炸藥爆炸理論

《炸藥爆炸理論》講義-第六章炸藥的性能隨著科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，炸藥已成為一種特殊的能源，其用途日益廣泛，不僅消耗量逐年增加，而且對(duì)炸藥的性能提出了新的要求。在制造炸藥產(chǎn)品、改進(jìn)炸藥品種的過(guò)程中，只有通過(guò)性能的研究和測(cè)試，才能提供充分的數(shù)據(jù)，說(shuō)明該炸藥的引爆和爆轟性能是否滿(mǎn)足使用要求，說(shuō)明在生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用過(guò)程中是否安全可靠。研究炸藥的性能對(duì)推動(dòng)炸藥品種和使用的發(fā)展，確保產(chǎn)品制造質(zhì)量，起著極其重要的作用。炸藥的性能，一是決定于它的組成和結(jié)構(gòu)，二是決定于它的加工工藝，三是決定于它的裝藥狀態(tài)和使用條件。各種不同的炸藥及其使用領(lǐng)域，對(duì)其性能有不同的要求。本章主要介紹炸藥的密度、爆速、爆壓、做功能力、猛度、殉爆距離、有毒氣體產(chǎn)物等知識(shí)。6.1炸藥的密度密度是炸藥，特別是實(shí)際使用的裝藥形式炸藥的一個(gè)很重要的性質(zhì)。機(jī)械力學(xué)性能、爆炸性能和起爆傳爆性能等均與密度有密切的關(guān)系。6.1.1理論密度對(duì)于爆炸化合物，理論密度指炸藥純物質(zhì)的晶體密度，或稱(chēng)最大密度。對(duì)于爆炸混合物，理論密度則取決于組成該混合炸藥各原料的密度。定義混合炸藥的理論密度等于各組分體積分?jǐn)?shù)乘以各自密度的加權(quán)平均值，其表達(dá)式為：（6-1）式中—炸藥的理論密度；—第組分的質(zhì)量；—第組分的體積；—第組分的理論（或最大）密度炸藥的理論密度是指理論上炸藥可能達(dá)到的最大裝藥密度。實(shí)際上所得到的炸藥裝藥密度，不論采用何種裝藥工藝，均小于理論密度。6.1.2實(shí)際裝藥密度和空隙率炸藥裝藥中總存在一定的空隙，空隙率可由下式定義：（6-2）而裝藥的實(shí)際密度可由下式求得：（6-3）式中：—裝藥的實(shí)際密度；—空隙率；V—裝藥的實(shí)際體積例1、已知某炸藥=1.83，裝藥密度=1.61~1.69，求其空隙率。解：=12.7%~7.8%例2、某混合炸藥的組成及各組分的理論密度是：/g/梯恩梯301.654黑索今451.806鋁202.69蠟50.90該炸藥的裝藥密度是1.686,計(jì)算該炸藥的理論密度和空隙率。解：根據(jù)（6-1）式，知：=100/56.045=1.784()根據(jù)式（6-2）式，得：=(1－１.686/1.784)100%=5.49%炸藥的實(shí)際密度除決定于炸藥品種外，還與它的加工工藝和裝藥條件有關(guān)。這主要是各固體組分的顆粒度及粒度分布、顆粒形式、表面情況、裝藥工藝及條件、附加物的作用及其它措施。例如，對(duì)于模壓裝藥炸藥，密度與裝藥條件有關(guān)，加載壓力是首要因素；但在一定加載壓力作用下，炸藥的可塑性、流動(dòng)性就起決定的作用，而這些往往受溫度、顆粒情況、附加物等因素影響。表6-1列出了幾種炸藥的裝藥密度隨加載壓力而變化的情況。表6-1裝藥密度與加載壓力的關(guān)系（室溫）炸藥1000150020002500鈍化黑索今某高分子粘結(jié)炸藥鈍黑鋁炸藥1.6501.6991.6721.7121.761.6811.7221.771.6841.7251.78由表中數(shù)據(jù)可見(jiàn)，裝藥密度隨加載壓力增大而增加，最后分別趨近于它們的理論密度1.7224、1.780、1.850。某高分子粘結(jié)炸藥在2000加載壓力的模壓條件下，藥柱密度隨藥溫變化的情況如表6-2所示。表6-2藥柱密度與藥溫的關(guān)系壓藥溫度（℃）2040506070裝藥密度（g/cm3）1.71351.72241.72401.72461.7318對(duì)于鑄藥炸藥，熔融組分在冷卻凝固過(guò)程中，晶核形成和晶體生長(zhǎng)速度應(yīng)有適當(dāng)控制。精細(xì)結(jié)晶可以獲得較高密度，而粗大結(jié)晶只能得到較小密度。其中固體組分的顆粒規(guī)正、表面圓滑、粒度及其級(jí)配合理，加入表面活性劑和晶形改性劑，以及采用真空澆鑄、加壓或振動(dòng)凝固等措施時(shí)，均有利于提高裝藥密度。例如，黑索今/梯恩梯65/35混合炸藥，用普通澆鑄法裝藥密度為1.658，用振動(dòng)澆鑄法密度為1.689，而若用真空振動(dòng)澆鑄法裝藥時(shí)，密度可達(dá)1.730，此時(shí)的空隙率僅為1.13%。對(duì)于主要用于軍事目的的混合炸藥裝藥，在知道它們的理論密度和實(shí)際密度后，為了判斷裝藥的質(zhì)量，也可以對(duì)此炸藥的成型性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，常用比值來(lái)標(biāo)志壓裝炸藥的可壓性。與此相反，對(duì)于某些工業(yè)炸藥或特種炸藥，為了提高起爆感度或者降低爆轟性能參數(shù)，常通過(guò)向炸藥內(nèi)引入氣體的辦法來(lái)降低密度，例如在乳化炸藥、漿狀炸藥、泡沫炸藥內(nèi)加入微氣泡。6.2炸藥的爆速炸藥的爆速是它的重要爆轟參數(shù)之一，也是它的重要性能指標(biāo)。爆速是目前能準(zhǔn)確測(cè)量的爆轟參數(shù)，而且它與其它性能，如爆轟壓、猛度等密切相關(guān)，因此爆速是衡量炸藥爆炸能力的重要指標(biāo)之一。對(duì)爆速的研究和測(cè)試是炸藥爆炸理論的重要內(nèi)容。經(jīng)過(guò)第四章的學(xué)習(xí)已經(jīng)知道：炸藥爆轟過(guò)程是爆轟波沿炸藥裝藥一層一層地進(jìn)行自動(dòng)傳播的過(guò)程。從本質(zhì)上講，爆轟波就是沿炸藥傳播的強(qiáng)沖擊波。爆轟波與一般沖擊波的區(qū)別，主要在于爆轟波傳播時(shí)炸藥受到高溫高壓作用而產(chǎn)生高速爆轟化學(xué)反應(yīng)，放出巨大能量，放出的部分能量又支持爆轟波對(duì)下一層未反應(yīng)的炸藥進(jìn)行強(qiáng)烈沖擊壓縮，因而爆轟波可以不衰減地穩(wěn)定地傳播下去。在一定條件下，爆轟波以一定的速度進(jìn)行傳播。爆轟波在炸藥中傳播的速度叫做爆轟速度，簡(jiǎn)稱(chēng)爆速，其單位是。一般所說(shuō)的爆速，就是在穩(wěn)定條件下的爆速。文獻(xiàn)和書(shū)刊中給出的爆速實(shí)測(cè)值，均為在一定條件下炸藥穩(wěn)定爆轟的爆速值。單體炸藥、猛炸藥混合物炸藥和某些混合炸藥的爆速有較大的差異。由于單體炸藥、猛炸藥混合物炸藥的極限直徑較小，在一般使用條件下，其爆轟大多處于理想爆轟的狀態(tài)，爆速的數(shù)值除裝藥密度之外，主要決定于炸藥本身的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。對(duì)于混合炸藥，特別是由較大比例的惰性添加劑組成的混合炸藥，以及絕大部分工業(yè)炸藥，它們的極限直徑和臨界直徑都較大。在一般使用條件下，炸藥裝藥或藥包的直徑大多處于極限直徑以下、臨界直徑以上的范圍。炸藥的爆轟處于非理想爆轟狀態(tài)，所以其爆速的影響因素比單體炸藥要復(fù)雜得多。6.2.1炸藥爆速的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算在炸藥爆轟參數(shù)的計(jì)算中，爆速和爆壓是最重要的兩個(gè)特性參數(shù)。炸藥界除應(yīng)用發(fā)展起來(lái)的狀態(tài)的確方程和計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)爆轟性能進(jìn)行理論上全面和準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)外，還總結(jié)、研究了許多計(jì)算爆速和爆壓的經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)方法。這些經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法快速有效，精度符合要求，為炸藥合成、設(shè)計(jì)提供了得心應(yīng)手的武器。A、Kamlet公式康姆萊特（KamletMJ）等人根據(jù)BKWRuby代碼的計(jì)算結(jié)果和炸藥爆速實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，歸納出計(jì)算炸藥爆速和爆壓的簡(jiǎn)易經(jīng)驗(yàn)公式?？的啡R特認(rèn)為炸藥的爆速可以簡(jiǎn)化地歸結(jié)為以下四個(gè)參數(shù)的關(guān)系上，即單位質(zhì)量炸藥的爆轟氣體產(chǎn)物的摩爾數(shù)、爆轟氣體產(chǎn)物的平均摩爾質(zhì)量、爆轟反應(yīng)的化學(xué)能（爆熱）和裝藥密度。前面三個(gè)參數(shù)直接決定于炸藥的爆炸反應(yīng)，炸藥的爆炸反應(yīng)是一個(gè)很復(fù)雜的反應(yīng)，第二章雖已對(duì)不同氧平衡的炸藥提出了一些經(jīng)驗(yàn)估算方法，但每種方法均有很大局限性，只能進(jìn)行近似估算。康姆萊特的進(jìn)一步研究表明，雖然這三個(gè)參數(shù)均隨著爆炸反應(yīng)式的不同而有很大變化，但按用不同方法確定的反應(yīng)式進(jìn)行計(jì)算時(shí)，爆熱高時(shí)氣態(tài)產(chǎn)物的物質(zhì)的量就小，爆熱低時(shí)氣態(tài)產(chǎn)物的物質(zhì)的量就大，也就是說(shuō)爆炸反應(yīng)式對(duì)這三個(gè)參數(shù)的綜合影響是不敏感的，他們稱(chēng)這種現(xiàn)象為緩沖平衡?？的啡R特提出的計(jì)算炸藥爆速的經(jīng)驗(yàn)公式是：（6-4）其中：式中：—密度為時(shí)炸藥的爆速，；—炸藥裝藥密度，；N—每克炸藥爆轟時(shí)生成氣態(tài)產(chǎn)物的物質(zhì)的量；M—?dú)怏w爆轟產(chǎn)物的平均摩爾質(zhì)量；—炸藥的特性值Q—每克炸藥的爆炸化學(xué)能，即單位質(zhì)量的最大爆熱，；在確定N、M、Q時(shí)，假設(shè)爆炸反應(yīng)按最大放熱原則（平衡）進(jìn)行，即碳、氫、氧、氮炸藥爆炸時(shí)，全部氮生成氮?dú)猓繗渖伤?，剩余的氧使碳生成二氧化碳；如氧不足以使全部碳氧化，則多余的碳以固體炭形式存在；如全部碳氧化后仍有氧剩余，則以氧氣的形式存在。對(duì)于炸藥的N、M、Q值的計(jì)算可按表6-3進(jìn)行。表6-3N、M、Q的計(jì)算方法參數(shù)炸藥組分條件N（）M（）注：表中—炸藥的摩爾質(zhì)量；—炸藥的標(biāo)準(zhǔn)生成焓，。例3、奧克托今（）的=75.1,以康姆萊特公式計(jì)算其裝藥密度為1.817時(shí)的爆速。解：=296氧平衡處于的條件，按表6-3的計(jì)算公式得：N===0.03378M===27.20Q== 實(shí)測(cè)爆速為8.157,誤差達(dá)-6.39%。Kamlet公式適用于裝藥密度大于1.0的碳、氫、氧、氮元素組成的炸藥,爆速計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)測(cè)試值之差一般不大于2%，但對(duì)于太安、硝基胍等及其混合炸藥的計(jì)算誤差較大。表6-4列舉了部分炸藥的計(jì)算結(jié)果，并與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行了比較。表6-4用康姆萊特公式計(jì)算的爆速與實(shí)測(cè)值的比較炸藥名稱(chēng)密度()計(jì)算爆速()實(shí)測(cè)爆速()相對(duì)誤差(%)梯恩梯9.8961.001.301.451.561.631.685.1115.9776.4116.7256.9296.9475.1006.0406.4576.6406.9406.932+0.2-1.0-0.7+1.3-0.2+0.2特屈兒11.4831.6141.637.4137.4637.5817.400-2.2+0.8黑索今13．8771．001．201．441．571．601．651．7551．806．0486．7317．5517．9958．0988．2728．6278．7805．9806．7507．4408．0898．0608．1808．6608．750+1.1-0.3+1.5-1.1+0.5+1.1-0.4+0.3太安13.9321.5381.5681.671.777.9038.0068.3548.6957.6577.7947.9808.600+3.0+2.7+4.7+1.1奧克托今13.8521.771.841.908.6718.9189.1178.5009.1249.100+2.0-2.3+0.2苦味酸銨10.2011.556.7986.850-1.0三胺基三硝基苯10.1781.8477.6617.660-0.0二胺基三硝基苯10.7041.7801.7907.6557.6857.6007.575+0.7+1.5乙烯二硝胺13.2401.5627.7897.750+0.6三硝基苯10.4421.647.1527.270-1.6B、氮當(dāng)量和修正氮當(dāng)量公式計(jì)算炸藥爆速的氮當(dāng)量公式是我國(guó)炸藥工作者國(guó)遇賢于是1964年提出的，公式的表達(dá)式如下：（6-5）式中：—炸藥的爆速；—炸藥裝藥密度；—炸藥的氮當(dāng)量他認(rèn)為，炸藥的爆速除與裝藥密度有關(guān)外，還與爆轟產(chǎn)物的組成密切相關(guān)，為此可將爆速表示為產(chǎn)物組成特密度的函數(shù)，在爆轟產(chǎn)物中，取氮?dú)鈱?duì)爆速的貢獻(xiàn)為1，其它爆轟產(chǎn)物的貢獻(xiàn)與氮?dú)庀啾容^的系數(shù)稱(chēng)為氮當(dāng)量系數(shù)，它們的取值列于表6-5中。表6-5爆轟產(chǎn)物的氮當(dāng)量系數(shù)爆轟產(chǎn)物氮當(dāng)量系數(shù)10.540.781.350.50.150.5771.5070.2900.876炸藥的氮當(dāng)量以100克爆轟產(chǎn)物的組成按下述規(guī)則確定：首先將分子中的氫氧化為水；然后碳再被氧化為一氧化碳，有多余的氧再將一氧化碳氧化為二氧化碳；若還有氧多余即以氧氣狀態(tài)存在，若不能將碳完全氧化為一氧化碳時(shí)，則出現(xiàn)固體炭。后來(lái)有人將（6-5）式加以簡(jiǎn)化，給出氮當(dāng)量表達(dá)式如下：（6-6）其中：式中：M—炸藥的摩爾質(zhì)量，；—第種產(chǎn)物的氮當(dāng)量系數(shù)—每摩爾炸藥中第種爆轟產(chǎn)物的物質(zhì)的量；用氮當(dāng)量公式計(jì)算炸藥的爆速時(shí)，只要知道炸藥的元素組成和密度即可，因沒(méi)有考慮分子結(jié)構(gòu)對(duì)爆速的影響，精度較差。為了提高計(jì)算精度，張厚生等提出了炸藥分子結(jié)構(gòu)對(duì)爆速的影響，修正了公式，同時(shí)調(diào)整了氮當(dāng)量系數(shù)，發(fā)展成修正氮當(dāng)量公式：（6-7）其中：式中：—炸藥的修正當(dāng)量；—每摩爾炸藥中第種爆轟產(chǎn)物的物質(zhì)的量；—第種爆轟產(chǎn)物的氮當(dāng)量系數(shù)；—第k種化學(xué)鍵的氮當(dāng)量系數(shù)；—第k種化學(xué)鍵在炸藥分子中出現(xiàn)的次數(shù)；—第j種基團(tuán)在炸藥分子中出現(xiàn)的次數(shù)；—第j種基團(tuán)的氮當(dāng)量系數(shù)；M—炸藥的摩爾質(zhì)量。修正的爆轟產(chǎn)物、化學(xué)鍵和基團(tuán)的氮當(dāng)量系數(shù)分別列于表6-6、6-7和6-8中。表6-6爆轟產(chǎn)物的修正氮當(dāng)量系數(shù)()爆轟產(chǎn)物修正氮當(dāng)量系數(shù)0．9810．6260．7231．2790．553爆轟產(chǎn)物CHF修正氮當(dāng)量系數(shù)0．1490．6121．6300．1951．194表6-7化學(xué)鍵的氮當(dāng)量系數(shù)()化學(xué)鍵化學(xué)鍵C—HC—CC＝CC—FC—ClC—OC＝OC—N-0.01240.0628-1.02880.01010.03450.214-0.1477-0.0435-0.0430-0.17920.00900.0807C＝NO—HN—HN—FN—ON＝ON—NN＝N-0.0077-0.0128-0.1106-0.05780.01260.0139-0.002300.0321-0.00430表6-8基團(tuán)的氮當(dāng)量系數(shù)()基團(tuán)基團(tuán)-0.00640.0470-0.01610.0016-0.2542-0.0028-0.10520.00220.00650.0429例4、試應(yīng)用氮當(dāng)量公式和修正氮當(dāng)量公式計(jì)算奧克托今在裝藥密度為1.817時(shí)的爆速。解：爆轟反應(yīng)式為：計(jì)算氮當(dāng)量為：按（6-6）式計(jì)算爆速為：=8.765實(shí)測(cè)爆速為8.88，相對(duì)誤差為-1.3%。利用修正氮當(dāng)量公式計(jì)算爆速，先計(jì)算修正氮當(dāng)量：與實(shí)測(cè)爆速的相對(duì)誤差為+0.23%。例5、試計(jì)算硝基胍在裝藥密度為1.70時(shí)的爆速(用修正氮當(dāng)量公式)。解：爆轟反應(yīng)式為：修正氮當(dāng)量為：實(shí)測(cè)爆速的平均值為8.156，相對(duì)誤差為—0.69%用修正氮當(dāng)量公式計(jì)算了166種炸藥的628個(gè)爆速數(shù)據(jù),平均相對(duì)誤差為1.9%。與Kamlet公式比較，它不僅具有簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確，不需要炸藥的生成焓數(shù)據(jù)等優(yōu)點(diǎn)外，還有能反映炸藥分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。表6-9列舉了部分炸藥的計(jì)算結(jié)果。表6-9用氮當(dāng)量公式及修正氮當(dāng)量公式計(jì)算的爆速炸藥密度g/cm）實(shí)測(cè)爆速(km/s)氮當(dāng)量公式修正氮當(dāng)量公式計(jì)算爆速(km/s)差值(%)計(jì)算爆速(km/s)差值(%)梯恩梯三硝基苯苦味酸二胺基三硝基苯三胺基三硝基苯特屈兒硝基甲烷四硝基甲烷乙撐二硝胺硝基胍?jiàn)W克托今黑索今環(huán)三甲撐三亞硝銨太安硝化甘油重（三硝基乙基）硝胺重（三硝基乙基）脲六硝基芪四硝基苯胺六硝基苯黑喜兒三硝基丁酸三硝基乙酯吉納六亞硝基苯1.651.6881.761.841.941.731.141.651.711.721.901.821.601.771.601.961.861.741.762.001.671.781.671.9016.9507.4667.807.7257.9407.9106.3206.4008.2308.2809.1408.8507.8008.2908.0008.8509.0007.1207.4209.5007.2908.4508.0008.6207.0007.5317.9588.0788.4397.8565.5826.4428.1048.3359.0688.7767.4148.4777.8768.7669.1207.4547.7829.5997.5588.6687.9658.819+0.6+0.6+2.0+4.6+6.3-0.7-7.4+0.7-1.5+0.7-0.8-0.8-4.9+2.3-1.6-0.9+1.4+4.7+4.9+1.0+5.7+2.6-0.4+2.37.0657.3627.5827.8638.1897.7696.0486.5428.3318.1719.1798.8858.0028.4827.8258.8218.8957.3807.5999.2597.3588.4798.0598.764+1.5-1.4-2.8+1.8+3.1-1.8-4.3+2.2+1.2-1.3+0.4+0.4+2.6+2.3-2.2-0.3-1.2+3.7+2.4-2.5+2.9+0.3+0.7+1.7C、法我國(guó)炸藥工作者吳雄發(fā)表了計(jì)算炸藥爆轟參數(shù)的法。在計(jì)算公式中，除了應(yīng)用爆熱和裝藥密度等基本參數(shù)外，還引入了勢(shì)能因子和絕熱參數(shù)，故稱(chēng)為法。此法既適用于單質(zhì)炸藥也適用于混合炸藥爆轟參數(shù)的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)能很好地相吻合，具有較高的精度，得到國(guó)內(nèi)外炸藥界的重視和承認(rèn)，其爆速的計(jì)算公式是：（6-8）式中：—爆速，(；—組分的爆熱或特征熱值，；—熱能因子；—裝藥密度，由（6-8）式可知，爆速由兩項(xiàng)組成：一項(xiàng)為能量項(xiàng)33.05，另一項(xiàng)為勢(shì)能項(xiàng)。爆熱Q可由下式求得：（6-9）式中：—第i種產(chǎn)物的物質(zhì)的量，mol；—第i種產(chǎn)物的生成焓，；—炸藥的生成焓，；M—炸藥的摩爾質(zhì)量，熱能因子可由爆轟產(chǎn)物的余容求得，因此（6-8）式也稱(chēng)為余容公式。的計(jì)算式為：（6-10）式中—第i種產(chǎn)物的余容，其值可由表6-10查得。表6-10爆轟產(chǎn)物的余容值爆轟產(chǎn)物余容值25060038021435052839046計(jì)算爆熱和熱能因子時(shí)，都需要知道爆轟產(chǎn)物的組成。經(jīng)過(guò)對(duì)炸藥爆轟產(chǎn)物的理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果的分析和歸納，得到確定爆轟產(chǎn)物的經(jīng)驗(yàn)方法，系列炸藥及添加劑的爆轟產(chǎn)物均按氧平衡狀態(tài)確定，見(jiàn)表6-11所示：表6-11系列炸藥及附加物的爆轟產(chǎn)物氧平衡類(lèi)別爆轟產(chǎn)物正氧或零氧微負(fù)氧負(fù)氧嚴(yán)重負(fù)氧，嚴(yán)重負(fù)氧例6、計(jì)算黑索今（）的爆速，裝藥密度為1.80。解：根據(jù)表6-11，黑索今的爆轟反應(yīng)式為：按（6-9）式得：=5790.7()按（6-10）式得：=3160.5/222.12=14.229則實(shí)驗(yàn)值為8754(，相對(duì)誤差為-0.117%。利用本法還可計(jì)算混合炸藥的爆轟參數(shù)，混合炸藥的和可根據(jù)單個(gè)組分的和按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)加和法求出，即：（6-11）（6-12）式中：—組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)不同炸藥或附加物的、均可按其爆轟反應(yīng)式（表6-11）進(jìn)行計(jì)算，但計(jì)算比較繁瑣，表6-12列出常用炸藥及附加物的、值。這樣可很方便地計(jì)算出由內(nèi)物質(zhì)組成的混合炸藥的爆速。例7、計(jì)算黑索今/梯恩梯64/36炸藥在裝藥密度為1.717時(shí)的爆速。解：由表6-12查得：黑索今：梯恩梯：，則混合炸藥的參數(shù)是：實(shí)測(cè)爆速值為7990，相對(duì)誤差為+0.23%。表6-12炸藥及附加物的Q、值物質(zhì)名稱(chēng)元素組成QCHNO(J/S)梯恩梯黑索今奧克托今乙撐二硝銨苦味酸三胺基三硝基苯二胺基三硝基苯特屈兒太安苦味酸銨吉納三硝基苯環(huán)三甲撐三亞硝胺三硝基苯胺重（二硝基丙基）硝胺重（三硝基乙基）一脲硝化甘油硝基胍硝基甲烷硝化棉三疊氮三硝基苯六亞硝基苯四硝基甲烷硝酸銨重（三硝基乙基）一硝胺硝酸肼肼鋁石墨鄰苯二甲酸酯硬脂酸聚醋酸乙烯酯尼龍6/66蠟聚甲基丙烯酸甲酯油類(lèi)聚異丁烯聚苯乙烯維通A氟橡膠Kel—F聚乙烯醇硝酸酯聚氨酯聚乙烯醇縮丁醛734266675646366531166610400-12418418N5485825.1495686365586836410654370004454-038366332n+28883.5237.51936843655444364683412.2512642832-00003000F6.5F1110.19066847668127863610139229.566831430-042232000Cl331.7624293578557644849459836554381523861863696543452924799425252886191622026585049407664966575單質(zhì)2183混合6659單質(zhì)1484混合3315單質(zhì)5421混合6855單質(zhì)3724混合449429681550-238-2516-1517-1317-2980-1722-1672-29801154334420905225153469412.0514.2314.2314.5312.6312.7812.6412.7813.813.014.312.2914.3712.4713.913.6513.5715.4214.7213.413.312.9412.2912.2913.1814.813.1913.1916.8717.024.0-1.03.8315.217.7914.016.218.614.6418.518.516.939.08.013.7213.915.53.D、混合炸藥爆速的體積加和公式前面介紹的公式主要適用于單體炸藥爆速的計(jì)算。當(dāng)計(jì)算混合炸藥的爆速時(shí)，可將其看作同樣分子式的單體炸藥處理，不過(guò)前述Kamlet公式和氮當(dāng)量公式，只適用于由猛炸藥組成的混合炸藥，不適用于含較多惰性附加物或金屬粉的混合炸藥。目前廣泛使用的混合炸藥大多含有惰性附加物或金屬粉，如高聚物炸藥、含鋁炸藥等等，找出用于計(jì)算這類(lèi)混合炸藥爆速的方法具有現(xiàn)實(shí)意義。尤瑞澤(Urizav)提出混合炸藥的爆速可用各組分的爆速或傳爆速度與其體積分?jǐn)?shù)的乘積加和得到，即：（6-13）其中：式中：—組分的特征爆速,；—組分的體積分?jǐn)?shù)；—組分的體積；—混合炸藥的總體積，需要說(shuō)明的是，若混合炸藥的裝藥密度小于理論密度，即炸藥中含有空隙時(shí)，可將空氣也看作是混合炸藥的一個(gè)組分，只計(jì)算其體積，而忽略其質(zhì)量。當(dāng)混合炸藥處于理論密度時(shí)，炸藥中不存有空隙，完全的各組分物質(zhì)組成，其爆速加和公式可寫(xiě)為：（6-14）式中只包括凝聚物質(zhì)組分。當(dāng)混合炸藥處于任意密度時(shí)，可看作由炸藥物質(zhì)與空氣組成，其爆速加和公式為：（6-15）式中：、—分別為空氣的特征速度和體積分?jǐn)?shù)；、—分別為混合炸藥在理論密度時(shí)的爆速和體積分?jǐn)?shù)。根據(jù)（6-2）式，知：，將其代入（6-15）式，得：（6-16）取空氣的傳播速度，，則：（6-17）可見(jiàn)，計(jì)算混合炸藥的爆速，必須先計(jì)算理論密度的最大爆速，再計(jì)算裝藥密度條件下的爆速。為應(yīng)用方便，將混合炸藥爆速的計(jì)算公式歸納如下：/（6-18）（6-18）式中：—混合炸藥在密度為時(shí)的爆速，；—混合炸藥在理論密度時(shí)的爆速，；—組分在理論密度進(jìn)的特征速度，；—組分在理論密度時(shí)占有的體積，—組分的質(zhì)量，部分炸藥或附加物的理論密度和特征爆速列于表6-13中。表6-13部分炸藥或附加物的理論密度及特征爆速炸藥或附加物理論密度（g/cm）特征爆速(m/s)炸藥或附加物理論密度(g/cm)特征爆速(m/s)梯恩梯黑索今特屈兒奧克托今太安硝基胍吉納硝化甘油硝化棉重（三硝基乙基）一硝胺地恩梯聚乙烯聚苯乙烯硅橡膠聚醋酸乙烯酯1.651.811.731.901.771.721.671.591.501.961.520.931.051.051.17697088007660915082807740770880006700885062005550528057205400Kel-F彈性體維通A硅酮樹(shù)脂聚四氟乙烯石蠟蜂蠟硬脂酸Kel-F蠟鋁粉煤粉硝酸鋇高氯酸鉀高氯酸銨水空氣1.851.821.052.150.900.960.871.782.701.742.642.521.951.0538053905100533054005460540056206850720060705470625054001500例8、計(jì)算鈍黑鋁炸藥在裝藥密度為1.77時(shí)的爆速。已知鈍黑鋁炸藥的組成為：黑索今/石蠟/鋁76/4/20，即100克炸藥中有黑索今76克、石蠟4克、鋁粉解：按（6-18）式依次計(jì)算得：()實(shí)測(cè)爆速為8089，相對(duì)誤差為-1.6%6.2.2炸藥爆速的實(shí)驗(yàn)測(cè)定A、導(dǎo)爆索法（Dautriche法）這種測(cè)試炸藥爆速的方法是有道特里什首先提出來(lái)的，是最古老的一種測(cè)量爆速的方法。本方法是用已知爆速的導(dǎo)爆索測(cè)定炸藥的爆速。該方法的試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖6-1所示。當(dāng)炸藥由雷管引爆后，爆轟波傳至A點(diǎn)時(shí)，引爆導(dǎo)爆索的一端，同時(shí)繼續(xù)沿炸藥藥卷傳播，當(dāng)?shù)竭_(dá)B點(diǎn)時(shí)，導(dǎo)爆索的另一端也被引爆。在某一時(shí)刻，導(dǎo)爆索中沿兩個(gè)方向傳播的爆轟波相遇于N，在鋁板或鉛板記錄爆轟波相遇時(shí)碰撞的痕跡。根據(jù)爆轟波相遇時(shí)所用的時(shí)間相等的原理可算得炸藥的爆速。B、測(cè)時(shí)儀法這種方法的基本原理是利用炸藥爆轟時(shí)爆轟波陣面的電離導(dǎo)電特性或壓力突變，測(cè)定爆轟波依次通過(guò)藥柱內(nèi)（或外）各探針?biāo)璧臅r(shí)間從而求得平均爆速。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單方便、精確度高、受試藥卷不需要很長(zhǎng)、且測(cè)定的數(shù)據(jù)可以用數(shù)字顯示，必要時(shí)還可以與計(jì)算機(jī)聯(lián)用，因此在生產(chǎn)檢測(cè)和科研工作中被廣泛應(yīng)用。測(cè)試儀記時(shí)測(cè)量法的基本工作原理如圖6-2所示。實(shí)驗(yàn)采用的是“斷—通”方式：在爆轟波未傳到探針位置前，探針處于“斷”的狀態(tài)；在爆轟波傳到探針位置A點(diǎn)的瞬間，爆轟產(chǎn)物被電離而使探針處于“通”的狀態(tài)，爆速儀觸發(fā)一個(gè)電信號(hào)，爆轟波到達(dá)B點(diǎn)再觸發(fā)一個(gè)電信號(hào)，這樣電子測(cè)時(shí)儀就記錄了爆轟波通過(guò)A、B兩點(diǎn)的時(shí)間t，于是可求出AB段的平均爆速。C、高速攝影法或稱(chēng)光學(xué)法。采用高速攝影儀將爆轟波陣面發(fā)出的光拍攝記錄，得到爆轟波傳播的距離-時(shí)間掃描曲線，再利用工具顯微鏡或其它儀器測(cè)出曲線上各點(diǎn)（即爆轟波通過(guò)裝藥任一斷面）的瞬時(shí)速度（），或用分幅照相法測(cè)量爆轟波通過(guò)藥柱的平均爆速。此法可測(cè)出爆速變化的過(guò)程，其原理圖如圖6-3所示。6.3炸藥的爆轟壓與爆速一樣，炸藥的爆轟壓也是重要的爆轟參數(shù)之一，它是炸藥的重要性能指標(biāo)。爆轟壓力常簡(jiǎn)稱(chēng)爆壓。由第四章爆轟波Z-N-D模型揭示的爆轟波結(jié)構(gòu)可以知道，爆壓是指爆轟波反應(yīng)區(qū)終了時(shí)的C-J面上的壓力。C-J面后的爆轟產(chǎn)物等熵膨脹，壓力逐漸降低，因此爆壓低于前沿沖擊波壓力，又顯著高于尾隨的產(chǎn)物膨脹壓力。炸藥的爆壓與猛度密切相關(guān)。在應(yīng)用時(shí)，爆壓的大小決定著與其直接接觸的介質(zhì)的破壞情況。6.3.1爆壓的簡(jiǎn)化計(jì)算方法根據(jù)爆轟理論，應(yīng)用質(zhì)量、動(dòng)量和能量守恒方程，并應(yīng)用C-J條件、爆轟產(chǎn)物的狀態(tài)方程，可以通過(guò)理論方法計(jì)算得到凝聚炸藥的爆壓及其它爆轟參數(shù)。采用經(jīng)驗(yàn)的或半經(jīng)驗(yàn)的狀態(tài)方程，加上現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)可以得到較為精確的解，然而計(jì)算時(shí)需要使用大型電子計(jì)算機(jī)編制相當(dāng)復(fù)雜的計(jì)算程序。為此在工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用方面，往往采用經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)炸藥的爆壓進(jìn)行估算，使過(guò)程極為簡(jiǎn)單，而計(jì)算結(jié)果具有一定的精確度，能滿(mǎn)足工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用方面的要求。A、Kamlet經(jīng)驗(yàn)公式Kamlet公式除在本章前節(jié)已經(jīng)介紹的用于爆速經(jīng)驗(yàn)計(jì)算外，還可用于爆壓的計(jì)算。根據(jù)大量計(jì)算結(jié)果，采用本法得到的計(jì)算值與實(shí)際測(cè)量值之間的相對(duì)偏差，大部分在5%以?xún)?nèi)，因而適合于工程計(jì)算。Kamlet爆壓經(jīng)驗(yàn)公式為：（6-19）其中：式中：—炸藥的C-J爆壓，Pa；—裝藥密度，例9、計(jì)算梯恩梯/黑索金50/50炸藥在裝藥密度為1.60時(shí)的爆壓。解：1000g該炸藥由2.20mol梯恩梯和2.25mol黑索今組成，其分子式為：，查表知TNT和RDX的生成熱為：，則該炸藥的生成熱（定壓）為：按表6-3中各式計(jì)算得：則：按（6-19）式計(jì)算得：對(duì)于含有惰性附加物的混合炸藥，惰性附加物主要起頓感作用或粘結(jié)作用，不直接參與爆轟反應(yīng)，因此對(duì)爆壓無(wú)貢獻(xiàn)。鋁粉等物質(zhì)在爆炸過(guò)程中雖然參加化學(xué)反應(yīng)，但這種反應(yīng)是二次反應(yīng)，放出的熱量無(wú)法提供到爆轟波上來(lái)，因而對(duì)爆壓不起作用。為此，計(jì)算混合炸藥的爆壓時(shí)，可以不考慮惰性附加物和鋁粉等物質(zhì)的影響。采用Kamlet經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)混合炸藥的爆壓進(jìn)行計(jì)算時(shí)，混合炸藥的值為參加爆轟反應(yīng)（不包括二次反應(yīng)）各組分值的質(zhì)量分?jǐn)?shù)加和，即：（6-20）式中：—混合炸藥中參加一次爆轟反應(yīng)的組分的值；—上述組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)例10、計(jì)算鈍黑鋁炸藥（由黑索今/鈍感劑/鋁76/4/20組成）在裝藥密度為1.77時(shí)的爆壓。解：查表6-4得：用Kamlet經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的幾種常用炸藥的爆壓與實(shí)測(cè)值的比較列如表6-14中。表6-14用Kamlet公式計(jì)算的爆壓炸藥名稱(chēng)裝藥密度()計(jì)算值()測(cè)定值()相對(duì)誤差(%)梯恩梯9.8961.6342.0121.908+5.2黑索今13.8771.7653.2933.263+0.9梯恩梯/黑索今40/6012.2851.7182.7832.915-4.6特屈兒11.4831.7142.5652.679-4.4太安(1)13.9321.5753.1753.005+5.7(1)約含3%的惰性附加劑。比須指出，用Kamlet 公式計(jì)算C、H、O、N炸藥的爆壓時(shí)，裝藥密度應(yīng)大于，對(duì)于臨界直徑很小的高密度炸藥，其計(jì)算值更為準(zhǔn)確。B、氮當(dāng)量和修正氮當(dāng)量公式1978年我國(guó)炸藥工作者張厚生提出了爆壓計(jì)算的氮當(dāng)量公式和修正氮當(dāng)量公式：（6-21）（6-22）式中：—炸藥的爆壓，GPa；—炸藥的氮當(dāng)量；—炸藥的修正氮當(dāng)量例11、用氮當(dāng)量公式和修正氮當(dāng)量公式計(jì)算奧克托今在裝藥密度為時(shí)的爆壓。解：爆炸反應(yīng)式：計(jì)算得氮當(dāng)量為：計(jì)算得修正氮當(dāng)量為：按（6-21）式計(jì)算的爆壓為：按（6-22）式計(jì)算的爆壓為：實(shí)測(cè)爆壓值分別為35.22GPa和36.27GPa。C、法根據(jù)爆轟理論，由法確定的爆壓計(jì)算式為：（6-23）（6-24）（6-25）式中：—爆壓，GPa；—由（6-8）式確定的爆速；—絕熱指數(shù)；—定壓熱容與定容熱容的比熱（）；—產(chǎn)物的物質(zhì)的量表6-15爆轟產(chǎn)物的值爆轟產(chǎn)物3.81.683.12.672.933.353.43.5例12、計(jì)算黑索今炸藥（）在裝藥密度為時(shí)的爆壓。解：根據(jù)表6-11，黑索今的爆炸反應(yīng)式為：爆壓的實(shí)測(cè)值為34.7GPa。利用法還可以計(jì)算混合炸藥的爆壓，但與計(jì)算爆速一樣，需要知道混合炸藥的值以及、（或爆速）值。其中值可由下式方便地計(jì)算得到：（6-26）式中：—混合炸藥中組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；—混合炸藥中組分的摩爾質(zhì)量6.3.2炸藥爆壓的實(shí)驗(yàn)測(cè)定炸藥爆轟時(shí)C-J面上的壓力使其爆轟性能的重要示性數(shù)，它的精確確定將為檢驗(yàn)爆轟理論提供依據(jù)，因而具有強(qiáng)烈的破壞作用，故實(shí)驗(yàn)測(cè)定時(shí)在技術(shù)上遇到了困難。直到20世紀(jì)50年代開(kāi)始才逐漸建立了測(cè)定炸藥爆壓的實(shí)驗(yàn)方法。目前測(cè)定爆壓比較成熟的方法有自由表面速度法、水箱法和電磁法三種。自由表面速度法是測(cè)定炸藥爆炸作用下金屬板的自由表面速度，然后反推出炸藥的爆壓；水箱法是測(cè)定炸藥在水中爆炸后所形成的初始沖擊波的速度，然后反推出炸藥的爆壓；電磁法是直接測(cè)定爆轟產(chǎn)物的質(zhì)點(diǎn)速度，再用以計(jì)算炸藥的爆壓。A、自由表面速度法基本原理：自由表面速度法的實(shí)驗(yàn)裝置如圖6-4所示。在被測(cè)炸藥柱上端放置平面波發(fā)生器，被測(cè)炸藥柱下端放置金屬板。當(dāng)一維平面爆轟波沿藥柱末端與金屬板3的交界面上時(shí)，形成兩個(gè)相反方向的沖擊波，即傳入金屬板中的沖擊波和向產(chǎn)物發(fā)射的沖擊波。測(cè)定金屬板自由表面速度的裝置和方法有多種，如電探針?lè)?、光探針?lè)ê图す飧缮娣ǖ取１?-16給出了用自由表面速度法測(cè)定的幾種炸藥的爆壓。表6-16用自由表面速度法測(cè)定的幾種炸藥的爆壓被測(cè)炸藥黑今索梯恩梯黑今索/梯恩梯炸藥密度（gcm）炸藥爆速(ms)金屬板密度(gcm)自由表面速度(ms)炸藥爆壓(×10Pa)1.76786392.78836933.3791.63769422.79024621.8911.71380182.79133792.922B、水箱法基本原理：水箱法的基本原理與自由表面速度法相似，不同的是水箱法是通過(guò)測(cè)定炸藥爆炸后所形成的水中沖擊波參數(shù)來(lái)求得爆壓。對(duì)于炸藥—水體系，由沖擊波阻抗公式可以得到下列方程：（6-27）式中：—水在沖擊波通過(guò)后的質(zhì)點(diǎn)速度； —水的初始密度，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下??；—水中的沖擊波速度根據(jù)萊斯（Rice）和沃爾什（Walsh）的實(shí)驗(yàn)測(cè)定，當(dāng)水中沖擊波壓力<45Gpa時(shí)，和有以下關(guān)系：=1.483＋25.036（6-28）由此可知，只要測(cè)得炸藥在水中爆炸后所形成的沖擊波初始速度，可按(6-28)式計(jì)算水的質(zhì)點(diǎn)速度；將、以及炸藥的爆速D代入（6-27）式，即可求得被測(cè)炸藥的爆壓。實(shí)驗(yàn)裝置與方法：水箱法測(cè)爆壓的實(shí)驗(yàn)裝置如圖6-5所示，其功能實(shí)為測(cè)定水中爆炸沖擊波的初始速度。在透明的水箱中充以蒸餾水，被測(cè)藥柱爆炸后，當(dāng)爆轟波到達(dá)與水相接觸的藥柱端面時(shí)，向水中傳入沖擊波，并在水中逐層傳播。沖擊波所到之處，水層突然受到壓縮，水的密度增大，該層水的透明度降低。這樣，隨著沖擊波的傳播，在水中就顯示出一個(gè)暗層從藥柱頂端向水深部移動(dòng)。為了使暗層的軌跡能用照相機(jī)記錄下來(lái)，在照相機(jī)視線方向上水箱的另一側(cè)設(shè)置一個(gè)與被測(cè)藥柱爆炸同步的爆炸光源。當(dāng)被測(cè)藥柱爆炸時(shí)，光源藥柱同時(shí)爆炸，后者爆炸形成的沖擊波沖擊氬氣發(fā)出強(qiáng)光，而水中移動(dòng)著的暗層蔽住亮光，這樣在膠片上就記錄下一個(gè)暗層移動(dòng)的軌跡。表6-17列出了水箱法測(cè)得的幾種炸藥的爆壓值。表6-18列出了水箱法與自由表面速度法測(cè)得的梯恩梯爆壓值，為了便于比較，表中第4列將測(cè)試值換算到同一密度的爆壓，換算公式為。由表中數(shù)據(jù)可見(jiàn)兩種方法所測(cè)的梯恩梯爆壓基本一致。表6-17水箱法測(cè)得的幾種炸藥的爆壓值炸藥密度()爆速爆壓梯恩梯梯恩梯黑索今奧克托今黑索今/梯恩梯（65/35）1.5871.6381.7001.7511.7086827692084158542790918.86±0.2820.129.39±0.6832.4628.57±0.74表6-18水箱法與自由表面速度法所測(cè)爆壓結(jié)果比較炸藥密度()實(shí)測(cè)爆壓(GPa)相同密度下的爆壓試驗(yàn)方法梯恩梯梯恩梯梯恩梯梯恩梯1.5871.5871.6341.63718.86±0.2818.519.0818.9118.9±0.318.518.017.8水箱法水箱法自由表面法自由表面法水箱法是一種比較簡(jiǎn)單易行的方法，且試驗(yàn)結(jié)果可靠，重復(fù)性較好，精度約2%。該法試驗(yàn)藥量小，這對(duì)于新炸藥配方研究很有利。近年來(lái)，由于采用透鏡獲得了平行光光源，使掃描照相底片清晰度大大提高，從而提高了水箱法的測(cè)量精度。水箱法的主要問(wèn)題是水的動(dòng)力阻抗與炸藥的動(dòng)力阻抗差別較大，因而阻抗失配現(xiàn)象較嚴(yán)重。要解決這個(gè)問(wèn)題，必須用其它透明液體代替水，使阻抗達(dá)到匹配。研究表明，用二碘甲烷溶液代替水，可以達(dá)到阻抗匹配。C、電磁法基本原理：電磁法是將金屬箔框行傳感器直接嵌入炸藥柱內(nèi)，藥柱爆轟時(shí)，鋁箔框作切割磁力線運(yùn)動(dòng)，由電磁感應(yīng)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，直接測(cè)量得到爆轟產(chǎn)物質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度，然后利用動(dòng)量守恒定律求算被測(cè)炸藥爆壓的方法。由動(dòng)量守恒定律知：（6-29）可以看出，只要能測(cè)量出爆轟產(chǎn)物C-J面的質(zhì)點(diǎn)速度、炸藥的爆速D，炸藥的爆壓就可由（6-29）式直接得到。炸藥的爆速是很容易準(zhǔn)確測(cè)得的，爆轟產(chǎn)物C-J面的質(zhì)點(diǎn)速度可根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律測(cè)定。由法拉第電磁感應(yīng)定律得知，當(dāng)金屬導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，在與導(dǎo)體兩端相連接的電路中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)的大小由下面公式確定：（6-30）式中：—感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，V；B—磁感應(yīng)強(qiáng)度，T； L—切割磁力線部分導(dǎo)體的長(zhǎng)度，m；v—導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速度，ms。如果將厚度為0.01～0.03mm的金屬箔做成框形傳感器并嵌入炸藥柱內(nèi)，再將試驗(yàn)樣品放在均勻磁場(chǎng)中（互相垂直方向），則當(dāng)爆轟波傳播到傳感器時(shí)，框形傳感器就和產(chǎn)物質(zhì)點(diǎn)一起運(yùn)動(dòng)。由于傳感器的質(zhì)量很小，所以它的慣性也小，可以假設(shè)傳感器的運(yùn)動(dòng)速度v和C-J面上的產(chǎn)物質(zhì)量速度相等，即：，代入（6-30）式，便得到：，再代入（6-29）式，就可得到計(jì)算被測(cè)炸藥爆壓的公式：（6-31）可見(jiàn)，用電磁法測(cè)爆壓的關(guān)鍵是測(cè)定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。實(shí)驗(yàn)裝置與方法：電磁法的實(shí)驗(yàn)裝置如圖6-6所示?？蛐蝹鞲衅鞯年P(guān)鍵元件，通常用厚度為0.01～0.03mm的鋁箔剪成1～5mm寬的條，再折成框底邊寬5～10mm的傳感器，嵌在炸藥中，使框底與藥柱端面平行，框平面與磁場(chǎng)方向垂直，鋁箔引線由電纜連接到高壓示波器。雷管起爆后，通過(guò)平面波發(fā)生器向被測(cè)炸藥中傳入平面爆轟波，當(dāng)穩(wěn)定的平面爆轟波到達(dá)型鋁箔框時(shí)，框底立即獲得與爆轟產(chǎn)物質(zhì)點(diǎn)相同的運(yùn)動(dòng)速度，并與爆轟產(chǎn)物一起運(yùn)動(dòng)，由于鋁框底作切割磁力線方向的運(yùn)動(dòng)，因而在回路中產(chǎn)生一個(gè)感生電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)電纜傳輸?shù)绞静ㄆ?，由示波器記錄下電?dòng)勢(shì)波形。典型的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形如圖6-7所示，波形最高點(diǎn)相應(yīng)于鋁箔以化學(xué)反應(yīng)區(qū)末端面處爆轟產(chǎn)物質(zhì)點(diǎn)速度運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。表6-19列出了用電磁法測(cè)得的幾種炸藥的產(chǎn)物質(zhì)點(diǎn)速度和爆壓，為了進(jìn)行比較，表中最右一列列出自由表面速度法的結(jié)果。表6-19用電磁法測(cè)得的幾種炸藥的產(chǎn)物質(zhì)點(diǎn)速度和爆壓炸藥密度()質(zhì)點(diǎn)速度爆壓P(GPa)自由表面速度法梯恩梯梯恩梯梯恩梯梯恩梯梯恩梯黑索今/梯恩梯（50/50）1.601.551.471.311.001.6818101770171015801320203020.2721857316.38912.5226.73226.090184018001730159013002070由表中數(shù)據(jù)可見(jiàn)，用電磁法測(cè)得的質(zhì)點(diǎn)速度與用自由表面速度法測(cè)得的結(jié)果基本一致，從統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析，電磁法所測(cè)結(jié)果你自由表面速度法約偏底1.7%。D、錳銅壓力計(jì)法直接測(cè)量爆轟壓或測(cè)量與炸藥接觸的金屬板中的沖擊波壓力再反推爆轟壓。這是一種較新的測(cè)量方法。此外，可用平板炸坑試驗(yàn)測(cè)量板坑深度估算爆轟壓。用不同方法或不同裝置測(cè)得的爆壓值差別約為10%~20%。6.4炸藥的作功能力6.4.1一般概念炸藥在爆炸時(shí)生成的高溫高壓爆炸產(chǎn)物，在對(duì)外膨脹時(shí)壓縮周?chē)慕橘|(zhì)，從而使與其接觸后鄰近的物體產(chǎn)生變形、破壞和飛散。這種作用主要是爆轟產(chǎn)物直接作用。當(dāng)物體遠(yuǎn)離炸點(diǎn)時(shí)，爆轟產(chǎn)物本身的直接破壞作用就不明顯了。當(dāng)炸藥在空氣或水等介質(zhì)中爆炸時(shí)，由于爆轟產(chǎn)物的膨脹，壓縮周?chē)橘|(zhì)，在周?chē)橘|(zhì)中形成沖擊波，沖擊波在這些介質(zhì)中傳播可以對(duì)較遠(yuǎn)距離的物體產(chǎn)生破壞作用。由此可見(jiàn)，炸藥爆炸時(shí)對(duì)周?chē)矬w的作用，不僅表現(xiàn)在與炸點(diǎn)相近的距離上，而且還表現(xiàn)在遠(yuǎn)離炸點(diǎn)的一定距離上。炸藥爆炸時(shí)對(duì)周?chē)矬w的各種機(jī)械作用統(tǒng)稱(chēng)為炸藥的爆炸作用。炸藥的爆炸作用形式是多方面的，例如將一個(gè)炸藥包埋在土壤中進(jìn)行爆炸，其爆炸作用形式主要有：①與炸藥包直接接觸的介質(zhì)（外殼和土、巖）的變形和粉碎；②與炸藥不直接接觸，但與炸藥相距不遠(yuǎn)的介質(zhì)（土、巖）的壓縮、變形、破碎和松動(dòng)；③部分土壤被拋出并形成拋射漏斗坑（炸藥離地表距離不太大時(shí)）；④在土壤中產(chǎn)生彈性波（地震波）；⑤空氣沖擊波的產(chǎn)生和傳播（炸藥離地面不太遠(yuǎn)時(shí)）。因此，炸藥爆炸作功的形式也是多種多樣的。所有爆炸產(chǎn)生的功之總和叫做總功，總功只是炸藥總能量的一部分，稱(chēng)為炸藥的作功能力，又稱(chēng)為炸藥的威力。炸藥的作功能力是評(píng)價(jià)炸藥性能的一個(gè)重要參數(shù)，如下式所示：A=A＋A＋A＋……＋A=（6-32）式中：A—炸藥的作功能力； A、A、A、……、A—各項(xiàng)爆炸作用所作的功；—作功效率； —炸藥爆炸總能量當(dāng)爆炸條件改變時(shí)，其總功一般變化不大，但各種不同形式的功可能有很大改變。為了充分利用炸藥的能量，總是希望所需要的有用功占盡可能大的比例，這需要?jiǎng)?chuàng)造合適的條件，也是炸藥應(yīng)用研究中需要解決的問(wèn)題。6.4.2作功能力的理論表達(dá)式與爆轟條件過(guò)程一樣，炸藥爆炸作功的過(guò)程也是極其迅速的，因此可以假設(shè)炸藥爆轟生成的高溫高壓氣體進(jìn)行絕熱膨脹作功。根據(jù)熱力學(xué)第一定律：系統(tǒng)內(nèi)能的減少等于系統(tǒng)放出的熱能和系統(tǒng)對(duì)外所做的功。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：=＋（6-33）式中：—系統(tǒng)內(nèi)能的減少量；—系統(tǒng)放出的熱量；—系統(tǒng)所作的功。根據(jù)上述假設(shè)，爆轟產(chǎn)物的膨脹過(guò)程是絕熱的，故=0，則上式可寫(xiě)為：==（6-34）產(chǎn)物由T膨脹到T所作的功，即上式對(duì)溫度的積分：（6-35）上式中：T—爆溫，K；T—產(chǎn)物膨脹終了時(shí)的溫度，K； —爆轟產(chǎn)物的平均定容熱容。又因?yàn)楸瑹嵊幸韵玛P(guān)系式：（6-36）上式中：T—標(biāo)準(zhǔn)條件下的溫度，K而對(duì)于一般凝聚炸藥，通常有：T/T3%～5%，則可以近似?。篢Q（6-37）所以（6-34）式可寫(xiě)成：A=Q（1－）（6-38）當(dāng)具體計(jì)算炸藥膨脹過(guò)程所作的功時(shí)，終了溫度T很難確定，所以常用膨脹時(shí)體積和壓力的變化代替溫度的變化。爆炸產(chǎn)物的膨脹過(guò)程一般可以認(rèn)為是等熵絕熱膨脹過(guò)程，壓力和體積有以下關(guān)系：=常數(shù)（6-39）式中：—等熵指數(shù)設(shè)產(chǎn)物性質(zhì)符合理想氣體，則可得：=（）或=（）上式中：、—分別為爆轟產(chǎn)物初態(tài)、終態(tài)的壓力； V、V—分別為爆轟產(chǎn)物初態(tài)、終態(tài)的體積則（6-34）式可以寫(xiě)成：（6-40）（6-41）（6-42）為了進(jìn)行各種炸藥作功能力的比較，確定以為1.0.13×10Pa(1atm)時(shí)的A值作為理論作功能力。其物理意義是炸藥的爆炸產(chǎn)物在絕熱條件下膨脹到1.013×10Pa壓力時(shí)所做的最大功。利用（6-41）式計(jì)算得到的幾種炸藥的理論作功能力A值列于表6-20中。表6-20幾種炸藥的理論作功能力炸藥密度爆熱作功效率作功能力A硝酸銨梯恩梯梯恩梯黑索金黑索金硝酸銨/梯恩梯(79/21)太安硝酸銨/鋁(80/20)硝化甘油0.90.91.51.01.61.01.61.01.61590347342265314544043105690661161921.301.241.231.251.251.241.2151.161.1986.282.583.384.586.683.782.772.479.71373287735284494471035704725478849560.390.821.001.281.341.011.341.361.400.380.821.001.261.291.021.351.561.47綜合以上分析可見(jiàn)，爆熱是決定炸藥作功能力的最基本因素，因此提高爆熱是提高炸藥作功能力最有效的措施，另外作功能力還與產(chǎn)物的膨脹能力及等熵指數(shù)有關(guān)。很顯然，炸藥的爆熱越大，爆炸產(chǎn)物膨脹比越大，則作功能力越大；當(dāng)爆熱和產(chǎn)物的膨脹程度相同時(shí)，則等熵指數(shù)越大，作功能力也越大。圖6-8為不同等熵指數(shù)時(shí)作功效率與膨脹程度的關(guān)系。因，產(chǎn)物的越小，K值越大，則作功效率越大。產(chǎn)物的熱容與成分有關(guān)，一般氣體分子中原子個(gè)數(shù)越多，其定容熱容值越大，如二原子氣體（CO、、、）比三原子氣體（、）定容熱容值約小50%左右。如果爆炸產(chǎn)物中有凝聚相產(chǎn)物，如C(固)、、等，則等熵指數(shù)較小，因此這種炸藥的作功效率較低。炸藥的爆熱和爆炸產(chǎn)物組成決定于炸藥的氧平衡，因而炸藥的作功能力與氧平衡有密切的關(guān)系。當(dāng)炸藥為零氧平衡時(shí)，爆熱大；當(dāng)輕微負(fù)氧時(shí)，產(chǎn)物中雙原子氣體分子增多，這兩種情況炸藥作功能力均較大。圖6-9為不同氧平衡時(shí)炸藥作功能力的實(shí)驗(yàn)值，作功能力以梯恩梯為100表示。由表6-20的數(shù)據(jù)還可以看出，對(duì)于大部分炸藥，相對(duì)作功能力（）與相對(duì)爆熱（）的值基本上是一致的，但對(duì)于正氧平衡的硝化甘油和含鋁炸藥，其相對(duì)作功能力比相對(duì)爆熱小的多，主要是這兩種炸藥的等熵指數(shù)較小。表中所列的作功效率是根據(jù)理想氣體膨脹規(guī)律算出的，實(shí)際上炸藥的作功效率要比這一數(shù)值小得多，而相對(duì)作功能力卻變化不大。為了相對(duì)比較各種這一的爆炸作用，可以按理想氣體計(jì)算的相對(duì)作功能力進(jìn)行衡量和評(píng)判。6.4.3作功能力的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法A、鉛法此法為澳大利亞特勞茨（Trauta）提出，后來(lái)確定為測(cè)定炸藥作功能力的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)方法，因此有稱(chēng)特勞茨實(shí)驗(yàn)法。鉛法是目前最簡(jiǎn)單、最常用的作功能力實(shí)驗(yàn)方法。其原理是以一定量的炸藥在鉛中央內(nèi)孔中爆炸，爆炸產(chǎn)物膨脹將內(nèi)孔擴(kuò)張，按孔爆炸前后體積的增量作為判斷和比較炸藥作功能力的尺度。鉛為圓柱體，用高純度鉛澆鑄而成，直徑200mm、高200mm，中央有一直徑25mm、深125mm的圓柱內(nèi)孔。鉛法實(shí)驗(yàn)見(jiàn)圖6-10所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)將裝備好的炸藥試樣準(zhǔn)確稱(chēng)取100.01g，放在用錫箔卷成的圓柱筒（直徑24mm）內(nèi)，裝上雷管后放入鉛的內(nèi)孔中，孔中剩下的空隙用一定顆粒度的干燥石英砂填滿(mǎn)，以減少炸藥產(chǎn)物向外飛散。炸藥在鉛中爆炸時(shí)，產(chǎn)物對(duì)內(nèi)孔鉛壁劇烈地進(jìn)行壓縮，產(chǎn)生沖擊波，然后產(chǎn)物膨脹。爆炸的能量使鉛發(fā)生塑性變形，并使圓柱內(nèi)孔擴(kuò)大成梨形大孔。爆炸能量主要消耗在鉛的壓縮變形上，對(duì)周?chē)橘|(zhì)空氣作的功可以忽略不計(jì)。測(cè)量爆炸前后鉛孔的體積差，用此值表示炸藥的作功能力。顯然，體積差越大，炸藥的作功能力越大。鉛擴(kuò)張實(shí)驗(yàn)值的計(jì)算式如下：（6-43）式中：—鉛擴(kuò)張實(shí)驗(yàn)值，ml；—爆炸前鉛孔的容積，ml；—爆炸前鉛孔的容積，ml實(shí)驗(yàn)規(guī)定在15下進(jìn)行，如果實(shí)驗(yàn)在其他溫度下進(jìn)行，由于鉛的硬度和強(qiáng)度不同會(huì)造成偏差，應(yīng)將測(cè)定結(jié)果按（6-44）式和表6-21進(jìn)行修正。（6-44）式中—炸藥的作功能力（鉛擴(kuò)張值），ml；—鉛擴(kuò)張值修正量；—鉛擴(kuò)張實(shí)驗(yàn)值，ml表6-21鉛擴(kuò)張實(shí)驗(yàn)值的修正量溫度t（）修正量(%)溫度t（）修正量(%)溫度t（）修正量(%)-30-25-20-15-10+18+16+14+12+10-505810+7+5+3.5+2.5+2.0152025300.0-2.0-4.0-6.0引爆用的雷管也參與了擴(kuò)孔的作用，因此也要予以修正。雷管擴(kuò)孔值的修正，可以用上述實(shí)驗(yàn)方法做一空白實(shí)驗(yàn)，引爆不帶炸藥試樣的雷管，然后測(cè)其擴(kuò)孔值。擴(kuò)張值是用于判斷和比較炸藥的作功能力的，若僅用作比較，則采用同樣的標(biāo)準(zhǔn)雷管實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以不進(jìn)行雷管的修正。常用炸藥的鉛壔擴(kuò)張值見(jiàn)表6-22。表6-22常用炸藥的鉛擴(kuò)張值炸藥名(ml)炸藥名(ml)梯恩梯特屈兒黑索今奧克托今太安硝化甘油硝化棉苦味酸硝基胍硝基甲烷二硝基甲烷苦味酸銨硝基肼三硝基苯硝酸銨高氯酸銨硝基脲三氨基胍硝酸鹽285340480~495486490~525515~550420315305400240280408325180195270350黑索今/梯恩梯/鋁（41/41/18）B炸藥炸藥黑索今/梯恩梯（60/40）黑索今/梯恩梯（50/50）黑索今/梯恩梯（30/70）黑索今/梯恩梯（10/90）高氯酸銨/鋁（90/10）高氯酸銨/鋁（75/25）高氯酸銨/鋁（82/18）硝酸銨/鋁（82/18）梯恩梯/鋁（85/15）硝酸銨/梯恩梯（80/20）太安/梯恩梯（90/10）太安/梯恩梯（60/40）太安/梯恩梯（10/90）硝酸銨/梯恩梯/鋁（80/15/5）鈍黑鋁-1475370333388~390365~368315~353300~316435500565506460350480390295400554B、威力擺（作功能力擺）威力擺即作功能力擺又稱(chēng)彈道臼炮。它可以直接有爆炸時(shí)測(cè)出的功值大小來(lái)評(píng)定炸藥的相對(duì)作功能力。威力擺如圖6-11所示。威力擺是一沉重的鋼制炮體（約300kg），懸掛在支架上，炮體有互相連通的爆炸室和膨脹室，爆炸室內(nèi)裝有帶雷管的10g被試炸藥，膨脹室在爆炸前裝有鋼質(zhì)彈丸（約10kg）。炸藥爆炸后，高溫高壓的爆炸氣態(tài)產(chǎn)物充滿(mǎn)膨脹室，當(dāng)產(chǎn)物繼續(xù)膨脹并推出彈丸時(shí)，產(chǎn)物對(duì)外作功。對(duì)外飛出后，產(chǎn)物向空氣中膨脹，作功便停止，與此同時(shí)炮體向后擺動(dòng)。爆炸所作的功主要由兩部分組成：一部分是炮彈拋射出去獲得的動(dòng)能，另一部分是炮體后擺的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)樵黾拥奈荒?。這兩部分所作功之和用于表示炸藥的作功能力，即：（6-45）式中：—炸藥的作功能力；—使炮體擺動(dòng)所作的功；—發(fā)射彈丸所作的機(jī)械功是使炮體擺動(dòng)角所作的功，在數(shù)值上相當(dāng)于使炮體的重心上升h高度所作的功。（6-46）式中：—炮體的質(zhì)量；—重力加速度；—炮體重心到懸掛支點(diǎn)的距離；—炮體擺動(dòng)的最大角度設(shè)威力擺在擺動(dòng)過(guò)程中無(wú)能量損耗，則擺體開(kāi)始擺動(dòng)瞬間的動(dòng)能等于擺動(dòng)結(jié)束瞬間的位能。即：（6-47）式中：—炮體擺動(dòng)的初速是發(fā)射彈丸所作的機(jī)械功，它等于彈丸離開(kāi)炮體時(shí)的動(dòng)能：（6-48）式中：——彈丸的質(zhì)量；——彈丸離開(kāi)炮體時(shí)的速度根據(jù)能量守恒原理，彈丸的動(dòng)能與炮體的動(dòng)能相等，即：（6-49）由式（6-47）和（6-49）得：，則：因此，（6-50）對(duì)于每一威力擺，、、均為定值，因此令：式中：—擺的結(jié)構(gòu)常數(shù)由（6-50）式可得：（6-51）因已知，可由擺角直接計(jì)算出炸藥的作功能力。一般以梯恩梯為標(biāo)準(zhǔn)，其他炸藥的作功能力與梯恩梯的作功能力之比稱(chēng)為該炸藥的威力梯恩梯當(dāng)量。炸藥作功能力的梯恩梯當(dāng)量（）用下式表示：C、拋擲漏斗實(shí)驗(yàn)有時(shí)為了特殊原因和方便，特別是對(duì)于主要用于工程爆破的炸藥，也可以采用拋擲漏斗實(shí)驗(yàn)來(lái)評(píng)定炸藥的作功能力。如炸藥在離地面不很深的位置爆炸，由于爆炸氣體的拋射作用，能在地表面形成一個(gè)以炸藥到地表面垂線為軸心的圓錐形漏斗坑，如圖6-12所示。漏斗坑是以其半徑對(duì)深度（此值稱(chēng)為最小阻力線）之比值表示其特征的，即：（6-52）式中：稱(chēng)為拋擲爆破作用指數(shù)。若=1，稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)拋擲漏斗；時(shí)，稱(chēng)為強(qiáng)拋擲漏斗；時(shí)，稱(chēng)為弱拋擲漏斗或松動(dòng)爆破。漏斗坑的特征和容積大小與炸藥裝藥的性質(zhì)、質(zhì)量，土壤介質(zhì)的性質(zhì)以及炸藥在介質(zhì)中的相對(duì)位置等均有關(guān)。因此，采用此法測(cè)定炸藥的作功能力時(shí)，要考慮上述各因素，盡可能采用一致的實(shí)驗(yàn)條件下獲得的爆破容積來(lái)判斷。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)拋擲漏斗坑，其體積為：（6-53）標(biāo)準(zhǔn)拋擲漏斗坑體積與炸藥質(zhì)量m的關(guān)系為：（6-54）式中：—炸藥的質(zhì)量；—形成單位體積漏斗坑所需要的炸藥量對(duì)于強(qiáng)或弱拋擲漏斗坑，其體積為：（6-55）拋擲爆破所需炸藥質(zhì)量可按下列通式計(jì)算（對(duì)于強(qiáng)拋擲爆破則更為適用）：（6-56）用此方法判斷炸藥的作功能力時(shí)，爆炸的條件是相似的。炸藥的值不同，則炸藥的作功能力也不同。在此情況下，一種炸藥得到值，而另一種炸藥則得到值，它們的作功能力與值成反比，即。這種比較應(yīng)盡可能在n值相近的情況下進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)應(yīng)在地質(zhì)結(jié)構(gòu)基本相同的場(chǎng)地實(shí)施，所以炸藥的質(zhì)量、密度、形狀和放置的深度應(yīng)盡可能相同。一般測(cè)定被測(cè)炸藥與參比藥作功能力的比值。此法的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)條件與炸藥工程爆破的實(shí)際情況相接近，實(shí)驗(yàn)藥量可以較大，方法簡(jiǎn)單，不需要專(zhuān)門(mén)的儀器設(shè)備，便于普及。缺點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)結(jié)果收介質(zhì)條件影響較大，重復(fù)性不好，只能對(duì)炸藥作功能力進(jìn)行近似測(cè)定或相對(duì)比較。D、水下爆炸實(shí)驗(yàn)?zāi)壳俺Ｓ玫你U法和威力擺法，實(shí)驗(yàn)藥量?。?0g），隨著工業(yè)炸藥的進(jìn)展，新型炸藥不斷出現(xiàn)，這兩種方法已不能適應(yīng)需要，近幾十年來(lái)迅速發(fā)展的漿狀炸藥、銨油炸藥以及各種爆破劑，臨界直徑一般較大，有的用雷管不能直接引爆，必須用裝藥直徑較大或爆轟感度較大的炸藥引爆。水下爆炸實(shí)驗(yàn)不但能適用于大藥量的實(shí)驗(yàn)（藥量可以從幾百克到數(shù)十千克），適用于測(cè)定低爆轟感度的炸藥，還可以模擬水中兵器對(duì)目標(biāo)的破壞作用，同時(shí)，爆炸產(chǎn)物膨脹程度大。適用于非理想炸藥作功能力的實(shí)驗(yàn)。該方法理論上比較嚴(yán)格，測(cè)量結(jié)果重復(fù)性較好，已逐步成為評(píng)定炸藥作功能力的一種重要方法。炸藥在水下試驗(yàn)時(shí)，在水中產(chǎn)生沖擊波和高溫高壓的氣態(tài)產(chǎn)物，首先是沖擊波在水中迅速傳播，然后是高壓氣態(tài)產(chǎn)物向四周擴(kuò)散膨脹直達(dá)到氣泡的最大半徑，此時(shí)氣泡內(nèi)的壓力低于周?chē)撵o壓，因而周?chē)乃俜聪蛑行木酆希瑝嚎s氣泡形成氣泡的脈動(dòng)。炸藥的水下爆炸能量分為兩部分—沖擊波能和氣泡能，前者表征了炸藥爆炸的動(dòng)作用，后者表征了炸藥爆炸的靜作用。水下爆炸實(shí)驗(yàn)就是通過(guò)測(cè)定沖擊波能和氣泡能再求出炸藥的作功能力。該實(shí)驗(yàn)在水池中進(jìn)行，為了消除水面邊界對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，要求水池有較大的面積和深度。炸藥與水池底部的距離一般應(yīng)大于最大氣泡半徑的兩倍，而與水池邊壁的距離應(yīng)為最大氣泡半徑的五倍。最大氣泡半徑可按下式進(jìn)行近似計(jì)算：（6-57）式中：—最大氣泡半徑，m；—炸藥爆熱，；—炸藥質(zhì)量，kg；—裝藥深度，m一般水池深10~20m，半徑25~50m。壓力傳感器安裝于距炸藥一定距離處，通過(guò)測(cè)試得到?jīng)_擊波壓力-時(shí)間曲線，爆轟開(kāi)始到氣泡第一次收縮的振蕩周期等，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理得到?jīng)_擊波能量和氣泡能。沖擊波能量與沖擊波壓力的平方對(duì)時(shí)間積分成正比：（6-58）式中：—炸藥的沖擊波能量；—炸藥質(zhì)量；—傳感器距離裝藥的距離；—儀器的放大因子；—水的密度；—水的聲速；—沖擊波壓力；—時(shí)間氣泡能與氣泡振蕩周期的立方成正比，計(jì)算式為：（6-59）式中：—炸藥的氣泡能量；—?dú)馀菡袷幹芷?；—裝藥深度炸藥的總能量是沖擊波能和氣泡能之和，因沖擊波從裝藥處傳到傳感器時(shí)有一部分能量以熱的形式損失，而這部分能量與爆壓有關(guān)，另外，裝藥的形狀和幾何尺寸對(duì)能量也有影響，因此需校正，其計(jì)算式為：（6-60）式中：—炸藥的總能量；—裝藥校正因子；—沖擊波損失因子為了研究水下爆炸實(shí)驗(yàn)與鉛實(shí)驗(yàn)的關(guān)系，用同一批炸藥進(jìn)行兩種實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表6-23所示。表中水下實(shí)驗(yàn)取三次實(shí)驗(yàn)的平均值，而鉛實(shí)驗(yàn)取兩次實(shí)驗(yàn)的平均值。表6-23鉛實(shí)驗(yàn)與水下實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較炸藥名鉛擴(kuò)張值（）沖擊波能（）氣泡能（）總能量（）1號(hào)安全炸藥2號(hào)安全炸藥3號(hào)安全炸藥不含鋁安全漿狀炸藥不含鋁非安全漿狀炸藥含鋁非安全漿狀炸藥-1含鋁非安全漿狀炸藥-22082192302432793223331.0921.0711.1841.2891.4601.4731.6151.3311.3641.4431.4901.5151.9332.0252.4232.4362.6272.7792.9753.4063.460從表中結(jié)果可以看出，水下實(shí)驗(yàn)的沖擊波能量、氣泡能量和總能量與鉛擴(kuò)張值之間有良好的線性關(guān)系，如圖6-13所示。炸藥在水中爆轟時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物膨脹到原來(lái)的炸藥容積的倍，同時(shí)對(duì)周?chē)乃鞴?，?dāng)膨脹到最大容積時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物的壓力已不到炸藥爆轟時(shí)靜水壓的10%，因而可以認(rèn)為90%以上的炸藥能轉(zhuǎn)為膨脹功。表6-24列出了幾種常用炸藥水下實(shí)驗(yàn)爆炸總能量與量熱彈實(shí)驗(yàn)測(cè)得爆熱的比值。表中數(shù)據(jù)表明大部分高能炸藥的值都接近于1。表6-24炸藥水下實(shí)驗(yàn)爆炸總能量與爆熱比較炸藥名稱(chēng)密度爆轟壓(1)總能量爆熱太安硝基甲烷奧克托今梯恩梯B炸藥1.001.131.191.581.697.3011.2013.4018.8025.705.544.455.094.094.785.734.445.134.274.690.971.000.990.961.02注：(1)爆轟壓是按=0.25計(jì)算而得.6.4.4炸藥作功能力的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算A、用特性乘積法計(jì)算作功能力炸藥的特性乘積，即炸藥的爆熱與比容的乘積。因?yàn)樗藳Q定炸藥作功能力的兩個(gè)重要因素，實(shí)驗(yàn)具有實(shí)際意義。由前面的知識(shí)可以知道，決定炸藥作功能力的爆熱、等熵指數(shù)均與爆炸產(chǎn)物的組成有關(guān)，其中二原子分子產(chǎn)物多時(shí)，爆熱較小，但等熵指數(shù)較大，氣態(tài)產(chǎn)物的體積也較大；三原子分子產(chǎn)物（如、）較多時(shí)爆熱較大，但等熵指數(shù)較小，氣態(tài)產(chǎn)物的體積也小。因此炸藥的作功較多于爆熱和比容兩個(gè)爆炸參數(shù)的綜合作用。約翰遜（Johansson）采用威力擺測(cè)定作功能力得到的數(shù)據(jù)表明，它與炸藥能量之間的函數(shù)關(guān)系為：（6-61）式中：—采用威力擺測(cè)定的作功能力，；—炸藥的爆熱，；—炸藥的氣態(tài)產(chǎn)物體積，常數(shù)是采用儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得出的，采用不同儀器得出的結(jié)果不一定相同。表6-25是幾種常用炸藥按（6-61）式得到的計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值的比較，從表中數(shù)據(jù)可知，兩者基本上是一致的。表6-25幾種炸藥作功能力的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值比較炸藥名稱(chēng)爆熱爆容（）作功能力計(jì)算值實(shí)驗(yàn)值爆膠奧克托今黑索今太安黑索今/梯恩梯（60/40）硝酸銨/梯恩梯（92/8）苦味酸梯恩梯6.75.465.466.124.843.954.404.107239089087808418906756901.7681.8101.8101.7421.4861.2831.0841.0331.7291.7261.7161.7011.4541.2161.1831.062炸藥的爆熱和爆容可通過(guò)計(jì)算或?qū)嶒?yàn)的方法確定，但實(shí)驗(yàn)測(cè)定這些數(shù)據(jù)比較困難，因此一般均用經(jīng)驗(yàn)方法進(jìn)行計(jì)算，這樣需首先確定爆炸的反應(yīng)方程式。然而，若按不同的規(guī)則可以建立幾個(gè)不同的爆炸反應(yīng)方程式，特別是對(duì)于負(fù)氧平衡的炸藥更有此問(wèn)題。另外，炸藥在爆破過(guò)程中二次反應(yīng)放出的能量參與做爆破功，它與炸藥的作功能力也有關(guān)，這樣，考慮問(wèn)題不僅十分繁瑣，而且也未必準(zhǔn)確。一些研究者進(jìn)一步研究得到，雖然采用不同的規(guī)則計(jì)算得到的爆熱及氣態(tài)產(chǎn)物的體積數(shù)值差別較大，但其乘積影響不大。為簡(jiǎn)化計(jì)算，采用按最大放熱原則，即采用-類(lèi)型爆炸產(chǎn)物建立反應(yīng)方程式，計(jì)算最大爆熱和相應(yīng)的比容值，以作為特征乘積，稱(chēng)為法。需要指出，在實(shí)驗(yàn)測(cè)定炸藥的作功能力時(shí)，為了減小儀器系統(tǒng)帶來(lái)的誤差，一般采用在同等條件下，被測(cè)炸藥的作功能力與一定密度下某一參比炸藥作功能力的比值作為該試樣的相對(duì)作功能力。常用的參比炸藥為梯恩梯，相對(duì)作功能力也稱(chēng)為威力梯恩梯當(dāng)量，一般用百分?jǐn)?shù)表示。用法估算炸藥的威力梯恩梯當(dāng)量時(shí)，只需計(jì)算該炸藥和梯恩梯炸藥的和即可。表6-26列舉了幾種常用炸藥相對(duì)作功能力的計(jì)算值（法）與實(shí)驗(yàn)值的比較。從表中的結(jié)果可以看出，該計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值是比較一致的。表6-26炸藥相對(duì)作功能力的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值比較炸藥名稱(chēng)威力梯恩梯當(dāng)量（%）計(jì)算值實(shí)驗(yàn)值梯恩梯硝酸銨太安黑索今硝化甘油奧克托今硝基胍苦味酸特屈兒B炸藥乙烯二硝銨梯恩梯梯恩梯/硝酸銨（50/50）太安/梯恩梯（50/50）特屈兒/梯恩梯（70/30）100.052.1148.6154.3144.4153.8106.797.3121.2133.4146.784.5129.4123.1112.71005614515014015010411213013313971124126120B、用威力指數(shù)法計(jì)算作功能力炸藥的作功能力較大于炸藥的爆熱及比容，而這兩項(xiàng)數(shù)值與炸藥的分子結(jié)果有著密切的關(guān)系。威力指數(shù)法是建立在研究炸藥分子結(jié)構(gòu)與炸藥威力關(guān)系的基礎(chǔ)上的，它認(rèn)為炸藥的作功能力是炸藥分子結(jié)構(gòu)中各組分的可加函數(shù)，每種分子結(jié)構(gòu)對(duì)作功能力的貢獻(xiàn)可以用威力指數(shù)表示，用威力指數(shù)法計(jì)算炸藥作功能力的公式為：（6-62）其中：式中：—炸藥的相對(duì)作功能力；—威力指數(shù)；—炸藥分子中的原子數(shù)；—炸藥分子中特征基或基團(tuán)出現(xiàn)的次數(shù)；—特征基或基團(tuán)的特征值常用炸藥的特征基或基團(tuán)的特征值列于表6-27。表6-27特征基或基團(tuán)的特征值特征基或基團(tuán)特征基或基團(tuán)CHNN-H-2-0.5+1.0-1.5O（在N=O中）O（在C-O-N中）O（在C=O中）O（在C-O-H中）+1.0+1.0-1.0-1.0表6-28所示為采用威力擺指數(shù)法得到的相對(duì)作功能力計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的比較。表中的實(shí)驗(yàn)方法與6-26不同，因此實(shí)驗(yàn)值有差異。表6-28采用威力指數(shù)法得到的相對(duì)作功能力計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值比較炸藥名稱(chēng)相對(duì)作功能力實(shí)驗(yàn)值（%）相對(duì)作功能力計(jì)算值A(chǔ)梯恩梯當(dāng)量（%）梯恩梯特屈兒黑索今奧克托今硝酸肼太安梯恩梯/黑索今（40/60）梯恩梯/太安（50/50）黑索今/特屈兒/梯恩梯（30/50/20）重（三硝基乙基）-N-硝基乙二胺1001291501451751451331261321601041261541541801471321241291651001211481481731411271191241596.4.5提高炸藥作功能力的途徑根據(jù)炸藥作功能力的理論表達(dá)式知，炸藥作功能力的最大值是其爆熱值，在數(shù)值上等于爆炸產(chǎn)物無(wú)限絕熱膨脹時(shí)所做的功，當(dāng)然這是不可能的，爆炸產(chǎn)物的膨脹是有一定限度的，因此總是存在一個(gè)作功效率的問(wèn)題。炸藥的作功效率與爆炸產(chǎn)物的膨脹比和等熵指數(shù)有關(guān)，顯然產(chǎn)物的膨脹比越大則等熵指數(shù)越大，作功效率也越大。提高炸藥的爆熱能有效地提高炸藥的作功能力，實(shí)驗(yàn)研究表明：在固定比容值時(shí)，作功能力隨爆熱的增加而增加，當(dāng)爆熱增加420時(shí)，作功能力約增加5%~7%。梯恩梯當(dāng)量的經(jīng)驗(yàn)式可歸納為：，在某種意義上可以說(shuō)，增加爆熱和比容的途徑均可以使作功能力有所提高，其方法主要有：①采用改善炸藥氧平衡的方法，因炸藥在零氧平衡時(shí)，爆炸反應(yīng)完全，放出的熱量最大，因而炸藥的作功能力相應(yīng)最大。實(shí)踐證明這種做法對(duì)于單質(zhì)炸藥或非鋁混合炸藥是完全符合的，按零氧平