普通導(dǎo)爆管起爆過(guò)程中爆速隨時(shí)間變化規(guī)律的試驗(yàn)研究

普通導(dǎo)爆管起爆過(guò)程中爆速隨時(shí)間變化規(guī)律的試驗(yàn)研究

管口斷藥引發(fā)爆爆普通導(dǎo)爆管是用黑索金（或奧克托金）和鋁粉（或其他成分）制成的聚吡咯空心管。起爆后,能量以爆轟波的形式通過(guò)管道效應(yīng)在管內(nèi)穩(wěn)定傳播。導(dǎo)爆管在加工、裝配、運(yùn)輸和貯存過(guò)程中經(jīng)受顛簸、振動(dòng)等各種原因可能導(dǎo)致管壁藥粉不足或出現(xiàn)斷藥。導(dǎo)爆管在傳爆過(guò)程中若遇到斷藥時(shí),管內(nèi)爆轟波的能量將不斷衰減,斷藥長(zhǎng)度較短時(shí)可能會(huì)引起爆速波動(dòng),使導(dǎo)爆管不能正常傳爆;斷藥長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)時(shí)可能使爆轟中斷,導(dǎo)爆管出現(xiàn)斷爆,使與其連接的起爆系統(tǒng)拒爆。通過(guò)對(duì)16cm斷藥長(zhǎng)度的規(guī)整導(dǎo)爆管(導(dǎo)爆管僅有斷藥存在而不出現(xiàn)其它損傷,如管壁壓扁、管體不規(guī)則等)傳爆過(guò)程的高速攝影試驗(yàn),觀察規(guī)整導(dǎo)爆管出現(xiàn)斷藥時(shí),在傳爆過(guò)程中爆轟波的傳播特征,并分析整個(gè)傳爆過(guò)程中導(dǎo)爆管爆速隨時(shí)間變化的規(guī)律。1導(dǎo)爆管的固定試驗(yàn)的主要目的是為了觀察規(guī)整導(dǎo)爆管出現(xiàn)斷藥后整個(gè)傳爆過(guò)程中爆轟波的傳播特征及傳爆速度的變化情況,并分析斷藥后導(dǎo)爆管傳爆速度的變化規(guī)律。試驗(yàn)采用的普通塑料導(dǎo)爆管,爆速為(1850±50)m/s,外徑?(3.0±0.1)mm,內(nèi)徑?(1.4±0.1)mm。試驗(yàn)中用已傳爆過(guò)的規(guī)整導(dǎo)爆管代替斷藥部分,并用內(nèi)徑比導(dǎo)爆管外徑稍小的透明塑料套管與強(qiáng)力透明膠布將正常導(dǎo)爆管與斷藥管端口相對(duì)連接在一起,斷藥管兩端為正常導(dǎo)爆管,以此組合成一根完整的試驗(yàn)用斷藥導(dǎo)爆管。為了便于觀察,將待測(cè)導(dǎo)爆管固定在木板上。試驗(yàn)中采用HG-A型脈沖高壓起爆器起爆導(dǎo)爆管。2高速攝影試驗(yàn)和試驗(yàn)結(jié)果的分析2.1高速攝影儀試驗(yàn)裝置及設(shè)備試驗(yàn)采用UltimaAPX-RS型高速相機(jī)進(jìn)行斷藥導(dǎo)爆管傳爆試驗(yàn)的高速攝影,由IBMR60筆記本電腦記錄和顯示拍攝圖像信息,采用丹東丹美照明電器有限公司生產(chǎn)DCI-1000W的高效金屬鹵化物燈作拍攝光源。試驗(yàn)時(shí)高速相機(jī)鏡頭正對(duì)導(dǎo)爆管進(jìn)行拍攝,拍攝距離4.97m,依據(jù)光源強(qiáng)度選擇的拍攝速度為30000f/s,每幅時(shí)間間隔1/30ms。為了提高試驗(yàn)的精確性,試驗(yàn)中使用了同步設(shè)備進(jìn)行控制,此設(shè)備可保證導(dǎo)爆管起爆瞬間高速攝影儀正常啟動(dòng),并拍攝到所需要的全過(guò)程。高速攝影系統(tǒng)及裝置如圖1。試驗(yàn)中截取長(zhǎng)16cm的已起爆過(guò)的規(guī)整導(dǎo)爆管作為斷藥管,用2段長(zhǎng)約3cm的透明塑料軟管為套管,將斷藥管兩端與2段正常的導(dǎo)爆管同時(shí)插入套管中對(duì)接起來(lái),為保證接口的緊密性以及防止接口被導(dǎo)爆管傳爆時(shí)產(chǎn)生的爆轟波沖斷,用多層強(qiáng)力透明膠布纏繞接口處。根據(jù)拍攝與觀測(cè)的需要,兩端正常的導(dǎo)爆管長(zhǎng)度分別取為2m。為了便于拍攝與圖像分析處理,將待測(cè)導(dǎo)爆管固定在平直木板上,木板垂直地面放置,表面用黑布包裹,在其表面粘貼附有標(biāo)準(zhǔn)刻度線的白紙,以便觀測(cè)導(dǎo)爆管的傳爆情況。拍攝時(shí)高速攝像機(jī)鏡頭正對(duì)導(dǎo)爆管,鏡頭與木板平行。為了觀測(cè)到較好的試驗(yàn)效果,試驗(yàn)前首先啟動(dòng)光源,預(yù)熱儀器。為了得到更全面的拍攝范圍,注意調(diào)節(jié)高速攝影儀焦距的大小與所使用鏡頭的長(zhǎng)度,以及合適的木板擺放位置,并將高速攝影儀的觸發(fā)方式設(shè)置為預(yù)觸發(fā)模式。為了更準(zhǔn)確的分析試驗(yàn)結(jié)果,同一斷藥長(zhǎng)度的導(dǎo)爆管進(jìn)行了2次試驗(yàn)。2.2傳爆效果對(duì)比2次斷藥長(zhǎng)度為16cm的規(guī)整導(dǎo)爆管都成功傳爆,傳爆過(guò)程的高速攝影記錄結(jié)果見(jiàn)圖2所示,根據(jù)試驗(yàn)分析的需要,只截取了拍攝范圍內(nèi)中的13幅圖像,而且擬定所截取的全部圖片之前的1幅圖片作為研究導(dǎo)爆管傳爆過(guò)程的零時(shí)刻。圖2給出了導(dǎo)爆管斷藥前段、斷藥部分及斷藥后3部分導(dǎo)爆管連續(xù)傳爆過(guò)程的高速攝影照片。拍攝圖片中出現(xiàn)的不斷向前推進(jìn)的亮光區(qū)是導(dǎo)爆管傳爆過(guò)程中爆轟波的傳播圖像,主要由空氣沖擊波壓縮區(qū)(頭部亮區(qū)),炸藥與空氣形成的固-氣相混合物的化學(xué)反應(yīng)區(qū)(較亮區(qū))和反應(yīng)完畢的爆轟產(chǎn)物區(qū)(較暗區(qū))3部分組成。對(duì)比以上2圖可以發(fā)現(xiàn),2幅圖的傳爆效果大致相同,在1/30—1/10ms時(shí)間段內(nèi),導(dǎo)爆管正常傳爆,爆轟波強(qiáng)度高,光區(qū)亮度較亮;在2/15ms時(shí),導(dǎo)爆管傳爆到斷藥部分,光區(qū)亮度較上一時(shí)刻明顯變暗,爆轟波強(qiáng)度也相應(yīng)減弱,隨著導(dǎo)爆管在斷藥部分的繼續(xù)傳爆,爆轟波強(qiáng)度越來(lái)越弱,光區(qū)亮度越來(lái)越暗;在1/3ms時(shí)刻,導(dǎo)爆管又傳爆到正常段,此為導(dǎo)爆管段斷藥后的部分,爆轟波的強(qiáng)度逐漸增強(qiáng),亮光也越來(lái)越強(qiáng);在13/30ms時(shí)刻,爆轟波的強(qiáng)度又達(dá)到了正常水平,光區(qū)亮度與斷藥前段拍攝到的光區(qū)亮度基本一致,這種變化特征與之前學(xué)者研究的結(jié)果相一致。2.3導(dǎo)爆管傳爆速度隨試驗(yàn)2次重大變化的規(guī)律利用所拍攝圖片上的刻度線,對(duì)爆轟波的傳播過(guò)程進(jìn)行分析。量測(cè)爆轟波在不同時(shí)刻的水平移動(dòng)距離,計(jì)算相鄰兩時(shí)刻之間的傳播距離ΔS,最后計(jì)算出各相鄰時(shí)刻間導(dǎo)爆管傳爆的平均速度v,其結(jié)果見(jiàn)表1。根據(jù)表1可以分別作出2次斷藥試驗(yàn)中,導(dǎo)爆管傳爆速度與傳爆時(shí)間之間的關(guān)系曲線,見(jiàn)圖3。從表1與圖3可以看出斷藥導(dǎo)爆管傳爆速度隨時(shí)間變化的規(guī)律:在斷藥前爆轟波以一個(gè)穩(wěn)定的速度傳播,在進(jìn)入斷藥部分時(shí),導(dǎo)爆管傳爆速度逐漸降低,最后在斷藥部分的末端降到一個(gè)最低的速度值,爆轟波又傳到正常導(dǎo)爆管段時(shí),導(dǎo)爆管傳爆速度迅速回升,并且出現(xiàn)了一個(gè)高峰值,但很快又恢復(fù)到正常導(dǎo)爆管的傳爆速度,并以此速度穩(wěn)定向前傳爆。從圖3上還可以看出第1次試驗(yàn)與第2次試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果大致相同,導(dǎo)爆管傳爆速度所呈現(xiàn)的規(guī)律為:穩(wěn)定(正常段)—逐漸下降(斷藥段)—迅速上升(正常段)—突躍(正常段)—穩(wěn)定(正常段),這也與直接從圖像上觀察到的結(jié)果基本一致。這說(shuō)明斷藥的規(guī)則導(dǎo)爆管的爆速變化具有一定的規(guī)律性,試驗(yàn)結(jié)果比較準(zhǔn)確。根據(jù)導(dǎo)爆管的傳爆機(jī)理,可以分析導(dǎo)爆管傳爆速度呈現(xiàn)此規(guī)律的原因。導(dǎo)爆管受到一定強(qiáng)度沖擊波形式的激發(fā)能量作用后,管內(nèi)壁上粘附的混合藥粉受到爆轟波中前沿沖擊波陣面上的高溫和一定大小的壓力作用后,首先在炸藥表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)中間產(chǎn)物迅速向管內(nèi)擴(kuò)散,反應(yīng)放熱一部分用來(lái)維持管內(nèi)的壓力和溫度,另一部分則使余下的炸藥粒子繼續(xù)反應(yīng)。擴(kuò)散到管腔的中間產(chǎn)物與空氣混合后還將繼續(xù)發(fā)生劇烈的爆炸變化,爆炸時(shí)放出的熱和氣體將迅速膨脹來(lái)支持前沿沖擊波前移而不致衰減,同時(shí)前移的沖擊波還將繼續(xù)使未反應(yīng)的管內(nèi)3結(jié)論本試驗(yàn)利用高速攝影儀拍攝的斷藥16cm時(shí)的規(guī)整導(dǎo)爆管傳爆過(guò)程的圖像較清晰,通過(guò)對(duì)斷藥導(dǎo)爆管傳爆過(guò)程的分析,得出在斷