感度性能爆炸作用

5、炸药的感度 5.1感度的一般概念 感度（敏感度 sensitivity）：在外界能量作用下，炸药发生爆炸的难易程度，外界能量小感度大 此处“爆炸”的含义：指不稳定爆轰、爆燃、DDT等外界能量的形式：热能、机械作用、冲击波和光等。感度的选择性：对不同的外界能量形式，炸药的感度并不一致，有的对热敏感，而对机械作用不敏感,等等 炸药感度的相对性：只在一定条件有效，例如在某一尺寸下，在温度为T时，炸药是安全的。但在大尺寸下又是不安全的。不同的使用条件对炸药的感度有不同的要求（工业炸药往往要敏化，军用炸药往往要钝化）外界能量的作用速率不同，感度不同。如静压与动压，加速速率等对 工 业 炸 药 而 言 提 出 所 谓“实 用 感 度 与 危 险 感 度”(performance sensitivity and hazard sensitivity)实用感度冲击波感度，危险感度机械感度5.2 感度的分类 5.2 感度的分类5.2.1热感度：热作用下炸药发生爆炸的难易程度。热作用方式：均匀加热热感度爆发点试验 火焰点燃火焰感度热感度通常常用爆发点表示。爆发点：是指一定条件下炸药被加热到爆炸时，加热介质的最低温度。热作用下炸药发生爆炸的机理：炸药分解反应放热与炸药向周围介质（环境）散失热量的平衡问题，放热速率（单位时间内由于分解反应放出的热量）：W:反应速率,分子数/(sm3),Q：分解1mol炸药放出的热量,N：Avogadro数。如果分解反应按一级反应动力学近似有：Q：反应热 ,V：体积,m：炸药量（数），c:浓度（单位体积的分子数）NWQVq 1)exp(1RTEVcANQq)exp(RTEmQA1molJmol如果炸药内各点处温度均匀，均为T，环境温度为T0 则散热速率为：传热系数 ,S：炸药的表面积 STTq)(0212)(sKmJq1q2ABC热速率温度TBT0T0T0A点：稳定平衡点，体系可在A点保持恒温。C点：体系不能自动到达，若外界供热，则为不稳定平衡点。B：为亚稳态，超过B点，系统将处于热爆炸状态5.2 感度的分类均温系统热爆炸定性判据：见冯长根 著热爆炸理论科学出版社，1988，或者见松全才 炸药理论，兵器工业出版社。5.2.2 机械感度 机械作用下，炸药发生爆炸的难易程度。5.2.3静电火花感度5.2.4炸药的起爆感度与冲击波感度起爆感度：引起猛炸药完全爆轰的最小起爆药量冲击波感度：隔板试验5.3影响炸药感度的因素：5.3.1炸药结构与物理化学性质的影响结构特征：原子团的影响生成热：与键能有关（生成热小感度高）爆热：与活化能、热容与导热率有关5.3.2物理状态与装药条件（P205206）T S晶形：与晶格有关，晶格能大，晶体稳定S颗粒度：影响爆轰感度 装药密度：影响起爆感度与火焰感度5.4炸药的钝感与敏化 6.炸药的性能6.炸药的性能性能参数主要有：、爆轰压力、作功能力、猛度和殉爆距离等6.1 炸药的密度理论密度（最大密度，晶体密度）：化合物，混合物 例：TNT:1.654 g/cm3,RDX：1.816 g/cm3,HMX：1.91 g/cm3 对混和物有：实际密度：均小于理论密度，也就是装填密度 空隙率 实际密度：实际密度的影响：炸药本身（不同），颗粒度及分布，颗粒形状，颗粒的表面特征，装药的加压压力。DiiiiiiTmvvm/%100)1(0TVmiT)1(0T6.炸药的性能6.2炸药爆速（略）6.3炸药的爆轰压力 爆速与爆轰压力的经验计算方法Kamlet方法 P.222与P.241 爆速与爆轰压力的实验测定自学 6.4炸药的作功能力（strength)1)一般概念炸药的爆炸作用：炸药爆炸时对周围介质的各种机械作用，机械作用形式与爆炸时周围介质有关，(空气中、水中、土中爆炸现象简述）爆炸作用的范围：近压：爆炸产物的直接作用区 远区：冲击波作用区作功能力：炸药爆炸时对周围介质所作的总的机械功EAAAAAn.3216.炸药的性能2)作功能力的理论表达式热力学分析热一律：系统内能的减少等于系统向环境传递的热量与系统对外界所作的功:由于爆炸过程十分迅速，系统来不及与外界进行热交换，可视为绝热过程。dAdQdU定容爆炸绝热膨胀对绝热膨胀做功过程，因为过程绝热，故有：-dU=A （2）若内能只是温度的函数，则：dU=cdT（c为爆炸产物的比热）(3)由（2）、（3）式积分得爆轰产物膨胀过程所做的功为（4）式中T1、T2分别是爆轰产物膨胀前后的温度，是爆轰产物的平均比热 c)(21121TTccdTATT(0)(1)(2)再根据热力学第一定律，对瞬间完成的爆炸（定容爆炸），爆炸反应放出的热量全部用于内能的 增加：dU=Q （5）类似有：QV=（6）T0炸药的初温（一般为环境温度），为T1、T0间的平均比热容。一般T0 时情形：时情形：当装药在空气中爆炸时，最初爆轰产物与空气的最初分界面上的参数，也就是形成空气冲击波的初始参数。由于爆轰形成的冲击波在开始阶段必然是强冲击波，可采用强冲击波关系式：xp2pxp2p2pxpa.爆轰波冲击介质分解面之前的压力分布b.爆轰产物与介质发生碰撞时的压力分布PxP2a.爆轰波冲击介质分解面之前的压力分布b.爆轰产物与介质发生碰撞时的压力分布7.2 炸药在空气中的爆炸7.2 炸药在空气中的爆炸1)空气爆炸物理现象炸药爆炸高压、高温状态的爆轰产物猛烈膨胀（像活塞）压迫周围空气形成冲击波爆炸气体能量迅速衰减和弥散，直到等于大气压力，此时冲击波不再接受爆炸气体能量而开始脱离爆炸气体而继续独立的向前传播由于惯性，爆炸气体质点继续运动，压力低于大气压力，在冲击波后形成稀疏波区由于周围空气压力较高，压缩爆炸气体，使得爆炸气体的压力增高，又由于惯性的缘故，直到超过大气压，以至形成再膨胀条件形成了”爆炸气体”“空气”体系的自由振动或脉动。膨胀规律：时，r为装药半径（球形装药）当时 ，约下降为原来爆轰压力的 爆轰压力：aKMppp2003Ap 9,rp02rr 5001219)5122(9ap10102当 时，k=1.21.4极限膨胀体积 ：爆炸产物的压力下降到与周围介质压力相当时的体积。一般 倍，（对一般的炸药）可以认为一般炸药装药爆炸产物的极限直接作用范围为（1012)r0）。Kpp kApLV16008000VVL空中爆炸冲击波参数的计算（量纲分析-爆炸相似律）2.)空中爆炸冲击波参数的计算（量纲分析-爆炸相似律）1 量纲分析：任何一个力学现象，总可以用若干物理量（如长度、面积、速度、温度、应力等）来描述。有些量是已知量，有些是未知量，目的是找出未知量和已知量间的函数关系。问题：炸药在空中爆炸，问距离爆炸中心（爆心）一定距离处空气冲击波的压力是多少？解答：可以采用量纲分析的方法来解决。几个概念 单位与量纲单位与量纲：对每个物理量，为确定其大小，必用度量单位去度量，各物理量间存在着一定的联系，并不需要对每个物理量都选择一个度量单位，常常是某些物理量的度量单位选定后，其他物理量的单位也就确定了。也就是说，可用基本度量单位去导出其它度量单位。例如：a.长度为基本单位，而面积、体积就是导出单位。b.长度和时间为基本单位，速度就是导出量，速度的单位不是独立的。实践中，基本度量单位的量有三个，长度，质量，时间。在描述含有热效应的力学现象时还有温度。量纲：用基本量的单位表示的导出量单位的表达式称为量纲。LMTmkgsK基本量长度质量时间温度量纲单位量纲独立量纲独立：在讨论的物理量之间，如果某些物理量的量纲公式不能由其它量的量纲公式表示成幂次单项式，则这些量称为量纲独立的量。如：长度/L ，速度/LT-1和能量/，这三个量式量纲独立量。而长度/L，速度/LT-1，加速度/LT-2不是独立的，在力学问题中，具有量纲独立的量最多只有三个。22TML量纲一致原理量纲一致原理：一个正确的物理关系中，其中各项必须属于同一个量纲，等式或不等式两边的量纲必须是一致的。如：这一原理可用来检验物理公式的正确与否。Sddpc)(,vQrD)1(22定理：设在某一物理现象中，有量纲量是一些相互独立的有量纲量a1、a2、an 的函数，假设前k个量是量纲独立的量，则a,ak+1,ak+2,an的量纲可以借助前k个的量量纲表示出来。),.,.,(1321nkkaaaaaafa上式可以用 个无量纲组合变量表示，即：与原式相比，该式相当于单位制的改变，即采用了一种相对量制。根据物理规律的函数关系与单位制选择无关的物理性质，两式中的函数形式相同。kn)1(),.,(21knf例如：自由落体所需要的时间：设：m：落体质量 g：重力加速度 h：落体高度 t：下落时间经分析由于n=3，而k=3（m，g，h是量纲独立的量，故k=3）只能组合一个无量纲参数。Mm 2 LTgLh Tt),(hgmft 11kn 即 ,即：,故从而说明t与m无关，且t只与 有关。321hgmt321)(2LLTMT01032122212213ghtghkfghght)1,1,1(gh221gth ghkghght22(k为比例系数）(2)爆炸相似律炸药在空气中爆炸时，影响冲击波波阵面上的压力的基本物理量有：炸药的爆热QV，装药密度 ，装药半径r，爆心距R，以及空气的压力Pa和空气的初始密度 ，若忽略空气的粘滞力与导热性：以R，Pa，为三个基本参量，则可构成61-3=4个无量纲的量：即 ，同理得：，0a),(0aavPRrQPa),(321faaapppRp321)1,0(231aaVaaVPQPRQ/3211)1,1,0(321Rr3a02),(0RrpQfppaaaVa所以有：如果装药密度相同，用同一种炸药在相同空气中作试验，则：空气爆炸几何相似律说明：进行多次实验时，只要 ,则 相同，如果装药量w1在R1处的超压为 ，那么另一装药量w2，在R2处的超压也是 ，则有：即 是的 函数 故：const1const2)(RrfppaconstRrRrRr.332211ppp323121wwRRpRw3)34(03rw)(3Rwfp 上述函数关系可写成 ,称为对比距离，A,B,C为系数，由实验确定。根据大量实验，TNT球形药包在无限空中爆炸时，R：爆心距（m）w：装药量（kg）一般认为，无限空中是指(h为装药离地面的高度）：对其它炸药，需要换算成TNT当量 Qv：.)()(332330RwCRwBRwAApR0p00A33233)()(RwCRwBRwAp3wRR 3277.284.0RRRp)/(23cmkgwRR 15101R35.03wh610184.4VTQww1kgJ装药在刚性地面上爆炸时，可以看作是2倍的装药在无限空间的爆炸，这时用wT=2w代入上式进行计算。对沙、粘土一类普通地面，按wT=1.8w 进行计算。计算时，需要注意公式的应用范围：的关系：P.307页表83和P.308页图85，随 增加而减少，在小 的范围，下降迅速；在大 的范围内，下降缓慢。有了超压的计算结果，就可由冲击波的基本关系式计算出波阵面上的其他参数。空气冲击波超压与破坏程度的关系见P.304页表82和图84。35.03wh15101,RRp pRRpRp7.3 聚能效应 7.3 聚能效应（）聚能现象：326P序号药柱形状靶板材料药柱与靶板的相对位置破甲深度（mm）1实心装药钢板接触8.32接触端带锥形孔钢板接触13.73锥形孔上放置金属罩钢板接触 33.14 锥形孔上放置金属罩钢板距离23.7mm79.2注：装药是TNT/RDX(50/50)铸装药柱 1234聚能效应的物理解释：利用装药一端的空穴提高局部破坏作用的效应。聚能效应聚能效应的影响因素：（1）炸药性能（2）装药尺寸（3）药形罩材质和尺寸（4）装药结构（5）炸高复习第一章explosion,explosives,exothermal,endothermal,combustion,deflagration,detonation,primary explosives,first explosives,initiating explosives,high explosives,secondary explosives,low explosives,detonating/detonation explosives,deflagration/deflagrating explosives,explosive compounds,explosive composition,composite explosives,explosive mixture,commercial/industrial explosives,military explosives,single base powder,double base powder,composite powder,powder,propellant,pyrotechnics，化学爆炸的三要素，炸药化学变化形式及其转换第二章oxygen balance,oxygen coefficient,positive oxygen balance,negative oxygen balance,combustion heat,explosion heat,detonation heat,charge density,charge diameter,reaction equation,adiabatic,isentropic,internal energy,explosion temperature,heat capacity,specific heat capacity,detonation temperature,explosion products,the volume of explosion products,energy of formation,enthalpy of formation,氧平衡的计算，化学反应方程式的经验确定，爆温、爆热的影响因素，爆热、爆温的计算基本知识点第三章Stability,compatibility,chemical stability,physical stability,thermal decomposition,thermal stability,explosion lag,delay time,DTA-differential thermal analysis,DSC-differential scanning calorimetry,TG-thermal gravimetry,ARC-acceleration rate calorimetry,MC-micro calorimetry,EGA-evolve gas analysis,self-heating,self-catalyzed,self-acceleration,chain reaction,free radical,pre-exponent factor,reaction rate,rate equation,rate constant,kinetics,activation energy,apparent activation energy,shelf life,第四章shock wave,detonation wave,Mach number,disturbance,wave front,wave surface,mechanical wave,compression wave,expansion wave,rarefaction wave,sound wave,transversal wave,longitudinal wave,standing wave,perfect gas,ideal gas,thermal gas,calorically perfect gas,polytropic gas,polytropic index,polytropic exponent,adiabatic index,the ratio of specific heat capacity,one dimensional flow,unsteady flow,steady flow,shock wave reflection,normal shock wave,oblique shock wave,momentum,theorem of momentum,conservation of mass,conservation of momentum,conservation of energy,kinetic energy,parameters of shock wave,adiabatic relation,reflection of shock wave,incident wave,Raleigh equation,Hugoniot curve,ZND model,reaction zone,equation of state(EOS),condensed explosives,chemical reaction mechanism,ideal detonation,non-ideal detonation,DDT-deflagration todetonation transition,SDT-shock to detonation transition,initiation,ignition,hot spot,critical diameter,limit diameter,critical velocity of detonation,limit velocity of detonation,VOD-velocity of detonation,weak detonation,strong detonation,diameter effect,C-J condition,C-J detonation,C-J plane,C-J hypothesis,detonation pressure,detonation temperature,particle velocity，气相爆轰参数的计算，凝聚炸药爆轰参数计算，冲击波参数计算（两套方法），冲击波的性质，爆轰波的性质，爆轰速度的影响因素，激波和爆轰波的Hugoniot曲线的物理意义，声速(弱扰动波）公式的建立，爆炸冲击波的传播与正反射。第六章 感度与起爆sensitivity,heat sensitivity,flame sensitivity,mechanical sensitivity,impact sensitivity,friction sensitivity,hot spot doctrine,sensitivity of static electricity spark,shock wave sensitivity,detonation sensitivity,explosion lag,laser sensitivity,sensitization,desensitization，感度的影响因素，冲击波起爆的条件。第七章与第八章density,maximum density,theoretical density,crystal density,charge density,detonation velocity,dead pressure,particle size,charge case,channel effect,high speed camera,detonation pressure,explosion strength,work done by explosion,Trautz lead block test,ballistic mortar test,underwater explosion,blasting crater test,brisance,Hess test,upsetting test,specific impulse,gap test,sympathetic detonation,detonation development distance,toxic fume,dimension,dimension analysis,explosion similitude,over pressure,shaped charge,Munroe effect,hollow charge。做功能力理论表达式的建立，猛度和做功能力关系及其影响因素。冲击波超压的计算，介质中爆炸初始激波参数的特点，对比距离，爆炸相似律。