终点效应之聚能效应

聚能效应，即炸药爆炸后，起爆炸产物在高温高压下基本是沿炸药表面的法线方向向外飞散的。因此，带凹槽的装药在引爆后，在凹槽轴线上会出现一股汇聚的、速度和压强都和高的爆炸产物流，在一定的范围内使炸药爆炸释放出来的化学能集中起来。

当装药凹槽内表面衬上一个药形罩时，装药爆轰后，凹槽附近炸药爆炸的能量就会传递给药形罩，使药形罩以很大的速度向轴线运动，此时，药型罩在高温高压的爆轰产物的作用下，形成金属杆，可以看作流体。其中，药型罩的内表面形成细长的金属射流，药型罩外表面形成杵体。药型罩压垮并产生射流的过程，射流吸收的爆炸能量不会象爆炸产物那样再散失掉。金属杆在轴向上存在速度梯度，从而，引起了金属射流在飞行过程中拉断现象。炸药性能和重量、装药结构、起爆方式、药型罩材料及其几何尺寸等对金属流的形成和侵彻具有显著影响。

圆柱形药柱爆洪后，爆轰产物沿近似垂直原药柱表面的方向，向四周飞散，作用于钢板部分的仅仅是药柱端部的爆轰产物，作用的面积等于药柱端面积。带锥孔的圆柱形药柱则不同：锥孔部分的爆轰产物飞散时，先向轴线集中，汇聚成一股速度和压力都很高的气流，称为聚能气流。爆轰产物的能量集中在较小的面积上，在钢板上就打出了更深的孔，这就是锥形孔能够提高破坏作用的原因。

锥孔处爆轰产物向轴线汇聚时，有两个因素在起作用：

1. 爆轰产物质点以一定速度沿近似垂直于锥面的方向向轴线汇聚，使能量集中；

2. 爆轰产物的压力本来就很高，汇聚是在轴线处形成更高的压力区，高压迫使爆轰产物向周围低压区膨胀，使能量分散。

由于上述两因素的综合作用，气流不能无限的集中，而在离药柱端面某一距离处达到最大的集中，以后则又迅速飞散开了。

为了提高聚能效应，就应设法避免高压膨胀引起能量分散而不利于能量集中的因素，对于聚能作用，能量集中的程度可用单位体积能量，即能量密度来做比较。爆轰波的能量中，位能占3/4，动能占1/4。而聚能过程，动能是能够集中的，位能则不能集中，反而起分散作用，所以，聚能气流的能量集中程度不是很高的。如果设法把能量尽可能转换成动能的形式，就能大大提高能量的集中程度。

在药柱锥孔表面加一个铜罩，爆轰产物在推动罩壁向轴线运动过程中，就能将能量传递给了铜罩。由于铜的可压缩性很小，因此内能增加很少，能量的加大部分表现为动能形式，这样就可避免高压膨胀引起的能量分散而使能量更为集中。此外，铜罩还有两个有利于穿孔的作用：

1. 罩壁在轴线处汇聚碰撞时，发生能量重新分配。罩内表面铜层的速度比闭合时的速度高1至2倍，使能量密度进一步提高，形成金属射流；罩的其余部分则形成速度较低的杵。严格的讲，锥形罩壁在向轴线运动过程中，能量已经在逐渐地由外曾向内层转移。

2. 金属射流各部分的速度是不同的，端部速度高，尾部速度低，因此射流再向前运动过程中将被拉长。但由于铜的优良的延性，射流可以比原长延伸好几倍而不断裂。当然，金属射流在延伸过程中不像聚能气流那样膨胀分散，仍保持着原来的能量密度。

由此可知，药型罩的作用是将炸药的爆轰能量转换成罩的动能，从而提高聚能作用，所以对罩的材料的要求是：可压缩性小，再聚能过程中不气化，密度大，延性好；铜是目前应用最为普遍的材料，也有少量使用金属钽制作的药型罩。

由上面的分析来看，聚能效应的主要特点使能量密度高和方向性强，但仅仅在锥孔方向上有很大的能量密度和破坏作用，其他方向则和普通装药的破坏作用是一样的；因此，聚能装药一般只适用于产生局部破坏作用的领域。

事实上，不仅锥形罩能产生聚能作用，其他如抛物线形罩和半球形罩等也能产生聚能作用，这些都属于轴对称聚能装药。锥形罩也有圆锥形、喇叭形、双锥罩等多种形式。有时，药型罩可以做得很长，用以产生一条聚能射流，起切割作用，这种装要成为线型聚能装药或切割索。轴对称和平面对称型聚能装药应用很广，如在军事上，用于对付各种装甲目标；在工程爆破中，可在土层和岩石上打孔（勘探领域）；在野外切割钢板、钢梁；在水下切割构件（打捞沉船时切割船体）。

石油射孔弹聚能效应理论讲义

石油射孔弹聚能效应理论 培训讲义 培训人：王树山、魏继锋、徐豫新 北京理工大学爆炸科学与技术重点实验室 2010年9月

目录 1石油射孔弹的结构 (1) 2基本概念 (3) 2.1空穴装药 (3) 2.2射流 (4) 2.3 聚能效应 (4) 2.4 炸高 (4) 2.5 爆轰 (5) 3 聚能射流形成理论 (5) 3.1 射流形成过程 (5) 3.2 射流形成机理 (6) 3.2.1 Birkhoff定常理论 (7) 3.2.2轴对称药型罩压合时厚度方向各层的速度和压力分布 (11) 4 射流侵彻理论 (15) 4.1 概述 (15) 4.2 连续射流侵彻的流体力学理论 (17) 4.2.1 定常理想不可压缩流体力学理论 (17) 4.2.2准定常理想不可压缩流体力学理论 (17) 5 射孔弹影响因素 (18) 5.1 炸药性能 (19) 5.2 起爆方式 (20) 5.3 药型罩材料及成型工艺 (21)

5.4 药型罩形状及结构 (23) 5.5 炸高 (26) 5.6 壳体 (27) 5.7 隔板 (28) 5.8 靶板 (29) 6 爆轰驱动理论分析 (30) 6.1 Gurney模型 (30) 6.2一维爆炸驱动能量守恒方程 (31) 6.3 聚能射流形成的临界条件 (34) 6.3.1 低速限制条件 (34) 6.3.2 高速限制条件 (36)

石油射孔弹聚能效应理论培训讲义1石油射孔弹的结构 图1.1.1石油射孔弹实物图 图1.1.2石油射孔弹结构示意图 图1.1.3 射孔弹作用示意图

射孔弹主要由起爆器、穿/扩爆药、主装药、壳体、药型罩五部分组成。少数还可能含波形调整器。 （1）起爆器 常为雷管。 （2）炸药装药 是射孔弹做功的能源, 炸药装药的品种(配方)、密度、几何尺寸等物理和化学特征都对其性能有很大的影响。主装药通常有RDX、HMX为基的药剂。 （3）壳体 壳体材料的物理性能决定了壳体材料的弹塑性和强度，这一性能直接影响炸药爆炸能量的利用率。一般而言壳体强度越大，炸药的爆炸能量越容易集中作用于药型罩，壳体强度越小，壳体就越过早破裂，能量就越容易分散释放，能量利用率也就越低。 （4）药型罩 药型罩的作用是将炸药的爆轰能量转换成罩的动能，从而提高聚能作用，产生金属射流。对罩的材料的要求是：可压缩性小，在聚能过程中不气化，密度大，延性好。 聚能药型罩一般采用以铜基为主的粉末药型罩，它的特点是延伸性好，密度较大，易于加工等。目前通用的配方为80% 紫铜、19% 铅和1% 石墨, 也有在这些配方中加入适量的钨、锌、铋、钛等金属，目的是提高射流的密集度或加大它的延伸性，以便有利于提高穿深。如今，也有少量使用金属钽制作的药型罩，或者采用双锥罩。 事实上，不仅锥形罩能产生聚能作用，其他如抛物线形罩和半球形罩等也

装药爆炸过程中聚能射流行为模拟

ANSYS 软件及应用 装药爆炸过程中聚能射流行为模拟

装药爆炸过程中聚能射流行为模拟 1. 聚能效应简介 聚能效应（Gathering energy effect），通常称为“门罗效应”，即炸药爆炸后，爆炸产物在高温高压下基本是沿炸药表面的法线方向向外飞散的。因此，带有锥形凹槽的装药在引爆后，凹槽附近的爆轰产物飞散时将在装药轴线处汇聚，形成一股高速、高温、高密度的射流，这股射流在靶板较小的区域内形成较高的能量密度，致使炸坑较深。这种利用装药一端空穴以提高爆炸后局部破坏作用的效应称为聚能效应。 聚能效应的应用非常广泛，在军事上，可用来生产穿甲弹、碎甲弹、反坦克枪榴弹等，用于对付各种装甲目标；在工程爆破中，可在土层和岩石上打孔，其中在石油工程领域的应用最为典型；另外，聚能效应也可用于水下切割构件，在野外切割钢板、钢梁等。 图1显示了不同装药结构的穿孔能力。图1.a中爆轰产物向柱型装药四周均匀飞散，药柱底部爆轰产物作用于靶板；图1.b中装药锥孔部分的爆轰产物飞散时，向轴线集中会聚成速度和压力很高的气流，爆轰产物的能量集中在较小的面积上，在靶板上打出更深的孔；图1.c中装药锥孔部分加装金属药型罩，爆轰产物在推动罩壁向轴线运动的过程中，将能量传递给了金属罩，依靠罩的动能产生了更大的破坏作用；图1.d显示增大炸高可以使射流充分形成，提高侵彻能力。 图1. 不同装药结构的穿孔能力 图2为爆炸产物的飞散方向示意图。圆柱形的普通炸药柱爆轰时，爆轰产物以近似垂直药柱表面的方向朝四周飞散，如图2.a所示。而有锥孔的圆柱形药柱

爆炸后，锥孔部分的爆轰产物向轴线集中，汇聚成一股速度和密度都很高的气流，这时爆轰产物的能量集中在较小的范围内，即为聚能效应。爆轰产物向轴线汇聚过程中，一方面由于爆轰产物以一定速度沿垂直于锥孔表面的方向朝轴线汇聚；另一方面，由于稀疏波的作用，汇聚到轴线处的爆轰产物又会迅速地向周围低压区膨胀，使能量分散开。因此，爆轰产物只能在短时间内和距药柱端面某一近距离内保持高度集中，如图2.b所示。如果在成型装药的锥孔表面加上一个金属罩，则爆炸后的爆轰产物将推动罩壁向轴线运动，将能量传递给金属罩，这样就可以避免气体的高压膨胀引起能量再度分散。罩壁在轴线处碰撞时，罩内表面的速度比药型罩压垮闭合时的速度高出1～2倍，使金属中的动能进一步提高，形成高速的金属射流，如图2.c所示。 图2. 爆炸产物的飞散方向 图3显示了金属射流和杵的形成过程。由于金属罩体积基本不变，同样质量的金属收缩到较小的区域时，罩壁必然要增厚，即罩内壁的质点速度必然大于外表面速度，因此在轴线碰撞后，内壁成为射流，外壁成为杵，如图3所示。图中号码表示罩壁与射流和杵的对应位置。显然，药型罩外壁材料在杵上的排列位置与原排列顺序一致，而内壁材料在射流上的排列顺序则与原位置相反。 本文将采用ANSYS软件对聚能射流的形成过程进行模拟。

3 爆轰波的流体力学理论2

3.8 聚能效应 3.8.1 聚能效应的基本现象 20世纪50年代以来，各国学者都在探求爆炸产物的有效利用问题。与前面介绍的爆炸作用不同，聚能效应是通过利用特殊形状的装药来达到提高其局部爆炸破坏作用的目的。 随着测试手段的科学化和现代化，瞬时高压作功的物理过程能够得以揭示，炸药爆炸的聚能效应也就逐渐得到了广泛的应用。目前，聚能装药在战时被广泛应用于各种穿甲、破甲雷弹及战时破坏作业（如大型桥梁、建筑物的破坏）；在平时用于快速切割金属（如打捞沉船等）、在硬土或冻土中快速穿孔、破碎孤石（悬石和危石）、在抢险救灾中快速清除障碍物（陆上或水中障碍物，如楼房、桥梁、树木等）、利用线性聚能装药拆除大型钢结构建筑物、桥梁以及切割贵重石材等。 根据爆轰产物沿其外法线方向散射这一基本规律，在装药底部或一侧予留空穴（如锥形、半球形、线形、抛物形、双曲线形等），或再加药型罩并取适当炸高（从聚能药包的底面（即药型罩底面）到穿孔目的物间的距离），爆炸时，由于空穴的存在，从而产生冲击、高压、碰撞、高密度、高速运动的气体流或金属流（带金属罩时），就可使爆炸能量沿轴线方向向外射出较高能量密度的聚能流，并集中到一定方向上发挥作用。这种利用装药一端（侧）的空穴使爆轰产物聚集、增加能量密度、以提高局部破坏作用的现象称为聚能现象，其效应称为聚能效应或空心效应，又称诺尔曼效应。能形成聚能流的装药称为聚能装药，其装置为聚能装置。 聚能效应是外部装药爆炸直接作用的一种特殊情况（非接触爆破），其作用在于使爆炸能在一定的方向集中起来，从而使爆炸的局部破坏效应增强。其主要特点是：装药底部（或一侧）有空穴；装药底面（或一侧）与目标间有一最有利距离；破甲能力很强。有空穴是其基本特点，也是形成聚能效应的基本条件。 聚能装药爆炸后，具有高温、高压的爆轰产物沿装药表面法线方向迅速散射时，在空穴影响下，必然在空穴前方汇集于一点（线性装药汇集成一线），此点（线）处的爆轰产物密度可增大数倍，速度可达每秒万米以上，温度可达数千摄氏度，压力可达几十兆帕。若空穴外壳采用金属药型罩，则会形成密度更大、压力更高的射流。在这种高温高压高速射流作用下，目标可视作流体，对目标具有很大的穿透能力，达到穿孔或切割的目的。 不同的装药形式具有不同的破坏效果。对于普通无空穴的园柱体装药，爆炸后爆轰产物近似沿装药表面法线方向散射，其速度一般为每秒数千、压力数量级一般为1×104MPa；当装药一端制成锥形空穴起爆后，爆轰产物质点以一定速度沿近似垂直于锥形空穴表面的方向向药柱轴线汇聚，使能量集中，此处聚能流速度高达每秒万米以上，密度比普通装药大4~5倍，高压的爆轰产物在沿轴线汇聚时，形成更高的压力区，比普通装药高10余倍，这种高压迫使爆轰产物向周围低压区膨胀，使能量分散。 由于上述两个因素的综合作用，气流不能无限地集中，而在离药柱端面某一距离处达到最大的集中，以后又迅速飞散开了。也就是气流在聚能过程中，动能（约占总能量的1/4）是能够集中的，而位能（约占3/4）不但不能集中，反而起飞散作用。如果设法把能量尽可能转化成动能形式，就能进一步提高能量的集中程度。提高的方法是在空穴内表面嵌装一个形状相同的药型罩。这种装药形式的爆轰产物在推动罩壁向轴线运动过程中，将能量传递给金属罩。由于金属罩的可压缩性很小，因此内能增加很少，能量的极大部分表现为动能形式，这样就可避免由于高压膨胀引起的能量分散而使能量更加集中，形成一束速度和动能比气体射流更高的金属射流。研究表明，由于金属流速度高，直径小，金属呈热塑状态，密度远比

冲击波与爆轰波 精品

第四章冲击波与爆轰波 爆轰(detonation)是炸药化学变化的基本形式，是决定炸药应用的重要依据。爆轰反应传播速度非常大，可达每秒数千米，反应区压力高达几十吉帕（几十万个大气压），温度也在几千K以上，爆轰的速度、压力、温度等决定着炸药的做功能力和效率。研究炸药的爆轰现象和行为，认识炸药的爆炸变化规律对合理使用炸药和指导炸药的研制、设计等有重要的理论和实际意义。在爆轰现象发现之前人们就建立了冲击波理论，后来在冲击波理论的基础上建立了描述爆轰现象的经典爆轰波理论，这个理论至今仍然是十分有用无法被替代。炸药在爆炸过程中经常会产生一些波，如爆炸在炸药中传播时形成爆轰波。爆轰产物向周围空气中膨胀时形成冲击波，爆轰波和冲击波过后，介质在恢复到原来状态的过程中会产生一系列膨胀波等，因而在研究炸药爆轰以及爆轰后对外界的作用时，始终离不开波。爆轰的传播可以看成波动过程，具有波动的性质，简要介绍波的基础知识并回顾爆轰理论的发展过程和阶段对学习和掌握炸药的爆轰原理是有必要的。 4.1 爆轰理论的形成与发展 （1）爆轰现象的发现：1881年、1882年，Berthlot，Vielle，Mallard和Le. Charelier 在做火焰传播实验时首先发现的。他们的研究揭示，可燃气火焰在管道中传播时，由于温度、压力、点火条件等不同，火焰可以以两种完全不同的传播速度传播，一种传播速度是每秒几十—几百米，一种是每秒数千米，习惯上把前者称为爆燃，后者称为爆轰，可见爆轰也是一种燃烧—是一种迅速而激烈燃烧。 （2）1899年，1905～1917年，Chapman和Jouguet分别独自地对爆轰现象作了简单的一维理论描述（即C-J理论），这一理论是借助气体动力学原理而阐释的。他们提出一个简单而又令人信服的假定，认为爆轰过程的化学反应在一个无限薄的间断面上瞬间完成，原始炸药瞬间转化为爆轰反应产物。不考虑化学反应的细节，化学反应的作用如同外加一个能源而反映到流体力学的能量方程中，这样就诞生了以流体动力学和热力学为基础的、描述爆轰现象的较为严格的理论—爆轰波的C-J理论。 爆轰波的C-J理论并没有考虑到化学反应的细节，认为化学反应速度无限大，反应瞬间完成，这和实际情况是不相符合的，但是对化学反应的细节进行研究和描述十分困难，这个问题也是爆轰波的结构问题，一直爆轰学的一个重要研究领域。 （3）1940年，前苏联的Zeldovich，1942年，美国人V on.Neumann和1943年德国人Doering各自独立对C-J理论的假设和论证作了改进，提出了爆轰波的ZND 模型。ZND理模型要比C-J理论更接近实际情况。他们认为爆轰时未反应的炸药首先经历了一个冲击波预压缩过程，形成高温高密度的压缩态，接着开始化学反应，经历一定时间后化学反应结束，达到反应的终态。ZND模型首次提出了化学反应的引发机制，并考虑了化学反应的动力学过程，是C-J理论的重要发展。 上述两种理论被称为爆轰波的经典理论。——都是一维理论。 （4）上世纪50年代，通过实验的详细观察，发现爆轰波波阵面包含复杂的三维结构，这种结构被解释为入射波，反射波和马赫波构成的三波结构。 （5）上世纪50～60年代，进行了大量的试验研究，实验结果显示：反应区末端状态参数落在弱解附近，而不是C-J参数，说明实际爆轰比C-J理论和ZND模型更为复杂，同时开展了计算机数值模拟。 （6）上世纪50年代，Kirwood和Wood，推广了一维定常反应理论，指出定常

终点效应之聚能效应

聚能效应，即炸药爆炸后，起爆炸产物在高温高压下基本是沿炸药表面的法线方向向外飞散的。因此，带凹槽的装药在引爆后，在凹槽轴线上会出现一股汇聚的、速度和压强都和高的爆炸产物流，在一定的范围内使炸药爆炸释放出来的化学能集中起来。 当装药凹槽内表面衬上一个药形罩时，装药爆轰后，凹槽附近炸药爆炸的能量就会传递给药形罩，使药形罩以很大的速度向轴线运动，此时，药型罩在高温高压的爆轰产物的作用下，形成金属杆，可以看作流体。其中，药型罩的内表面形成细长的金属射流，药型罩外表面形成杵体。药型罩压垮并产生射流的过程，射流吸收的爆炸能量不会象爆炸产物那样再散失掉。金属杆在轴向上存在速度梯度，从而，引起了金属射流在飞行过程中拉断现象。炸药性能和重量、装药结构、起爆方式、药型罩材料及其几何尺寸等对金属流的形成和侵彻具有显著影响。 圆柱形药柱爆洪后，爆轰产物沿近似垂直原药柱表面的方向，向四周飞散，作用于钢板部分的仅仅是药柱端部的爆轰产物，作用的面积等于药柱端面积。带锥孔的圆柱形药柱则不同：锥孔部分的爆轰产物飞散时，先向轴线集中，汇聚成一股速度和压力都很高的气流，称为聚能气流。爆轰产物的能量集中在较小的面积上，在钢板上就打出了更深的孔，这就是锥形孔能够提高破坏作用的原因。 锥孔处爆轰产物向轴线汇聚时，有两个因素在起作用： 1. 爆轰产物质点以一定速度沿近似垂直于锥面的方向向轴线汇聚，使能量集中； 2. 爆轰产物的压力本来就很高，汇聚是在轴线处形成更高的压力区，高压迫使爆轰产物向周围低压区膨胀，使能量分散。 由于上述两因素的综合作用，气流不能无限的集中，而在离药柱端面某一距离处达到最大的集中，以后则又迅速飞散开了。 为了提高聚能效应，就应设法避免高压膨胀引起能量分散而不利于能量集中的因素，对于聚能作用，能量集中的程度可用单位体积能量，即能量密度来做比较。爆轰波的能量中，位能占3/4，动能占1/4。而聚能过程，动能是能够集中的，位能则不能集中，反而起分散作用，所以，聚能气流的能量集中程度不是很高的。如果设法把能量尽可能转换成动能的形式，就能大大提高能量的集中程度。 在药柱锥孔表面加一个铜罩，爆轰产物在推动罩壁向轴线运动过程中，就能将能量传递给了铜罩。由于铜的可压缩性很小，因此内能增加很少，能量的加大部分表现为动能形式，这样就可避免高压膨胀引起的能量分散而使能量更为集中。此外，铜罩还有两个有利于穿孔的作用： 1. 罩壁在轴线处汇聚碰撞时，发生能量重新分配。罩内表面铜层的速度比闭合时的速度高1至2倍，使能量密度进一步提高，形成金属射流；罩的其余部分则形成速度较低的杵。严格的讲，锥形罩壁在向轴线运动过程中，能量已经在逐渐地由外曾向内层转移。 2. 金属射流各部分的速度是不同的，端部速度高，尾部速度低，因此射流再向前运动过程中将被拉长。但由于铜的优良的延性，射流可以比原长延伸好几倍而不断裂。当然，金属射流在延伸过程中不像聚能气流那样膨胀分散，仍保持着原来的能量密度。

聚能效应及其应用

聚能效应 1 引言 聚能效应（Gathering energy effect），通常称为“门罗效应”，源于1888年美国人门罗(Charles E. Munroe)在炸药试验中发现的规律，即炸药爆炸后，爆炸产物在高温高压下基本是沿炸药表面的法线方向向外飞散的。因此，带有锥形凹槽的装药在引爆后，凹槽附近的爆轰产物飞散时将在装药轴线处汇聚，形成一股高速、高温、高密度的射流，这股射流在靶板较小的区域内形成较高的能量密度，致使炸坑较深。这种利用装药一端空穴以提高爆炸后局部破坏作用的效应称为聚能效应。 2 聚能效应现象 图1 不同装药结构的穿透能力 图1-a所示的圆柱形装药爆炸后，高温、高压的爆炸物近似沿着装药表面法线方向四处飞散，能量不能有效集中，在靶板上只能炸出很浅的坑。 图1-b所示的带有锥形凹槽装药爆炸后，靶板上的凹坑加深，凹槽附近的爆轰产物飞散时将在装药轴线处汇聚，形成一股高速、高温、高密度的射流，这股射流在靶板较小的区域内形成较高的能量密度，致使炸坑较深。 为了进一步提高聚能效应，就应设法避免高压膨胀引起能量分散而不利于能量集中的因素，对于聚能作用，能量集中的程度可用单位体积能量，即能量密度，来做比较。爆轰波的能量中，位能占3/4，动能占1/4。而聚能过程，动能是能够集中的，位能则不能集中，反而起分散作用，所以，聚能气流的能量集中程度不是很高的。如果设法把能量尽可能转换成动能的形式，就能大大提高能量的集中程度。 理论分析及实验结果表明，如果锥形凹槽表面加上金属或其他粉末材料制成的保护层（称之为药型罩），爆轰产物在推动罩壁向轴线运动过程中，就能将能量传递给了药型罩。由于药型罩的可压缩性很小，因此内能增加很少，能量的加大部分表现为动能形式，这样就可避免高压膨胀引起的能量分散而使能量更为集中。 此外，药型罩还有两个有利于穿孔的作用：1. 罩壁在轴线处汇聚碰撞时，发生能量重新分配。罩内表面金属层的速度比闭合时的速度高1至2倍，使能量密度进一步提高，形

炸药的爆轰、爆速与间隙效应

炸药的爆轰、爆速与间隙效应 爆轰是炸药在瞬间发生分解应应的一种特定形式，其实质是爆轰波有炸药中的传播。爆轰波是炸药爆轰时的前阵面，是带冲击波的化学应区，爆轰波是爆轰作用的激发源。爆轰的特点是： （1）化学反应区很薄，凝聚相炸药的化学反应区厚度在0.5mm~2.5mm之间； （2）化学反应区以常速传播，该速度大于炸药中的声速。 （3）在波阵面上产生很高的温度梯度和压力梯度。 一、爆速 炸药中爆轰波传播的速度称为爆速。常用炸药的爆速在2500m\s~7000m/s之间。影响炸药爆速的因素有：

（1）药柱直径。爆速随药柱直径增大而增大，当药柱直径增大到一定值后，爆速即可接近理想爆速成药柱为理想封闭，爆轰产物不发生径向流动时即可达到理想爆速）。反之，减少药柱直径，爆速将相应降低。当药 柱直径减小到定值后，爆轰波就不再能稳定传播，最终将导致熄爆，这是因为有效能量已减少到不能再到持爆 轰波稳定传播。爆轰波能稳定传播的最小药柱直径称为临界直径，临界直径的爆速成称为临界爆速。 （2）炸药密度。对于单质炸药，爆速随密度的增大而增大；对于混合炸药，密度与爆速的关系比较复杂。在一定范围内，噌大密度能提高理想爆速；但超过这个范围继续增大密度，就会导致爆速下降，最终导致熄 爆。 （3）炸药粒度。粒度虽不会影响炸药的理想爆速，但减小粒度一般能提高炸药的反应速度，减小反应时间和反应区厚度，从而减小临界直径，提高爆速。 （4）药柱外壳。药柱外壳不会影响炸药的理想爆速。但外壳能减小炸药的临界直径，所以当药柱直径较小，爆速距理想爆速相差较大时，增强外壳可提高爆速，其效果与加大药柱直径相同。 二、间隙效应

【CN209802203U】一种聚能切割索【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920505483.9 (22)申请日 2019.04.15 (73)专利权人 陕西渭南庆华化工有限公司 地址 714000 陕西省渭南市临渭区站南一 路16号 (72)发明人 张保民　周波　孙志强　 (74)专利代理机构 北京知呱呱知识产权代理有 限公司 11577 代理人 杨乐　苏利 (51)Int.Cl. F42D 1/00(2006.01) F42D 3/00(2006.01) (54)实用新型名称 一种聚能切割索 (57)摘要 本实用新型实施例公开了一种聚能切割索， 涉及火工品技术领域，其技术方案要点包括壳 体、以及设置在壳体内的炸药块，所述壳体包括 横板、设置在横板两侧的两块斜板、以及设置在 两斜板远离横板一端的两块竖板，所述竖板垂直 所述横板，在两竖板之间连接有V形板，所述V形 板尖端靠近横板一侧。与现有技术相比较，同样 的切割能力可以减少单位长度装药量，或者以相 同的单位装药量获得更大的切割效能。权利要求书1页 说明书3页 附图2页CN 209802203 U 2019.12.17 C N 209802203 U

权　利　要　求　书1/1页CN 209802203 U 1.一种聚能切割索，其特征在于：包括壳体(1)、以及设置在壳体(1)内的炸药块(2)，所述壳体(1)包括横板(11)、设置在横板(11)两侧的两块斜板(12)、以及设置在两斜板(12)远离横板(11)一端的两块竖板(13)，所述竖板(13)垂直所述横板(11)，在两竖板(13)之间连接有V形板(14)，所述V形板(14)尖端靠近横板(11)一侧。 2.根据权利要求1所述的一种聚能切割索，其特征在于：所述竖板(13)与横板(11)垂直，两块斜板(12)相互对称，所述横板(11)截面长度为两块竖板(13)之间距离的0.3-0.5倍。 3.根据权利要求1所述的一种聚能切割索，其特征在于：所述竖板(13)与V形板之间的连接点为顶点(141)，顶点(141)距离横板(11)的垂线长度h为两竖板(13)之间距离b的0.8-1.0倍。 4.根据权利要求1所述的一种聚能切割索，其特征在于：所述V形板(14)厚度不均匀，在顶角(142)处的厚度为横板(11)厚度的0.2-0.5倍。 5.根据权利要求1所述的一种聚能切割索，其特征在于：V形板(14)的内角β为60度～100度。 6.根据权利要求1所述的一种聚能切割索，其特征在于：所述炸药块(2)靠近V形板(14)一侧的V型内角α为70度～110度。 7.根据权利要求1所述的一种聚能切割索，其特征在于：所述壳体(1)材料采用铅锑合金、铜、铝或银。 8.根据权利要求1所述的一种聚能切割索，其特征在于：所述横板(11)、斜板(12)和竖板(13)材料为塑料、和/或铝、和/或钢铁；所述V形板(14)为紫铜材料。 2

聚能爆破

第七章聚能爆破 第一节聚能弹基本原理及设计 聚能爆破，顾名思义，就是利用聚能原理加工制做的“聚能药包”，从工程爆破这一角度来讲，是对土岩实施特殊的爆破，以达到人们所需要的目的，而其它爆破是无可比拟的。 “聚能药包”，也称“聚能装置”或“聚能弹”。称聚能药包或聚能装置比较确切，笔者称聚能弹，有点牵强附会，因为“弹”，例如手榴弹、子弹、炮弹，都是弹体本身运动有一定的距离后才产生作用，但由于笔者在部队工作时多年研究聚能药包用于特殊任务，人们习惯上长期把聚能药包叫做聚能弹，故本章也沿用了这一称呼。 一、聚能弹结构作用原理 1．聚能弹结构 聚能弹的结构，是由金属罩、隔板、引信装置、炸药和支架等五部分构成，见图7—1。 2．轴向聚能效应 聚能弹的作用原理，主要是利用聚能效应。聚能效应就是极大地提高爆炸的局部作用，利用弹体一端有凹槽，也称聚能穴，来获得。当弹体一爆炸，在凹槽轴向的猛度效应要比没有凹槽的效应大得多。实验确定，如果在凹槽表面附有一层厚度适宜的金属罩，这种弹体的穿甲深度比没有金属罩的凹槽弹体提高多倍，其对比结果列于表7—1。 l一引信装置，是一个8号电雷管或非电雷管；2一隔板，普遍采用木质、硬 纸、夹布塑料、石墨或低爆速炸药等材料加工制成，隔板的形状多是圆台 形；3一炸药，弹体装药成分是高猛度炸药，例如梯恩梯[C6H2(NO3)CH3]、 黑索金(C3H6N6O6)、“8321”炸药等。装药分熔注、塑装和压药等多种方法， 熔注或塑装适合于体积较大的弹体，压装适合于体积较小的弹体，熔注或 塑装这两种装药，密度虽然小于压装，但不需要压药设备，操作也简单安

全。压装炸药需成套模具和油压机等设备，密度大；4一金属罩，一般采用 紫铜、铁、铝或非金属材料冲压或铸造而成；形状有半球形，圆锥形、双 曲线形或抛物线形等；5一支架。三根支褪及其连接支腿的托盘，称为支 架。采用铁管或本质材料做成。 表7—1所示的作用效应有如此显著的差异，是因为一般的装药(无凹槽)，在引爆后，由于爆炸能量随着爆炸产物和冲击波的运动在不断增大的类似球形体内扩散，因而气体的基本参数(压力、速度、密度)下降很快；可是有凹槽的装药，在凹槽区域却能够大大地增高爆炸产物的密度，提高爆炸产物的压力和速度，从而增高爆炸产物和冲击波的能量密度。这样，基本参数不但不下降，反而增大。这种沿凹槽轴向爆炸产物增密并加速运动的聚能效应，称之轴向聚能效应。 在凹槽表面附一金属罩，其主要作用是更进一步地增高能量密度，加强聚能效应。 3．金属射流的形成 聚能弹在地面上爆炸造成一定直径、一定深度的竖井，其竖井的形成并非弹体本身钻入土中挤压所致，而是当弹体在地面上爆炸形成一股金属射流穿入地面，土质被高能量、高压力、高速度的金属射流作用向四周挤压的结果形成竖井。 圆锥形冲压紫铜金属罩，其金属射流形成的过程是：炸药引爆后，所形成的爆轰波传到装药介面(凹槽表面)时，其爆压近似垂直作用金属罩表面，金属罩环被四周均匀的压力压向中心，罩环逐渐变厚，最终罩环中心层金属聚合相碰挤出射流。在四周力的作用下，金属射流只能朝一个方向(向弹体下)射出。实践指出，射流仅占金属罩原重的6％～15％，其余的被挤压成致密实体——“金属杵”。杵体运动比较慢，其运动速度为500～1 000m／s。射流的速度比较大，还有速度梯度分布，射流头部速度约104m／s，尾部接近杵体速度。 铸铁的圆锥形金属罩，经笔者试验，其杵体与冲压的圆锥形紫铜罩的杵体形状截然不同，前者没有形成完整的杵体，而是一些碎块，其原因是因为铸铁比冲压紫铜的熔点低、材料性能脆所致。 半球形金属罩，无论是冲压紫铜还是铸铜金属罩，射流和杵体形成的机理不同于锥形金属罩。半球形金属罩在爆轰波作用下，在压塌金属罩过程中，金属罩逐渐向外“翻出”，即金属罩内表面变成外表面，而外表面变成内表面。半球形金属罩变化及其形成射流过程如图7—2所示。 图7—2指出了半球形金属罩在不同时间间隔的变形程度。形状E，表明半球顶部被挤压向前了；到了形状F，金属罩内表面已经基本翻出来，成为一锥 体；到了形状G，看到金属罩已经合拢并挤出一股向下运动的 射流。金属罩的顶部形成了射流的头部，而边部向后合 拢跟随在后面。图中，把金属罩分成许多微元，当一质量dm的 微元到达轴线时，它被分成两部分，一部分dm i进入到射流， 而另一部分质量dm s进入杵体。质量dm在dm j和dm s中的分配， 仅取决于压塌的罩同轴线的夹角。微元中金属的大部分都进入 射流中去，所以整个射流将比锥形金属罩的细射流显得粗。整 个半球形金属罩相继形成射流与杵体，而没有形成完整粗大的 杵体。笔者试验的铸铜半球形金属罩和冲压紫铜半球形金属罩，前者收集到的杵体仅仅是些碎块，其重量占罩重的6％；后者收集到的杵体也是碎块，另有一圆环圈，占罩重的24％。

爆轰

爆轰 1、爆燃与爆轰 爆燃以亚音速传播。爆燃速率受反应区（火焰阵面）向未燃物的热量和反应组分扩散控制。爆燃的实际速度取决于外部约束程度以及可燃混合物的尺寸和形状。 假定未燃气体处于静止，火焰则以特征层流燃烧速度传播进入未燃气体。层流燃烧速度是未燃气体的基本参数，其值的大小反应了混合物的反应性。 如果未燃气体处于湍流，燃烧速度升高，称为湍流燃烧速度。 如果未燃气体处于运动状态，一个静止的观察者测得的火焰速度是未燃气体速度与燃烧速度的和，该火焰速度称为爆燃速度。 典型地，无约束混合气体的爆燃速度在几m/s，管道和其它含有重复设臵的障碍物的容积中，爆燃速度在几百m/s范围。 典型地，在含有燃料/空气混合物的密闭容器内，爆燃压力可以达到初始压力的7倍左右。对低速爆燃，火焰阵面处的压力增加可以近似地用1.2M2来给出，这里M是马赫数（即爆燃速度除以未燃气体的音速）。一旦爆燃速度达到音速，将会形成激波。 爆轰的主要特征见表附表1 爆轰以超声速传播，典型地，对燃料/空气混合物其速度为1850m/s量级，对燃料/氧气混合物，爆轰速度为3000m/s量级。当燃料为氢气时，相应的爆轰速度可能更高。 图1对比给出了爆燃波和爆轰波的结构。对爆轰波，在反应区前方1－10mm处，有一个高压激波阵面，反应区为“火焰”（在快速爆燃中，反应区远远落在激波阵面之后）。因为化学反应速率与温度呈指数关系，因而燃烧非常快。由于较高的激波强度（或激波速度），因而产生高压。 图1 爆燃波与爆轰波的比较 稳态的爆轰过程具有相应的特征压力/时间曲线，图2给出了典型的稳态爆轰波的压力/时间曲线。爆轰波通过之后，压力突然增加，其后是一个光滑的变化区，逐渐过渡到恒定压力值。在有些情况下，可以测得气体混合物发生点火之前被激波压缩的形成的高压区，这种所谓的“先导激波”区域被称为冯.纽曼尖峰，冯.纽曼尖峰处具有比爆轰压力更高的值。 稳态爆轰下，在化学计量比浓度附近，其初始压力上升值达到最大值，当混合物浓度向爆轰极限变化时，初始压力上升值逐渐降低。对燃料/空气混合物，典型的最大爆轰压力为初始压力的15－

北理工爆轰物理学简答题总结

爆轰考点总结 1.爆炸： 爆炸的定义：可简单的定义为由能量极为迅速释放而产生的现象。 爆炸的特点：○1爆炸具有极大的能量释放速度、形成极高的能量密度，并迅速对外界介质做功形成冲击波的特点。○2爆炸过程中，描述系统状态的物理量会在极短的时间内和极小的空间内发生急剧变化。 爆炸的分类：○1物理爆炸○2化学爆炸○3核爆炸 2.炸药的定义及分类： 定义：在适当外部激发能量作用下，可发生爆炸变化（速度极快且放出大量热和大量气体的化学反应），并对周围 介质做功的化合物或混合物。 按应用分类：○1起爆药○2猛炸药○3发射药○4烟火剂 按组成分类：○1单质炸药○2混合炸药 3.爆轰、爆轰波、爆轰波阵面： 爆轰是一伴有大量能量释放、带有一个以超声速运动的冲击波前沿的化学反应区沿炸药装药传播的流体动力学过程。这种带有高速化学反应区的强冲击波称为爆轰波。爆轰的前沿冲击波和放热反应区通称为爆轰波阵面。 1.炸药爆炸的基本特征： 炸药爆炸是一种以高速进行的，能自动传播的化学反应过程，在此过程中放出大量的热、生成大量的气体产物，形成冲击波 1）反应的放热性 2）过程的高速度 3）过程必须形成气体产物 2.炸药的化学反应过程： 根据反应速度快慢可分为热分解、燃烧和爆轰三种基本形式。 热分解是一种缓慢的化学变化，其特点是在整个物质内部展开，反应速度与环境温度有关。 燃烧、爆轰与热分解不同，它们不是在整个物质内发生的，而是在某一局部开始，并以化学反应波的形式按一定的速度一层一层地自行传播。化学反应波的波阵面很窄，化学反应就是在这个很窄的波阵面内进行并完成的。 1.燃烧与爆轰的区别： （1）传播机理不同：燃烧是通过热传导、热辐射及燃烧气体产物的扩散作用传入未反应区的；爆轰则是借助冲击波对炸药的强烈冲击压缩作用进行的。 （2）波的速度不同：燃烧传播速度很小；爆轰的传播速度很大，一般数千米每秒。 （3）受外界的影响不同：燃烧受外界条件的影响很大；爆轰几乎不受外界条件的影响。 （4）产物质点运动方向不同：燃烧产物质点运动方向与燃烧波传播方向相反；爆轰产物质点运动方向与爆轰波传播方向相同。 17.弱扰动与强扰动的区别： 当介质（Medium）受到外界作用（如振动、冲击等）时，介质的局部状态参量就会发生变化，这就是扰动（Disturbance）。如果扰动前后介质的状态参数变化量与原来的参数量相比是很微小的，则称这种扰动为弱扰动（Weak disturbance）或小扰动。弱扰动的特点是各种参数的变化量是微小的、逐渐的和连续的，若扰动是等熵的 如果扰动前后介质的状态参数发生突跃变化，则称这种扰动为强扰动 强扰动形成过程：每一小步的压缩都是一种等熵变化，但由于每经一步压缩后气体的温度都要上升，气体的声速必将上升，这样下一步的压缩波的波速逐渐增加，一旦集中起来，状态参数的变化将不再连续，就会发生突跃，弱扰动变成强扰动，其波速大于声速。 2.压缩波和稀疏波 压缩波（Compression Wave）：扰动传过后，介质的压力、密度、温度等状态参数增加的波称为压缩波，其特点是波传播的方向与介质质点运动方向相同。它的波速大于介质当地的声速。 稀疏波（Rarefaction Wave）：扰动传过后，介质的压力、密度、温度等状态参数下降的波称为稀疏波，其特点是波传播的方向与介质质点运动方向相反。在稀疏波扰动过的区域中，任意两相邻端面的参数都只差一个无穷小量，因此稀疏波的传播过程属于等熵过程，它的波速等于介质当地的声速或音速。