引爆增强模型：提升实验效果的技巧

活性弹丸以一定速度撞击带壳装药，在撞击界面处分别形成左行与右行冲击波。左行冲击波传入活性弹丸，右行冲击波将传入壳体并最终传入炸药。活性弹丸与带壳装药相互作用过程中，活性弹丸依靠动能侵彻壳体同时，自身被激活。为便于分析活性弹丸动能效应，在分析中忽略活性弹丸撞击、侵彻过程中的化学反应。基于以上假设，圆柱形活性弹丸以速度v撞击带壳装药时，壳体中形成的初始冲击波压力p满足

式中，u为质点速度；ρ为材料密度；a、b为材料的雨果尼奥参数；下标0、1分别代表活性弹丸与壳体。

压力为p1的冲击波传播至壳体另一端时，强度衰减为，表述为

式中，α为衰减系数；x为冲击波传播距离。

弹丸撞击带壳装药可等效为某一弹丸（弹丸材料与壳体材料相同）以2的速度直接撞击裸露炸药，其中，对应。需要特别说明的是，该等效弹丸半径rc与活性弹丸初始半径r0不同，其值可由图5.45所示波的关系计算；计算公式中的D、c和h分别代表冲击波速、当地声速及靶板厚度。

图5.45　活性弹丸撞击带壳装药力学响应

则撞击形成的初始冲击波到达壳体与炸药界面的时间为

在T时刻壳体厚度为

壳体中稀疏波速c1大于或等于活性弹丸中稀疏波速c0，活性弹丸边缘产生的稀疏波是一个以活性弹丸边缘点C为圆心，c1t为半径的圆弧。于是有

式中，s为初始冲击波阵面到活性弹丸的垂直距离；r为对应s的初始冲击波半径。由式（5.60）可得初始冲击波在T时刻对应的半径rc为

炸药中形成的初始冲击波压力p2，可由以下两式求得(www.xing528.com)

式中，下标2代表炸药。

炸药冲击起爆阈值既与冲击波压力p有关，又与冲击波脉冲宽度τ有关。压力峰值p较高但脉冲持续时间τ太短的冲击波，不一定能引爆炸药，而压力幅值p较低，但脉冲持续时间τ长的冲击波却往往能引爆炸药。基于炸药临界起爆能量判据，半径为rc的等效杆体撞击炸药后，受加载面边缘稀疏波作用，杆体未受稀疏波影响的区域可近似为圆柱体。杆体传递给炸药的能量近似为

式中，τ=rc/c1，是压力脉冲p2作用时间，即等效杆体内侧向稀疏波扫过弹丸半径所需时间。

碰撞瞬间初始截面积为π，则杆体传递给炸药的能量密度为

对式（5.65）积分，可得炸药内能量密度表达式为

式（5.66）表明，仅当Em≥Ec时，弹丸才能冲击起爆带壳装药，其中Ec为炸药冲击起爆临界能量流值。

通过式（5.66）所得圆柱形活性弹丸撞击钢壳体装药时输入炸药内能量密度与碰撞速度的关系如图5.46所示。计算中，活性弹丸质量为10 g，直径和高度均为17.4 mm，壳体为6 mm厚A3钢。可以看出，活性弹丸冲击引爆钢壳体装药临界速度约为2 300 m/s，大于实验所得临界速度值。

造成两者差异的主要原因在于，理论分析中，未考虑活性材料激活及化学反应释能的影响，同时也体现了活性弹丸对带壳装药的引爆增强能力。从机理角度分析，活性弹丸撞击/侵彻带壳装药过程中被激活，进入炸药内发生剧烈化学反应，造成炸药迅速升温，在炸药内形成大量热点，最终引发炸药发生爆轰，从而显著增强了对带壳装药的引爆能力。

图5.46　输入炸药能量密度与碰撞速度关系曲线