新型爆炸二极管及其机理研究

崔宇 马宏昊 沈兆武 王飞 洪泳 王鲁庆

崔宇, 马宏昊, 沈兆武, 王飞, 洪泳, 王鲁庆. 新型爆炸二极管及其机理研究[J]. 爆炸与冲击, 2017, 37(6): 1031-1038. doi: 10.11883/1001-1455(2017)06-1031-08
引用本文: 崔宇, 马宏昊, 沈兆武, 王飞, 洪泳, 王鲁庆. 新型爆炸二极管及其机理研究[J]. 爆炸与冲击, 2017, 37(6): 1031-1038. doi: 10.11883/1001-1455(2017)06-1031-08
Cui Yu, Ma Honghao, Shen Zhaowu, Wang Fei, Hong Yong, Wang Luqing. A new type of explosive diode and its mechanism[J]. Explosion And Shock Waves, 2017, 37(6): 1031-1038. doi: 10.11883/1001-1455(2017)06-1031-08
Citation: Cui Yu, Ma Honghao, Shen Zhaowu, Wang Fei, Hong Yong, Wang Luqing. A new type of explosive diode and its mechanism[J]. Explosion And Shock Waves, 2017, 37(6): 1031-1038. doi: 10.11883/1001-1455(2017)06-1031-08

新型爆炸二极管及其机理研究

doi: 10.11883/1001-1455(2017)06-1031-08
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51374189

国家自然科学基金项目 51174183

详细信息
    作者简介:

    崔宇(1991—), 男, 硕士研究生

    通讯作者:

    马宏昊, hhma@ustc.edu.cn

  • 中图分类号: O381

A new type of explosive diode and its mechanism

  • 摘要: 针对工业上起爆网路的早爆问题, 设计并研制了一种可控单向传爆的新型爆炸二极管, 通过一系列理论计算以及对称结构正反起爆实验, 研究了该爆炸二极管的正向稳定传爆及反向可靠隔爆机理和限制因素。结果表明:该爆炸二极管可实现正向稳定传爆, 反向可靠隔爆, 二者对应的限制因素分别为激发药药量和延期体长度。理论分析得到的激发药的极限药量和延期体的临界尺寸与实验结果较为吻合。
  • 图  1  新型爆炸二极管的两种结构

    Figure  1.  Two structures of explosive diode

    图  2  正向传爆计算模型示意图

    Figure  2.  Model for calculation of positive detonation transmission

    图  3  阻抗匹配图

    Figure  3.  Impedance matching

    图  4  不同激发药药量下的冲击起爆能量值

    Figure  4.  Shock initiation energy with variable masses of firing charge increase

    图  5  隔爆计算模型示意图

    Figure  5.  Model for the calculation of stopping backward detonation

    图  6  不同延期体长度下冲击起爆能量值

    Figure  6.  Shock initiation energy with length of delay elements increase

    图  7  正反对称装药结构

    Figure  7.  Symmetrical charge structures

    8a  正向传爆失败

    8a.  Failing transmitting for positive detonation

    8b  正向成功传爆反向隔爆成功

    8b.  Successful transmitting for positive detonation and stopping backward detonation

    图  9  反向隔爆正反对称实验

    Figure  9.  Experiments about reliability in which both of input and output are detonating fuse

    图  10  不同药量下延期体临界尺寸

    Figure  10.  Critital length of delay elements of variable mass of firing charge

    表  1  各种物质标准定压生成热表[9]

    Table  1.   Standard heat of formation of the substances[9]

    物质 KClO3 C3H3N6O6 CO2 H2O KCl N2 O2
    Qf/(kJ·mol-1) 389.9 -65.44 395.43 241.7 430.8 0 0
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    表  2  正向传爆计算所需参数表[12-14]

    Table  2.   Parameters for the calculation of positive detonation transmission

    ρ1, 0/(g·cm-3) ρ2, 0/(g·cm-3) M/mg m0/mg d/mm a1/(m·s-1) a2/(m·s-1) b1 b2 γ
    7.8 1.0 80 5 0.2 4000 300 1.58 1.78 3
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    表  3  不同药量下的部分计算结果

    Table  3.   Results with variable masses of charge increase

    m/mg v0/(m·s-1) pτ/GPa Df/(m·s-1) τ/ns p2·τ/(Pa2·s)
    7 171.3 0.10 4265.6 93.8 9.51×108
    9 453.3 0.47 4 692.3 85.2 1.91×1010
    10 541.8 0.64 4 823.8 82.9 3.40×1010
    11 617.7 0.80 4 935.8 81.0 5.21×1010
    15 856.6 1.42 5 282.9 75.7 1.52×1011
    20 1 083.5 2.14 5 606.2 71.4 3.28×1011
    25 1 270.5 2.84 5 868.3 68.2 5.51×1011
    30 1 433.4 3.52 6 093.6 65.6 8.15×1011
    35 1 579.5 4.19 6 293.7 63.6 1.11×1012
    40 1 713.2 4.84 6 475.2 61.8 1.45×1012
    45 1 837.2 5.48 6 642.2 60.2 1.81×1012
    50 1 953.3 6.11 6 797.6 58.8 2.20×1012
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    表  4  反向隔爆计算所需参数表[12-14, 17-18]

    Table  4.   Parameters for the calculation of stopping backward detonation

    ρ3, 0/(g·cm-3) ρ4, 0/(g·cm-3) η/(Pa·s) pj/GPa c0/(m·s-1) a3/(m·s-1) a4/(m·s-1) b3 b4 γ
    11.34 1.0 17 000 8.7 2 029 2 028 300 1.52 1.78 3
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    表  5  不同延期体长度下的计算结果

    Table  5.   Results with the variable lengths of the delay elements increase

    X/mm vX/(m·s-1) pτ/GPa Df/(m·s-1) τ/μs $p_{\tau }^{2}$·τ/(Pa2·s)
    0.5 353.0 1.040 3 069.8 0.33 3.54×1011
    1.0 251.7 0.614 2 802.0 0.71 2.69×1011
    1.5 179.5 0.364 2 598.8 1.15 1.53×1011
    2.0 128.0 0.217 2 446.2 1.64 7.72×1010
    2.2 111.8 0.177 2 396.6 1.84 5.78×1010
    2.3 104.5 0.161 2 374.0 1.94 4.99×1010
    2.5 91.2 0.132 2 332.6 2.14 3.71×1010
    3.0 65.1 0.081 2 248.8 2.67 1.76×1010
    3.5 46.4 0.051 2 187.4 3.20 8.33×109
    4.0 33.1 0.033 2 142.7 3.73 4.01×109
    4.5 23.6 0.022 2 110.3 4.26 1.97×109
    5.0 16.8 0.014 2 087.0 4.79 9.83×108
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    表  6  不同激发药药量下的正向传爆率和反向隔爆率

    Table  6.   Percentages of transmission for positive detonation and stopping backward detonation with mass of firing charge increase

    激发药药量/mg 延期体长度/mm 实验次数 正向传爆率/% 反向隔爆率/% 说明
    50 5.50 10 100 100 当激发药药量为5 mg时,将不能爆轰产生飞片
    40 5.50 10 100 100
    30 5.50 10 100 100
    20 5.50 10 100 100
    15 5.50 10 60 60
    12 5.50 10 40 40
    10 5.50 10 0 0
    5 5.50 10 0 0
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    表  7  不同延期体长度的隔爆率

    Table  7.   Percentage of stopping backward detonation with length of delay elements increase

    第3段管壳装药/mg 延期体长度/mm 试验次数 隔爆率/%
    20 6.00 10 100
    20 5.00 10 100
    20 4.50 10 100
    20 4.30 10 100
    20 4.20 10 100
    20 4.10 10 40
    20 4.00 10 0
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-04-19
  • 修回日期:  2016-11-04
  • 刊出日期:  2017-11-25

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