感度性能爆炸作用06

5、炸药的感度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”(performancesensitivityandhazardsensitivity)实用感度－冲击波感度，危险感度－－机械感度5.2感度的分类5.2.1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（P168）；我国乳化炸药的铁板试验法；钢管法（P169）。火焰点燃(非均匀加热)－火焰感度—导火索法；热感度通常常用爆发点示。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。火焰感度的其它方法（时间）（Ⅰ）赤热铁棒试验法（日本）（Ⅱ）酒精喷灯燃烧法（美）（Ⅲ）加燃料油点燃法（美）（Ⅳ）热丝点火法爆燃试验（药量）（Ⅰ）黑火药引燃法（德）（Ⅱ）煤粉包覆汉（法）（Ⅲ）爆燃臼炮法耐烤燃试验（加拿大）5.2感度的分类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，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/(s•m3),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）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q1q2ABC热速率温度TBT0T0’T0’’A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热图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。机械作用下起爆机理与热点起爆理论机械作用炸药起爆机理提出：贝尔特洛热假设理论，机械能转变为热能，使得炸药温度均匀升高。－－－不为人们所接受摩擦化学的假设理论，机械作用－密度增加－摩擦加剧－炸药晶粒间相对移动－晶粒表面和原子间的链破坏－引起分子直接破坏－发生化学反应的分子发生爆炸。－－－局限性很大。热点理论：人们比较公认。机械作用时－绝大部分机械能转变为热能－但机械作用不可能是均匀的－热能不是均匀加热整个炸药，而是集中在局部范围内－形成“热点”或称为“起爆中心”。在热点处的炸药首先发生分解反应，同时放热，放出的热量又促使进一步分解，反应向周围扩展。如果热点数目足够且热点尺寸足够大，就能够起爆炸药。热点形成的原因：气泡的绝热压缩、摩擦作用、粘滞流动。并不是所有形成的热点都能引起炸药爆炸，热点的温度、尺寸、分解时间等条件必须达到一定值才会爆炸。按照热爆炸理论可以计算热点的温度和尺寸。热点成长为爆轰的条件①热点温度足够高：300~600℃；②热点半径足够大：10-3~10-5cm；③热点作用时间足够长：10-7Sec以上；④热点能量足够多：10-8~10-10J。机械感度测试及结果表示：a．卡斯特落锤仪（立式落锤仪）P176b．弧形落锤仪（起爆药）P180c．落球撞击装置（不同感度炸药）感度的表示方法（锤重，落高）（Ⅰ）爆炸百分数（相同重量，）（Ⅱ）爆炸上下限法上限:100%爆炸Hmin，下限:100%不爆炸Hmax（Ⅲ）特性落高（临界落高）H50法感度曲线（爆炸百分数～落高）布鲁斯顿（down&up)上下法&升降法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：a.殉爆试验（放在地面）殉爆定义:（p285)炸药殉爆的三个途径:(p286)b.空气间隙试验（悬挂）c.隔板试验（有意识地加入隔板）P197表示方法:距离，厚度的判断爆轰感度：a.最小起爆药量b.临界直径（Ⅰ）等直径（Ⅱ）锥形直径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、活化能、热容、导热率5.3.2物理状态与装药条件（P205～206）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炸药的钝感与敏化钝感方法①    降低炸药的熔点；②    降低炸药的坚固性；③    加入少量的塑性添加剂。敏化方法①加入爆炸物质；②气泡；③加入高熔点、高硬度物质。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:1.654g/cm3,RDX：1.816g/cm3,HMX：1.91g/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：实际密度的影响因素：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。6.炸药的性能6.2炸药爆轰速度（略）6.3炸药的爆轰压力爆轰速度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6.炸药的性能2)作功能力的理论表达式—热力学热一律：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。定容爆炸绝热膨胀(0)(1)(2)对绝热膨胀做功过程，因为过程绝热，故有：-dU=δA（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。如果，那么（7）由（4）和（7）得：(8)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=δQ（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：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：可见，只要能从理论上获得，即可计算其它参数。a.爆轰波冲击介质分界面之前的压力分布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。当时，k=1.2～1.4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（10～12)r0。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：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：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。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。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：Qv单位:J•kg－1=Nm•kg－1＝kg•m•s-2•m•kg-1＝m2•s-2这一原理可用来检验物理公式的正确与否。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。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。例如：求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。即,,,即：,故从而说明t与m无关，且t只与有关。(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6＋1-3=4个无量纲的量：即，同理得：，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：所以有：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：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8－3和P.308页图8－5，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。空气冲击波超压与结构破坏和人员伤害程度的关系见P.304页表8－2和图8－4。7.3聚能效应7.3聚能效应（）聚能现象：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,primaryexplosives,firstexplosives,initiatingexplosives,highexplosives,secondaryexplosives,lowexplosives,detonating/detonationexplosives,deflagration/deflagratingexplosives,explosivecompounds,explosivecomposition,compositeexplosives,explosivemixture,commercial/industrialexplosives,militaryexplosives,singlebasepowder,doublebasepowder,compositepowder,powder,propellant,pyrotechnics，化学爆炸的三要素，炸药化学变化形式及其转换基本知识点第二章oxygenbalance,oxygencoefficient,positiveoxygenbalance,negativeoxygenbalance,combustionheat,explosionheat,detonationheat,chargedensity,chargediameter,reactionequation,adiabatic,isentropic,internalenergy,explosiontemperature,heatcapacity,specificheatcapacity,detonationtemperature,explosionproducts,thevolumeofexplosionproducts,energyofformation,enthalpyofformation,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、爆温的计算第三章Stability,compatibility,chemicalstability,physicalstability,thermaldecomposition,thermalstability,explosionlag,delaytime,DTA-differentialthermalanalysis,DSC-differentialscanningcalorimetry,TG-thermalgravimetry,ARC-accelerationratecalorimetry,MC-microcalorimetry,EGA-evolvegasanalysis,self-heating,self-catalyzed,self-acceleration,chainreaction,freeradical,pre-exponentfactor,reactionrate,rateequation,rateconstant,kinetics,activationenergy,apparentactivationenergy,shelflife,第四章shockwave,detonationwave,Machnumber,disturbance,wavefront,wavesurface,mechanicalwave,compressionwave,expansionwave,rarefactionwave,soundwave,transversalwave,longitudinalwave,standingwave,perfectgas,idealgas,thermalgas,caloricallyperfectgas,polytropicgas,polytropicindex,polytropicexponent,adiabaticindex,theratioofspecificheatcapacity,onedimensionalflow,unsteadyflow,steadyflow,shockwavereflection,normalshockwave,obliqueshockwave,momentum,theoremofmomentum,conservationofmass,conservationofmomentum,conservationofenergy,kineticenergy,parametersofshockwave,adiabaticrelation,reflectionofshockwave,incidentwave,Raleighequation,Hugoniotcurve,ZNDmodel,reactionzone,equationofstate(EOS),condensedexplosives,chemicalreactionmechanism,idealdetonation,non-idealdetonation,DDT-deflagrationtodetonationtransition,SDT-shocktodetonationtransition,initiation,ignition,hotspot,criticaldiameter,limitdiameter,criticalvelocityofdetonation,limitvelocityofdetonation,VOD-velocityofdetonation,weakdetonation,strongdetonation,diametereffect,C-Jcondition,C-Jdetonation,C-Jplane,C-Jhypothesis,detonationpressure,detonationtemperature,particlevelocity，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,heatsensitivity,flamesensitivity,mechanicalsensitivity,impactsensitivity,frictionsensitivity,hotspotdoctrine,sensitivityofstaticelectricityspark,shockwavesensitivity,detonationsensitivity,explosionlag,lasersensitivity,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,maximumdensity,theoreticaldensity,crystaldensity,chargedensity,detonationvelocity,deadpressure,particlesize,chargecase,channeleffect,highspeedcamera,detonationpressure,explosionstrength,workdonebyexplosion,Trautzleadblocktest,ballisticmortartest,underwaterexplosion,blastingcratertest,brisance,Hesstest,upsettingtest,specificimpulse,gaptest,sympatheticdetonation,detonationdevelopmentdistance,toxicfume,dimension,dimensionanalysis,explosionsimilitude,overpressure,shapedcharge,Munroeeffect,hollowcharge。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。