第２９卷第２期 火炸药学报 ２ ０ ０ ６年４月 Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓ＆Ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ ２３ “～； ｄ一． 一＿Ｅ＿一ｍ ｄ ～：兰 一ｍ ～增： 分步压装装药的安全性分析 。 一 ～ 一 一叫 叫 王淑萍 一 （西安近代化学研究所，陕西西安７１００６５） 摘 要：介绍了分步压装工艺中装药结构的特点，利用大型冲击模拟加载装置对不同密度的高能炸药药柱进行了 ～一一ｎ ｍ ～耐．¨ ． ～一～ ｕ仆～一 兰～ａ ．一曲 ｎ ｍ 一 ～ ．．一“ 安全性模拟实验，并对实验结果进行了理论分析。结果显示，在无缺陷条件下，装药点火阈值较高；在含缺陷条件 下，孔隙率越大，点火阈值越高，说明提高装药质量，可以提高装药的抗过载安全性；装药中保持一定的孔隙率可以 提高装药的抗过载能力，从而说明了分步压装工艺装药密度分布对装药的抗过载安全性是有利的。 ． 关键词：爆炸力学；战斗部装药；分步压装；安全性 中图分类号：ＴＪ５５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—７８１２（２００６）０２—００２３—０３ 一 Ｔｈｅ Ｓａｆｅｔｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｔｅｐ—Ｐｒｅｓｓ—Ｌｏａｄｉｎｇ Ｃｈａｒｇｅｓ ＷＡＮＧ Ｓｈｕ—Ｐｉｎｇ （Ｘｉ ａｎ Ｍｏｄｅｒｎ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉ ａｎ ７１００６５，Ｃｈｉ一～一ｎａ）一～ 一惭～一 撕 一 帆ｋ Ｌ ｌ＿二 ． （ｍ岫 ｏ～ ｏ 密度对点火阈值的影响，结果表明，密度越低感度越 引 言 低。而徐更光等 ］利用小型后座模拟器（类似于文献 一 ～一 ［１］中所用的激励器）研究了压装Ｂ炸药和压装改Ｂ 多年来，国内外科技工作者通过对炮弹装药受 炸药的孔隙率对点火阈值的影响，其结果正好与上 过载后的安全性研究，找出弹药装药发生早炸的主 述相反，孔隙率越低感度越低。 要原因是装药的质量控制问题。防止炮弹发生早炸 分步压装主要是由冲杆在一定转速旋转下，将 的重要措施就是改进装药工艺，提高装药质量，消除 炸药逐份送入炮弹内腔进行捣压的过程，这种装药 装药疵病，从而避免早炸隐患。为此，采用分步压装 技术集中了普通压装和螺旋压装的优点，对于某高 工艺装填高能炸药。经检测，其装药密度分布比较均 能炸药，目前的平均装药密度一般为１．７０ｇ／ｃｍ。左 匀，无肉眼可见的各种疵病（装药间隙、气泡和裂纹 右，且轴向密度较高而周边较低 ］。而炸药装药发射 等），消除了装药的不安全因素，从装药工艺上为炸 安全性研究结果认为，装药孔隙率对药柱的抗过载 药装药的安全性奠定了基础。然而，目前分步压装装 安全性有一定影响 ］，为了对采用分步压装技术所 药的相对密度约为９０ ，比一般的压装和注装密度 装填的战斗部抗过载安全性有一个清晰的认识，本 低，在这种密度下，能否保证装药的抗过载能力成为 实验利用大型冲击加载装置研究了压装高能炸药孔 关注的重点。文献［１］中研究了压装ＬＸ一１４炸药初始 隙率对点火阈值的影响。 收稿日期：２００５—０８一ｌ１； 修回日期：２００５—１２—２１ 作者简介：王淑萍（１ ９６４一），女，高级工程师，从事炸药应用技术研究。 ２４ 火炸药学报 第２９卷第２期 表２ 无缺陷炸药药柱模拟加载试验结果 １ 实 验 １．１ 实验装置和仪器 序 号 Ｔａｂｌｅ ２ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｌｏａｄｉｎｇ ｃｈａｒｇｅ ｗｉｔｈｏｕｔ ｄｅｆｅｃｔ 结果 未爆 未爆 采用大型撞击模拟加载装置，其中加载锤重为 ４００ｋｇ，最大落高为４ ｒｎ，最大速度为８．８５ｍ／ｓ，通过 调节落锤落高实现对炸药药柱的不同应力加载。应力 测量采用应变式传感器，测试记录系统采用 ＴＤＳ５４４Ａ瞬态存储示波器，最大采样速率为１ ＧＳ／ｓ， ４通道，可实现数字存储和转换。为满足炸药装药加 载应力信号采集要求，结合样弹对传感器进行了专门 设计和安装。 １．２实验方法和结果 通过对采用分步压装工艺的某弹体装药密度进 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ 行剖析测绘，确定了装药的密度范围为１．５５～ １．７７ｇ／ｃｍ。，为此，压制了密度在１．５～１．８ｇ／ｃｍ。范 围内的药柱若干发，药柱尺寸约为 ４０ｍｍ× １ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ５ Ｏ ２ Ｏ ２ ２ Ｏ ２ ２ Ｏ Ｏ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ４０ｍｍ，直接压入模拟弹内，药柱两端分别用 ４０ｍｍ×５ｍｍ的聚乙烯塑料垫密封。实验分两组， 一种含缺陷装药，底隙为 ２４ｍｍ×０．８ｍｍ，共１３ ４ 曲 ∞ 叭 引 １ ３ ４ ７ ９ 曲 ４ 发，另一组是无缺陷装药，共１１发。采用升降法进行 实验，如发生起爆现象，则降低落锤高度（Ｈ），反之 则增加高度。实验结果见表１、表２。２ ２ ２ 表１ 含缺陷炸药药柱模拟加载试验结果 弱 Ｔａｂｌｅ １ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｌｏａｄｉｎｇ ｃｈａｒｇｅ ｗｉｔｈ ｄｅｆｅｃｔ 序 ｌＤ／ 孔隙率／ Ｈ／ ｉ／ 』＝ ／ 牡目 钿木 号（ｇ・ｃｍ ） ｍｍ ＭＰａ ｍｓ １ １．５ １９．８ １ ６００ ７４０ ２．３７ 未爆 ２ １．６２３ １３．２ １ ７００ ８１２ ３．４１ 未爆 ３ １．６５５ １１．５ １ ８００ ７９７ ３．０３ 未爆 ４ １．６５５ １１．５ １ ８００ ８４０ ３．１０ 未爆 ６ １．６８８ ９．７ ２ ０００ ８７８ ３．１０ 未爆 ７ １．６９３ ９．５ １ ８５０ ７８１ ２．８Ｏ 爆燃 ８ １．７０１ ９．０ １ ８５０ ２４４ ０．９１ 爆炸 ９ １．７１８ ８．１ １ ８００ ７７２ ２．５９ 爆炸 １Ｏ １．７６ ５．９ １ ４００ ３６１ ０．９１ 爆炸 １１ １．７８６ ４．５ １ ５００ ３３２ ０．７１ 爆炸 １２ １．８１７ ２．８ １ ６００ ２７３ ２．７５ 爆炸 １３ １．８２６ ２．４ １ ７５０ ３１５ ０．７４ 爆炸 爆炸 未爆 未爆 未爆 未爆 未爆 ８ ９ Ｃ １ 未爆 未爆 未爆 注：药柱装药密度均为１．７３４ｇ／ｃｍ。。 ７２ 踮 罟９分析与讨论 ９８ ∞ 从表１可以看出，当药柱密度在１．６８８ｇ／ｃｍ。以 ２ 下时，加载落高达到２ Ｌ Ｌ ０００ｍｍ，未发生爆炸；随着药 柱密度的增加，当达到１．６９３ｇ／ｃｍ。时，发生爆燃，大 于１．７０ｇ／ｃｍ。时，均发生爆炸。可见，药柱密度小于 １．７０ｇ／ｃｍ。时，起爆阈值较高，大于１．７０ｇ／ｃｍ。，起 爆阈值明显降低。表２是无缺陷装药的试验结果。在 落高达２ ２５０ｍｍ时，有一发爆炸，４发未爆。 ２．１ 装药孔隙率对安全性的影响 在一定的装药密度范围内，如果药柱密度较低 （孔隙率较大）时，药柱颗粒之间的空隙较大，受到过 载时，药柱颗粒受到挤压，变得更为密实，延长了应 力上升时间，降低了过载应力率（见图１），从而使过 载的应力得以缓冲，过载能量得以释放，使装药底隙 处的过载减小，从而减缓装药底隙的快速压缩作用， 使药柱的起爆阈值升高，提高了装药的安全性。如果 药柱密度较高（孔隙率较小），由于颗粒之间较为密 实，对加载应力的缓冲作用较小，使加载能量大部分 作用于底隙处，很容易造成快速压缩，使能量聚集， 局部气体温度上升，继而产生热点，甚至点火。 图２是不同密度条件下，未发生爆炸时药柱加 载应力与应力上升时间的关系。可以看出，密度低的 第２９卷第２期 王淑萍：分步压装装药的安全性分析 ２５ 药柱，应力上升时间较长，而密度高的药柱则较短。 也就是说，密度低药柱受加载时应力率较低，而密度 高药柱则较大。因此，在同样装药缺陷和加载情况 种分解作用。降低了轴向药柱的过载作用，这对于药 柱的安全性起到了积极的作用。表３列出了战斗部 装药射击试验前后装药密度ＣＴ值的变化情况。试 验后，装药轴向密度比试验前降低了约３％，装药密 下，密度较高的药柱因其应力率偏高而导致安全性 降低。 ｆ Ｅ ● 芝 ．睁 Ｒ 图１ 不同密度药柱加载应力率比较 Ｆｉｇ．１ Ａ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｌｏａｄｉｎｇ ｓｔｒｅｓｓ ｒａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅｓ ｗｉｔｈ ｖａｒｉｏｕｓ ｄｅｎｓｉｔｙ 图２ 不同密度药柱加载应力与应力上升时间的关系曲线 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｌｏａｄｉｎｇ ｓｔｒｅｓｓ ＶＳ．ｒａｉｓｅ ｔｉｍｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｙ ｃｈａｒｇｅｓ 因此，装药密度较低时，孔隙率缓解了缺陷对药 柱的危险性，并起主要作用；密度较高时，由于孔隙 率变小，加载能量大部分作用于底隙处，这时装药缺 陷对药柱的敏感性起主要作用。 ２．２分步压装装药结构的安全性 由表２数据看出，在较高装药密度下，无缺陷装 药的起爆阈值较高，说明提高装药密度，消除或减少 装药缺陷，控制装药质量可以提高装药的抗过载安 全性。而采用分步压装工艺消除了装药间隙、气泡及 裂纹等缺陷，改善了装药的内部质量，从而提高了装 药的抗过载安全性。同时，分步压装装药密度分布的 特点是轴向高而周边较低，在受到过载时，药柱颗粒 间产生径向移动，对轴向药柱的过载能量同样是一 度分布比试验前更加均匀，说明战斗部撞击靶板后， 其内部的装药颗粒因受过载作用向密度较低的周边 方向移动，从而使过载能量得以缓冲，保证了装药的 安全性。也就是说，目前分步压装装药密度分布符合 抗过载安全性的要求。 表３试验前后战斗部装药密度变化情况 Ｔａｂｌｅ ３ Ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｉｎ ｗａｒｈｅａｄ ｃｈａｒｇｅ ｄｅｎｓｉｔｙ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ３ 结 论 （１）在一定的密度范围内，孔隙率对装药的安 全性有一定的积极作用，当药柱存在缺陷时，孔隙率 高的药柱对缺陷的危险性起到了减缓作用； （２）消除或减少装药缺陷，提高装药质量可以 提高装药的抗过载安全性，分步压装工艺提高了装 药内部质量，并且装药密度分布对炮弹装药的抗过 载安全性起到了积极作用。 参考文献： Ｉ－１］Ｊｏｈｎ Ｓｔａｒｋｅｎｂｅｒｇ．Ａｉｒ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｈｅａｔｉｎｇ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｌａｕｎｃｈ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＡＤ—Ａ １６４９６１［Ｒ］．Ｓｐｒｉｎｇｆｉｅｌｄ：ＮＴＩＳ，１９８６：８－２８． ［２］徐更光，张锦云，黄正平．炸药装药的孔隙率和力学性 能对发射安全性的影响［Ｒ］．北京：北京理工大学， １９９９． ［３］ 肖ＪＩＩ，胡焕性，陶孟君．弹药分步压装装药技术简介 ［ｃ］∥中国宇航无人飞行器学会战斗部与毁伤效率专 业委员会第七届学术年会论文集．西安：西安近代化 学研究所，２００１． －１４］王世英，胡焕性．炸药装药工艺对发射安全性的影响 ［Ｊ］．火炸药学报，２００３，２６（１）：２０—２２．
