何 振

(中煤科工集團淮北爆破技術研究院有限公司,安徽 淮北 235000)

0 引言

工業(yè)炸藥的作功能力是衡量工業(yè)炸藥爆轟性能的重要參數(shù)之一,它反映了炸藥爆炸所產(chǎn)生的沖擊波和爆轟氣體產(chǎn)物作用于介質(zhì),對介質(zhì)產(chǎn)生壓縮、破碎和拋移的能力[1]。

水下爆炸能量測試法是測試工業(yè)炸藥作功能力比較科學的方法,試驗最大藥量由試驗環(huán)境及試驗水域確定,它可從能量的角度有效地區(qū)別不同炸藥的爆炸威力特征,測試結果準確。但是,水下爆炸測試系統(tǒng)投資較大,試驗操作復雜,對試驗人員的操作技能和專業(yè)知識要求較高,測試成本高,不利于普及[2-3]。

彈道威力擺試驗裝置是參照國內(nèi)相關測試方法,依托爆破器材安全準入分析驗證實驗室建立的一種用于測試工業(yè)炸藥作功能力的試驗裝置,該裝置設計試驗藥量達50 gTNT當量,不需要復雜儀器,操作簡單,測試成本低,易于普及。采用標準TNT進行作功能力測試,對彈道威力擺試驗裝置測試結果的準確性、可靠性進行了試驗研究。

1 試驗裝置與方法

彈道威力擺試驗裝置由支架結構件、擺桿結構件、炮體和彈丸、支承軸承、擺角測試系統(tǒng)等組成,測試示意圖如圖1所示。裝置固定在混凝土基座上。

圖1 彈道威力擺測試裝置

測試時,稱取一定質(zhì)量試樣,按照原裝藥密度制成藥卷,將藥卷固定在彈丸底部凹槽內(nèi)。試驗時,試樣在臼炮的爆炸室中引爆,爆炸產(chǎn)物膨脹作功將彈丸推出,同時臼炮炮體向反方向擺動一個角度,測出角度,記作α。

按照能量守恒關系式推導出單位質(zhì)量TNT所作功值,由總機械能E定量評價其作功能力。

總機械能的推導公式為:

式中:E為總機械能,J；Ek1為臼炮炮體的動能,J；Ek2為彈丸的動能,J。

式中:M為臼炮炮體的質(zhì)量,kg；m為彈丸的質(zhì)量,kg；g為重力加速度,m/s2；l為臼炮炮體中心到懸掛支點的距離,m；α為臼炮炮體擺動角度,°。

彈道威力擺試驗裝置的M、m和l均為常數(shù),令:

式中,C為彈道威力擺試驗裝置的結構常數(shù)。

由式(4)可知,對于一定結構的彈道威力擺試驗裝置,C為常數(shù),測出擺體偏轉(zhuǎn)的角度即可求出炸藥所作的功值。

2 結果分析與討論

2.1 TNT測試結果分析與討論

采用不同質(zhì)量TNT制成試樣,樣品改裝規(guī)格參照GB 12440—1990《炸藥猛度試驗 鉛柱壓縮法》,將牛皮紙裁成長150 mm,寬65 mm的長方形,粘成直徑40 mm的圓筒后裝藥[5],裝藥密度控制在(1.00±0.03)g/cm3。測試試樣的作功能力,每個樣品平行測試4次[6],并計算平均值、極差、標準差、總機械能及單位質(zhì)量機械能,測試結果見表1。

表1 TNT測試結果

由表1可得:按公式(4)進行機械能計算,能夠定量衡量一定質(zhì)量TNT的作功能力；利用擺角評價一定質(zhì)量TNT的作功能力,能夠客觀地反映出不同質(zhì)量TNT的作功能力差別。同一質(zhì)量條件下,測試擺角極差小于0.2°,標準差小于0.08,測試結果誤差小,具有較好的精度和準確度。

2.2 TNT測試結果相關性分析

根據(jù)表1的測試結果,利用最小二乘法分析單位質(zhì)量機械能與裝藥質(zhì)量之間的關系,其相關性曲線如圖2所示。

圖2 單位質(zhì)量機械能與裝藥質(zhì)量的相關性曲線

由圖2分析可知,理論上不同測試藥量條件下的單位質(zhì)量機械能應當一致。但實際測試結果顯示:隨著測試藥量的增加,單位質(zhì)量機械能呈現(xiàn)增長的趨勢；說明測試藥量越大,施加于試驗裝置的作用能力越大,誤差對測試結果的影響越小。因此,測試條件應選擇較大藥量。綜合考慮測試結果、裝置設計當量及裝置使用壽命等因素,擬確定該試驗裝置最佳裝藥試驗條件為:試驗藥量50 g,裝藥直徑40 mm。

根據(jù)表1中的測試結果,利用最小二乘法對擺角與裝藥質(zhì)量、擺角與總機械能之間的關系進行分析,相關性曲線如圖3、圖4所示,其一元線性回歸分析結果見表2。

圖3 擺角與總機械能的相關性曲線

圖4 擺角與裝藥質(zhì)量的相關性曲線

表2 一元線性回歸分析結果

由圖3、圖4、表2分析可得,彈道威力擺試驗裝置測試TNT作功能力的擺角與質(zhì)量之間的相關性系數(shù)在0.989以上,擺角與總機械能之間的相關性系數(shù)在0.997以上,具有高度的相關性。試驗證明,彈道威力擺裝置測試結果重復性好,具有較好的可靠性。

3 結論

1)彈道威力擺試驗裝置利用已知臼炮炮體質(zhì)量、彈丸質(zhì)量及擺長等參數(shù),通過測得爆炸后臼炮炮體擺動角度,并換算成單位質(zhì)量的機械能來評價裝藥的作功能力,對被測試炸藥爆炸能量的表述更直觀。

2)該裝置操作簡單,試驗藥量較大,測試精度、準確度較高,具有很好的重復性和可靠性,能夠反映出不同裝藥條件的爆轟特征和作功特點。

3)可以利用彈道威力擺試驗裝置開展工業(yè)炸藥作功能力的試驗研究。