普通导爆管起爆过程中爆速随时间变化规律的试验研究

普通导爆管起爆过程中爆速随时间变化规律的试验研究

管口断药引发爆爆普通导爆管是用黑索金（或奥克托金）和铝粉（或其他成分）制成的聚吡咯空心管。起爆后,能量以爆轰波的形式通过管道效应在管内稳定传播。导爆管在加工、装配、运输和贮存过程中经受颠簸、振动等各种原因可能导致管壁药粉不足或出现断药。导爆管在传爆过程中若遇到断药时,管内爆轰波的能量将不断衰减,断药长度较短时可能会引起爆速波动,使导爆管不能正常传爆;断药长度过长时可能使爆轰中断,导爆管出现断爆,使与其连接的起爆系统拒爆。通过对16cm断药长度的规整导爆管(导爆管仅有断药存在而不出现其它损伤,如管壁压扁、管体不规则等)传爆过程的高速摄影试验,观察规整导爆管出现断药时,在传爆过程中爆轰波的传播特征,并分析整个传爆过程中导爆管爆速随时间变化的规律。1导爆管的固定试验的主要目的是为了观察规整导爆管出现断药后整个传爆过程中爆轰波的传播特征及传爆速度的变化情况,并分析断药后导爆管传爆速度的变化规律。试验采用的普通塑料导爆管,爆速为(1850±50)m/s,外径ϕ(3.0±0.1)mm,内径ϕ(1.4±0.1)mm。试验中用已传爆过的规整导爆管代替断药部分,并用内径比导爆管外径稍小的透明塑料套管与强力透明胶布将正常导爆管与断药管端口相对连接在一起,断药管两端为正常导爆管,以此组合成一根完整的试验用断药导爆管。为了便于观察,将待测导爆管固定在木板上。试验中采用HG-A型脉冲高压起爆器起爆导爆管。2高速摄影试验和试验结果的分析2.1高速摄影仪试验装置及设备试验采用UltimaAPX-RS型高速相机进行断药导爆管传爆试验的高速摄影,由IBMR60笔记本电脑记录和显示拍摄图像信息,采用丹东丹美照明电器有限公司生产DCI-1000W的高效金属卤化物灯作拍摄光源。试验时高速相机镜头正对导爆管进行拍摄,拍摄距离4.97m,依据光源强度选择的拍摄速度为30000f/s,每幅时间间隔1/30ms。为了提高试验的精确性,试验中使用了同步设备进行控制,此设备可保证导爆管起爆瞬间高速摄影仪正常启动,并拍摄到所需要的全过程。高速摄影系统及装置如图1。试验中截取长16cm的已起爆过的规整导爆管作为断药管,用2段长约3cm的透明塑料软管为套管,将断药管两端与2段正常的导爆管同时插入套管中对接起来,为保证接口的紧密性以及防止接口被导爆管传爆时产生的爆轰波冲断,用多层强力透明胶布缠绕接口处。根据拍摄与观测的需要,两端正常的导爆管长度分别取为2m。为了便于拍摄与图像分析处理,将待测导爆管固定在平直木板上,木板垂直地面放置,表面用黑布包裹,在其表面粘贴附有标准刻度线的白纸,以便观测导爆管的传爆情况。拍摄时高速摄像机镜头正对导爆管,镜头与木板平行。为了观测到较好的试验效果,试验前首先启动光源,预热仪器。为了得到更全面的拍摄范围,注意调节高速摄影仪焦距的大小与所使用镜头的长度,以及合适的木板摆放位置,并将高速摄影仪的触发方式设置为预触发模式。为了更准确的分析试验结果,同一断药长度的导爆管进行了2次试验。2.2传爆效果对比2次断药长度为16cm的规整导爆管都成功传爆,传爆过程的高速摄影记录结果见图2所示,根据试验分析的需要,只截取了拍摄范围内中的13幅图像,而且拟定所截取的全部图片之前的1幅图片作为研究导爆管传爆过程的零时刻。图2给出了导爆管断药前段、断药部分及断药后3部分导爆管连续传爆过程的高速摄影照片。拍摄图片中出现的不断向前推进的亮光区是导爆管传爆过程中爆轰波的传播图像,主要由空气冲击波压缩区(头部亮区),炸药与空气形成的固-气相混合物的化学反应区(较亮区)和反应完毕的爆轰产物区(较暗区)3部分组成。对比以上2图可以发现,2幅图的传爆效果大致相同,在1/30—1/10ms时间段内,导爆管正常传爆,爆轰波强度高,光区亮度较亮;在2/15ms时,导爆管传爆到断药部分,光区亮度较上一时刻明显变暗,爆轰波强度也相应减弱,随着导爆管在断药部分的继续传爆,爆轰波强度越来越弱,光区亮度越来越暗;在1/3ms时刻,导爆管又传爆到正常段,此为导爆管段断药后的部分,爆轰波的强度逐渐增强,亮光也越来越强;在13/30ms时刻,爆轰波的强度又达到了正常水平,光区亮度与断药前段拍摄到的光区亮度基本一致,这种变化特征与之前学者研究的结果相一致。2.3导爆管传爆速度随试验2次重大变化的规律利用所拍摄图片上的刻度线,对爆轰波的传播过程进行分析。量测爆轰波在不同时刻的水平移动距离,计算相邻两时刻之间的传播距离ΔS,最后计算出各相邻时刻间导爆管传爆的平均速度v,其结果见表1。根据表1可以分别作出2次断药试验中,导爆管传爆速度与传爆时间之间的关系曲线,见图3。从表1与图3可以看出断药导爆管传爆速度随时间变化的规律:在断药前爆轰波以一个稳定的速度传播,在进入断药部分时,导爆管传爆速度逐渐降低,最后在断药部分的末端降到一个最低的速度值,爆轰波又传到正常导爆管段时,导爆管传爆速度迅速回升,并且出现了一个高峰值,但很快又恢复到正常导爆管的传爆速度,并以此速度稳定向前传爆。从图3上还可以看出第1次试验与第2次试验的试验结果大致相同,导爆管传爆速度所呈现的规律为:稳定(正常段)—逐渐下降(断药段)—迅速上升(正常段)—突跃(正常段)—稳定(正常段),这也与直接从图像上观察到的结果基本一致。这说明断药的规则导爆管的爆速变化具有一定的规律性,试验结果比较准确。根据导爆管的传爆机理,可以分析导爆管传爆速度呈现此规律的原因。导爆管受到一定强度冲击波形式的激发能量作用后,管内壁上粘附的混合药粉受到爆轰波中前沿冲击波阵面上的高温和一定大小的压力作用后,首先在炸药表面上发生化学反应。反应中间产物迅速向管内扩散,反应放热一部分用来维持管内的压力和温度,另一部分则使余下的炸药粒子继续反应。扩散到管腔的中间产物与空气混合后还将继续发生剧烈的爆炸变化,爆炸时放出的热和气体将迅速膨胀来支持前沿冲击波前移而不致衰减,同时前移的冲击波还将继续使未反应的管内3结论本试验利用高速摄影仪拍摄的断药16cm时的规整导爆管传爆过程的图像较清晰,通过对断药导爆管传爆过程的分析,得出在断