传爆药柱的优化设计

1、藩所工擎院火工品课程设计说明书目：传爆药柱的优化设计业:特种能源技术与工程号：名：Misaya摘要传爆药是指用于传递和扩大爆轰的装药。在早期的非隔爆型引信中，起爆元 件和主装药间装有传爆药，彼此呈直线排列；自出现隔爆型的引信后，由于起爆 元件与传爆药的相对位置是错开的，并且隔开一定距离，这时在起爆元件和传爆 药之间装有导爆药。导爆药和传爆药的作用是相同的关键词：传爆药柱，传爆药，主装药目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark7 o Current Document 摘要I HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 目录

2、II前言III HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 1传爆药的药量和密度1 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 2传爆药尺寸3 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 3传爆药和主装药的相对位置8 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 4管壳材料和周围介质10 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 5结论12 HYPERLINK l bookmark55 o Cur

3、rent Document 6参考文献15刖 言引信中传爆药的作用主要是扩大爆轰，以达到完全起爆弹丸装药的目的。当 弹丸药量很大时，如大口径火箭弹，单用引信传爆药柱还不能完全起爆时，可在 弹丸内放置辅助传爆药柱。如弹丸中的引信窝长，而配用的引信短时，也可用辅 助传爆药柱来填充短引信装入窝后留下的空间。有的弹丸口径不算大，但弹丸装 药比较顿感；或因装药方式引起顿感，也可用辅助传爆药柱，或者在紧贴传爆药 柱的四周装一层感度比主装药高的炸药。这种补充装药也称传爆药的围绕装药。 如有的国家用梯恩梯作为105mm榴弹中阿妈托炸药的围绕装药。辅助药柱属弹丸 设计范围，引信传爆药应可靠起爆它。因为传爆药和导

4、爆药一样在引信中具有承上启下的双重地地位。所以它和导 爆药的要求也基本一致，只是要求它的起爆能力更大，所以药量比导爆药大，尺 寸也大。1传爆药的药量和密度为确保传爆药作用可靠，要考虑传爆药和主装药的质量比。一般炮弹中的传 爆药量取弹丸助装药的0.5%2.5%，凡大中口径榴弹取0.5%1%，其它小口径 弹，迫弹，破甲弹和穿甲弹等取1%2.5%。设计时除参照相似弹药中传爆药的质 量比外，传爆约药量最终还需用实验方法确定。传爆药起爆能力大小的实验装置如图11。将电雷管，传爆药柱，被发药柱 一起固定在一块铜板上，通电使雷管引爆，然后引发其它药柱爆炸。被发药柱爆 炸后在铜板上炸出一定印痕，称印痕长度为爆

5、炸熄灭长度，用它来衡量传爆药柱 起爆能力的大小。实验结果如表1.1。实验条件：传爆药柱为特屈儿，密度为 1.6g /cm3，炸药柱为硝酸铵/梯恩梯=90/10混合炸药，密度为1.66g /cm3。图1 -1 传爆药起爆能力1一雷管；。一传爆药柱？ 3一炸药柱4一铜板?5一铜板上印痕表1.1传爆药量与起爆能力的关系传爆药爆炸熄灭长度/mm药量/g直径/mm高度/mm82411.854122417.160162421.569202427.874252434.578352448.081结果表明：传爆药柱直径固定后，在一定范围内药量增加，药高增加，起爆 能力增加。需注意的是：传爆药柱的设计不仅与弹丸装

6、药量有关，而且与弹丸主 装药药型有关，需很好协调。传爆药的密度直接影响输出大小，但不能仅凭此来决定密度的选择，因为密 度还影响感度，故实际上装药密度的选定必须兼顾感度和输出。一般传爆药的使 用密度为理论密度的90%95%。对主装药来说，只有传爆药柱的爆速大于或等于主装药的爆速，才可以使主 装药的爆轰成长期接近于零，保证主装药发挥最大威力。设计时传爆药的爆速均 大于或等于主装药的爆速，但由于有壳，空隙等惰性物介于传爆药和主装药之间， 因此引爆主装药时还是存在爆轰成长期的。2传爆药尺寸因传爆药柱均装在引信中使用，而引信外形尺寸在弹丸设计时已被确定，所 以也相应地限制了传爆药外形尺寸的设计。目前国产

7、火炮引信口螺纹M27, M36, M52等三个系列，因而限制了传爆药柱最大直径的选择。因此所谓确定传爆药柱外 形尺寸，主要就是如火如荼在许可的范围内，合理地调整药柱高度与直径的比值， 用尽可能少药量的传爆药柱输出最大的爆轰能量。一定量炸药爆轰输出的大小与装药直径，高度，密度都有关系，当密度确定 后，主要就是确定高径比。两者相比，直径的影响更显著。因为药量一定时，扁 圆柱形的药柱轴向输出大，装药的利用率高；但如果直径过大，长度不足，则会 引起爆轰成长不完全，从而减弱起爆能力。输出和装药尺寸的关系可由下列实验 证明。实验一：条件为特屈儿传爆药柱，密度P=1.6g /cm3，药柱直径d = 24.5

8、mm， 以药柱的高度直径比h/d =1时的爆轰输出为1，K值其它h/d值时爆轰输出和 h / d = 1时输出之比值。实验表明，当药柱直径一定，药柱高度约等于2倍直径时，轴向输出达到最大极 限。再增大药柱高度，i提高轴向起爆能力的意义就不大了，如图12所示。h/d00.51.01.52.0图1 一 2药柱直径一定时，药柱h/d与爆釜输出的关系I(2)实验二：条件为特屈儿传爆药柱，p =1.6g/cm3,m = 20g，改变h/d的实 验结果如图13所示，一定药量的药柱，随着h/d的减小，爆轰输出线性地增大。 将两条试验曲线进行对比后，可以看出，增大直径对提高爆轰输出的影响，比增 大高度显著。在

9、图13中，当药量为20g，h/d = 0.4，计算得d = 34mm时，药柱 的爆轰输出K = 1.28 ；而在图12中d = 24.5mm，h/d = 2时，计算知药量达37g， 而药柱的爆轰输出K仅1.14.这说明，扁圆柱形的药柱比长圆柱形的药柱由较大有 效药量。图1 3药量一定时，药柱与爆轰输出的关系(3)实验三：条件为特屈儿传爆药柱，p = 1.6g/cm3，起爆相同条件的硝酸铵: 梯恩梯=80： 20被发药柱，p = 1.6g /cm3，d = 40mm，m = 200g。结果示于表2.1， 表2.2表。表2.1表明传爆药量一定，起爆相同的被发药柱时，随着传爆药柱直 径增加，爆炸熄灭

10、长度增加，起爆能力增加。表1.3表明直径大的传爆药使相同 被发药完全爆轰所需的药量小，传爆药量占被发药量的百分比a也小。表2.1传爆药高度与直径之比对起爆能力影响传爆药爆炸熄灭药量/s直径/mm高度/mm高度/直径长度/mm2156.40.426652194.30.226802252.60.104100表2.2传爆药直径对起爆能力影响直径/mm药量/ga X1001542.01931.52521.0上述实验表明，在相同药量下，传爆药柱h/d存在一最佳值，使输出爆轰能 最大。（4）实验四：用直径d = 5mm的3号火焰雷管起爆密度为1.5g /cm3,直径为d2 的虫胶漆造粒RDX药柱，用起爆深

11、度判断起爆效果，得到的结果是药柱直径变化 时，起爆深度也变化，二者几乎呈直线关系，见表2.3。表2.3起爆深度和药柱直径比d 2/d11.001.261.441.621.902.16起爆深度/mm1.172.894.175.207.008.74当传爆药和主装药直接接触时，二者传爆面积比是起爆效果的一个重要影响 因素。Green曾做过一个实验，用不同直径的圆柱状金属冲击起爆PBX9404炸药， 测得临界起爆速度V和弹丸直径d之间的关系，见图14。图1 4临界起爆速度和兢丸直径的关系Moulaud也用类似的实验得到类似的结果，从而提出了一个临界起爆面积的概 念。他将实验结果以受主炸药面上所受压力的

12、对数值（lnp）和临界起爆面积的对 数值（lnA）作图，得到一直线关系。以上两人的实验对于证实在冲击波起爆时用 P2r作为单位面积上的起爆临界判据作了有价值的补充，由此又增加了一个临界 起爆面积的概念。当起爆面积小于临界面积时，即使?2u已达到要求的数值，爆轰 仍不能发生。这为起爆能力引入了二维尺寸效应。1981年，Moulard曾用相同厚度，不同直径d的钢飞片，对p = 1.73g/cm3， d = 20mm的组装B炸药进行撞击试验，结果见图15。Bahl用厚的圆柱形飞片撞 击PBX9404炸药，结果见图16。两试验均表明在不同飞片速度下存在临界起爆 面积。dimn图1 5钢飞片撞击B作药v

13、-d关系从上述实验可知，传爆药设计时，直径或起爆面积尽可能大些起爆能力好， 但需注意随弹种不同对起爆能力的要求不同。如空心装药被甲弹要求轴向引爆能 力大，这时传爆药柱直径应尽量大些；杀伤弹为了得到更好的破片效应，要求径 向引爆能力大些，这时传爆药柱直径可小些。另外，设计传爆药长径比时，还要 考虑引信装入弹丸后传爆药和主装药的位置，它也直接影响起爆能力。d-imn图1 一6钢飞片撞击PBX9404炸药v-d关系几种炸药的临界直径及极限直径见表2.4。表2.4几种炸药的临界直径及极限直径炸药临界直径 dp / mm极限直径 d / mm密度 p / g - cm-3粒度/mm装药方式特屈儿710.

14、18压装，无壳410.018压装，无壳黑索金1.210.0250.1薄壁玻璃外5壳2.23.210.150.25太安0.910.0250.1薄壁玻璃外壳11.2300.850.070.2压装，无壳梯恩梯5.590.850.010.05薄壁玻璃外2.5101.50.070.2壳26.9501.58压装，无壳注装，无壳引信中实际使用的传爆药柱，其高度与直径的比值约为0.31.5之间。当引信 口螺纹较小或药柱药量较大时，比值一般接近上限值；当引信口螺纹较大或药柱 药量较小时，比值一般接近下限值。深水炸弹和航空炸弹因为传爆药柱伸入弹丸 装药内，这时高径比不受此限制。3传爆药和主装药的相对位置以上讨论的

15、传爆药均是放在主装药上面，但实际使用中，特别是大口径弹， 传爆药常常是装入主装药里面，如图17。同一传爆药柱，它和主装药装配情况 对起爆能力的影响见表3.1。图1 一 了传爆药和主装药相对位置1传爆药j ?一主装药表3.1传爆药柱装入被发药的起爆效果埋入情况被发药熄爆长度/mm实验条件不埋入31特屈儿传爆药柱，药量38g，直径25mm埋入10mm97密度1.6g / cm3，被发药阿马托(90/)埋入23mm100密度 1.5g / cm3，药高 100mm有人还用杆状传爆药作了如下实验：传爆药直径9.8mm，埋入主装药不同位 置起爆阿马托(NH4NO3/TNT = 90/10)，药柱长120

16、mm，直径40mm，密度 1.6g / cm3。结果见表 3.2。表3.2杆状传爆埋入深度对起爆能力影响药量/g21966埋入炸药位置整个插入装 药埋入12埋入12表面接触爆炸熄灭长度/mm120105900以上两个实验说明，把传爆药埋入主装药会增加起爆能力。这时因为：减少 了传爆药爆轰产物径向飞散的能力损失；增大了起爆面积，埋入主装药内不仅利 用了轴向起爆能力，还利用了径向起爆能力。这里的起爆面积为1冗d2 +兀dL。L4为埋入深度，埋入的愈深起爆面积愈大。对这种埋在主装药中的传爆药来说，只 要d大于临界直径，传爆药高h越大起爆能力越大，这时h/d的最佳比就无意义 了。径向起爆主要用于大口径

17、弹药。如鱼雷，大口径航弹，火箭弹等。如果传爆 药沿整个主装药放置，就使整个装药都用上了径向起爆能。这不仅提高了起爆能 力，而且也增加了弹体侧表面的比冲量，爆炸时增大破片的初速，提高了杀伤弹 的破片效应。4管壳材料和周围介质壳材料的作用应从两方面讨论，每侧向和壳底部。从侧向来说，壳阻碍稀疏 波入侵，防止爆轰反应区能量散失。因此壳的强度，硬度，密度和冲击阻抗的增 加，都有利于轴向输出的增加，这已被实验证明，但还只是定性的。至于壳底的 影响，则由于对冲击波衰减的作用，故和侧壁情况不同。表4.1时侧壁材料对输 出的影响。输出用50%引爆相同被发药柱时的空气隙长度表示。表4.1侧壁材料对输出的影响壳材料

18、无有机玻璃铝黄铜铜空气隙长度/mm0.250.380.510.520.51同理，侧壁材料对受主炸药临界起爆直径有影响，见表4.2。此表也证明侧壁 有加强输出的作用。表4.2不同侧壁材料时炸药临界直径炸药临界壳无壳编物有机玻铝铅黄铜，铜体壳璃直径/mm 材料炸药PETN1.51.30.251.3RDX0.50RDX含2%硬脂酸3.64.2.03.0特屈儿12.532.55.32.0TNT （粒状）12.517.12.52.5TNT（25 rm 细粒）816.02.5传爆管壳底材料的作用在和主装药没有空隙时是对传爆药输出冲击波的隔 爆，其隔爆厚度和冲击主抗有关，见表4.3。表4.3各种材料的隔爆能

19、力材料空气蜡铝钢黄铜密度 / g - cm-30.92.87.88.4P D 值 / g - cm -3 - mm - r s-12.6614.835.531隔爆厚度/mm0.270.0470.0420.0250.026传爆药底部和主装药之间插入不同介质后，对起爆能力的影响见表4.4。表4.4介质对起爆能力的影响爆炸熄灭长度/mm介质名称介质厚度/mm00.5123纸壳1005325空气100753515钢片707422不爆结果表明：介质的存在将减小传爆药柱的起爆能力，不同的介质对起爆能 力影响的程度不同，直接起爆时起爆能力最大，纸垫次之，空气第三，钢片最差; 介质厚度的影响是，随厚度增加起爆

20、能力下降的程度也增加。冲击波通过这三种介质时能量损失不一样的原因：通过空气时有蔬波干扰， 冲击波膨胀后能量下降；通过钢片时是产生反射冲击波损失了能量；通过纸垫 的情况是反射与消耗于介质变形的能量都存在，但又均没有前二者强，所以它的 能量损失也最小。引信中比较好的设计是隔板和传爆管合为一体，如电-1引信。这时导爆药柱 可与传爆药柱贴的很近，不需在中间用缓冲夹层或尺寸补偿的纸垫。对于金属介 质，如传爆管盖，只要没有密封或工艺的特殊要求，就应在传爆途径上开孔。纸 垫夹层可以不用开孔，因为他对能量损失少。若开孔，则冲击波在空气中衰减也 同样要损失能量。至于传爆管壳无论用板材冲制或棒材车制，低厚都必须控

21、制在 0.8 1.2mm 之间。研究还发现，当主发装药于被发装药之间有金属层时，主发装药于其应紧贴， 而被发装药于金属层可以留一定空气间隙。这样做虽然金属层次对主发药的冲击 波有衰减，却有利于形成高速金属破片对被发装药的起爆。曾发现雷管和导爆药 之间的间隙为0.75 3mm时起爆能力最好。这是因为一定间隙为底破片加速提供了 空间，增大了破片的起爆作用。这种高速破片具有很好的起爆能力。但在间隙 0.5mm时，破片尚未得到充分加速，而冲击波随距离衰减又很快，这样的间隙对 传爆十分不利。为此引信设计手册中提出雷管和导爆药之间最好留1.6mm左右空 隙。在传爆管下面空气隙一般不会大到1mm左右。因为设

22、计要求不留间隙，装配 时应当尽量避免空气隙。传爆管外壳对增加起爆能力有利，为提高轴向起爆能力，在传爆管设计时可 适当加壁厚。现行传爆管壁厚一般为14mm。5结论传爆药柱设计的优化不仅要保证主装药在要求的长度范围内可靠起爆，而且 要使所设计的传爆药柱的体积，药量尽量小。解决的方法是将传爆药与主装药间 的实验研究结果与衰减脉冲冲击起爆的理论相结合，进行计算机辅助设计。我国传爆药研究已通过实验和理论研究找出下列关系：（1）用密度 p =1.705g / cm3，爆 速 D = 8.31mm/ rs，径 高比从 20.85mmx 46.20mm 42.35mmx 11.20mm改变5种状态，体积一定的聚奥传爆药 柱，起爆 50mm x 27mm，p = 1.585g / cm3 的压装 TNT 药柱，及 50mmx 55mm， P= 1.73g /cm3的注装B炸药药柱，当传爆药柱起爆能力N以J - mm-2，起爆深度h 以mm为单位时，传爆药柱冲击起爆能力N与压装NTN和注装B炸药的起爆深度h 之间的经验关系分别为式（111）和式（112）。N = 283.8h-1.156（111）或 lg N = 2.453 - 1.156lg hN = 9825h-1.994（11