基于内爆炸试验的温压炸药能量释放定量评价的测试方法

摘要

本发明属于炸药领域，提供了一种基于内爆炸试验的温压炸药能量释放定量评价的测试方法，该方法通过试验装置的确定，测试温压炸药质量的确定，确定测试温压炸药所需要的氧气量是否满足要求，罐体内准静态压力数据的获取，获取温压炸药的温压炸药的准静态压力峰值，最后得到温压炸药温压效应测试结果。本发明以试验爆炸罐作为试验载体，模拟了温压弹药实际使用的密闭环境，得到温压炸药爆炸准静态压力参量，为温压炸药爆炸能量输出量评价奠定了基础；采用不同气体环境下获取温压炸药有限空间内准静态压力方法，能够分离温压炸药无氧爆燃反应阶段和爆炸过程段释放的能量，得到有氧燃烧阶段释放的能量。

主权项

一种基于内爆炸试验的温压炸药能量释放定量评价的测试方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一，试验爆炸罐的耐冲击能力和罐体内氧气含量的确定；采用试验爆炸罐进行温压炸药的内爆炸试验，所述的试验爆炸罐包括罐体(4)，所述的罐体(4)为密闭的双层罐体，在双层罐体之间设置有减震层(18)；罐体(4)一端设置有抽真空管(9)，罐体(4)的另一端开设有加装口(2)，在加装口(2)上安装有密封门(3)，在密封门(3)外侧的罐体(4)上设置有罐体出口(1)；在罐体(4)内壁的圆周上均匀分布有传感器安装板(6)，在传感器安装板(6)上开设有传感器安装孔(601)；在罐体(4)上还设置有进气管(7)、排气管(12)和连接器(14)；根据试验爆炸罐的结构确定试验爆炸罐的耐冲击能力和罐体内氧气含量，罐体的耐冲击能力是由罐体设计时已经确定，TNT当量表示；氧气含量是指罐体内空气中氧气的质量；罐体内氧气含量按照公式Ⅰ计算：M₀＝0.21×ρV   公式Ⅰ式中：M₀—罐体内氧气质量；V—罐体体积；ρ—空气密度；步骤二，测试温压炸药质量的确定：根据试验爆炸罐的耐冲击能力，确定测试温压炸药在罐体内试验的最大药量值，选取小于测试温压炸药在罐体内试验的最大药量值，以满足试验爆炸罐的安全许用要求，测试温压炸药在罐体内试验的最大药量值，按照公式Ⅱ得到最大的测试温压炸药的质量，公式Ⅱ如下所示：M_TNT＝K·M_TBX   公式Ⅱ式中：M_TNT—测试温压炸药的TNT当量；K—测试温压炸药的TNT当量系数；M_TBX—测试温压炸药的质量；根据最大的测试温压炸药的质量，选取一个测试温压炸药的质量；步骤三，确定测试温压炸药所需要的氧气量是否满足要求：按照测试温压炸药分子式，计算测试温压炸药的氧平衡，再根据测试温压炸药的氧平衡和步骤二选取的测试温压炸药的质量，得到需要的氧气量，确定需要的氧气量是否满足要求试验爆炸罐的试验要求，当5倍的测试温压炸药需要的氧气量小于试验爆炸罐的罐体内空气中的氧气含量时，才满足温压炸药罐的试验要求；当需要的氧气量不满足要求试验爆炸罐的试验要求时，返回步骤二，重新选取一个测试温压炸药的质量；当需要的氧气量满足要求试验爆炸罐的试验要求时，将温压炸药的装药形状设置为球形或直径与高度比为1:1.2的圆柱形；所述的氧平衡的计算方法如下：温压炸药是混合炸药，其原子组成中除了C、H、N、O元素外，还有Al、Cl、F元素,因此将温压炸药的分子式表示为C_aH_bN_cO_dAl_eCl_fF_g，按照公式Ⅲ计算氧平衡：$B=\frac{8\times (\Sigma N_{\mathrm{Oi}}{A}_{\mathrm{Vi}}-\Sigma N_{\mathrm{Ri}}{A}_{\mathrm{Vi}})}{M_r}$   公式Ⅲ式中：a、b、c、d、e、f、g表示温压炸药分子式中的原子数；B—温压炸药的氧平衡，即1g温压炸药缺少或剩余氧的克数；N_OiA_Vi—温压炸药组成中被还原的原子数与其化合价之积；N_RiA_Vi—温压炸药组成中被氧化的原子数与其化合价之积；M_r—温压炸药的分子量；步骤四，罐体内准静态压力数据的获取；试验爆炸罐内的传感器安装孔(601)上安装有阻压型压力传感器，用于获取罐体内准静态压力曲线，将测试温压炸药悬挂到试验爆炸罐的几何中心，用惰性气体改变爆炸罐内的气体环境，采用压力传感器测量在绝氧环境和空气环境下温压炸药的准静态压力的电压数据，电压数据除以压力传感器的灵敏度，得到准静态压力‑时间曲线，准静态压力‑时间曲线中压力上升到平直阶段时的压力值为准静态压力峰值，单位为MPa；步骤五，温压炸药能量释放定量评价的测试结果：1)对获取的在绝氧环境和空气环境下温压炸药的准静态压力峰值，代入公式Ⅳ，得到温压炸药在绝氧环境和空气环境下各自释放的总能量值：$E=\frac{\mathrm{PV}}{r-1}$   公式Ⅳ式中：V—爆炸罐的体积；γ—气体的比热率；P—准静态压力峰值；2)温压炸药在空气环境释放的总能量是温压炸药在绝氧爆燃和有氧燃烧过程中释放的总能量，按照公式Ⅴ得到温压炸药在有氧燃烧阶段释放的总能量：E_hr＝E_k‑E_jy   公式Ⅴ式中：E_k—温压炸药空气环境释放的总能量；E_jy—温压炸药绝氧环境释放的总能量；E_hr—温压炸药有氧燃烧阶段释放的总能量。