2024年5月26日发(作者:东门洮)
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4 煤 矿 爆 破 2007年第1期总第76期
深水下8号雷管爆炸冲击波参数 的研究
钟帅
张立
安徽理工大学化学工程系,
安徽省淮南市,232001
摘要8号金属壳工业雷管水下爆炸时,由于水深的变化所承受的压力也随之变化,其爆炸后所产生的冲击波
峰值压力和冲击波能量是否发生改变是水下爆破工程中关注的问题。文中通过模拟深水条件,对雷管的完全爆轰
和爆炸冲击波峰值压力、能量进行了测试研究,结果表明,在水深为80.65~150.65m范围内随着水深的增加,雷
管能够完全爆轰,冲击波峰值压力和能量并不发生明显变化。
关键词 水下爆炸
中图分类号
冲击波峰值压力 冲击波能量
文献标识码A TQ 560.72
Shock Wave Parameter Study of the 8th Detonator Explosion Under Deep Water
Zhong Shum Zhang Li
Anhui University of Science&Technology,Humnan Anhui,232001
Ab ̄ract When the 8th industry dmonmor with mmfl shell explodes under wafer,pressure on the detonator changes with
hewaterdeptth.thepeakpressureand energy ofthe shockwavewhetherchange ornotistheproblemwhichunderwater
blasting focus-on.In this paper,researches and tests are carried out by simulating the deep・water situation toward the
entire explosion ofthedetonatorandthepeakpressureaswellas energy ofthe shockwave.The resuRs showthmunder
he 80.t65~150.65m water depth the d ̄onator Can entirely explode,、vim the shock wave peak pressure and energy do
not change ob、riously.
Key words underwater explosive;peak pressure of shock wave;shock wave energy
1 引言
目前,国内许多专家针对水下爆炸冲击波进行了大量的研究。汪大立等对球形装药水下爆炸初始冲
击波能量进行了计算 ¨,刘文华等对单个球形装药浅层水中爆炸冲击波特性进行了研究 ,周睿等对条
形药包冲击波峰值超压工程计算模型进行了研究
p】
,
周方毅对无限水介质中爆炸冲击波压力计算
公式进行了辨析【4】,俞统昌等对炸药的水下爆炸
冲击波性能进行了研究【5】;张立研究了水下爆炸
炸药能测量消除边界效应l6】,周霖等对炸药水下
爆炸能量输出特性进行了研究【7】等等。前人对水
下爆炸冲击波参数的研究主要针对浅水情况下水
下爆炸的情况,而针对深水情况下爆炸冲击波参
数的研究鲜有报道。本文利用爆炸球罐及水下爆
炸测试系统模拟深水条件,探讨了8号金属壳工
业雷管的完全爆轰情况,在此基础上对雷管的输
出冲击波压力和能量进行了测试。
2研究装置和测试系统
本文研究所采用的爆炸容器为一高压爆炸球
罐,内径1.5m,设计压力2.1MPa,在球罐的中
图1爆炸测试系统示意图
1爆炸罐;2雷管;3压力传感器;4电荷放大器;
5存储示波器; 6计算机; 7高压气瓶
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◎试验研究◎ 深水下8号雷管爆炸冲击波参数的研究 5
部四个方向各开了一个窗口,直径为30cm,顶部开口处用法兰密封,见图1。测试系统所用的传感器
是CY-YD.202型自由场压力传感器,STYV-2低噪音电缆,YE5853电荷放大器,54815A数字储存示
波器和计算机。
水下爆炸信号的采集流程为:传感器接收并输出冲击波信号,放大器对信号进行放大,数字存储示
波器采集并存储,最后利用计算机进行数据处理。
3试验测试
3.1雷管完全爆轰测试
由于雷管的气室及塑料塞处最为薄弱,在受压情况下容易率先遭受破坏,所以先用胶和铜壳将气室
至塑料塞段密封防护。
进行了两种压力实验:第一种是将雷管放在活塞式压力计中,加压到1.5MPa,取出雷管,肉眼观
察雷管没有变形,然后再进行铅板实验,发现铅板穿孔正常;第二种方法是在雷管上绑两段导爆索,放
入爆炸球罐内水下0.65m处,加压1.5MPa,起爆雷管进而引爆与雷管连接的导爆索,再传爆另一端与
之连接的另一根导爆索,结果证明8号雷管(1.07g 当量)在1.5MPa的压力范围内能正常引爆导
爆索。从两种压力实验结果可以确定雷管在1.5MPa的压力范围内能够发生完全爆轰。再把没有进行防
护的雷管进行上述两个实验,结果发现没有防护的雷管也能正常起爆。
3.2冲击波压力与能量测试 ’
水下爆炸时装药所承受的压力为大气压与装药深度处的静水压之和。由于实验条件限制,本实验主
要是通过改变静水表面的大气压来改变雷管所受的压力,压力从O.8~1.5MPa逐渐增加,以模拟深水装
药环境。通过对雷管完全爆轰测试,最终确定采用8号金属壳工业雷管模拟水下爆炸实验,而压力最终
也确定为:0.8,0.9,1.0,1.1,1.2,1.3,1.4,1.5MPa共8个压力等级。由于外加1个大气压相当于
10m水深的压力,这样在最大压力为1.5 MPa时相当于150 m水深,而雷管位于水面下0.65m深,故最
终在0.8~1.5MPa压力范围内,水深相当于8O.65~150.65m。
3.3测试结果及数据处理
水中冲击波压力随时间变化的关系:P(f)=Pme 0,式中: 为水中冲击波初始峰值,Pa; 为衰
减时间常数,,即由 衰减到 ,e所需的时间,S。对于TNT,
:
Kf 一 s 一
‘
㈩
式中: 意义同前,
a=1.13。对其他炸药,
a;W为装药量, ;R为装药到测点的距离,m y K、。【为实验系数,取 52.27,
"
P
=52.27
m
,
式中:QI为所用炸药的爆热,MJ・ ~; 为
条件和△ ( 曲线来处理,所以,
=
的爆热,MJ・ ~。而实测结果的计算则要根据初始
丧一
● 一
(3)
(4)
式中: 为数据采集仪记录的峰值压力,mV;Kv为前置放大器(或恒流源)的增益;Sv为压力传感器
的电压灵敏度,mV.MPa一。
比冲击波波能: .:兰 :r6 Pza-t
P C W Jo
.
=一
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6 煤 矿 爆 破 2007年第1期总第76期
式中: 为测点处比冲能,MJ・kg~;P 为水的密度,取1000 kg・rn~;Cw为水中声速,取1460 rn・S~;
P为积分区间内的峰值压力,MPa;W、R、 的意义同前。
将测试数据及处理结果绘制成曲线,并对该曲线进行线性回归,得到两条曲线见图2。从图2中可
以看出,曲线上的各点基本在一条直线上,没有大的差异, 可以认为模拟深水情况下水深的变化并不影
厂3 、
2 O 8 6
‘
4 2
、
O
响爆炸的冲击波压力和能量。由公式PⅢ=Kl I(足和 为定值)可知,冲击波压力与R和W有关,
尺是雷管中心到传感器的距离0.388m,而w是一发8号雷管的药量1.07g n汀当量,所以 的值应是
定值。由于本文测试中所用8号雷管是某厂生产线上生产的产品,装药量不是很精确,加上测试系统本
身有一定误差,使得测试结果有一定的变化。但从多组数据来看他们的相对误差不是很大,在允许误差
范围内,所以本文中的测试结果是可靠的。
7O 8O 90 100 llO l20 130 140 150 160
模拟水深/m
图2实验数据处理
4结语
(1)8号金属工业壳雷管在模拟80.65~150.65m水深范围内能够发生完全爆轰,从而能够进一步的
获取爆炸冲击波的各项参数。
(2)从研究的结果及其回归曲线可以看出在水深80.65~150.65m范围内,水深与冲击波能和峰值
压力图基本上是直线,并且直线的斜率很小,说明在这个范围内水深的变化对炸药爆炸冲击波峰值压力
及冲击波能量没有太大的影响,几乎可以忽略不计。
(3)因为测到的冲击波曲线是很光滑的曲线,并且具有水下爆炸冲击波曲线的特性,因此可以认为
利用这套装置及测试系统来进行这项课题研究是完全可行的,测到的数据以及通过实验数据得到的处理
结果是可靠的,同时该结果对深水水下爆破_T程雷管的爆轰和起爆研究也具有一定参考价值。
参考文献
1汪大立,张涛,张立,颜事龙.球形装药水下爆炸初始冲击波能量计算【J】.淮南矿业学院报,1995(9):47.51
2刘文华,罗松林,顾文彬等.单个球形装药浅层水中爆炸冲击波特性的研究【J】.工程爆破,1999(9):1—5
3周睿,冯顺山,吴成.条形药包冲击波峰值超压工程计算模型[J].工程爆破,2001(12):19.23
4周方毅,陈晓强,张可『匠等.无限水介质中爆炸冲击波压力计算公式辨析【J】.爆破,2003(3):7-8,11
5俞统昌,王晓峰,千建灵.炸药的水下爆炸冲击波性能【J】.含能材料,2003(12):182—186
6张立,汪大立.水下爆炸炸药能测量消除边界效应的研究【J】.爆破器材,1995(4):1-6
7周霖,徐少辉,徐更光.炸药水下爆炸能量输出特性研究【J】.兵工学报,2006(3):235—238
2024年5月26日发(作者:东门洮)
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深水下8号雷管爆炸冲击波参数 的研究
钟帅
张立
安徽理工大学化学工程系,
安徽省淮南市,232001
摘要8号金属壳工业雷管水下爆炸时,由于水深的变化所承受的压力也随之变化,其爆炸后所产生的冲击波
峰值压力和冲击波能量是否发生改变是水下爆破工程中关注的问题。文中通过模拟深水条件,对雷管的完全爆轰
和爆炸冲击波峰值压力、能量进行了测试研究,结果表明,在水深为80.65~150.65m范围内随着水深的增加,雷
管能够完全爆轰,冲击波峰值压力和能量并不发生明显变化。
关键词 水下爆炸
中图分类号
冲击波峰值压力 冲击波能量
文献标识码A TQ 560.72
Shock Wave Parameter Study of the 8th Detonator Explosion Under Deep Water
Zhong Shum Zhang Li
Anhui University of Science&Technology,Humnan Anhui,232001
Ab ̄ract When the 8th industry dmonmor with mmfl shell explodes under wafer,pressure on the detonator changes with
hewaterdeptth.thepeakpressureand energy ofthe shockwavewhetherchange ornotistheproblemwhichunderwater
blasting focus-on.In this paper,researches and tests are carried out by simulating the deep・water situation toward the
entire explosion ofthedetonatorandthepeakpressureaswellas energy ofthe shockwave.The resuRs showthmunder
he 80.t65~150.65m water depth the d ̄onator Can entirely explode,、vim the shock wave peak pressure and energy do
not change ob、riously.
Key words underwater explosive;peak pressure of shock wave;shock wave energy
1 引言
目前,国内许多专家针对水下爆炸冲击波进行了大量的研究。汪大立等对球形装药水下爆炸初始冲
击波能量进行了计算 ¨,刘文华等对单个球形装药浅层水中爆炸冲击波特性进行了研究 ,周睿等对条
形药包冲击波峰值超压工程计算模型进行了研究
p】
,
周方毅对无限水介质中爆炸冲击波压力计算
公式进行了辨析【4】,俞统昌等对炸药的水下爆炸
冲击波性能进行了研究【5】;张立研究了水下爆炸
炸药能测量消除边界效应l6】,周霖等对炸药水下
爆炸能量输出特性进行了研究【7】等等。前人对水
下爆炸冲击波参数的研究主要针对浅水情况下水
下爆炸的情况,而针对深水情况下爆炸冲击波参
数的研究鲜有报道。本文利用爆炸球罐及水下爆
炸测试系统模拟深水条件,探讨了8号金属壳工
业雷管的完全爆轰情况,在此基础上对雷管的输
出冲击波压力和能量进行了测试。
2研究装置和测试系统
本文研究所采用的爆炸容器为一高压爆炸球
罐,内径1.5m,设计压力2.1MPa,在球罐的中
图1爆炸测试系统示意图
1爆炸罐;2雷管;3压力传感器;4电荷放大器;
5存储示波器; 6计算机; 7高压气瓶
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◎试验研究◎ 深水下8号雷管爆炸冲击波参数的研究 5
部四个方向各开了一个窗口,直径为30cm,顶部开口处用法兰密封,见图1。测试系统所用的传感器
是CY-YD.202型自由场压力传感器,STYV-2低噪音电缆,YE5853电荷放大器,54815A数字储存示
波器和计算机。
水下爆炸信号的采集流程为:传感器接收并输出冲击波信号,放大器对信号进行放大,数字存储示
波器采集并存储,最后利用计算机进行数据处理。
3试验测试
3.1雷管完全爆轰测试
由于雷管的气室及塑料塞处最为薄弱,在受压情况下容易率先遭受破坏,所以先用胶和铜壳将气室
至塑料塞段密封防护。
进行了两种压力实验:第一种是将雷管放在活塞式压力计中,加压到1.5MPa,取出雷管,肉眼观
察雷管没有变形,然后再进行铅板实验,发现铅板穿孔正常;第二种方法是在雷管上绑两段导爆索,放
入爆炸球罐内水下0.65m处,加压1.5MPa,起爆雷管进而引爆与雷管连接的导爆索,再传爆另一端与
之连接的另一根导爆索,结果证明8号雷管(1.07g 当量)在1.5MPa的压力范围内能正常引爆导
爆索。从两种压力实验结果可以确定雷管在1.5MPa的压力范围内能够发生完全爆轰。再把没有进行防
护的雷管进行上述两个实验,结果发现没有防护的雷管也能正常起爆。
3.2冲击波压力与能量测试 ’
水下爆炸时装药所承受的压力为大气压与装药深度处的静水压之和。由于实验条件限制,本实验主
要是通过改变静水表面的大气压来改变雷管所受的压力,压力从O.8~1.5MPa逐渐增加,以模拟深水装
药环境。通过对雷管完全爆轰测试,最终确定采用8号金属壳工业雷管模拟水下爆炸实验,而压力最终
也确定为:0.8,0.9,1.0,1.1,1.2,1.3,1.4,1.5MPa共8个压力等级。由于外加1个大气压相当于
10m水深的压力,这样在最大压力为1.5 MPa时相当于150 m水深,而雷管位于水面下0.65m深,故最
终在0.8~1.5MPa压力范围内,水深相当于8O.65~150.65m。
3.3测试结果及数据处理
水中冲击波压力随时间变化的关系:P(f)=Pme 0,式中: 为水中冲击波初始峰值,Pa; 为衰
减时间常数,,即由 衰减到 ,e所需的时间,S。对于TNT,
:
Kf 一 s 一
‘
㈩
式中: 意义同前,
a=1.13。对其他炸药,
a;W为装药量, ;R为装药到测点的距离,m y K、。【为实验系数,取 52.27,
"
P
=52.27
m
,
式中:QI为所用炸药的爆热,MJ・ ~; 为
条件和△ ( 曲线来处理,所以,
=
的爆热,MJ・ ~。而实测结果的计算则要根据初始
丧一
● 一
(3)
(4)
式中: 为数据采集仪记录的峰值压力,mV;Kv为前置放大器(或恒流源)的增益;Sv为压力传感器
的电压灵敏度,mV.MPa一。
比冲击波波能: .:兰 :r6 Pza-t
P C W Jo
.
=一
维普资讯
6 煤 矿 爆 破 2007年第1期总第76期
式中: 为测点处比冲能,MJ・kg~;P 为水的密度,取1000 kg・rn~;Cw为水中声速,取1460 rn・S~;
P为积分区间内的峰值压力,MPa;W、R、 的意义同前。
将测试数据及处理结果绘制成曲线,并对该曲线进行线性回归,得到两条曲线见图2。从图2中可
以看出,曲线上的各点基本在一条直线上,没有大的差异, 可以认为模拟深水情况下水深的变化并不影
厂3 、
2 O 8 6
‘
4 2
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O
响爆炸的冲击波压力和能量。由公式PⅢ=Kl I(足和 为定值)可知,冲击波压力与R和W有关,
尺是雷管中心到传感器的距离0.388m,而w是一发8号雷管的药量1.07g n汀当量,所以 的值应是
定值。由于本文测试中所用8号雷管是某厂生产线上生产的产品,装药量不是很精确,加上测试系统本
身有一定误差,使得测试结果有一定的变化。但从多组数据来看他们的相对误差不是很大,在允许误差
范围内,所以本文中的测试结果是可靠的。
7O 8O 90 100 llO l20 130 140 150 160
模拟水深/m
图2实验数据处理
4结语
(1)8号金属工业壳雷管在模拟80.65~150.65m水深范围内能够发生完全爆轰,从而能够进一步的
获取爆炸冲击波的各项参数。
(2)从研究的结果及其回归曲线可以看出在水深80.65~150.65m范围内,水深与冲击波能和峰值
压力图基本上是直线,并且直线的斜率很小,说明在这个范围内水深的变化对炸药爆炸冲击波峰值压力
及冲击波能量没有太大的影响,几乎可以忽略不计。
(3)因为测到的冲击波曲线是很光滑的曲线,并且具有水下爆炸冲击波曲线的特性,因此可以认为
利用这套装置及测试系统来进行这项课题研究是完全可行的,测到的数据以及通过实验数据得到的处理
结果是可靠的,同时该结果对深水水下爆破_T程雷管的爆轰和起爆研究也具有一定参考价值。
参考文献
1汪大立,张涛,张立,颜事龙.球形装药水下爆炸初始冲击波能量计算【J】.淮南矿业学院报,1995(9):47.51
2刘文华,罗松林,顾文彬等.单个球形装药浅层水中爆炸冲击波特性的研究【J】.工程爆破,1999(9):1—5
3周睿,冯顺山,吴成.条形药包冲击波峰值超压工程计算模型[J].工程爆破,2001(12):19.23
4周方毅,陈晓强,张可『匠等.无限水介质中爆炸冲击波压力计算公式辨析【J】.爆破,2003(3):7-8,11
5俞统昌,王晓峰,千建灵.炸药的水下爆炸冲击波性能【J】.含能材料,2003(12):182—186
6张立,汪大立.水下爆炸炸药能测量消除边界效应的研究【J】.爆破器材,1995(4):1-6
7周霖,徐少辉,徐更光.炸药水下爆炸能量输出特性研究【J】.兵工学报,2006(3):235—238