畴. 冲击片雷管作用特征及影响规律研究[D]. 北京: 北京理工大学, 2016.
|
|
|
[10] |
|
[11] |
|
[12] |
|
[13] |
|
[14] |
|
[15] |
王万军, 祝明水, 郭菲, 等. 高压短脉冲作用下HNS-Ⅳ型炸药的全发火冲击起爆判据[J]. 含能材料, 2020, 28(6):569-575.
|
|
|
[16] |
郭俊峰, 曾庆轩, 李明愉, 等. HNS-Ⅳ炸药的短脉冲冲击起爆判据[J]. 高压物理学报, 2018, 32(2):102-107.
|
|
|
[17] |
同红海, 奥成刚, 韩克华, 等. 超细HNS-Ⅳ炸药的窄脉冲起爆判据研究[J]. 火工品, 2011(2):32-36.
|
|
|
[18] |
|
[19] |
|
[20] |
赵雅琦, 杨沙, 曹威, 等. HNS-Ⅳ基PBX的冲击起爆点火增长模型参数[J]. 含能材料, 2025, 33(1):65-72.
|
|
|
[21] |
李淑睿, 张旭, 裴红波, 等. HNS基PBX炸药爆轰驱动平板实验及产物状态方程参数确定[J]. 高压物理学报, 2023, 37(6):78-85.
|
|
|
[22] |
谭多望, 邹立勇, 张光升, 等. 低温下JB-9014钝感炸药DSD参数研究[J]. 高压物理学报, 2012, 26(4):475-480.
|
|
|
[23] |
|
[24] |
舒俊翔, 裴红波, 黄文斌, 等. 几种常用炸药的爆压与爆轰反应区精密测量[J]. 爆炸与冲击, 2022, 42(5):052301.
|
|
|
[25] |
|
[26] |
|
[27] |
|
[28] |
doi: 10.1038/s41598-019-48807-9 pmid: 31439893 |
[29] |
|
[30] |
|
[31] |
陈朗, 刘丹阳, 杨坤. 高能炸药爆轰学[M]. 北京: 科学出版社, 2024.
|
|
[1] | 李淑睿, 段卓平, 白志玲, 张旭, 黄风雷. 2,4-二硝基苯甲醚基熔铸含铝炸药冲击起爆特性[J]. 兵工学报, 2022, 43(6): 1288-1294. |
[2] | 李淑睿, 段卓平, 郑保辉, 罗观, 黄风雷. 24-二硝基苯甲醚基熔铸含铝炸药圆筒试验及爆轰产物状态方程[J]. 兵工学报, 2021, 42(7): 1424-1430. |
[3] | 白志玲, 段卓平, 黄风雷. 高聚物粘结炸药冲击起爆统计热点反应速率模型[J]. 兵工学报, 2021, 42(11): 2379-2387. |
[4] | 赵聘, 陈朗, 李金河, 鲁建英, 伍俊英. 聚能射流侵彻隔板形成的前驱冲击波起爆不同温度炸药特性[J]. 兵工学报, 2021, 42(1): 45-55. |
[5] | 苗飞超,周霖,张向荣,曹同堂. 点火增长反应速率方程在LS-DYNA软件中嵌入及应用[J]. 兵工学报, 2019, 40(7): 1411-1417. |
[6] | 谭凯元, 韩勇, 曹落霞, 文尚刚, 王翔, 叶辉. 装药密度小幅变化对三氨基三硝基苯基聚合物粘结炸药短脉冲冲击起爆特性的影响[J]. 兵工学报, 2018, 39(3): 468-473. |
[7] | 陈闯, 郝永平, 杨丽, 王晓鸣, 李文彬, 李伟兵. 双层介质隔板试验及被发炸药冲击起爆特性分析[J]. 兵工学报, 2017, 38(10): 1957-1964. |
[8] | 白志玲, 段卓平, 景莉, 刘益儒, 欧卓成, 黄风雷. 飞片冲击起爆高能钝感高聚物粘结炸药的实验研究[J]. 兵工学报, 2016, 37(8): 1464-1468. |
[9] | 温丽晶, 段卓平, 张震宇, 欧卓成, 黄风雷. 不同加载压力下炸药冲击起爆过程实验和数值模拟研究[J]. 兵工学报, 2013, 34(3): 283-288. |
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