吳寶赫 盧明遠(yuǎn) 柏忠林

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關(guān)于炸藥的研發(fā)探討

吳寶赫 盧明遠(yuǎn) 柏忠林

（沈陽(yáng)理工大學(xué) 裝備工程學(xué)院 遼寧沈陽(yáng) 110000）

炸藥的研發(fā)，在古典意義上，是根據(jù)實(shí)際應(yīng)用功能模擬炸藥分子形態(tài)，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)方程判斷可行性，然后做出sample進(jìn)行一系列測(cè)試的。即首先確定框架，然后上敏感/鈍化基團(tuán)。本文將展開對(duì)炸藥研發(fā)的討論，主要是研究炸藥的研發(fā)過(guò)程，炸藥與火藥的聯(lián)系和區(qū)別以及炸藥發(fā)展的展望。

特種能源；炸藥；研發(fā)

一、關(guān)于炸藥研發(fā)的概述

（一）炸藥研發(fā)的過(guò)程

1、從硝化甘油到諾貝爾的研發(fā)

早在1847年，意大利的索伯萊格就發(fā)明了一種烈性炸藥，叫硝化甘油。它的爆炸力是歷史上任何炸藥所不能比擬的。但是這種炸藥極不安全，稍不留神，就會(huì)使操作人員粉身碎骨。許多人因?yàn)橐馔獾谋ㄊ录鈾M飛，連尸體也找不到。諾貝爾決心把這種烈性炸藥改造成安全炸藥。1862年夏天，他開始了對(duì)硝化甘油的研究。這是一個(gè)充滿危險(xiǎn)和犧牲的艱苦歷程。

2、大勢(shì)所趨的“合成含能材料”

1988年的化學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)公告上宣布:“化學(xué)不再是單純的實(shí)驗(yàn)科學(xué)了”，再加上20世紀(jì)80年代計(jì)算機(jī)技術(shù)的異軍突起，出現(xiàn)了 Molecular Design這門學(xué)科，而目前，通過(guò)走“分子設(shè)計(jì)”方法結(jié)合實(shí)驗(yàn)的研究道路合成含能材料已成為大勢(shì)所趨。

（二）當(dāng)代關(guān)于炸藥理論

因此，QM(量子化學(xué))成為了當(dāng)代理論的核心，經(jīng)驗(yàn)公式已悄然淡去，成為了簡(jiǎn)便計(jì)算的工具，目前的研發(fā)過(guò)程，包括MM(分子力學(xué))，MD(分子動(dòng)力學(xué))，以及化學(xué)熱力學(xué)，化學(xué)動(dòng)力學(xué)，統(tǒng)計(jì)力學(xué)，炸藥理論等多種學(xué)科。

二、炸藥的研發(fā)進(jìn)程

（一）對(duì)復(fù)雜分子的發(fā)現(xiàn)

那么，人們是如何發(fā)現(xiàn)這些能量和安全性都極好的復(fù)雜分子呢？這就用到有機(jī)高能炸藥和有關(guān)有機(jī)物晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)了，這是個(gè)神奇的玩意，讓我們從浩如煙海的有機(jī)分子中尋找到我們需要的存在，然后根據(jù)現(xiàn)有主要炸藥結(jié)構(gòu)剖析，歸類并與爆轟性能與感度的關(guān)聯(lián)，篩選出一批候選分子，按有機(jī)晶體中常見空間群，搭建一堆猜測(cè)堆積結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行預(yù)篩選，根據(jù)晶格能計(jì)算得到較理想的炸藥分子，再通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式得到爆轟性能佳的炸藥分子，然后提供給合成人員，并總結(jié)形成分子設(shè)計(jì)體系。

總的來(lái)說(shuō)，就是找啊找啊找出一堆分子，算算看哪一分子更可行，篩掉大部分，留下來(lái)還有一小堆，再精確計(jì)算。把它整出來(lái)實(shí)物研究。

（二）炸藥的工藝流程

炸藥的工藝流程相對(duì)于其他的化工產(chǎn)品來(lái)說(shuō)是相對(duì)簡(jiǎn)單的。一般現(xiàn)在的民用炸藥（也稱為工業(yè)炸藥）大致有三種：膨化炸藥、乳化炸藥和震源藥柱，膨化炸藥、乳化炸藥一般用于煤礦開采、開山等（乳化炸藥的抗水性能好），震源藥柱主要是用于石油開采。膨化炸藥的原材料是硝酸銨、木粉和復(fù)合燃料油，乳化炸藥的原材料是硝酸銨、復(fù)合燃料油以及發(fā)泡劑等，震源藥柱的原材料是TNT和硝酸銨等。根據(jù)其使用的場(chǎng)地和對(duì)象不同，炸藥的基本配方比例也相對(duì)應(yīng)的有所調(diào)整。

（三）炸藥在水下和空氣中爆炸力的比較

等效TNT當(dāng)量：W；爆距：R。

Z＝R/W^(1/3).

空氣中沖擊波峰值經(jīng)驗(yàn)公式：P1=0.084/z+0.27/z^2+0.7/z^3.

水中沖擊波峰值經(jīng)驗(yàn)公式：P2＝52.27*(1/z)^1.13.(R要大于6倍的藥包半徑)

對(duì)于100Kg TNT: R=1.5m => P1/P2=0.13; R=5m => P1/P2=0.018。

可以看出空氣中爆炸中心的沖擊波壓力峰值比水中大，但是空氣中沖擊波峰值隨離爆炸中心的距離增大衰減很快。簡(jiǎn)而言之，空氣中炸藥的殺傷力和有效殺傷半徑都比水中小很多。

此外，炸藥在水中爆炸時(shí)，爆炸高壓氣體還會(huì)在水下產(chǎn)生氣泡，500Kg TNT當(dāng)量的炸藥在水下爆炸時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生直徑十幾米的氣泡。氣泡膨脹收縮產(chǎn)生的脈動(dòng)壓力以及氣泡坍塌時(shí)產(chǎn)生的射流都會(huì)對(duì)艦船產(chǎn)生極大的損傷。氣泡脈動(dòng)的周期一般和艦船的低階振動(dòng)周期差不多，可以引起艦船的折斷，而氣泡射流的峰值壓力極大，可以使沖擊波產(chǎn)生的局部破口進(jìn)一步擴(kuò)大。

綜上，水下爆炸的殺傷力要更大一些。

（四）炸藥和火藥的比較

火藥與炸藥在理論上并沒(méi)有嚴(yán)格的界線，我們對(duì)其區(qū)別一般會(huì)基于作用方式，火藥是燃燒做功，炸藥是爆炸做膨脹功，在應(yīng)用上相互交叉的。比如，黑火藥、單基藥、雙基藥等作為發(fā)射藥，推進(jìn)劑時(shí)是火藥，當(dāng)然某種條件下實(shí)現(xiàn)燃燒轉(zhuǎn)爆轟就進(jìn)去炸藥的范疇而黑索金梯恩梯等有時(shí)也作為推進(jìn)劑添加劑所以我們統(tǒng)稱為火炸藥。

一般而言，學(xué)科上的分類是 :黑火藥及推進(jìn)劑（單基藥、雙基藥、復(fù)合藥等）為火藥。TNT、黑索金等猛炸藥為炸藥。其作用傳播過(guò)程不同（燃燒是熱傳導(dǎo)熱輻射產(chǎn)物擴(kuò)散，炸藥是沖擊波），產(chǎn)物質(zhì)點(diǎn)與波的傳播方向不同（燃燒相反，爆炸相同），速度不同

其次，火炸藥范疇包括的是炸藥火藥煙火藥三者

三、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及展望

目前國(guó)內(nèi)外的炸藥研發(fā)并不成熟，上世紀(jì)的主力炸藥還沒(méi)退出歷史舞臺(tái)，而其它奇形怪狀(金屬氫，反物質(zhì)，全氮化合物之類的)高能材料正吸引著人們的視線，希望含能材料的研發(fā)造福人類，而不會(huì)荼毒眾生。

說(shuō)實(shí)在話，對(duì)于含能材料的開發(fā)已經(jīng)逐漸接近一個(gè)瓶頸期，從氧化還原、N-N高能鍵儲(chǔ)能到如今主流的籠形結(jié)構(gòu)角張力儲(chǔ)能，能量水平上升的空間已經(jīng)越來(lái)越小，許多新型能材在性能上的些許提升完全可以用傳統(tǒng)能材以量彌補(bǔ)，何況不少非常實(shí)用的二三元混合物能材，在kg級(jí)或噸級(jí)水平的做功能力上顯著強(qiáng)于新型能材，所以新型能材的未來(lái)還是有賴于一些突破性、概念性的進(jìn)展。

[1]顏小東,葉志文,崔曉榮,尤靜嫻. 一種新型乳化炸藥專用高分子乳化劑的研發(fā)與應(yīng)用[J]. 中國(guó)礦業(yè),2014,(12):128-131.

[2]王振全. 薄煤層用乳化炸藥的研發(fā)與應(yīng)用[J]. 黑龍江科技信息,2014,(05):39.

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[4]孔祥云. 乳化炸藥生產(chǎn)過(guò)程安全監(jiān)控集成系統(tǒng)研發(fā)[D].杭州電子科技大學(xué),2012.

Explosives in research and development, in the classical sense, is simulated according to the practical application function explosive molecules form, through empirical equation to judge the feasibility, and then make a sample for a series of tests. That determine the framework first, and then on the sensitive/passivation group. This article will expand the discussion of the explosive development, mainly the development process of explosives, explosives and the relation and distinction between of gunpowder and explosive development outlook.

special energy; Explosive; Research and development

G322

B

1007-6344（2017）03-0307-01

吳寶赫，男 1998,03,19,滿族,遼寧省本溪滿族自治縣，在讀于沈陽(yáng)理工大學(xué)裝備工程學(xué)院，特種能源技術(shù)與工程專業(yè)。