埋入式半球形反射板传爆序列技术研究

随着战场环境的日益严酷，弹药的钝感化成为当今世界武器弹药的发展方向。钝感弹药的发展可能会出现两种情况：一是临界起爆压力增大；二是临界直径增大。这样对引信的传爆序列就提出了新的要求，即必须解决钝感弹药的可靠起爆问题，必须研究与其要求相适应的高能起爆技术，这也是目前传爆药技术发展的主要目标[1]。要想达到这一目标，一种有效的途径就是研究新型传爆药的装药结构[2-4]，通过研究传爆药的装药结构，达到提高传爆药柱输出威力的目的。

1 实验

1.1 理论依据和设计思路

1969年， F. E. Waller 和R. J. Waskey [5] 通过飞片实验得出了著名的P2τ=c炸药临界起爆能量判据，说明炸药的起爆过程是由冲击波压力 P和压力持续时间τ所控制的。因而，在设计传爆药柱结构时，应主要考虑如何加强这两个因素。20世纪90年代初期，胡双启提出了凝聚炸药冲击起爆的面积效应等问题，得出了包含面积效应的冲击起爆临界判据式[6]。

综合利用炸药的冲击起爆理论、拐角效应和面积效应等，本文将传爆药柱设计成半球型，并在主装药中埋有高阻抗反射板，不但增加了起爆面积，也大幅度提高了输出冲击波压力，有利于钝感主装药的起爆，特别是利于临界起爆压力极大的钝感主装药的起爆。

1.2 实验方法

测试传爆药起爆模型冲击起爆能力大小的方法有多种，本文采用主装药轴向钢凹法和主装药侧向钢凹法[7]。主装药轴向钢凹法：利用传爆药柱起爆主装药，以主装药爆炸后产生的轴向钢凹深度来表示传爆药柱起爆能力的大小；主装药侧向钢凹法：利用传爆药柱直接起爆主装药，通过测量主装药柱的起爆深度来表示传爆药柱起爆能力的大小。

1.3 药柱结构尺寸设计

设计的半球形传爆药柱球径与圆柱形传爆药柱直径均取30.20mm，如图1所示。

图1 传爆药柱结构示意图
Fig.1 Structure of booster explosive pellet

传爆药选用JO-9C，压药密度为1.65g/cm3。与传爆药柱相对应的主装药柱结构见图2。

图2 主装药结构示意图
Fig.2 Structure of main charge

一般情况下，采用轴向钢凹法时，受主药柱高度不超过其两倍直径，在1倍直径左右时就可明显地区别炸坑深度，因此本研究主装药柱高度取值比直径稍小一些。主装药选用临界直径较大的钝感炸药，配方为wNQ/wF4/wG=51/48/1，主装药柱为φ42.36mm×29. 72 mm，密度为1.22g/cm3。鉴定块选用φ100mm×50mm的45#钢。

1.4 实验装置

为了验证设计的埋入式半球形反射板爆炸序列的合理性、可行性及起爆威力，设计了埋入式圆柱形起爆能力实验装置（见图3）、埋入式半球形反射板起爆能力实验装置（见图4）和埋入式半球形起爆能力实验装置，反射板为圆盘形状的304不锈钢，鉴定块为φ100mm×50mm的45#钢。

图3 埋入式圆柱形实验装置
Fig.3 Experimental equipment of embedded cylindrical booster

图4 埋入式半球形反射板实验装置
Fig.4 Experimental equipment of embedded hemispherical booster with reflector

2 结果和讨论

为了保持实验对比的一致性，选用相同质量的同一种传爆药，以相同密度的药柱作为3种实验装置中的传爆药柱。在埋入式半球形反射板起爆能力实验装置中，尽管在主装药柱中放置了反射板，但由于其厚度很小，所占体积相对于整个主装药柱来说可以近似忽略，因此在考察起爆能力的时候，可以看成3者药量相等。实验结果见表1。从表1中可知：（1）带反射板半球形传爆药柱起爆钝感装药的起爆深度为14.42mm，半球形传爆药柱起爆钝感装药的起爆深度为20.46mm，圆柱形传爆药柱起爆钝感装药的起爆深度为23.44mm，说明前者起爆能力大，有利于主装药向稳定爆轰转变；（2）带反射板半球形传爆药柱起爆钝感装药的轴向钢凹值为 3.75mm，半球形传爆药柱起爆钝感装药的轴向钢凹值为 2.94mm，圆柱形传爆药柱起爆钝感装药的轴向钢凹值为 2.72mm，说明带反射板半球形传爆药柱起爆能力大。

表1 3种模型起爆能力对比实验结果
Tab.1 Initiation capacity results of three different initiation models

常规圆柱形传爆药柱实际的爆轰波阵面是弯曲的凸球面，装药中心区的爆轰传播速度大于外围的传播速度，且随其装药直径的减小爆轰波阵面的曲率半径也减小，爆轰波阵面的弯曲程度越严重，外围的爆轰波传播速度与中心区的传播速度悬殊就越大。因此，常规圆柱形传爆药柱的输出波形不具有很好的一致性。另据文献[8]，利用双狭缝高速摄影扫描技术，对 JO-9159炸药侧向冲击波起爆现象的研究表明侧向输出压力仅为正向输出压力的 1/3～1/5，也充分证明了这点。半球形装药结构具有很好的中心对称性，由惠更斯原理可知点引爆爆轰波阵面是以球形逐渐展开的，由此可以看出半球形结构在其中心点处起爆时，到达球表面处的压力波形具有很好的一致性。

因此，虽然埋入式圆柱形传爆药柱与主装药柱接触总面积比半球形接触面积大，但是埋入式圆柱形传爆药柱起爆能力弱于半球形传爆药柱。

带反射板半球形传爆药柱的起爆能力大于半球形传爆药柱起爆能力。其原因正是：当在主装药中添加一个具有高阻抗表面（面向传爆药柱的一面）的反射板时，传爆药爆炸所产生的冲击波将撞到该高阻抗面，接着会向传爆药与主装药中间区域反射，在该区域入射冲击波与反射冲击波叠加，导致传爆药与反射板之间的主装药内压力急剧增加，这个压力近似为无反射装置时的两倍。当压力超过C-J压力时，这部分主装药将被引爆，继而导致整个主装药起爆。

3 结论

本文在前人工作的基础上，通过理论分析和实验研究，对传爆药装药结构和起爆模型进行了研究，得出如下结论：

（1）埋入式半球形传爆药柱的起爆能力大于埋入式圆柱形传爆药柱的起爆能力；

（2）埋入式半球形反射板起爆模型在起爆能力方面优势明显，表明在起爆模型中加入反射板可显著提高起爆威力。