5、炸药的感度 5.1感度的一般概念感度（敏感度 sensitivity）：在外界能量作用下，炸药发生爆 炸的难易程度，外界能量小感度大 注意此处“爆炸”的含义：指不稳定爆轰、爆燃、DDT等 外界能量的形式：热能、机械作用（撞击、摩擦）、冲击波、 光等。 相应就有各种各样的感度，如热感度、机械感度、冲击波感度 、爆轰感度和激光感度等等。 感度的选择性：对不同的外界能量形式，炸药的感度并不一致 ，有的对热敏感，而对机械作用不敏感,等等炸药感度的相对性：只在一定条件有效，例如在某一尺寸下 ，在温度为T时，炸药是安全的。但在大尺寸下又是不安全的。 不同的使用条件对炸药的感度有不同的要求（工业炸药往往要 敏化，军用炸药往往要钝化）外界能量的作用速率不同，感度不同。如静压与动压，能量的 供给速率等 对工业炸药，提出所谓“实用感度与危险感度”(performance sensitivity and hazard sensitivity)，往往是指： 实用感度冲击波感度，？ 危险感度机械感度？ 5.2 感度的分类 5.2.1热感度：热作用下炸药发生爆炸的难易程度。 热作用方式： 均匀加热热感度爆发点试验 火焰点燃火焰感度 热感度通常常用爆发点表示。 爆发点：是指一定条件下炸药被加热到爆炸时，加热介质的最 低温度。 热作用下起爆问题是最基本的。5.2 感度的分类 热作用下炸药发生爆炸的机理：？炸药分解反应放热与炸药向周围介质（环境）散失热量 的平衡问题，放热速率（单位时间内由于分解反应放出的 热量）：W: 反应速率,分子数/(sm3), Q：分解 1mol炸药放出的热量, N ：Avogadro数 。 如果分解反应按一级反应动力学近似有：Q：反应热 , V：体积 , m ：炸药量（ 数）， c:浓度（单位体积的分子数）如果炸药内各点处温度均匀，均为T，环境温度为T0则散热速率为： ：传热系数 ，S：炸药的表面积 q1q2ABC热速率温度TBT0T0T0A点：稳定平衡点，体 系可在A点保持恒温。C点：体系不能自 动到达，若外界供 热，则为不稳定平 衡点。 B：为亚稳态，超 过B点，系统将处 于热爆炸状态5.2 感度的分类均温系统热爆炸定性判据：见冯长根 著热爆炸理论科学出 版社， 1988，或者见松全才 炸药理论，兵器工业出版社 。5.2.2 机械感度机械作用下，炸药发生爆炸的难易程度。 5.2.3静电火花感度 5.2.4炸药的起爆感度与冲击波感度 起爆感度：引起猛炸药完全爆轰的最小起爆药量 冲击波感度：隔板试验 5.3影响炸药感度的因素： 5.3.1炸药结构与物理化学性质的影响 结构特征：原子团的影响 生成热：与键能有关（生成热小感度高） 爆热：与键能有关 活化能、热容与导热率：5.3.2物理状态与装药条件 TS 晶形：与晶格有关，晶格能大，晶体稳定S 颗粒度：影响爆轰感度 装药密度：影响起爆感度与火焰感度 5.4炸药的钝感与敏化 钝化RDX、工业炸药的敏化 等6.炸药的性能6.炸药的性能 性能参数主要有： 、 、爆轰压力、作功能力、猛度和殉 爆距离等 爆炸参数、物理参数、爆轰性能 6.1 炸药的密度 理论密度（最大密度，晶体密度）：化合物，混合物 例： TNT:1.654 g/cm3, RDX：1.816 g/cm3,HMX：1.91 g/cm3 对混和物有：实际密度：均小于理论密度，也就是装填密度空隙率实际密度：实际密度的影响：炸药本身（ 不同），颗粒度及分布， 颗粒形状，颗粒的表面特征，装药的加压压力。爆速的导爆索测定法-Dautriche法 是最古老的一种测量爆速的方法。 本方法是用已知爆速的导爆索测定 炸药的爆速。 Dc表示导爆索爆速（为已知）， LAB表示被测样上AB段的长度，L表 示导爆索中点M到爆轰波相遇点N 之间距离，则有以下关系式成立：即： 于是得到炸药爆速的计算公式为：6.炸药的性能6.2炸药爆速6.3炸药的爆轰压力爆速与爆轰压力的经验计算方法Kamlet方法等 （见教材 193221页） 爆速与爆轰压力的实验测定自学 6.4炸药的作功能力（strength) 1) 一般概念 炸药的爆炸作用：炸药爆炸时对周围介质的各种机械作用，机 械作用形式与爆炸时周围介质有关(空气中、水中、土中爆炸现 象简述） 爆炸作用的范围：近压：爆炸产物的直接作用区远区：冲击波作用区 作功能力：炸药爆炸时对周围介质所作的总的机械功问题：碰撞点会在什么位置？6.炸药的性能 2)作功能力的理论表达式热力学分析热一律：系统内能的减少等于系统向环境传递的热量与系统对 外界所作的功:由于爆炸过程十分迅速，系统来不及与外界进行热交换，可 视为绝热过程。定容爆炸绝热膨胀对绝热膨胀做功过程，因为过程绝热，故有： -dU=A （2） 若内能只是温度的函数，则：dU=cdT（c为爆炸产物的比热）(3) 由（2）、（3）式积分得爆轰产物膨胀过程所做的功为（4） 式中T1、T2分别是爆轰产物膨胀前后的温度， 是爆轰产物的平均 比热 (0)(1)(2)再根据热力学第一定律，对瞬间完成的爆炸（定容爆炸）， 爆炸反应放出的热量全部用于内能的 增加： dU=Q （5） 类似有： QV = （6）T0炸药的初温（一般为环境温度）， 为T1、T0间的平均比热 容。一般T0 时情形：当装药在空气中爆炸时，最初爆轰产物与空 气的最初分界面上的参数，也就是形成空气冲击波的初始参数 。由于爆轰形成的冲击波在开始阶段必然是强冲击波，可采用 强冲击波关系式： a.爆轰波冲击介质分 解面之前的压力分布b.爆轰产物与介质发 生碰撞时的压力分布PxP2a.爆轰波冲击介质分 解面之前的压力分布b.爆轰产物与介质发 生碰撞时的压力分布7.2 炸药在空气中的爆炸 1 ) 空气爆炸物理现象 炸药爆炸高压、高温状态的爆轰产物猛烈膨胀（像活塞） 压迫周围空气形成冲击波爆炸气体能量迅速衰减和弥散， 直到等于大气压力，此时冲击波不再接受爆炸气体能量而开始 脱离爆炸气体而继续独立的向前传播由于惯性，爆炸气体质 点继续运动，压力低于大气压力，在冲击波后形成稀疏波区 由于周围空气压力较高，压缩爆炸气体，使得爆炸气体的压力 增高，又由于惯性的缘故，直到超过大气压，以至形成再膨胀 条件形成了“爆炸气体”“空气”体系的自由振动或脉动。 膨胀规律： 时， r为装药半径（球形装药）当时 ，约下降为原来爆轰压力的 爆轰压力： 7.2 炸药在空气中的爆炸当 时， k =1.21.4极限膨胀体积 ：爆炸产物的压力下降到与周围介质压力 相当时的体积。一般 倍，（对一般的炸药）可以认为一般炸药装药爆炸产物的极限直接作用范围为（1012)r0）。空中爆炸冲击波参数的计算（ 量纲分析-爆炸相似律）2.) 空中爆炸冲击波参数的计算（量纲分析-爆炸相似律） 1 量纲分析： 任何一个力学现象，总可以用若干物理量（如长度、面积、 速度、温度、应力等）来描述。有些量是已知量，有些是未 知量，目的是找出未知量和已知量间的函数关系。 问题：炸药在空中爆炸，问距离爆炸中心（爆心）一定距离 处空气冲击波的压力是多少？ 解答：可以采用量纲分析的方法来解决。 几个概念单位与量纲：对每个物理量，为确定其大小，必用度量单位去度量，各 物理量间存在着一定的联系，并不需要对每个物理量都选择 一个度量单位，常常是某些物理量的度量单位选定后，其他 物理量的单位也就确定了。也就是说，可用基本度量单位去 导出其它度量单位。 例如：a.长度为基本单位，而面积、体积就是导出单位。b.长度和时间为基本单位，速度就是导出量，速度的单位 不是独立的。实践中，基本度量单位的量有三个，长度，质量 ，时间。在描述含有热效应的力学现象时还有温度。量纲：用基本量的单位表示的导出量单位的表达式称为量纲。 基本量长度质量时间温度量纲单位量纲独立：在讨论的物理量之间，如果某些物理量的量纲公式 不能由其它量的量纲公式表示成幂次单项式，则这些量称为量 纲独立的量。如：长度/L ，速度/LT-1和能量/ ，这三 个量式量纲独立量。 而长度/L，速度/LT-1，加速度/LT-2不是独立的，在力学问题中 ，具有量纲独立的量最多只有三个。 量纲一致原理：一个正确的物理关系中，其中各项必须属于 同一个量纲，等式或不等式两边的量纲必须是一致的。 如：这一原理可用来检验物理公式的正确与否。 定理：设在某一物理现象中，一个有量纲量是一些相互独 立的有量纲量a1、a2、an 的函数，假设前k个量是量纲独立的量，则a, ak+1,ak+2,an的量纲可 以借助前k个的量量纲表示出来。 上式可以用 个无量纲组合变量表示，即：与原式相比，该式相当于单位制的改变，即采用了一种相对 量制。根据物理规律的函数关系与单位制选择无关的物理性质 ，两式中的函数形式相同。 例如：自由落体所需要的时间：设：m：落体质量 g：重力加速度h：落体高度 t：下落时间经分析由于n =3，而k =3（ m，g，h是量纲独立的量，故k=3 ）只能组合一个无量纲参数。 即 , , ,即： , 故从而说明t与m无关，且t只与 有关。(k为比例系数）(2) 爆炸相似律 炸药在空气中爆炸时，影响冲击波波阵面上的压力的基本物理量 有：炸药的爆热QV，装药密度 ，装药半径r，爆心距R，以及 空气的压力Pa和空气的初始密度 ，若忽略空气的粘滞力与导热 性：以R，Pa， 为三个基本参量，则可构成61-3=4个无量纲的量：即 ， 同理得： ， 所以有：如果装药密度相同，用同一种炸药在相同空气中作试验，则：空气爆炸几何相似律 说明：进行多次实验时，只要 ,则 相同，如果装药量w1在R1处的超压为 ，那么另一装药量w2 ， 在R2处的超压也是 ，则有： 即 是的 函数故：上述函数关系可写成, 称为对比距离，A, B,C为系数，由实验确定。 根据大量实验，TNT球形药包在无限空中爆炸时，R：爆心距（m） w：装药量（kg） 一般认为，无限空中是指(h为装药离地面的高度）：对其它炸药，需要换算成TNT当量Qv：装药在刚性地面上爆炸时，可以看作是2倍的装药在无限空间 的爆炸，这时用wT=2w代入上式进行计算。对沙、粘土一类普通地面，按wT=1