凝聚炸药爆轰

第6章凝聚炸药爆轰理论

（DetonationofCondensedExplosives)1第6章凝聚炸药爆轰理论所谓凝聚炸药是指液态和固态炸药。与气体爆炸物相比，除形态不同外，凝聚炸药还具有密度大、爆速高、爆轰压力大、所形成的能量密度高等特点，因而爆炸的破坏性强、威力大。此外，凝聚炸药的体态便于存储、运输、成型加工和使用，因而在军事和民用上获得了广泛的应用。2第6章凝聚炸药爆轰理论军事：有关炸药的研究：（1）高能钝感炸药－配方（单质炸药分子及晶体设计、混合炸药设计与制备；（2）损伤、爆轰、安全性能；（3）与目标的作用－能量输出结构。数字化技术：数码雷管弹药技术军民共用：反恐民用：爆炸加工、爆炸合成等3第6章凝聚炸药爆轰理论4爆轰合成UFD过程的物理模型5本章内容6.1爆轰参数的实验测量方法6.2凝聚炸药爆轰参数的理论计算及工程计算6.3凝聚炸药爆轰波的传播6.4DDT，XDT问题6.5爆轰波的波形及其控制

66.1爆轰参数的实验测量方法76.1.1爆速的测定86.1.1爆速的测定所谓爆速是指爆轰波沿爆炸物进行传播的速度，炸药的爆速是衡量炸药爆炸性能的重要标志量，也是爆轰波参数中当前能测量的最准确的一个参数。爆速的测试方法通常有两种：（1）测时法（2）高速摄影法

96.1.1爆速的测定1、测时法原理：利用各种类型的测时仪器或装置测定爆轰波从一点传到另一点所经历的时间间隔，然后去除两点间的距离，这样就可得到爆轰波在两点间的传播平均速度，即

……(1)106.1.1爆速的测定图6－1探针法测爆速装置图实验装置如图6－1所示，探针用的是直径为10～30um的细镍丝或铜丝，两根针的间隙为1mm左右。116.1.1爆速的测定当爆轰波沿药柱传播至A点时，因为爆轰波阵面上的产物处于高温高压状态下，电离为正、负离子，具有很好的导电性，因而使A点处相互绝缘的一对探针接通，使电容C1放电，给示波器一个脉冲信号。当爆轰波传播至B、C、D点时，C2、C3、C4依次放电，示波器记录不同位置的脉冲信号。即可得到A、B、C、D各点间的时间间隔，算出相应的平均速度值。

126.1.1爆速的测定图6－2Thetypicalpulsesignals136.1.1爆速的测定目前采用电子探针－高精度波形存储器（或瞬态记录示波器）系统测量爆速的精度已相当高，误差一般小于0.1％。

需要指出的是，为了避免引爆端爆速不稳定对测量精度的影响，A点应离开起爆端一定距离，以使爆轰波传播速度达到稳定值，这个距离一般取为装药直径的3～4倍。

146.1.1爆速的测定2.高速摄影法（High-speedPhotography）原理：利用爆轰波阵面传播时的发光现象，用高速摄影机将爆轰波沿药柱传播过程的轨迹连续地拍摄下来，得到爆轰波传播的时间－距离扫描曲线，而后用工具显微镜或光电自动读数仪测量曲线上各点的瞬时传播速度。

156.1.1爆速的测定高速摄影机通常有两种：转鼓式和转镜式。（1）转鼓式

166.1.1爆速的测定把感光胶片固定在摄影机内的转鼓上，它随转鼓而转动，因此，在爆轰波沿药柱传播过程反映在胶片上则为一条扫描曲线。这种装置在转鼓上的胶片在高速转动时，因受到离心力作用容易引起破坏，因此只能用它测定低速过程。

176.1.1爆速的测定（2）转镜式

186.1.1爆速的测定转镜式高速摄影机克服了上述缺点，它的特点是胶片固定不动，而以高速旋转的平面转镜代替转鼓，故称为转镜式高速摄影机。转镜式高速摄影机广泛地用来研究高速过程。其扫描线速度高达每秒数千米乃至每秒数万米。若装上分幅装置进行分幅照像，其拍摄速度可达每秒数百万幅到数千万幅。196.1.1爆速的测定基本原理：药柱引爆后，爆轰波由A经B传至C，爆轰波阵面所发射出的光经过物镜到达转镜上，再由转镜反射到固定的胶片上。由于转镜以一定的角速度旋转，因此，当爆轰波由A传至B时，反射到胶片上的光电就由A’移动到B’。这样，在胶片上就得到一条扫描曲线，这条扫描曲线与爆轰波沿炸药的传播过程相对应的。

206.1.1爆速的测定设摄影机的放大系数为（一般<1），则：

……(2)

因此……(3)

由物理光学原理可知：……(4)

216.1.1爆速的测定

……(5)国产GSJ型高速摄影机的平均扫描半径R＝238.6mm。由（5）式可知，D的测量精度与的测量精度关系很大，因此在实验中应尽量通过调整转速n使得接近450。

226.1.1爆速的测定【例】

1——战斗部壳体组件；2——主装药；3——隔板垫；4——沉头螺钉；5——隔板；6——纸垫(纸板)；7——螺栓；8——垫圈；9——盖板(45钢)236.1.1爆速的测定实验装置照片

246.1.1爆速的测定低速

256.1.1爆速的测定高速26二维冲击起爆2728Φ160×30mm波形Φ160×40mm波形29Φ160×50mm波形Φ160×60mm波形306.1.2CJ压力的测量316.1.2CJ压力的测量实验原理：利用锰铜材料在动态高压作用下的压阻效应，也就是利用从实验得到的关系确定压力值，测量CJ压力。3233346.1.2CJ压力的测量典型信号356.1.2CJ压力的测量这种方法实际上测试的是炸药与锰铜计之间的界面压力。CJ压力的其它测试方法参考“张宝平等，爆轰物理学，pp406~414”

366.2凝聚炸药爆轰参数的理论计算及工程计算376.2.1爆轰参数的计算386.2.1爆轰参数的计算凝聚炸药的爆轰也可用ZND模型描述，也适用CJ条件。爆轰波基本关系式：

……(1)

……(2)

……(3)CJ条件：……(4)

396.2.1爆轰参数的计算1.爆轰产物状态方程

（1）JWL方程

JWL（Jones-Wilkins-Lee）状态方程的压力形式为：

……(5)过CJ点的等熵方程为：

……(6)

406.2.1爆轰参数的计算式中A、B、C、R1、R2和ω均为常数，由圆筒实验标定得到。圆筒实验：是由克莱提出的，已得到广泛应用，我国已定为国家军用标准。

试验方法：将待测炸药以一定密度装入外径为30.4mm，内径为25.4mm，的紫铜管内，一端起爆，用转镜式高速摄影仪（狭缝垂直圆管轴线）记录铜管外半径R的径向膨胀轨迹。416.2.1爆轰参数的计算设定一组R1，R2，ω值，用假设的JWL方程通过二维流体弹塑性程序数值模拟爆炸驱动圆管的外径膨胀轨迹，和实验值作比较，不断调整三个参数，直到和实验值误差小于1%。但同一炸药，JWL方程的六个系数随密度而变，通常文献仅给出一种密度的JWL方程系数。426.2.1爆轰参数的计算薛再清等提出了适用于不同密度范围的JWLG状态方程。通过爆轰数值计算表面，在一定密度范围内，单位质量炸药的产物摩尔数变化很小，而相对体积V=v/v0的变化很大。用单位质量炸药的产物的体积Vm=V/ρ0代替V作自变量，就可以适用于不同密度的炸药了。436.2.1爆轰参数的计算（2）BKW方程

BKW状态方程是由Becker-Kisiakowsky-wilson提出来的：

……(7)v为气态产物的克分子体积；xi为产物中i种气体的分子分数；ki为第i种气体的余容因子；α,β,K,θ为经验常数。该方程考虑了产物的化学组分。446.2.1爆轰参数的计算通过大量的计算和实验，最后确定一套适用于“RDX”一类炸药参数，一套适用于“TNT”一类炸药的参数。随着电子计算机的发展，出现了许多计算爆轰参数的计算软件，不仅可以计算P、T、D、v之外，还可以计算爆热、爆轰波阵面两侧的内能变化量等等。

456.2.1爆轰参数的计算（3）常γ状态方程根据兰道－斯达纽科维奇给出的状态方程式

……(8)

对于实际常用的炸药，其装药密度一般大于1g/cm3，其爆轰产物中分子热运动所表现的压强的影响对于弹性压强可以忽略不计，因此，上式可写作

……(9)466.2.1爆轰参数的计算(2)凝聚炸药爆轰参数的近似计算

利用公式（10）的状态方程，可推导爆轰参数的近似计算公式：

……(10)

476.2.1爆轰参数的计算

对于大多数炸药，。则

……(11)486.2.1爆轰参数的计算需注意（1）的值应根据爆轰产物的组成确定，可按近似表达式确定:

……(12)式中，

——爆轰产物第i成分的摩尔分数；

——爆轰产物i第成分的局部等熵指数。496.2.1爆轰参数的计算凝聚炸药爆轰产物各主要成分的等熵指数γ为H2OCO2CON2CO21.904.502.853.703.552.45506.2.1爆轰参数的计算爆轰产物组成确定的原则为：炸药中的氧首先将H和O化成H2O，而后将C氧化成CO，若还有剩余的O再将CO氧化成CO2，N以分子形式存在。TNT爆炸反应方程可写为：

C7H5O6N3→2.5H2O+3.5CO+3.5C+1.5N2

其γ为：2.8。516.2.1爆轰参数的计算（2）爆轰产物的热力学平衡计算出来的与炸药的爆轰热（在化学反应区释放的热量）数值上有明显差别。因此，通常不直接采用上式计算爆速，而是采用实验测得的爆速去计算其它爆轰参数，这样计算的结果与测量值比较符合。

526.2.2爆轰参数的工程计算536.2.2爆轰参数的工程计算1、爆速和爆压1968年，康姆莱特（Kamlet）等人提出了计算（CHNO）炸药爆压和爆速的半经验计算公式，称为Kamlet公式或N-M-Q公式，它适用于装药密度大于1g/cm3的情况，公式的形式为：

……(1)

……(2)

……(3)546.2.2爆轰参数的工程计算式中

——CJ爆轰压力（GPa）；

D——爆速（km/s）；

——炸药的装药密度（g/cm3）；

N——每克炸药爆炸后所形成的气体产物的摩尔数（mol/g）；

M——气体爆轰产物的平均摩尔量（g/mol）；

——炸药的特征值；

Q——炸药的爆热（J/g）。556.2.2爆轰参数的工程计算N，M和Q的值可以用下面的方法计算：

CaHbNcOd——1/2cN2+1/2bH2O+(1/2d-1/4b)CO2+(a-1/2d+1/4b)C

……(4)

……(5)566.2.2爆轰参数的工程计算

……(6)式中为炸药的生成热焓（J/g），可直接从有关表中查找或计算。576.2.2爆轰参数的工程计算用Kamlet公式计算凝聚炸药的爆轰参数时只需要知道炸药的组成（即分子式）、密度以及炸药的生成热焓，而不需要其它数据。该方法的计算值与实验值的误差在3％以内。该公式用于C-H-N-O系列炸药比较精确，但对于硝酸酯及叠氮化物两类炸药的爆速有很大的误差。

586.2.2爆轰参数的工程计算2、爆热与爆容爆热和爆容是衡量混合炸药爆炸后做功能力的重要参数。如果能准确测出炸药爆轰后的产物，便可由盖斯定律及阿佛加得罗定律计算出这两个参数。由于炸药爆轰时的产物测定很困难，通常为计算方便，大都采用经验方法写出爆炸反应方程式，然后进行计算。596.2.2爆轰参数的工程计算（1）盖斯定律计算爆热

……(7)式中，

Qp——定压爆热（kJ/kg）；

——爆炸产物的物质的量（mol/kg）；

——爆炸产物i产物的生成焓（kJ/mol）；

Nmi——混合炸药中组分i的物质的量（mol/kg）；

——混合炸药中组分i的生成焓（kJ/mol）。606.2.2爆轰参数的工程计算把定压爆热换算成定容爆热，以便与实验测量的爆热进行比较。

Qv=Qp＋

2.447n

……(8)式中，Qv——定容爆热（kJ/kg）;n——1kg炸药爆炸后生成的气体爆炸产物物质的量（mol）

616.2.2爆轰参数的工程计算（2）爆容当采用经验方法

写出爆炸反应方程式后，便可利用阿佛加得罗定律计算混合炸药的爆容，即

……(9)式中，

——混合炸药的爆容

——气体爆炸产物的摩尔数量626.2.2爆轰参数的工程计算3、炸药作功能力的经验计算炸药的作功能力取决于爆热Qv及气态爆炸产物体积vg的乘积。爆热决定了炸药的能量，而这一能量是由气态爆炸产物的膨胀转变为功的。气态爆炸产物的体积愈大，热能转变为功的效率愈高，一般称Qvvg为炸药的特性乘积。

……(10)式中，A——炸药的作功能力（kJ/g）；

Qv——炸药的爆热（kJ/g）；

vg——炸药气态爆炸产物的体积（cm3/g）。636.2.2爆轰参数的工程计算几种炸药作功能力计算值与实验值的比较

646.2.2爆轰参数的工程计算爆热Qv及气态爆炸产物的体积vg的数值也可由实验方法确定，但实验测定这些数据比较困难，因而一般都是根据炸药的氧平衡用经验方法进行计算，这样做不仅繁琐，也不准确。656.2.2爆轰参数的工程计算研究表明，虽然采用不同的公式算出的爆热及气态爆炸产物体积的数值差别较大，但对其乘积的影响不大。为简化起见可以采用按最大放热原则算出的最大热Qmax及相应的气态爆炸产物的体积Vm的乘积作为特性乘积，称为Qmax-Vm法。

666.2.2爆轰参数的工程计算在实验测定炸药作功能力时，一般采用在同样条件下，被试炸药作功能力与一定密度下某一参比炸药作功能力的比值作为试样的相对作功能力。常用的参比炸药为梯恩梯，相对比较值称为梯恩梯当量。用Qmax-Vm法计算梯恩梯当量时，只需计算某炸药的Qmax-Vm与梯恩梯的Qmax-Vm即可。

676.2.2爆轰参数的工程计算计算值和实验值的比较

686.2.2爆轰参数的工程计算4、混合炸药爆速的经验计算方法

美国的Urizar在四十年代末提出了一个简单的经验公式，可用于计算混合炸药（包括含有惰性添加剂的混合炸药）的爆速。该公式如下：

……(14)

……(15)

696.2.2爆轰参数的工程计算式中

Di为第i组分的爆速；为第i组分的体积分数；为第i组分的质量百分数；为第i组分的的最大理想密度；为混合炸药的初始密度；

M为混合炸药的总质量。如果，则混合炸药中含有空气，则

706.2.2爆轰参数的工程计算【例】

试计算85HMX/15VitonA混合炸药在时的爆速。已知：HMX的＝1.90g/cm3，Di＝9150m/sVintonA的＝1.82g/cm3，Di＝5390m/s

空气的Di＝1500m/s716.2.2爆轰参数的工程计算解：确定各组分的值726.3凝聚炸药爆轰波的传播736.3.1凝聚炸药爆轰传播过程的直径效应746.3.1凝聚炸药爆轰传播过程的直径效应1、实验观察前面述及的ZND模型，假设是平面一维的。没有考虑侧面稀疏波的影响（认为装药直径无限大）。实际上，装药直径是有限的，这样，在爆轰过程中，爆轰产物和爆轰反应区就会受到侧向的影响，致使反应区的能量密度减小，波阵面的强度降低，进而导致爆轰波传播速度下降，降低到与该装药直径相对应的爆速值并以该爆速沿炸药传播下去。如图6-7所示。

756.3.1凝聚炸药爆轰传播过程的直径效应图6－7爆轰波的传播（a）爆轰波在不变壳体中的传播（b）有侧向能量损失时的爆轰波766.3.1凝聚炸药爆轰传播过程的直径效应当药柱直径减小时，爆速也逐渐减小，药柱直径减小到一定值时，在药柱中不能形成稳定的爆轰波。此时的装药直径称为临界直径。显然，爆轰波尚能沿爆炸物继续传播下去的最小直径称为临界直径，以dc表示。图6－8展示了侧向稀疏波对反应区的影响。其中，ab、bb’、b’a’线代表侧向稀疏（膨胀）波侵入反应区时的分界面，梯形abb’a’为反应区中支持爆轰波能量的有效部分，cc’线代表反应区与爆轰产物的分界面。776.3.1凝聚炸药爆轰传播过程的直径效应图6－8侧向稀疏波效应示意图当bb’和cc’重合时，有效部分所占比例就大，即能量利用率较大，爆速也就较大。图中阴影面积越大，能量利用率就越大，爆速也就越大。

786.3.1凝聚炸药爆轰传播过程的直径效应如果装药的直径大，反应速度快，此时反应区较窄，膨胀波侵入的范围较小，能量利用率就越大，爆速就越大。反之，能量利用率就低，爆速也低。这种装药直径大小对爆轰波的传播过程和传播速度的影响就叫作炸药爆轰传播的直径效应。

实验测得炸药爆速与装药直径之间关系如图6－9所示。

796.3.1凝聚炸药爆轰传播过程的直径效应图6－9爆速与装药直径的关系806.3.1凝聚炸药爆轰传播过程的直径效应从图6－9可以看出，当装药直径大于临界直径时，爆速随装药直径增大而增大，但当药柱直径增加到某一极限尺寸de后，继续加大装药直径爆速却不再增加，此直径称为装药的极限直径。临界直径下的爆速Dc称为临界爆速。极限直径下的爆速De称为极限爆速。

816.3.1凝聚炸药爆轰传播过程的直径效应在dc<d<de内，对于一定密度的装药，爆速随直径增大而增大，根据实验数据归纳得到如下的实验式：

……(16)式中，D——直径为d时的爆速；

Di——炸药在该密度下的理想爆速；

a——与炸药性质有关的常数，它通过实验确定。826.3.1凝聚炸药爆轰传播过程的直径效应

几种炸药的Di和a值

不同密度时B炸药Di和a值836.3.1凝聚炸药爆轰传播过程的直径效应炸药的临界直径在炸药应用上具有重要的实际意义：例如火工品设计中需要考虑在保证产品的威力性能的条件下，尽量减小装药直径。再如战斗部设计中传爆系统药柱尺寸的确定等都要考虑装药直径减小所产生的后果。

846.3.1凝聚炸药爆轰传播过程的直径效应2、哈里顿原理为了了解临界直径的本质，哈里顿提出应当考虑爆轰过程中能量侧向损失问题。在有限直径药柱内，爆轰的传播化学反应的释能速度与侧向膨胀引起的能量耗散速度之比有关，能量损失随药柱直径减小而增大，从而造成波阵面上参数的下降及化学反应时间τ的增加。当处于某一有限直径，即临界直径时，侧向能量损失过多，致使能够用来支持爆轰波的能量不足，导致爆轰不能传播下去。

856.3.1凝聚炸药爆轰传播过程的直径效应由于稀疏波向爆轰产物内的传播速度等于声速，哈里顿给出了估计临界直径dc的公式:dc=2cτ

……(17)其中c

是爆轰产物的平均声速，

τ是爆轰阵面内的化学反应时间。哈里顿原理不仅解释了爆轰传播极限问题，即临界直径的本质，也能说明爆轰过程的其他直径效应现象。下面进行具体的说明。

866.3.1凝聚炸药爆轰传播过程的直径效应设反应区内完成化学反应的时间为τ，稀疏波从装药侧面到达轴线的时间为t。若t＞τ，则侧向稀疏波未到达装药轴线之前，反应区的化学反应已经完成，反应区内的相对能量损失不大。若τ＞t，说明稀疏波先于化学反应完成之前已经到达装药轴线处，则相对能量损失较前者损失增加。装药直径增大，引起t增加，有利于减小侧向能量耗散的相对影响。反之将增大侧向能能量耗散的相对影响。如图6－10所示。

876.3.1凝聚炸药爆轰传播过程的直径效应凡能使τ减小或t增长的条件，都可减小临界直径和极限直径；凡能使τ增大或t减小的条件，都增大临界直径和极限直径。

图6－10侧向稀疏波对反应区影响示意图

886.3.1凝聚炸药爆轰传播过程的直径效应3、影响直径效应的因素（1）炸药的性质及状态炸药不同，临界直径和极限直径也不同。同一种炸药，不同状态其临界直径和极限直径也不同。如TNT，液态时，dc为62mm；铸装时，为38mm；压装时，为1.8~2.5mm。这主要是因为它们的爆轰反应机理不同。

896.3.1凝聚炸药爆轰传播过程的直径效应（2）炸药颗粒度的影响炸药颗粒尺寸越小，临界直径越小。因为颗粒越小，爆轰反应进行的越快，化学反应区内完成反应所经历的时间越短，反应区宽度变窄，径向稀疏波所引起的能量损失相对减小，导致临界直径减小。

906.3.1凝聚炸药爆轰传播过程的直径效应（3）炸药密度对于单质炸药，如TNT、RDX、PETN、HMX等，密度增加时临界直径较小。916.3.1凝聚炸药爆轰传播过程的直径效应但当炸药被压到接近结晶密度时，临界直径反而增大，例如粒度为0.25～0.1mm的泰安炸药，压装密度为1.0g/cm3时，dc为0.70~0.86mm，而其单晶（此时密度为1.67g/cm3）临界直径dc却大于8.5mm，这是因为爆轰传播的机理由不均匀反应变为均匀反应机理。

926.3.1凝聚炸药爆轰传播过程的直径效应（4）装药的外壳外壳可使炸药的临界直径减小，这是因为外壳的存在减小了径向膨胀引起的能量损失。例如硝酸铵在壁厚为20mm的钢管中，dc由100mm减小到7mm。936.3.1凝聚炸药爆轰传播过程的直径效应

某些炸药的临界直径

946.3.2影响凝聚炸药爆速的因素956.3.2影响凝聚炸药爆速的因素1、炸药性质由爆轰的流体动力学理论可知，爆轰反应区内所释放的热量是炸药性质决定爆速的主要因素。不同种类的炸药具有不同的爆轰反应热。

966.3.2影响凝聚炸药爆速的因素2、装药密度实验研究表明：装药密度0.5g/cm3到炸药的结晶密度的范围内，炸药的爆速与炸药密度呈直线关系，表示为：

……(18)式中，——装药密度为时的爆速；

——装药密度为时的爆速；

M——与炸药密度有关的参数。

976.3.2影响凝聚炸药爆速的因素一些炸药的和M值

986.3.2影响凝聚炸药爆速的因素对于单体炸药，提高炸药的装药密度是提高其爆速的一个重要途径，因此研究炸药的化学结构与密度的关系也是当前在合成新炸药时必须考虑的问题。如黑索金（C3H6N6O6）和奥克托金（C4H8N8O8）的分子中各原子数的比是相同的，爆热也是一样的，但由于其分子结构不同，密度不同，其爆速也有较大差别。

996.3.2影响凝聚炸药爆速的因素对于许多由富氧和缺氧成分组成的混合炸药和爆轰感度低的单体炸药，爆速和密度关系是比较复杂的。在直径一定时，它们的爆速先随密度增加，但达到某一极限以后，再增加密度爆速反而降低爆速，并且在某一临界密度(此临界密度与装药直径有关)以上时，发生所谓的“压死”现象，即不能发生稳定爆轰了。

1006.3.2影响凝聚炸药爆速的因素这类炸药出现上述现象的原因，是由于爆轰反应是混合反应的机理。当密度过大时装药结构密实防碍了各组分分解产物的扩散混合，使化学反应速度降低，反应区拉长，从而引起临界直径和装药直径增大，相应地降低爆速。如果增大装药直径，爆速仍可能继续随着密度的增大而增大。

1016.3.2影响凝聚炸药爆速的因素3、颗粒尺寸和装药外壳对爆速的影响颗粒尺寸和装药外壳不仅影响临界直径和极限直径。当装药直径小于极限直径时，它们对爆速也有影响。但它们不影响炸药的极限爆速。当超过极限直径时，只有炸药的成分和装药密度影响爆速。外壳对混合炸药的爆速的影响比对爆速大的单体炸药要显著，如将硝铵炸药装在坚固的外壳里，爆速将明显增加，而对起爆药，外壳对爆速的影响微小。

1026.3.2影响凝聚炸药爆速的因素实验发现块状药会出现反常高爆速的现象。例如，把磨得很细的泰安在较高压力下压紧，把得到的药块作成直径4～5mm的药粒，并把这些药粒装进直径为15mm的铜管中，则当装药的平均密度为0.753g/cm3时，爆速却在7924m/s，而在上述密度时，泰安的正常爆速只有4740m/s。

1036.3.2影响凝聚炸药爆速的因素之所以出现反常的高爆速，是由于当药粒的尺寸超过临界直径时，它们就像单个装药一样爆轰。在这种情况下，爆轰不是以连续面的形式传播，而是以与这些颗粒的密度相对应的爆速，从一个颗粒传到另一个颗粒。如果药粒的尺寸小于临界直径，则它们就不能象单个装药那样爆轰，而爆轰将以连续面的形式沿炸药传播，因而这时的爆速也就与装药的平均密度相对应。

1046.3.2影响凝聚炸药爆速的因素4、附加物一般说来，加入惰性附加物，甚至某些可燃物，都会降低炸药的爆速。如在TNT加入大量氯化钠和硫酸钡等惰性物质，降低了TNT的含量，使反应放出的热量的减少，因而使爆速降低，但爆速的降低并不与热量的减少成比例，这是因为这些杂质主要起着稀释的作用，只在一定程度上阻碍了爆轰的传播，而且加入这些附加物又可使混合物的密度增加。

1056.3.2影响凝聚炸药爆速的因素雷汞和黑索金等炸药中加入少量石蜡(5.0％左右)作钝感剂时，与相同密度的纯炸药比较，其爆速略有提高，这可能是加入石蜡后增大了爆轰产物中小分子气体产物，从而增大了爆速。TNT中稍加点水，爆速也会提高。

1066.3.2影响凝聚炸药爆速的因素5、轴向沟槽对爆速的影响对于感度高的炸药，如泰安、特屈儿等，有沟槽，爆速增大。对于密度增大感度降低很多的混合炸药，有沟槽，可能会出现熄爆现象。如含硝酸铵的低爆速的岩石炸药。

1076.3.2影响凝聚炸药爆速的因素6、低速爆轰现象某些炸药（如硝化甘油、粉状炸药），由于起爆能量不同，爆轰可以出现差别很大的高速或低速传播。在高爆速和低爆速之间没有稳定的中间速度。如实验测得用不同的雷管起爆在各种直径的玻璃管中的硝化甘油，如表所示。从表中可以看出，硝化甘油在较弱的起爆能量作用下，可在1000～2000m/s的速度范围内发生低速爆轰，在较强起爆能量作用下可以接近理想的爆速进行爆轰。

1086.3.2影响凝聚炸药爆速的因素硝化甘油在各种直径玻璃管中的爆速

1096.3.2影响凝聚炸药爆速的因素图6-11低速爆轰现象

对于固体胶质炸药，也有类似现象，如图6-11所示。

1106.3.2影响凝聚炸药爆速的因素低速爆轰时，在反应区中爆炸反应不完全，只释放了部分能量，而相当多的一部分能量是在CJ面以后的燃烧阶段放出的，这样，用来支持爆轰传播的能量就较小，故低爆速爆轰传播的机理可以用表面反应机理解释。对于液体炸药，起爆中心通常以空气泡的形式出现，在该处甚至在很低的冲击波强度下也能发生爆炸分解过程。

1116.3.2影响凝聚炸药爆速的因素对于固体炸药来说，低速爆轰多发生在结构不均匀的胶质炸药或粉状炸药中。这些炸药含有大量的空气隙，易于受到冲击压缩而形成热点，因此对冲击波比较敏感。

【作业】：低速爆轰是否满足CJ条件？1126.4DDT、XDTSDT：ShocktoDetonationTransitionDDT:DeflagrationtoDetonationTransitionXDT:DelayDetonation1136.4.1不定常爆轰现象1146.4.1不定常爆轰现象炸药的不定常爆轰现象早在20世纪早期就发现了。图6-12是用爆速测量这一观测技术所获得的一些结果。

图6-12炸药引爆后出现的不稳定爆轰

1156.4.1不定常爆轰现象从图中可以看出，当用爆速较高的传爆药柱引爆主装药时，在主装药的前部存在一段爆速高于主装药CJ爆速的不稳定爆轰区，并且传入的冲击波速度与主装药CJ爆速相差越大，不稳定爆轰区越长。当传入的冲击波速度低于CJ爆速但高于临界爆速Dc时，通常会逐渐增长到CJ爆速。传入的冲击波速度越低，不稳定爆轰区越长。当传入的冲击波速度低于临界爆速Dc时，不足以激发主装药的爆轰化学反应而逐渐衰减为声波。

1166.4.1不定常爆轰现象分别选用不同损伤程度的炸药进行了冲击起爆拉氏实验，预损伤炸药的损伤程度见表。损伤程度未损伤123冲击压力GPa02.132.322.521176.4.1不定常爆轰现象未损伤炸药与三种损伤程度炸药的压力P-时间t的关系。未损伤损伤1损伤2损伤31186.4.1不定常爆轰现象h=3.68mm处不同损伤程度炸药的起爆过程1196.4.1不定常爆轰现象不同速度破片撞击下的炸药不同位置压力历程1950m/s1960m/s1970m/s1990m/s120三项反应速率模型不同颗粒尺寸的比较(a)球壳胞元初始孔隙内半径a=0.0031cm、胞元外半径b=0.008cm、初始孔隙率α=0.058(c)球壳胞元初始孔隙内半径a=0.0031cm、胞元外半径b=0.00543cm、初始孔隙率α=0.186.4.1不定常爆轰现象121反应速率模型研究的发展―粒子速度量计

6.4.1不定常爆轰现象1226.4.2DDT1236.4.4DDT和XDTDDT：DeflagrationtoDetonationTransition炸药燃烧向爆轰的转化，在炸药及推进剂的安全储存和使用当中最受关注的问题。研究分析表明，炸药的燃烧过程是以燃烧反应波的形式扩展开的。在燃烧反应波传播过程中反应区的能量是通过热传导、辐射及燃烧气体产物的扩散作用传入未反应的下层炸药的。

1246.4.4DDT和XDT因此，燃烧过程的稳定性、传播速度的快慢，是与燃烧时反应区中的放热速度以及向下层炸药和周围介质传热的速度紧密相关的。一般说来，当反应区放出的热量抵偿不了向邻近炸药及周围介质传出的热量时，燃速将变慢，甚至最后导致熄灭。反之，则导致燃速增加，甚至引起爆轰。如果放出的热量与散失的热量平衡，则出现稳定的燃烧过程。1256.4.4DDT和XDT而反应区中放热速度则决定于炸药的性质及进行反应的动力学情况，散失的热量则主要决定于物质的导热性。因此，燃烧传播速度是与炸药的性质和组成、压力、初始温度、装药密度，以及有无外壳等因素有关的。(1)炸药种类和组成对燃速的影响一般说来，化学反应速度很高的炸药，燃速大，并且很易于转变为爆轰。1266.4.4DDT和XDT(2)装药直径及炸药导热性对燃烧过程的影响

装药直径较小时，如果炸药进行化学反应的速度较小而导热性较大，则由于热量容易散失。燃速会减低，甚至导致熄灭。导热性好的炸药，不利于燃烧过程的传播。(3)温度和压力对燃烧过程的影响实验研究表明，压力和温度升高时，炸药化学反应速度增大，因而燃烧反应波传播的速度加快，燃烧的临界直径相对减小。1276.4.4DDT和XDT(4)装药密度对燃速的影响

实验研究表明，当装药密度增加时，炸药的燃烧速度下降，其原因主要归结为：随着装药密度的增加，炸药颗粒间的空隙缩小，燃烧所形成的高温气体产物不易渗入未燃烧的炸药中，因而不利于燃烧反应波的传播。当然，若炸药过于松散也有可能引起燃烧的熄灭。1286.4.4DDT和XDT根据对熔铸炸药DDT问题的实验观察，认为燃烧到爆轰的转化过程大致可分为三个阶段：（1）燃烧波阵面后产物压力的迅速提高，进而造成压缩波向未反应炸药的传播；（2）火焰波阵面前方压缩波扰动的追赶聚集从而在未反应炸药内的某一距离处形成具有一定强度的冲击波；（3）未冲击波引爆未反应炸药的阶段，即SDT阶段。1296.4.4DDT和XDT转化的条件：（1）单位体积炸药中燃烧面积迅速扩大，如在冲击作用下形成大量的裂纹致使燃烧比表面积骤然扩大，燃烧失稳，使燃烧区压力急增，燃速加快，最后形成爆轰。（2）炸