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1、新型柔性导爆索爆轰性能研究 南京理工大学 硕士学位论文 新型柔性导爆索爆轰性能研究 姓名：安继锋 申请学位级别：硕士 专业：军事化学与烟火技术 指导教师：朱顺官;张春祥 20040701 硕士论文 新型柔性导爆素爆轰性能研究 摘要 本文通过大量试验，研究了装药密度、装药直径、药剂的粒度、点火方式等 因素对硝酸肼镍装药柔性导爆索起爆、传爆性能的影响。初步探索得出了以上各 因素对爆速、殉爆、拐角效应的影响规律。试验得出：在试验条件下，柔性导爆 索的爆速范围为49025876ms：最小传爆拐角为10。；试验装药条件下由制式 小雷管、电点火头和塑料导爆管激发而达到稳定爆轰的最小铅索直径分别为 测为Oh
2、05cm和0等结论。此外，还进行了雷管装配试验等硝酸肼镍装药柔性导 爆索应用方面的试验研究。通过试验研究，对硝酸肼镍导爆索性能有一定的了解， 有望将其应用于爆炸逻辑网络，作为传火传爆或点火起爆元件用于众多火工系统 和民用爆破器材。 关键词：点火起爆柔性导爆索DDT硝酸肼镍 硕十论文 新型柔性导爆索爆轰性能研究 ABSTRACT caused On influencewhichwere thebaseof density, by charge experiments，the and initiation of and mannertOthe diameter size performance i
3、gniting charge，particle inthe researched ofNHNmild transmissionofdetonation fuse MDF was detonating effect rulesofabovefactors detonation turning velocity，and paperThe affecting locatedin4902 wereobtainedIt thatthedetonationis comestOconclusions velocity stable andthediameterof is10 minimumcomer ms-
4、5876ms，the degrees turning tube detonationrealizedsmall fuseheadandshockare O85mm， detonators，electric by 3Omm3Omm oflmmthedistances and thediameter ofsympathetic respectivelyTo test radial for detonationin andin ale and0In axial O5mm additionthe application of MDFinthe Wasalso result of asprepared
5、assemblyblastingcap exploredThe wouldshowthat suchMDFCallusedin network，initiatingexplosive explodinglogic deviceand commercialmatedals explosive words initiationmild fuseDDTNickel nitrate Key hydrazine detonating j辽 1 625461 声 明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果
6、，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 研究生签名： 如夸年7月占日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的全部或部分内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 厶牛年7月P日 研究生签名： 顺I论文 新型柔件导爆索爆轰件能研究 l绪论 11研究背景及意义 柔性导爆索 MDF 用于弹药战斗部和航天航空等火工系统，承担传爆或 微秒级延期；也能组成简单的爆
7、炸网络，实现多点起爆，使弹药发挥更大的效能 与威力。现用作为起爆传爆功能的柔爆索技术中，普遍采用钝感的单质炸药，主 的趋势就是安全可靠，能最大限度地抵抗外界的机械和热的冲击。 随着含能配位化合物的合成丌发和性能改善，显示出综合的优良性能，包括 机械感度低、热安定性好、易点火、爆轰感度高、爆速范围宽等，即具备了所谓 的“起爆炸药”特点，这些也一是可以充分利用和值得发掘的潜在性能。为适应 火工品组合化趋势，简化火工系统结构，本课题丌展了此类火工药剂范畴的柔性 导爆索研究，目的在于获得其点火、起爆、传爆及安全方面的性能，以逐步建立 起该领域的理论体系，为新型火工器件设计和应用，提供理论依据：同时也能
8、对 新药荆的丌发指明方向。 12国内外研究概况 导爆索作为一种起爆器材，它的发展必然是和炸药以及起爆技术的发展紧密 联系着的。十八世纪束到十九世纪初，为满足采矿工业的需要最先研制出的导爆 索是以铅为外壳，硝化棉作药芯。以后导爆索的发展经历了两个阶段。第骱段 的特点是导爆索用软金属作外壳。铅壳硝化棉导爆索在使用了二十多年之后在 1904年，出现了铅壳梯恩梯药：嚣导爆索。此类导爆索的外径一般在56mm左 右，爆速50007000m?S“。第二阶段，1919年jF值新型猛炸药泰安和黑索会从 试验研制进入大规模生产和使用的起始年代。这两种炸药都有非常优良的爆轰性 能；爆速高，威力大，爆轰感度好，特别是
9、它们不用坚固的外壳包裹就能在小直 径下爆轰。具备这些性能的炸药正是作导爆索药芯的理想炸药。 柔性导爆索足血11年代后期发展起束的一种新型索类火工。nf。早在木I址纪初 就出现了用猛炸药装填的各种导爆索。如将熔融梯恩梯 TNT 装填到锚管罩制 成的所谓“考社”导爆索，以及装填泰安的导爆索等。然而这些导爆索的性能欠 佳，远远不能满足近代航空、空间、武器的发展需要。五十年代后期，国外出现 了以挠性会属为外壳，装填各种猛炸药。外壳比较小的柔性导爆索或称低能导爆 索。六十年代以后又出现了各种耐热柔性导爆索。柔爆索的出现开辟了火工品的 一个新领域，特别是虽近二十年来，山于它在宇航、导弹、超音速飞机等尖端科
10、 技领域及深井石油、矿山丌采等工业发展项目中的广泛应用，使它在许多国家都 得到迅速发展。柔爆索可用于爆轰传递、爆炸切割以及延时控制等目的。目前国 外广泛用于宇航事业的新型小直径导爆索形成了柔爆索 MDF 封闭式导爆索 删亡文 新J牲秉什导琳索爆轰性能I， f究 据有关资料报道仅在美国的阿波罗宇航飞船上采用以上几种新型导爆索达76件 之多，其【 _I柔爆索29种54件。 我国关于柔爆索的研究始于七F代12,31，现已研制出柔爆索和封闭式导爆 索，它们主要应用于导弹的级分离，火箭的发动机、石油射孔及作为爆炸网络中 基块之间的爆轰传递通道15等。圈内9lqll-t：导爆索外壳材料主要是铅、铝、铜、
11、银等，所用药芯主要是黑索会、泰安、六硝基芪等，外壳直径为l6mm，爆速一 般为50008000ms-i。随莆种药技术的发展，柔爆索在弹药技术上也存在广阔 的应月d景。 根据不同的使用要求，7f择种各样的柔爆索。下而介绍几种类型的柔爆索。 1 铠装柔性导爆索141 铠装柔性导爆索 SMDC 是Ih金属壳内装填炸药，再用聚四氟乙烯塑料包 覆，最外层为不锈钢管的传爆线路。 铠皴柔fI：导爆索最常JI】的柔性导爆索是每一英iJ银壳或铝壳内装有25格令 温炸药使柔性导爆索在短删内可承受425。F以卜的高温，并对爆轰性能无任何 的不良影响。 铠装柔性导爆索匀lfi 因不锈铜管的铠装能力而具有许多优点。 _
12、 j于采用多点 起爆形成的碎屑和产物的污染问题，爿知道使用铠装柔性导爆索的优点。铠装柔 性导爆索组件在作用前后的差别仪仅是管径比发火Iji增加了15。 铠装柔性导爆索的其它优点： a铠装柔性导爆索组件的直径比其它封闭的爆轰传播系统直行小，占空问小。 b在爆轰期蚓，铠装柔性导爆索可耐震动和缠绕。 C由于其刚性结构的原因，这样使得它在扶得90置信度时的可靠性为 099996。 d铠装柔性导爆索是种完整的密封件，它对环境钝感。 e这种结构类型适合j二政府、航天和石油工业标准，目前，铠装柔性导爆索 组件已用于最先进的飞行器、导弹和卫星运载火箭系统。石油工业的应用包括防 lf：引爆传输装置和点火头被爆炸
13、产物污染。 f使用寿命：10年 最少 。 2 双柔性导爆索【4I 双柔性导爆索山两个柔性导爆索组成，并分股封闭_r塑利壳内。它通常J jli 能量传输或作功所需的冗余要求。双柔性导爆索通常不会感应，其爆轰不会从+ 个柔 个柔性导爆索传到另个。通过对塑料壳材料、设计和装配的正确选择， 新型莱性导爆索爆轰性能研究 硕上论文 性导爆索的爆轰不会影响第二个柔性导爆索。 3 成型转换柔性导爆索一1 在成型转换柔性导爆索中，炸药芯装药和外边直径将发生连续变化。转换的 数目将合并于一简单柔性导爆索长度内。使用成型转换柔性导爆索，可以完成从 低炸药芯装药到一定工作区域 如切割、插销操作、爆轰传递等 所需的能量
14、转 换。在这些工作区域，炸药芯装药将增大。成型转换柔性导爆索具有消除了炸药 界面等优点，同时能精确控制时间并使元件简单化。 芯径装药的转换率最大可到10，转换长度通常小于05英寸，这依耐于芯装 药和转换率，除此之外，也可完成柔性导爆索到线性聚能装药的转换。成型转换 柔性导爆索用壳体材料优选铅。 4 带状柔性导爆索14j 带状柔性导爆索是一种长方形形状，主要应用于直接炸药输出。圆形柔性导 爆所提供径向爆炸力，而带状柔性导爆索提供的爆炸力主要是双方向性。由于双 向性能量输出，所以，带状导爆索使用较少的炸药装药而提供一给定的工作性能。 带状导爆索的另个应用是用于爆轰传递中，它在爆炸传递中扮演受体和施
15、体， 比圆柱形柔性导爆索还有效。 像其它柔性导爆索一样，带状柔性导爆索可使用不同的炸药、壳体和芯装药 及增强材料。其制造可通过使圆形柔性导爆索变平来完成，宽度与高度的比率通 常在2：1到4：1范围内。 以上各种类型的柔性导爆索各有其优点，能适合于不同的条件要求。缺点是 1 只能由爆炸方式起爆，使应用受到限制： 2 传爆性能欠缺，即可靠性不 高，尤其要求低爆速拐角特性时； 3 破坏力过大。 随着含能配位化合物的合成开发和性能改善，显示出综合的优良性能，包括 机械感度低、热安定性好、易点火、爆轰感度高、爆速范围宽等，同时，具有起 爆炸药的特点。若能采用这类新型配位化合物作为柔性导爆索的装药芯，将会
16、在 点火、安全性、爆轰感度、传爆等方面显示出比较优越的性能。 关于配合物炸药的研究情况 前苏联人对于配合物五氨基四唑钴这种安全 炸药的研究结果表明，其在加热时分几个阶段逐步分解，形成一系列中间产物， 而且坏的5个位置上取代基决定的四唑配位体的反应能力也影响着除物理因素 以外的络合物装药的使用性能，包括起爆能力。配体歼裂和形成最初分解物后进 行第二次反应，其中包括用络离子脱氢、脱碳。这些反应越快、放热越多，燃烧 转爆轰就越短、起爆能力就越大。 研究也表明了配合物炸药有比较好的机械感度、静电感度等性能，是比较好 的安全炸药。 新型柔性导爆索爆轰性能研究 硕士论文 根据开裂贡献编制了计算络合物密度的
17、公式，络台物的密度按下式计算： p 劳 其中，M为分子量，Vi为第i种离子的贡献值。 同时，研究也得到了络合物爆速的计算公式。假定采用的“爆炸部分”的密 度p 179em3，利用下式计算：“爆炸部分”的爆速。 D 277+昔 巴R+。Ny 式中，M一“爆炸部分”分子量： D一“爆炸部分”的爆速； p“爆炸部分”的密度 179?cnl。 ； F凡一络合物炸药分子“爆炸部分”基团贡献总量 Fi一基团贡献 值，ni一该基团数 ； y舾一络合物炸药分子“爆炸部分”基团间化学键的贡献总量 计 算的基团内部键 Nj一键的贡献值：ni一此种键数 。 但是，为了有效利用这些炸药，除了对这些炸药最佳装药性能进行
18、研究外， 还要对它们的燃烧转爆轰 DDT 过程进行研究。 13柔爆索中燃烧转爆轰的影响因素 柔爆索中燃烧转爆轰过程的影响因素很多，例如炸药种类、密度、空隙率、 药柱直径、限制条件、初始温度、压力、点火能量和方式等，主要有以下几个方 面： 1 炸药的种类M置“J3，1424l冲击波感度大的炸药，点燃和燃烧均比较快， 易由燃烧转为爆轰。猛炸药的燃烧稳定性较高，起爆药较低，而易熔炸药又比难 熔炸药的稳定性高。因熔化层起着阻碍气体渗入的隔断作用。凡破坏稳定燃烧的 临界压力小的炸药燃烧容易转为爆轰。 2 炸药密度和空隙率18-251试验研究结果表明，随着密度的增加燃烧速 度增加。这表明，虽然空隙率对燃烧
19、有利，但密度高，单位体积装药燃烧反应放 出的热量大，压力高，燃速也高。此时炸药空隙率对燃速的影响被密度增加掩盖 了。 3 壳体强度他10睁。7，241随着壳体强度增加，容易建立燃烧压力，有利于 向爆轰转变。壳体强度小燃烧初期因壳体侧向变形小，燃速和厚壁时的相比差 别不大。待壳体膨胀之后，燃速呈下降趋势，而后以缓慢的速度增加，直至壳体 完全破裂熄灭。试验结果表明，凡在压实燃烧位置采用强约束，有利于燃烧转变 为爆轰。 4 点火能量f12,2420,32研究结果表明，炸药被点燃时，首先是炸药的惰 硕t论文 新型柔性导爆索爆轰性能研究 性加热，气化，即预点火。从气化到燃烧存在一段延迟时间。这一时间的长
20、短与 点火能量大小有关。当点火源热流量增加时，惰性加热，气化时间均要缩短，反 则增长。 高能量点火药使炸药发生对流点火，不发生慢速层流燃烧，可以在时间和空 间上大大缩短燃烧转爆轰的过程。 5 炸药的粒度12,t5,2啦印l】粒度大小对燃烧转爆轰过程有一定的影响。 6 装药直径180429,30l装药直径对燃烧转爆轰的影响主要表现为直径效 应。 此外，还有装药长度、排气条件等因素对柔爆索燃烧转爆轰也有影响。 14本论文的主要研究工作 本文的目的在于通过对新型柔性导爆索爆轰性能的研究，获得其点火、起爆、 传爆及安全方面的性能，以逐步建立起该领域的理论体系，为新型火工器件设计 和应用，提供理论依据；
21、同时也能对新药剂的开发指明方向。为实现以上目的， 本文的主要工作以及要解决的问题如下： 1 通过对大量文献的调研，掌握和了解目前国内外研究现状以及未来的发展 方向： 2 了解并掌握药剂的性能参数，以便进行试验的设计： 3 拉制装有N 的金属导爆索： 4 寻求较好较合适的起爆方式： 5 寻找更好更有效的测试手段，对试验结果进行多方面多角度考察； 6 在试验进行的过程当中，根据试验结果对设计方案进行必要调整； 7 根据测量的精度选择合适的测量仪器； 8 对试验当中的有关参数进行准确测量； 9 对试验的结果进行理论上的分析和机理上的探索； 10 对所研究的金属导爆索进行一些应用方面的研究； 11 初
22、步建立起爆炸药DDT的理论体系。 硕士论文 新型柔性导爆索爆轰性能研究 2硝酸肼镍的基本性能 21硝酸肼镍的理化性能 1 外观NHN为玫瑰色聚晶，粒度一般在60um以上。 2 相对密度由比重瓶法和用无水乙醇测得的药剂相对密度为： 21299?em-3。 3 假密度按WJl86789火工品药剂假密度测定法，对连续批NHN 药剂所实测的假密度范围为07O95 g?em3。可看出，NHN具有良好的 流散性，能很好满足实际的定容装药要求。 4 溶解度室温下，NHN几乎不溶于水、甲醇和乙醚，微溶于乙醇和丙 酮。 5 常温吸湿性按WJl86589火工品药剂吸湿性测定法对NHN常温 吸湿性试验，其吸湿量为O
23、014。可见吸湿性很小。 22硝酸肼镍的感度性能 实测NHN的5s延滞期的爆发点为283。与常规起爆炸药的资料数据对比 如表21所示。 表21 NHN和常规起爆炸药的爆发点数据 K?D DDNP 起爆炸药 结晶LA 结晶LTNR 四氮烯NHN 5s爆发点 372 282 263 170173154 283 柱点火 加导管 ，测试100和50的发火高度。试验结果如表22所示。结果 表明，NHN具有相当好的火焰感度，几乎与LTNR相当。 表22 NHN和LTNR的实测火焰感度 3 撞击感度按WJl87089方法，对NHN进行了撞击感度的测试，落锤 温为26，相对湿度为60。 硕士论文 新型秉性导爆
24、索爆轰性能研究 锤重15Kg，药量20mg。NHN的试验结果与常规起爆炸药的资料数据如表23所 示。 表23NltN和常规起爆炸药的摩擦感度数据 药剂名称 发火率100 DDNP 25 100 糊精LA 70 结晶LTNR NHN 12 由上述测试结果和表中数据说明，NHN的摩擦感度较低，比DDNP要钝 感些。 串联电阻0，放电间隙012ram，输出极性“负极”，无点平，固定放电电压20KV， 室温21，相对湿度48。试验结果：第组025，第二组025，第i组025。 23耐压性 为了考察NHN不同密度下的点火感宦，通过单的装药和不同的压力进 行导火索和导爆管点火试验。 试验条件：厚铝管体 士
25、，产618um，击日-305mmL 2000tto。 制式拉兰铁管L B2mm 螺旋式压力机 20 压力 MPa，50MPa，100MPa，150ldPa和200MPa。 操作方法：将厚铝管放入模具，再将每份为50rag的NHN压八管体中，共 压装四份，以保证装药密度的均匀性。退模后测取装药高度，再扣入铁管中 药 剂齐平端向上 。用导火索或导爆管卡口收牢。每个压力点装配6发，两种点火 方式各试验3发。结果如表24所示。 表24耐压性试验数据 硕士论文 新型柔性导爆索爆轰性能研究 以体密度为x轴，压力为Y轴，作压力与体密度的关系曲线图，经拟合后如 250 200 芒150 孟 100 50 0一
26、一一一一 1200014000160001800020000 10000 体密度 g?cm。 图21压力与体密度关系曲线图 7845x。 图21示。其中，R2 09654，压力与体密度的函数关系式为Y 01662e3 此关系式在后面预测压力值时很有用。 新型柔性导爆素爆轰性能研究 硕士论文 3 NHN柔爆索制作 31柔爆索的设计原理 311一般炸药的起爆与传爆 对于没有金属外壳约束的炸药的爆轰，爆轰波是沿爆炸物传播的一种强冲击 波，与一般的冲击波不同在于，在其传过后，爆炸物因受到强烈冲击作用立即发 生高速化学反应，形成高温高压的爆轰产物，并释放出大量的化学反应热能。所 释放的热能，又能供给爆轰
27、波对下层爆炸物进行冲击压缩，因而爆轰波就能稳定 的传播下去。由此可见，爆轰波是后面带有一个高速化学反应区的强冲击波。见 3 下图所示。 4 一 。 化 _ 学 _一卫 反 鼓 证 爆轰波面 一一一 图31爆轰渡面示意图 l一原始爆炸物；2一前沿冲击波面；3一反应终了断面： 4一爆轰产物 在炸药中如果传入的冲击波速度大于装药本身的音速，而小于装药的临界爆 速时，由于冲击波的强度较弱，不足以激发装药中的自加速化学反应，因而迅速 衰减为音波。装药不能发生爆轰，只是发生未反应的炸药被抛散的现象。如果传 入的冲击波强度足够大 如果大于其临界爆速 时，在起始一段装药长度上，激 发起的炸药化学反应传播速度就
28、会高于炸药爆轰速度，但是它会很快地自动过渡 到稳定爆速上来。也存在另一种情况，即初始冲击波的速度虽然小于该条件下炸 药的稳定爆轰速度，但它的强度已能激发其炸药自行传播的分解反应，于是分解 反应所放出的能量就能使冲击波不断的加速。传播一段长度后，就达到了稳定的 爆速，由不稳定状态过渡到稳定状态。 凝聚相炸药的实际爆轰反应传播存在着以下几种机理： 1 均匀灼热机理 对于均匀的液体炸药或结构很均匀的固体炸药，其爆轰过程中高速化学反应的发 生是由于冲击波的冲击作用使得整个一薄层炸药温度突然升高所至。 2 不均匀 灼热机理对于炸药本身结构不均匀的情况，这类炸药中爆轰化学反应的发生不 是一整层炸药的均匀灼热，而是由于受到冲击波作用后在炸药个别点温度升的很 高，形成了“热点”，在炸药颗粒表面发生高速化学反应，而后向深部迅速扩展。 硕士论文 新型柔性导爆索爆轰性
