示波器在炸药动压下减敏研究中的应用

示波器在炸药动压下减敏研究中的应用

在工业炸药中，粉末炸药和含酸炸药存在压力降敏现象，炸药的感度降低，无法正常爆炸。结果表明，含酸炸药的压力降敏现象比粉末炸药复杂。结果表明，含酸炸药的压力减小效应主要表现为静压和动压两种形式。静压下的敏感现象通常发生在水深爆炸和深孔爆炸中。静压和爆炸的水压力及其自身的重量会降低穿透孔底部的炸药的敏感性。动压急剧下降的敏感现象主要是由于声波、电压波和压力脉冲的短期作用，炸药的爆炸性可以降低。动压，即动态压力。由于操作时间短，工作复杂，因此很难进行研究。作为一种工业炸药替代品，乳化炸药的评价在波浪等动态压力下具有规律，这对炸药的使用和施工安全带的影响很小。炸药的抗敏现象引起了行业专家的注意，并在国内外对这一现象进行了不同程度的研究。然而，由于乳化炸药的特殊物理结构，目前尚不清楚乳化炸药的抗敏机理。此外，不同的炸药和不同压力的不同类型的抗敏理力是不同的。在研究含水炸药动压作用下的减敏现象时,一般都是采用两个药包来进行,两药包的引爆有个延期时差,在这个时差内先被引爆的药包产生的冲击波,在介质中传播至后爆药包,对之产生作用.先起爆的药包称作主发药包,后起爆的药包称作次发药包.将所研究的炸药做成次发药包,通过不同手段观测次发药包在冲击波作用后的爆炸性能,来研究炸药的减敏现象.观测手段有多种,比如:有人将炸药装填在一截钢管内,通过钢管的爆裂情况和现场有无残药来判断炸药的爆炸情况;文献采用测爆速的方法来判断次发药包的爆炸情况.但是,将示波器运用来检测次发药包的爆炸情况还没有报道.1药包的波形测定和减敏程度的计算实验原理是将一定量乳化炸药做成次发药包,与主发药包同时放入水中,主发药包爆炸时产生的冲击波对次发药包作用.变化它们之间的距离,次发药包就会受到不同强度的冲击波作用,然后将次发药包取出,插入一发电雷管再次放入水中,将之引爆,并用测量系统捕捉到它的波形.将次发药包与压力传感器的距离固定,所测量的冲击波只会受药包本身爆炸性能的影响,不会受测量距离的影响,通过冲击波波形就可以比较药包的爆炸能力,实验中测量距离确定为15cm.在测量受压药包的冲击波之前,先在同样的条件下,分别测量未受压的次发药包和单独一发电雷管的波形,通过次发药包受压前后的冲击波参数,将炸药的减敏程度计算出来.波形的参数主要包括峰值压力、上升时间、下降时间等,其中以峰值压力为主,介于单独一发电雷管和未受压药包的峰压之间.(1)药包的扩大布置在安徽理工大学弹药工程与爆炸技术教研室的实验设备基础上,整个测量系统的实验装置如图1所示,水池直径5.5m,水深3.62m.文献介绍了药包置于水池中心总深度的2/3处爆炸时,来自水面和底部的边界效应可以相互抵消,因而将药包置入水下约2.4m处.实验时先将药包固定在铁架子中央,通过横梁上的滑车将药包置于水中,调试好仪器后起爆药包,在示波器上就会记录下与药包一定距离的水中冲击波波形.(2)测试波形的采集和测量实验所用示波器是美国Agilent公司生产的命名为54845A型的Infiniium示波器,其外观如图2所示.该示波器具有强大的触发和分析能力,易于捕获和分析波形.通过达到1.5GHz的带宽和8Gsa/Sr采样率,可在示波器上观察到最快的信号.与软件结合起来,采用Windows98操作系统和用户熟悉的计算机图形用户界面,内置自动测量系统,可以完成多项参数的测量,而且测量快捷准确、操作简便.还可以根据具体任务编程序,扩大它的应用范围.数据的处理很方便,可以将波形通过软盘驱动器储存到软盘上,也可以将波形储存在示波器的硬盘上随时调用.它有多种触发方式和多个连接通道,分辨率可达2ps.2药包间距与减敏程度的关系实验所用乳化炸药由氧化剂、水、还原剂、乳化剂组成,其含量(质量百分比)分别为83.5%,11.0%,3.5%,2.0%,外加2.7%的玻璃微珠.主发药包由5g黑索金(RDX)制成.称10g乳化炸药,在未受冲击波压力作用的情况下,利用图1所示的实验装置,在距离传感器15cm处被引爆,冲击波测试结果见表1.表1给出了在该测试条件下乳化炸药的冲击波峰值压力的电压信号为3.193V,在相同条件下测得一发雷管的峰值压力的电压信号为1.122V.在不同强度的冲击波压力作用下,次发药包表现出不同程度的减敏作用,见表2.根据表1,2的数据可计算出炸药的减敏程度A=(B-Xi)/(B-c),其中B为正常起爆时的冲击波峰压记;c为同样实验条件下雷管的冲击波峰压力;Xi为与主发药包不同距离受压后的冲击波峰压;i为主、次药包的间距,如:表2中的20,25,35cm等,由表1知B=3.193V,c=1.122V.将表2中各平均值代入上式,计算出炸药的减敏程度(表3).表1,2中的峰压电压信号没有转换成实际压力(单位为MPa)是因为A是无量纲量,只要分子分母单位一致,其值不变,其单位没有必要换算成MPa.根据表3中的数据,以i为横坐标,A为纵坐标作图,如图3所示.炸药减敏程度与药包间距之间的关系呈线性下降趋势,这表明乳化炸药从发生减敏到被完全压死是一个连续过程,而没有一个明显的界限.斜率反映减敏程度随着药包间距的增加而下降的快慢,斜率越大减敏程度下降的越快,说明炸药的抗压性能越好.减敏程度为1时炸药被完全压死,减敏程度为0时炸药正常爆炸,图3中直线介于纵坐标的0和1之间.各点对应各个药包间距次发药包的减敏程度值,将炸药的减敏程度数量化,克服了以往只能用拒爆、半爆等概念定性表述的不足.根据以往的概念,图3中各点都属于半爆的范畴,根本无法了解减敏程度与药包间距之间的关系.药包间距增加,次发药包受到冲击波作用强度减小,减敏程度逐渐下降,说明减敏程度与冲击波强度有关.冲击波作用大,减敏程度就大,反之减敏程度就小.乳化炸药优良的爆炸性能,靠的是分散相和连续相的紧密接触.如果敏化剂遭破坏,炸药无法被可靠起爆;如果W/O型微结构遭破坏,炸药的爆炸性能同样会下降.次发药包受压后密度增大、颜色发白、流变性变差,事实说明,起敏化和密度调节作用的玻璃微珠遭到破坏,有氧化剂析出,连续相的部分油膜遭到破坏.在冲击波作用下,敏化剂和W/O型结构同时遭到破坏,而且是相互联系的,前者促进了后者(这点将在另一篇论文中详细论述).图3给出的减敏程度说明上述两方面的破坏存在着一个“度”,冲击波强度与破坏程度相对应,而破坏程度又与减敏程度相对应,因而不同强度的冲击波作用后,乳化炸药表现出不同的减敏程度.减敏程度随着受压距离的增加逐渐下降的实验结果,说明随着冲击波强度的减小,敏化剂和W/O型结构的破坏程度减小.图4为几个典型的水中冲击波波形,表1,2中数据是由波形图测量得到的,其中横向为时间,纵向为电压信号,压力传感器将压力转化成电压信号在示波器上显示,它们成比例关系.波形的上升时间tR指的是波形从最低点上升到最高点所需时间,即图4(b)中从点1到2的横向距离;下降时间tF指波形从最高点下降到最低点所需时间,即图4(b)中点2到3的横向距离.由图4不难看出,次发药包减敏后冲击波峰压与持续时间明显减少.3乳化药剂减敏用示波器测量乳化炸药减敏前后水中爆炸冲击波,通过冲击波峰值压力的变化可以较精确地计算出炸药的减敏程度,其值介于0和1之间,减敏程度为0时炸药未发生减敏,为1时炸药被压死,对应的药包间距分别为临界减敏距离和临界压死距离