何 振

(中煤科工集團(tuán)淮北爆破技術(shù)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(duì)介質(zhì)產(chǎn)生壓縮、破碎和拋移的能力[1]。

水下爆炸能量測(cè)試法是測(cè)試工業(yè)炸藥作功能力比較科學(xué)的方法,試驗(yàn)最大藥量由試驗(yàn)環(huán)境及試驗(yàn)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(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確。但是,水下爆炸測(cè)試系統(tǒng)投資較大,試驗(yàn)操作復(fù)雜,對(duì)試驗(yàn)人員的操作技能和專業(yè)知識(shí)要求較高,測(cè)試成本高,不利于普及[2-3]。

彈道威力擺試驗(yàn)裝置是參照國(guó)內(nèi)相關(guān)測(cè)試方法,依托爆破器材安全準(zhǔn)入分析驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室建立的一種用于測(cè)試工業(yè)炸藥作功能力的試驗(yàn)裝置,該裝置設(shè)計(jì)試驗(yàn)藥量達(dá)50 gTNT當(dāng)量,不需要復(fù)雜儀器,操作簡(jiǎn)單,測(cè)試成本低,易于普及。采用標(biāo)準(zhǔn)TNT進(jìn)行作功能力測(cè)試,對(duì)彈道威力擺試驗(yàn)裝置測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)裝置與方法

彈道威力擺試驗(yàn)裝置由支架結(jié)構(gòu)件、擺桿結(jié)構(gòu)件、炮體和彈丸、支承軸承、擺角測(cè)試系統(tǒng)等組成,測(cè)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(cè)試裝置

測(cè)試時(shí),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(yàn)時(shí),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(shí)臼炮炮體向反方向擺動(dòng)一個(gè)角度,測(cè)出角度,記作α。

按照能量守恒關(guān)系式推導(dǎo)出單位質(zhì)量TNT所作功值,由總機(jī)械能E定量評(píng)價(jià)其作功能力。

總機(jī)械能的推導(dǎo)公式為:

式中:E為總機(jī)械能,J；Ek1為臼炮炮體的動(dòng)能,J；Ek2為彈丸的動(dòng)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(diǎn)的距離,m；α為臼炮炮體擺動(dòng)角度,°。

彈道威力擺試驗(yàn)裝置的M、m和l均為常數(shù),令:

式中,C為彈道威力擺試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)常數(shù)。

由式(4)可知,對(duì)于一定結(jié)構(gòu)的彈道威力擺試驗(yàn)裝置,C為常數(shù),測(cè)出擺體偏轉(zhuǎn)的角度即可求出炸藥所作的功值。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 TNT測(cè)試結(jié)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(yàn) 鉛柱壓縮法》,將牛皮紙裁成長(zhǎng)150 mm,寬65 mm的長(zhǎng)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(cè)試試樣的作功能力,每個(gè)樣品平行測(cè)試4次[6],并計(jì)算平均值、極差、標(biāo)準(zhǔn)差、總機(jī)械能及單位質(zhì)量機(jī)械能,測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 TNT測(cè)試結(jié)果

由表1可得:按公式(4)進(jìn)行機(jī)械能計(jì)算,能夠定量衡量一定質(zhì)量TNT的作功能力；利用擺角評(píng)價(jià)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(cè)試擺角極差小于0.2°,標(biāo)準(zhǔn)差小于0.08,測(cè)試結(jié)果誤差小,具有較好的精度和準(zhǔn)確度。

2.2 TNT測(cè)試結(jié)果相關(guān)性分析

根據(jù)表1的測(cè)試結(jié)果,利用最小二乘法分析單位質(zhì)量機(jī)械能與裝藥質(zhì)量之間的關(guān)系,其相關(guān)性曲線如圖2所示。

圖2 單位質(zhì)量機(jī)械能與裝藥質(zhì)量的相關(guān)性曲線

由圖2分析可知,理論上不同測(cè)試藥量條件下的單位質(zhì)量機(jī)械能應(yīng)當(dāng)一致。但實(shí)際測(cè)試結(jié)果顯示:隨著測(cè)試藥量的增加,單位質(zhì)量機(jī)械能呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)；說明測(cè)試藥量越大,施加于試驗(yàn)裝置的作用能力越大,誤差對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響越小。因此,測(cè)試條件應(yīng)選擇較大藥量。綜合考慮測(cè)試結(jié)果、裝置設(shè)計(jì)當(dāng)量及裝置使用壽命等因素,擬確定該試驗(yàn)裝置最佳裝藥試驗(yàn)條件為:試驗(yàn)藥量50 g,裝藥直徑40 mm。

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

圖3 擺角與總機(jī)械能的相關(guān)性曲線

圖4 擺角與裝藥質(zhì)量的相關(guān)性曲線

表2 一元線性回歸分析結(jié)果

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

3 結(jié)論

1)彈道威力擺試驗(yàn)裝置利用已知臼炮炮體質(zhì)量、彈丸質(zhì)量及擺長(zhǎng)等參數(shù),通過測(cè)得爆炸后臼炮炮體擺動(dòng)角度,并換算成單位質(zhì)量的機(jī)械能來評(píng)價(jià)裝藥的作功能力,對(duì)被測(cè)試炸藥爆炸能量的表述更直觀。

2)該裝置操作簡(jiǎn)單,試驗(yàn)藥量較大,測(cè)試精度、準(zhǔn)確度較高,具有很好的重復(fù)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(diǎn)。

3)可以利用彈道威力擺試驗(yàn)裝置開展工業(yè)炸藥作功能力的試驗(yàn)研究。