CL-20基混合炸药的冲击起爆特征

皮铮迪 陈朗 刘丹阳 伍俊英

皮铮迪, 陈朗, 刘丹阳, 伍俊英. CL-20基混合炸药的冲击起爆特征[J]. 爆炸与冲击, 2017, 37(6): 915-923. doi: 10.11883/1001-1455(2017)06-0915-09
引用本文: 皮铮迪, 陈朗, 刘丹阳, 伍俊英. CL-20基混合炸药的冲击起爆特征[J]. 爆炸与冲击, 2017, 37(6): 915-923. doi: 10.11883/1001-1455(2017)06-0915-09
Pi Zhengdi, Chen Lang, Liu Danyang, Wu Junying. Shock initiation of CL-20 based explosives[J]. Explosion And Shock Waves, 2017, 37(6): 915-923. doi: 10.11883/1001-1455(2017)06-0915-09
Citation: Pi Zhengdi, Chen Lang, Liu Danyang, Wu Junying. Shock initiation of CL-20 based explosives[J]. Explosion And Shock Waves, 2017, 37(6): 915-923. doi: 10.11883/1001-1455(2017)06-0915-09

CL-20基混合炸药的冲击起爆特征

doi: 10.11883/1001-1455(2017)06-0915-09
详细信息
    作者简介:

    皮铮迪(1984—),男,博士

    通讯作者:

    陈朗, chenlang@bit.edu.cn

  • 中图分类号: O381

Shock initiation of CL-20 based explosives

  • 摘要: 为了研究CL-20基混合炸药的冲击起爆特征,深入分析冲击波作用下CL-20基混合炸药的爆轰成长规律,采用炸药驱动飞片冲击起爆实验方法,对CL-20、CL-20/NTO和CL-20/FOX-7三种压装混合炸药进行了冲击起爆实验,通过嵌入在炸药内部不同位置处的锰铜压力传感器,获得了炸药内部压力的变化历程。依据实验结果标定了混合炸药的点火增长模型参数,其中,利用反应速率方程中的两个增长项,分别模拟CL-20/NTO和CL-20/FOX-7混合炸药中两种组分的反应增长过程,得到这两种混合炸药的反应速率方程参数。并通过数值模拟的方法得到了三种炸药的临界起爆阈值和POP关系。研究结果表明:三种CL-20基混合炸药中,CL-20/NTO混合炸药具有更高的临界起爆阈值,而CL-20/FOX-7混合炸药具有更长的爆轰成长距离;此外,利用此套拟合双组分混合炸药反应速率方程的方法,可以对新型配方炸药的冲击起爆过程进行预测性计算
  • 图  1  炸药驱动飞片冲击起爆实验装置示意图及照片

    Figure  1.  Diagram and photo of shock initiation experimental apparatus

    图  2  CL-20混合炸药在距冲击波入射面不同距离处的内部压力-时间曲线

    Figure  2.  Pressure curves of CL-20 explosive at different displacements from shock incidence plane

    图  3  CL-20/NTO混合炸药在距冲击波入射面不同距离处的内部压力-时间曲线

    Figure  3.  Pressure curves of CL-20/NTO explosive at different displacements from shock incidence plane

    图  4  CL-20/FOX-7混合炸药在距冲击波入射面不同距离处的内部压力-时间曲线

    Figure  4.  Pressure curves of CL-20/FOX-7 explosive at different displacements from shock incidence plane

    图  5  CL-20混合炸药计算与实验结果对比

    Figure  5.  Experimental and calculated pressure histories in shock initiation of CL-20 explosive

    图  6  CL-20/NTO混合炸药计算与实验结果对比

    Figure  6.  Experimental and calculated pressure histories in shock initiation of CL-20/NTO

    图  7  CL-20/FOX-7混合炸药计算与实验结果对比

    Figure  7.  Experimental and calculated pressure histories in shock initiation of CL-20/FOX-7

    图  8  三种炸药的POP关系图

    Figure  8.  Pop plots for the three explosives

    表  1  实验炸药配方及平均密度

    Table  1.   Formula and average density of the samples

    编号 炸药配方(质量比) 平均密度/(g·cm-3)
    1 CL-20 (95%CL-20, 5%Binder) 1.94
    2 CL-20/NTO (47%CL-20, 47%NTO, 6%FPM) 1.89
    3 CL-20/FOX-7 (47%CL-20, 47%FOX-7, 6%FPM) 1.88
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    表  2  8701和TNT的材料参数[7]

    Table  2.   Parameters of TNT and 8701 explosive

    炸药 ρ/(g·cm-3) D/(cm·μs-1) PCJ/GPa A/GPa B/GPa R1 R2 ω E0/GPa
    8701 1.70 0.831 5 29.50 854.5 20.49 4.60 1.35 0.25 8.5
    TNT 1.64 0.693 0 27.00 371.3 3.23 4.15 0.95 0.30 7.0
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    表  3  几种惰性材料的Grüneisen状态方程参数[7]

    Table  3.   Grüneisen parameters for inert materials

    惰性材料 ρ0/(g·cm-3) c/(mm·μs-1) S1 S2 S3 γ0 a
    PMMA 1.851 2.240 2.090 -1.12 0.0 0.850 0.00
    Steel 7.830 4.570 1.490 0.00 0.0 1.930 0.50
    Al 2.700 5.355 1.345 0.00 0.0 2.130 0.48
    Polyimide 1.414 2.470 1.629 0.00 0.0 1.395 0.00
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    表  4  CL-20、CL-20/NTO、CL-20/FOX-7混合炸药的点火增长模型参数

    Table  4.   Ignition and growth model parameters for CL-20, CL-20/NTO and CL-20/FOX-7

    参数 未反应JWL状态方程
    CL-20 CL-20/NTO CL-20/FOX-7
    ρ0/(g·cm-3) 1.94 1.89 1.88
    A/GPa 444 400 24 900 122 300
    B/GPa -5.13 -3.18 -6.91
    R1 13.5 11.3 11.3
    R2 1.35 1.13 1.13
    ω 0.869 5 0.869 5 0.869 5
    Cv/(GPa·K-1) 2.78×10-3 2.78×10-3 2.78×10-3
    T0/K 298 298 298
    剪切模量/GPa 4.54 4.00 4.00
    屈服强度/GPa 0.2 0.2 0.2
    参数 爆轰产物JWL状态方程
    CL-20 CL-20/NTO CL-20/FOX-7
    A/GPa 1 887.64 1 640.27 1 589.47
    B/GPa 162.40 22.26 18.34
    R1 6.50 5.93 5.78
    R2 2.75 1.76 1.54
    ω 0.547 0.700 0.700
    Cv/(GPa·K-1) 1.0×10-3 1.0×10-3 1.0×10-3
    E0/GPa 11.50 8.46 9.07
    参数 点火增长反应速率方程
    CL-20 CL-20/NTO CL-20/FOX-7
    I 7.43×1011 4.0×106 7.43×1011
    a 0.0 0.22 0.0
    b 0.667 0.667 0.667
    x 20.0 7.0 20.0
    G1 402 402 254
    c 0.667 0.667 0.667
    d 0.333 0.333 0.333
    y 2.0 2.0 2.0
    G2 400 0.6 140
    e 0.333 0.667 0.667
    g 1.0 0.111 0.333
    z 2.0 1.0 2.0
    Figmax 0.3 0.3 0.3
    FG1max 0.5 0.5 0.5
    FG2min 0.5 0.0 0.0
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    表  5  CL-20/NTO和CL-20/FOX-7两种混合炸药的配方和生成热数据

    Table  5.   Formula and heat of formation for the explosive of CL-20/NTO and CL-20/FOX-7

    炸药配方(质量比) 生成热/(J·g-1) 物质的量(分子量为100时)/mol
    C H N O F
    CL-20:NTO:FPM(47:47:6) -189.86 1.537 5 1.507 4 2.733 9 2.372 3 0.200 7
    CL-20:FOX-7:FPM(47:47:6) -141.53 1.449 5 2.054 6 2.558 0 2.558 0 0.200 7
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    表  6  三种混合炸药冲击起爆的临界阈值

    Table  6.   Shock initiation critical thresholds for three mixed explosives

    炸药(质量比) 密度/(g·cm-3) 临界压力/GPa p2τ/(Pa2·s) puτ/(J·m-2)
    CL-20(95/5) 1.94 1.39 253.67×1010 41.97×104
    CL-20/NTO/FPM(47/47/6) 1.89 1.46 279.86×1010 66.71×104
    CL-20/FOX-7/FPM(47/47/6) 1.88 1.40 257.33×1010 43.19×104
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-04-26
  • 修回日期:  2016-07-26
  • 刊出日期:  2017-11-25

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