關(guān)鍵詞：復(fù)合裝藥；內(nèi)爆炸；準(zhǔn)靜態(tài)壓力；Al/PTFE；硼基燃料

密閉空間內(nèi)爆炸經(jīng)歷了由爆轟到后燃燒反應(yīng)兩個(gè)過(guò)程，爆轟產(chǎn)生的高溫高壓氣體產(chǎn)物向外膨脹受到密閉空間的約束，形成了一個(gè)作用時(shí)間很長(zhǎng)且相對(duì)穩(wěn)定的壓力，即準(zhǔn)靜態(tài)壓力。密閉空間對(duì)爆轟產(chǎn)物膨脹的抑制和沖擊波多次反射使得炸藥內(nèi)爆炸與空氣中爆炸具有不同的能量釋放特性，某些在自由空氣中爆炸威力不高的炸藥在密閉結(jié)構(gòu)中爆炸威力反而較高[1]。打擊艦船和建筑等密閉空間目標(biāo)時(shí)，內(nèi)爆沖擊波率先作用于目標(biāo)，使結(jié)構(gòu)發(fā)生變形、撕裂和剪切等預(yù)毀傷，緊隨其后在準(zhǔn)靜態(tài)壓力持續(xù)作用下，目標(biāo)結(jié)構(gòu)塑性變形超過(guò)其極限應(yīng)變時(shí)將產(chǎn)生更嚴(yán)重的毀傷[2-3]。準(zhǔn)靜態(tài)壓力是破壞密閉空間目標(biāo)的一個(gè)重要?dú)?，?duì)目標(biāo)的最終毀傷效果與準(zhǔn)靜態(tài)壓力的強(qiáng)度密切相關(guān)，因此研究密閉空間內(nèi)爆炸準(zhǔn)靜態(tài)壓力非常重要。

研究人員對(duì)于炸藥內(nèi)爆炸效應(yīng)已做出了許多研究。Weibull[4]證明了內(nèi)爆最大準(zhǔn)靜態(tài)壓力跟裝藥質(zhì)量與爆炸裝置容積之比相關(guān)。Carlson[5]和Moir[6]先后提出了計(jì)算準(zhǔn)靜態(tài)壓力的經(jīng)驗(yàn)公式。鐘巍等[7]在等壓假設(shè)下建立了準(zhǔn)靜態(tài)壓力理論計(jì)算公式。Ames等[8]對(duì)密閉空間爆轟和后燃燒反應(yīng)進(jìn)行了定量區(qū)分。張玉磊等[9]采用等效TNT當(dāng)量法評(píng)估了溫壓炸藥的內(nèi)爆炸威力。王梓昂等[10]研究了溫壓炸藥在密閉空間的多波形疊加效應(yīng)。金朋剛等[11]試驗(yàn)研究了內(nèi)爆條件下不同粒度的鋁粉對(duì)HMX基炸藥能量釋放特性的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明小粒度鋁粉能夠釋放更多的能量。陳昊等[12]和劉欣等[13]通過(guò)LSDYNA軟件開(kāi)展數(shù)值模擬，對(duì)爆炸沖擊波在有限空間內(nèi)的傳播過(guò)程進(jìn)行了分析。李芝絨等[14]設(shè)計(jì)了一種準(zhǔn)確測(cè)量有限空間內(nèi)爆炸準(zhǔn)靜態(tài)壓力的方法。李尚青等[15]結(jié)合內(nèi)爆裝置密封板的變形量、準(zhǔn)靜態(tài)壓力和沖擊波沖量等參量對(duì)不同炸藥內(nèi)爆威力進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。盡管學(xué)者們對(duì)炸藥的內(nèi)爆性能開(kāi)展了大量研究，但是對(duì)于復(fù)合裝藥在密閉環(huán)境中的能量釋放特性研究較少，準(zhǔn)靜態(tài)壓力是評(píng)估炸藥性能的一個(gè)重要特征參量，因此開(kāi)展密閉空間內(nèi)爆試驗(yàn)對(duì)于研究復(fù)合裝藥的能量釋放特性十分必要。

本文中，以內(nèi)層溫壓炸藥、外層混合燃料的復(fù)合裝藥為研究對(duì)象，以同類型單一溫壓炸藥為參照，開(kāi)展密閉空間內(nèi)爆炸試驗(yàn)，獲得內(nèi)爆準(zhǔn)靜態(tài)壓力及壁面沖擊波超壓，用以評(píng)估復(fù)合裝藥內(nèi)爆炸毀傷威力；在Al/PTFE復(fù)合裝藥中加入硼基燃料，并采用內(nèi)爆炸威力評(píng)估方法探究硼基燃料含量、二次反應(yīng)點(diǎn)火能量和反應(yīng)物濃度對(duì)復(fù)合裝藥后燃燒反應(yīng)和能量釋放特性的影響。

1試驗(yàn)

1.1試驗(yàn)樣品與裝置

試驗(yàn)樣品包括1組溫壓炸藥裝藥和6組復(fù)合裝藥，試樣狀態(tài)如表1所示，復(fù)合裝藥結(jié)構(gòu)如圖1所示。

復(fù)合裝藥內(nèi)層為溫壓炸藥，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，配方為50%黑索金、40%鋁粉和10%添加劑，密度約為1.96g/cm3；外層為由鋁粉/聚四氟乙烯（Al/PTFE）活性材料或硼基燃料制成的混合燃料，其中Al/PTFE按照化學(xué)計(jì)量比為71.5/28.5進(jìn)行配方設(shè)計(jì)，硼基燃料為某種高純度化合物，在爆炸中能夠促進(jìn)Al/PTFE反應(yīng)。7組試樣中，溫壓炸藥裝藥作為對(duì)照基準(zhǔn)，試樣2～5用于探究硼基燃料含量對(duì)復(fù)合裝藥能量釋放特性的影響，外層硼基燃料的含量由分解后產(chǎn)生的可燃?xì)怏w在爆炸裝置中的體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行反推確定，試樣5～7用于探究改變內(nèi)外層材料的質(zhì)量比對(duì)復(fù)合裝藥能量釋放特性的影響。

方形爆炸裝置如圖2所示，所用鋼板均為10mm厚的Q235鋼板，槽鋼均為8#槽鋼，裝置內(nèi)層尺寸為1400mm×850mm×850mm，容積約為1m3，抗爆強(qiáng)度約為200gTNT當(dāng)量沖擊波威力。裝置一端設(shè)有圓環(huán)形法蘭盤，用于壓緊金屬密封薄板，正方形金屬密封薄板材質(zhì)為Q235冷軋鋼，邊長(zhǎng)為750mm，厚度為1mm。裝置左右兩側(cè)分別開(kāi)有9個(gè)安裝孔，水平方向等間距排布，用于安裝沖擊波壓力傳感器和準(zhǔn)靜態(tài)壓力傳感器。沖擊波壓力選用PCB公司的113B24型高頻響應(yīng)壓力傳感器進(jìn)行測(cè)量，量程為0～6.895MPa，靈敏度為0.725mV/kPa；準(zhǔn)靜態(tài)壓力選用昆山雙橋傳感器測(cè)控技術(shù)有限公司的CYG400系列高頻動(dòng)態(tài)壓力傳感器進(jìn)行測(cè)量，其測(cè)量精度為0.5級(jí)，測(cè)試時(shí)加裝機(jī)械濾波器以濾掉沖擊波高頻壓力分量，同時(shí)減小溫壓爆炸場(chǎng)光熱效應(yīng)和爆轟產(chǎn)物對(duì)傳感器的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻準(zhǔn)靜態(tài)壓力的直接測(cè)量[14]。

1.2試驗(yàn)方法與布局

首先，通過(guò)內(nèi)爆試驗(yàn)獲取爆炸裝置內(nèi)壁面沖擊波壓力載荷曲線和準(zhǔn)靜態(tài)壓力載荷曲線；然后，用沖擊波超壓峰值和準(zhǔn)靜態(tài)壓力等評(píng)價(jià)多元復(fù)合結(jié)構(gòu)炸藥的內(nèi)爆炸威力。爆炸試驗(yàn)前，先安裝壓力傳感器并調(diào)試，將沖擊波壓力傳感器安裝于裝置左右兩側(cè)測(cè)試點(diǎn)位8，準(zhǔn)靜態(tài)壓力傳感器安裝于裝置左右兩側(cè)測(cè)試點(diǎn)位9。試驗(yàn)時(shí)，將被試樣品懸掛于方形爆炸裝置的幾何中心位置，傳爆藥柱為10mm×10mm的JH-14藥柱，采用8號(hào)雷管上端面起爆方式起爆，雷管引線從裝置的穿線孔引出。裝配結(jié)束后，將金屬密封薄板安裝于法蘭盤上，封閉完成且測(cè)試系統(tǒng)就緒后，起爆試驗(yàn)裝藥并記錄壓力傳感器的輸出數(shù)據(jù)。

2結(jié)果與分析

2.1復(fù)合裝藥的能量釋放特性

對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)濾波，對(duì)比兩組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)其差異較小，可做平均化處理，內(nèi)爆炸試驗(yàn)結(jié)果列于表2。其中，沖擊波沖量為第一個(gè)上升沿開(kāi)始5ms內(nèi)壓力的累積，準(zhǔn)靜態(tài)壓力峰值為實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的最大值。以一段時(shí)間內(nèi)壓力的平均值作為衡量準(zhǔn)靜態(tài)壓力的特征參量，后燃反應(yīng)的持續(xù)時(shí)間在百毫秒量級(jí)[16]，因此，以準(zhǔn)靜態(tài)壓力峰值為起點(diǎn)，時(shí)間范圍取100ms。準(zhǔn)靜壓上升速率為從壓力最低點(diǎn)到最高點(diǎn)的差與所歷經(jīng)時(shí)間的比，也就是準(zhǔn)靜壓緩慢上升階段的平均速率。溫壓炸藥與Al/PTFE復(fù)合裝藥沖擊波超壓時(shí)程（p-t）曲線和準(zhǔn)靜態(tài)壓力時(shí)程（pqs-t）曲線分別如圖3～4所示。

本次試驗(yàn)研究對(duì)象為內(nèi)層溫壓炸藥、外層混合燃料的復(fù)合裝藥，相對(duì)于常規(guī)裝藥，其后燃反應(yīng)更劇烈。通常準(zhǔn)靜態(tài)壓力峰值約為沖擊波壓力峰值的幾分之一[14]，但本次試驗(yàn)結(jié)果顯示兩者數(shù)值相差不超過(guò)45.5%，可以認(rèn)為準(zhǔn)靜態(tài)壓力在試樣內(nèi)爆炸威力評(píng)估中所占權(quán)重較高，因此以準(zhǔn)靜態(tài)壓力作為裝藥內(nèi)爆性能的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

由表2可以發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于常規(guī)高能炸藥通常準(zhǔn)靜態(tài)壓力遠(yuǎn)小于沖擊波超壓，含有溫壓炸藥的復(fù)合裝藥具有比較接近的沖擊波超壓峰值和準(zhǔn)靜態(tài)壓力峰值。在內(nèi)爆條件下，相同質(zhì)量的Al/PTFE復(fù)合裝藥相對(duì)于溫壓炸藥沖擊波超壓峰值下降了30.2%，準(zhǔn)靜態(tài)壓力峰值提升了24.6%。Al/PTFE活性材料能夠明顯增強(qiáng)裝藥的后燃效應(yīng)，從而提高內(nèi)爆環(huán)境下的準(zhǔn)靜態(tài)壓力，但是其爆轟反應(yīng)階段對(duì)沖擊波的增益低于黑索金基溫壓炸藥，沖擊波超壓峰值較低。如圖3～4所示，準(zhǔn)靜態(tài)壓力作用時(shí)間尺度遠(yuǎn)大于沖擊波超壓，準(zhǔn)靜態(tài)壓力提高意味著復(fù)合裝藥相對(duì)于溫壓炸藥能量輸出更高，內(nèi)爆毀傷威力更強(qiáng)。

根據(jù)爆轟發(fā)生的條件，反應(yīng)過(guò)程需要滿足反應(yīng)速率快、放出大量熱和產(chǎn)生大量氣體3個(gè)條件。自由空氣中復(fù)合裝藥起爆之后，內(nèi)層炸藥發(fā)生爆轟反應(yīng)，外層材料在爆轟加載下破碎飛散與空氣混合，發(fā)生后燃燒反應(yīng)，以光和熱的形式釋放能量。無(wú)約束條件下，材料濃度下降快將導(dǎo)致其反應(yīng)速率較低，對(duì)于沖擊波超壓的貢獻(xiàn)有限[17]；密閉條件下，環(huán)境約束使得反應(yīng)物濃度能夠維持在較高水平，有利于提高反應(yīng)速率。Al/PTFE活性材料反應(yīng)熱值足夠高，在合適的配方比例下爆熱能夠超過(guò)一些理想炸藥及含鋁炸藥，因此含有Al/PTFE活性材料的復(fù)合裝藥在內(nèi)爆條件下準(zhǔn)靜態(tài)壓力高于溫壓炸藥。

但是Al/PTFE活性材料反應(yīng)過(guò)程幾乎沒(méi)有氣體產(chǎn)物，陶俊等[18]指出Al/PTFE初始和反應(yīng)的最終產(chǎn)物都是固體，這類材料的爆轟機(jī)理被定義為混合型爆轟，在被高爆炸藥引發(fā)時(shí)，爆轟性能依賴于其本身的組成和密度。

2.2硼基燃料含量對(duì)復(fù)合裝藥能量釋放特性的影響

為了改善Al/PTFE復(fù)合裝藥產(chǎn)氣量少的問(wèn)題，在復(fù)合裝藥外層材料中加入硼基燃料，該硼基燃料在爆轟加載下能夠分解產(chǎn)生大量小分子氣體以及單質(zhì)碳和硼元素，氣相分解產(chǎn)物主要由H2、C2H4、C2H6和NH3組成，這些氣體分散性比固體顆粒好，反應(yīng)釋放熱能有利于提高Al/PTFE的反應(yīng)速率。

硼基燃料受到?jīng)_擊載荷作用發(fā)生分解，除上述物質(zhì)外其余物質(zhì)為固體和不可燃?xì)怏w，則：

式中：M為硼基燃料的相對(duì)摩爾質(zhì)量；VM為單位摩爾硼基燃料產(chǎn)生的氣體體積；mb為試樣中硼基燃料的質(zhì)量；Vb為試樣中硼基燃料分解產(chǎn)生氣體的體積分?jǐn)?shù)與云團(tuán)體積的乘積，云團(tuán)體積按照爆炸裝置的容積進(jìn)行計(jì)算。以試樣5為例，硼基燃料相對(duì)分子質(zhì)量為380，單位摩爾硼基燃料分解能夠產(chǎn)生112L氣體，爆炸裝置的容積約為1000L，分解產(chǎn)物體積分?jǐn)?shù)為1%，將數(shù)值代入式（1）計(jì)算：

試樣5中硼基燃料的質(zhì)量mb經(jīng)過(guò)反推約為34g，其他試樣計(jì)算方式相同。

鋁粉的含量按照材料分散后質(zhì)量濃度不低于30g/m3進(jìn)行設(shè)計(jì)，以試樣4為例，Al/PTFE活性材料含量最低，質(zhì)量約為49g，鋁粉的質(zhì)量約為19.8g，再加上內(nèi)層溫壓炸藥含有20g鋁粉，總的鋁粉分散質(zhì)量濃度為39.8g/m3，超過(guò)鋁粉反應(yīng)的質(zhì)量濃度下限30g/m3。

硼基燃料的含量和鋁粉的含量在理論上高于其發(fā)生粉塵爆炸的濃度下限，不同硼基燃料含量的復(fù)合裝藥內(nèi)爆試驗(yàn)結(jié)果如圖5～6所示。

試樣3中硼基燃料分解產(chǎn)物體積分?jǐn)?shù)為0.5%，由表2和圖5可以看出，其沖擊波超壓峰值為0.715MPa，超過(guò)其他相同質(zhì)量的復(fù)合裝藥，并且其后續(xù)壓力也基本高于其他試樣，這意味著其沖擊波沖量也更高，5ms內(nèi)的沖擊波沖量為0.0023MPa·s；當(dāng)試樣中硼基燃料分解產(chǎn)物體積分?jǐn)?shù)上升到1.0%和1.5%時(shí)，沖擊波超壓峰值出現(xiàn)明顯下降，并且壓力下降速率也更快，兩者沖擊波效應(yīng)弱于試樣3。因?yàn)锳l/PTFE活性材料發(fā)生類爆轟反應(yīng)能夠?yàn)闆_擊波提供能量，而硼基燃料本身分解然后參與反應(yīng)需要一定的時(shí)間，這種延遲使得硼基燃料對(duì)沖擊波超壓的貢獻(xiàn)較小。當(dāng)試樣3相對(duì)于試樣2硼基燃料分解產(chǎn)物體積分?jǐn)?shù)由0變?yōu)?.5%時(shí)，沖擊波超壓峰值和沖量都有明顯的增長(zhǎng)，但是硼基燃料含量過(guò)高將導(dǎo)致沖擊波超壓降低，硼基燃料分解產(chǎn)物體積分?jǐn)?shù)超過(guò)0.5%后，試樣4的超壓峰值0.630MPa和試樣5的超壓峰值0.618MPa甚至低于試樣2的超壓峰值0.677MPa。如果僅考慮提高沖擊波超壓峰值和沖量，分解產(chǎn)物體積分?jǐn)?shù)0.5%左右的硼基燃料對(duì)于Al/PTFE反應(yīng)的促進(jìn)作用已經(jīng)足夠強(qiáng)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的硼基燃料含量為最佳配比。

對(duì)準(zhǔn)靜態(tài)壓力進(jìn)行分析，復(fù)合裝藥外層為Al/PTFE活性材料和硼基燃料，在反應(yīng)過(guò)程中，PTFE作為氧化劑、Al作為還原劑參與二次反應(yīng)能夠釋放較多的熱量，產(chǎn)生類爆轟反應(yīng)，使得爆炸裝置內(nèi)準(zhǔn)靜態(tài)壓力獲得提升，兩者發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)關(guān)系表達(dá)式可以寫為：

式中：n為物質(zhì)的量。

Al與PTFE的反應(yīng)產(chǎn)物無(wú)氣體，而硼基燃料在爆轟加載下分解能夠產(chǎn)生大量小分子可燃?xì)怏w，準(zhǔn)靜態(tài)壓力理論上將進(jìn)一步提升。如表2所示，試樣3和試樣5中加入了不同含量的硼基燃料，其準(zhǔn)靜態(tài)壓力峰值相對(duì)于試樣2提升約1.8%。然而將硼基燃料含量繼續(xù)提高之后，試樣4的準(zhǔn)靜態(tài)壓力峰值相對(duì)于試樣2反而降低6.1%。因?yàn)锳l/PTFE活性材料是復(fù)合裝藥后燃反應(yīng)的主要能量來(lái)源，而硼基燃料的主要作用是創(chuàng)造更有利于Al/PTFE反應(yīng)的環(huán)境，并且增加氣體介質(zhì)。相同質(zhì)量條件下，硼基燃料含量過(guò)高對(duì)Al/PTFE反應(yīng)的促進(jìn)效果接近飽和，Al/PTFE活性材料含量下降使得整體反應(yīng)能量釋放速率下降，均不利于準(zhǔn)靜態(tài)壓力的提高。分析結(jié)果表明，硼基燃料分解產(chǎn)生的可燃?xì)怏w體積分?jǐn)?shù)在1.0%左右時(shí)，復(fù)合裝藥的準(zhǔn)靜態(tài)壓力峰值更高。

裝藥爆轟反應(yīng)的持續(xù)時(shí)間與準(zhǔn)靜態(tài)壓力的上升時(shí)間相比可以忽略不計(jì)，裝藥量越大，爆轟反應(yīng)釋放的能量和氣體產(chǎn)量越多以及密閉空間中的溫度和壓力越高，因此準(zhǔn)靜態(tài)壓力的上升速率也就越高[19]。由表2可以看出，相同質(zhì)量條件下，試樣1溫壓炸藥準(zhǔn)靜態(tài)壓力的上升速率是最高的，因?yàn)槠銻DX含量最高。試樣3硼基燃料分解產(chǎn)物體積分?jǐn)?shù)為0.5%，其準(zhǔn)靜態(tài)壓力上升速率和峰值超過(guò)其他相同質(zhì)量復(fù)合裝藥，說(shuō)明此時(shí)硼基燃料含量能夠滿足促進(jìn)Al/PTFE反應(yīng)的需求，整體釋能速率較高。如圖6所示，試樣3與試樣5的準(zhǔn)靜態(tài)壓力峰值接近，但是試樣3的壓力下降速率更高，導(dǎo)致其準(zhǔn)靜態(tài)壓力特征參量略低于試樣5的。試樣3中硼基燃料含量少，氣體產(chǎn)物也相對(duì)較少，這是其壓力下降速率高的原因。分析結(jié)果表明，硼基燃料分解產(chǎn)生的可燃?xì)怏w體積分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)，釋能速率較高，壓力上升較快，并且氣體介質(zhì)濃度足夠高，壓力下降較慢，因此復(fù)合裝藥的準(zhǔn)靜態(tài)壓力最高。

綜上所述，復(fù)合裝藥密閉空間反應(yīng)條件下，以準(zhǔn)靜態(tài)壓力作為裝藥內(nèi)爆性能的重要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，在復(fù)合裝藥中加入適量的硼基燃料能夠調(diào)節(jié)壓力的上升和下降速率，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)靜態(tài)壓力的提高。硼基燃料分解產(chǎn)物的體積分?jǐn)?shù)為1.0%左右時(shí)，裝藥的毀傷威力最強(qiáng)。

2.3內(nèi)外材料的比例對(duì)能量釋放特性的影響

Al/PTFE的反應(yīng)速率與其擴(kuò)散濃度、溫度和壓力等相關(guān)[17]，在硼基燃料含量不變的情況下改變內(nèi)外層材料的比例：試樣6在外層材料質(zhì)量不變的條件下提高內(nèi)層溫壓炸藥的含量，內(nèi)外層質(zhì)量比為1∶1，裝藥二次反應(yīng)的點(diǎn)火能量提高，后燃反應(yīng)的環(huán)境溫度和壓力提高；試樣7在內(nèi)層溫壓炸藥質(zhì)量不變的條件下提高外層混合燃料的含量，內(nèi)外層質(zhì)量比為1∶3，起爆后裝置內(nèi)二次反應(yīng)物的濃度更高。試驗(yàn)壓力曲線如圖7～8所示。

由表2和圖7～8可以看出，試樣6的沖擊波超壓峰值和準(zhǔn)靜態(tài)壓力峰值分別為0.873和0.736MPa，均高于其他試樣。這是由于，內(nèi)層RDX的含量高使得沖擊波效應(yīng)增強(qiáng)，更高的環(huán)境溫度和壓力使得后燃反應(yīng)更充分，壓力上升更快，準(zhǔn)靜態(tài)壓力更高；而試樣7的沖擊波超壓峰值最低，為0.432MPa，外層材料的質(zhì)量增加會(huì)消耗沖擊波能量，但是提高了反應(yīng)物濃度也有利于后燃反應(yīng)速率的提升，其準(zhǔn)靜態(tài)壓力高于試樣5的。三者的壓力下降速率基本一致，加入分解產(chǎn)物體積分?jǐn)?shù)為1.0%的硼基燃料能夠調(diào)節(jié)壓力的下降速率。

從另一個(gè)角度分析，假設(shè)爆轟產(chǎn)物為絕熱條件下的理想氣體，爆轟產(chǎn)物中固體體積可以忽略不計(jì)，在不考慮密閉空間內(nèi)炸藥爆炸前后物質(zhì)的量變化和產(chǎn)物二次反應(yīng)的條件下，準(zhǔn)靜態(tài)壓力pqs的形成可看作獨(dú)立的兩部分[7]，分別為爆轟反應(yīng)產(chǎn)生的大量氣體膨脹在密閉空間內(nèi)引起的壓力上升p1和爆轟釋能引起密閉空間內(nèi)溫度上升而導(dǎo)致的壓力上升p2，即：

與密閉空間的容積相比，炸藥的體積可以忽略，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，有：

式中：p0為初始?jí)毫?，V0為炸藥爆容，即單位質(zhì)量的炸藥生成的氣體產(chǎn)物在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下所占的體積，m為裝藥的質(zhì)量，V為爆炸裝置的容積。

假定爆轟反應(yīng)釋放的能量全部用來(lái)加熱氣體，那么氣體的溫升為：

式中：ΔT為爆炸裝置內(nèi)氣體的溫升，QV為炸藥的定容爆熱，mg為爆炸裝置內(nèi)氣體的質(zhì)量，cV為爆炸裝置內(nèi)氣體的比定容熱容。

由理想氣體狀態(tài)方程，可得：

式中：R為摩爾氣體常數(shù)。因此，理想狀態(tài)下準(zhǔn)靜態(tài)壓力pqs的計(jì)算公式為：

盡管實(shí)際工況下準(zhǔn)靜態(tài)壓力峰值與裝藥量和爆炸裝置容積之比并未呈現(xiàn)絕對(duì)的線性關(guān)系，但可以肯定的是，準(zhǔn)靜態(tài)壓力峰值是關(guān)于m/V的函數(shù)。對(duì)式（8）進(jìn)行簡(jiǎn)化，可得：

式中：k為與裝藥內(nèi)爆威力相關(guān)的系數(shù)。

本次試驗(yàn)裝置容積不變，由于裝藥質(zhì)量不同對(duì)結(jié)果的分析可能會(huì)出現(xiàn)偏差，因此通過(guò)式（9）中的系數(shù)k來(lái)表征裝藥內(nèi)爆威力。經(jīng)過(guò)計(jì)算，試樣5～7的內(nèi)爆威力系數(shù)分別為4.31、3.47和3.34kPa·m3/g。由此來(lái)看，在相同容積的密閉空間中，單位質(zhì)量裝藥對(duì)準(zhǔn)靜態(tài)壓力貢獻(xiàn)最大的是試樣5，也就是說(shuō)試樣5的能量利用率更高。

在本次試驗(yàn)條件下，無(wú)論是提高點(diǎn)火能量還是提高反應(yīng)物濃度，準(zhǔn)靜態(tài)壓力均有一定程度的提升，點(diǎn)火能量提高一倍，準(zhǔn)靜態(tài)壓力提高7.3%，而反應(yīng)物濃度提高50%，準(zhǔn)靜態(tài)壓力提高3.3%。密閉空間環(huán)境中氧的含量與空氣中無(wú)異，在沒(méi)有添加其他氧化劑的情況下，試樣5起爆后二次反應(yīng)的反應(yīng)程度已經(jīng)很高，繼續(xù)增加反應(yīng)物，反而因?yàn)樨?fù)氧平衡使得反應(yīng)度下降，準(zhǔn)靜態(tài)壓力提升十分有限，整體能量利用率不高。同理，提高點(diǎn)火能量，在一定程度上確實(shí)能夠提高準(zhǔn)靜態(tài)壓力，但因?yàn)橥鈱硬牧系姆磻?yīng)程度已經(jīng)很高，點(diǎn)火能量提升并不能使準(zhǔn)靜態(tài)壓力出現(xiàn)大幅度提升，僅是溫壓炸藥本身反應(yīng)引起的能量疊加，能量利用率沒(méi)有提高。綜上所述，本次試驗(yàn)條件下，內(nèi)外裝藥質(zhì)量比為1∶2時(shí)內(nèi)爆威力系數(shù)k最大，這意味著能量利用率也最高，因此該配比為3組試樣中的最佳配比。

3結(jié)論

（1）相同質(zhì)量、不同硼基燃料含量的復(fù)合裝藥在密閉空間內(nèi)產(chǎn)生的準(zhǔn)靜態(tài)壓力試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著硼基燃料含量的增大，準(zhǔn)靜態(tài)壓力呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，壓力下降速率逐漸降低。硼基燃料能夠分解產(chǎn)生大量熱值高的小分子氣體，促進(jìn)Al/PTFE快速反應(yīng)，但是其本身分解過(guò)程較慢，后燃反應(yīng)速率低于Al/PTFE的反應(yīng)速率，過(guò)高的含量使得整體能量釋放速率下降，當(dāng)硼基燃料含量超過(guò)一定閾值時(shí)，準(zhǔn)靜態(tài)壓力反而會(huì)降低。以準(zhǔn)靜態(tài)壓力為內(nèi)爆威力的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，硼基燃料分解產(chǎn)物參與二次反應(yīng)的最佳體積分?jǐn)?shù)約1.0%。

（2）外層混合燃料質(zhì)量不變，內(nèi)層溫壓炸藥質(zhì)量提高100%，二次反應(yīng)點(diǎn)火能量提升，準(zhǔn)靜態(tài)壓力提升7.3%，根據(jù)準(zhǔn)靜態(tài)壓力產(chǎn)生的條件，增加內(nèi)層炸藥質(zhì)量使得后燃反應(yīng)的環(huán)境溫度和壓力提高，有利于準(zhǔn)靜態(tài)壓力提升；內(nèi)層溫壓炸藥質(zhì)量不變，外層混合燃料質(zhì)量增加50%，二次反應(yīng)物濃度提高，準(zhǔn)靜態(tài)壓力提升3.3%，密閉環(huán)境中氧氣含量有限，當(dāng)參與二次反應(yīng)的物質(zhì)濃度達(dá)到一定閾值時(shí)，繼續(xù)增大濃度，準(zhǔn)靜態(tài)壓力無(wú)法獲得高效提升。

（3）通過(guò)裝藥內(nèi)爆威力系數(shù)k表征不同內(nèi)外層質(zhì)量配比復(fù)合裝藥的內(nèi)爆性能，當(dāng)內(nèi)外層質(zhì)量比為1∶2、1∶1和1∶3時(shí)，對(duì)應(yīng)的系數(shù)k分別為4.31、3.47和3.34kPa·m3/g，這表明復(fù)合裝藥內(nèi)外層質(zhì)量比為1∶2時(shí)能量利用率更高。