含能微球敏化乳化炸药水下爆炸能量输出特性研究

李雪交; 吴勇; 王琦; 高玉刚; 汪泉; 王奕鑫; 马宏昊

doi:10.11883/bzycj-2021-0188

含能微球敏化乳化炸药水下爆炸能量输出特性研究

doi: 10.11883/bzycj-2021-0188

李雪交^{1, 2,},
吴勇^1, ,,
王琦²,
高玉刚³,
汪泉¹,
王奕鑫⁴,
马宏昊⁴

1.
安徽理工大学化学工程学院，安徽淮南 232001
2.
安徽理工大学能源与安全学院，安徽淮南 232001
3.
中煤科工集团淮北爆破技术研究院有限公司，安徽淮北235000
4.
中国科学技术大学工程科学学院，安徽合肥 230027

基金项目: 国家自然科学基金（11872002）；安徽省自然科学基金（1808085QA06）；安徽省博士后基金（2019B355）

详细信息

作者简介:
李雪交（1986－　），男，博士，副教授，xjli@aust.edu.cn

通讯作者:
吴　勇（1996－　），男，硕士研究生，aust_xyeb@163.com

中图分类号: O389
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出版历程
- 收稿日期: 2021-05-13
- 修回日期: 2021-09-22
- 网络出版日期: 2022-03-17
- 刊出日期: 2022-04-07

Study on energy output characteristics of underwater explosion of energetic microballoon sensitized emulsion explosive

LI Xuejiao^{1, 2
,},
WU Yong^{1
, ,},
WANG Qi²,
GAO Yugang³,
WANG Quan¹,
WANG Yixin⁴,
MA Honghao⁴

1.
School of Chemical Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, Anhui, China
2.
School of Mining and Safety Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, Anhui, China
3.
Huaibei Blasting Technology Research Institute Co., Ltd., CCTEG, Huaibei 235000, Anhui, China
4.
Department of Modern Mechanics, University of Science and Technology of China, Hefei 230027, Anhui, China

摘要

摘要: 将内部含有烷烃的含能微球引入乳化基质，得到一种新型乳化炸药。采用水下爆炸实验探究微球质量分数对乳化炸药水下爆炸性能的影响，得到含能微球质量分数为0.2%～7%的乳化炸药水下爆炸冲击波压力-时程曲线。依据压力结果，通过公式计算和分析得到炸药的水下冲击波峰值压力、比气泡能、比冲击波能以及比爆炸能等水下爆炸参数。实验结果表明：含能微球质量分数0.2%的乳化炸药的峰值压力最大，并且随着微球质量分数增大而下降；乳化炸药的比气泡能随着含能微球质量分数的增大先上升再下降，微球质量分数为4%的比气泡能最大；乳化炸药的爆速、比冲击波能以及比爆炸能均随着含能微球质量分数的增大而下降。
- 含能微球 /
- 质量分数 /
- 乳化炸药 /
- 敏化 /
- 水下爆炸 /
- 爆炸性能
Abstract: A new emulsion explosive was obtained by introducing energetic microballoons containing alkane into emulsion matrix. Energetic microballoons were foamed in a constant temperature environment of 90 ℃ for 5 min to reach the maximum volume, and then energetic microballoons were mixed with emulsion matrix to prepare emulsion explosive with the energetic microballoon contents from 0.2% to 7%. The detonation velocity of emulsion explosives with different microballoons was measured by detonation velocity meter. In a steel explosion vessel with a diameter of 5 m and a depth of 5 m, the explosives were placed at a depth of 3 m, which were 0.8, 1.0, 1.2 and 1.4 m away from sensor. The underwater explosion pressure-time curve of emulsion explosive with microballoon contents from 0.2% to 7% was obtained through underwater explosion experiment. The parameters of underwater explosion, such as shock wave peak pressure, specific shock wave energy, specific bubble energy and specific explosion energy, were obtained by analysis and calculation, which was used to explore the influence of energetic microballoon contents on the underwater explosion property of explosive. The results show that the peak pressure of emulsion explosive with microballoon content of 0.2% is the largest and decreases with the increase of microballoon contents at the same testing distance. The specific bubble energy of emulsion explosive increases firstly and then decreases with the increase of the microballoon contents, and the specific bubble energy is the largest when the microballoon content is 4%. The specific shock wave energy and specific explosion energy decrease as microballoon contents increase. The attenuation rate of underwater shock wave peak pressure is negatively correlated with propagation distance. However, the specific shock wave energy, special bubble energy and special explosion energy do not change with the increase of propagation distance.
- energetic microballoons /
- mass fraction /
- emulsion explosive /
- sensitization /
- underwater explosion /
- explosion property

HTML全文

乳化炸药因抗水性能和安全性能优良、爆轰性能和贮存性能稳定，以及绿色环保等特征，被应用于各类工程爆破以及特种爆破中^[1-2]。随着国内外研发技术的不断发展，爆破领域对其性能上的需求越来越多样化，然而在工程应用中依然存在诸多问题需要解决^[3]。乳化炸药中10%左右的含水质量提高了炸药的安全性的同时，也降低了爆炸威力。优化乳化炸药的爆炸性能和改善爆破效果一直受到国内外研究人员的广泛关注^[4-5]。Cheng等^[6]在乳化炸药中添加TiH₂来提高爆炸威力。钱海等^[7]探究了含铝乳化炸药的做功能力，研究表明铝粉质量分数为20%炸药的爆炸性能最佳。陈海军等^[8]将直径8 μm的钛纤维引入炸药以来改善炸药爆炸的做功能力。

乳化炸药主要组成包含乳化基质与敏化剂。敏化剂会影响炸药起爆感度和爆炸性能^[9]。当雷管起爆时，冲击波压缩敏化气泡形成热点，随后反应在周围炸药介质中增长导致炸药爆炸。化学敏化剂在此过程中受到冲击波作用会出现结构受损、气泡析出等现象，影响炸药爆炸性能。空心微球以其均匀的粒度分布、稳定的抗压性能、优良的敏化效果，逐渐成为乳化炸药理想的物理敏化剂^[10]。Fang等^[11]探究玻璃微球质量分数及粒径大小对乳化炸药爆炸性能的影响并调配出性能最优的乳化炸药配方。Wang等^[12]分析储氢玻璃微球对乳化炸药性能的影响并与其他储气微球进行对比。Yunoshev等^[13]提出一种聚合物微球作为敏化剂添加到乳化基质中，通过对其爆速及爆轰压力的实验分析，结果表明该聚合物微球具有良好的物理敏化效果。

本文将一种新型含能微球作为物理敏化剂引入乳化基质，利用水下爆炸实验测量不同微球质量分数（0.2%～7%）乳化炸药在不同距离（0.8～1.4 m）的压力-时程曲线，通过分析水下爆炸性能参数（冲击波峰值压力、比气泡能、比冲击波能以及比爆炸能），探究含能微球对乳化炸药的水下爆炸性能影响，为优化乳化炸药配方及在爆破工程应用提供理论依据。

1. 实　验

1.1 微球热膨胀

采用含能微球作为物理敏化剂，其外壳是热塑性聚合物，内部是低沸点烷烃类的高温发泡微球，测得其燃烧热为28 450 kJ/kg。将其放置在90 ℃恒温环境中发泡5 min，微球快速膨胀，其平均直径从15 μm增至70 μm，微球体积增大超过100倍。含能微球发泡前后形貌如图1所示。

图 1 含能微球SEM图

Figure 1. SEM images of energitic microballoons

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1.2 乳化炸药制备

将硝酸铵、硝酸钠以及水置于95 ℃恒温下水解形成水相，石蜡置于85 ℃恒温下熔化形成油相（主要成分为C₁₈H₃₈），然后在100 ℃下，将油相与水相在乳化剂Span-80（C₂₄H₄₄O₆）的乳化作用下搅拌均匀，冷却后得到实验所用的乳化基质，其组分如表1所示。

表 1 乳化基质各组分的质量分数

Table 1. Mass fraction of compositions in emulsion matrix

NH₄NO₃	NaNO₃	H₂O	C₁₈H₃₈	C₂₄H₄₄O₆
71%	11.5%	11%	3.7%	2.8%

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以乳化基质为基，将含能微球加入其中混合均匀，得到不同微球质量分数的乳化炸药。实验乳化炸药质量均为30 g，炸药各组分及配比如表2所示。

表 2 不同含能微球质量分数的乳化炸药配比

Table 2. Ratio of emulsion explosive with different energitic microballoon mass fractions

编号	微球质量分数/%		密度/（g·cm⁻³）
编号	乳化基质	含能微球	密度/（g·cm⁻³）
1	100	0	1.26
2	99.95	0.05	1.26
3	99.9	0.1	1.26
4	99.8	0.2	1.25
5	99.5	0.5	1.18
6	99	1	1.08
7	97	3	0.92
8	96	4	0.88
9	95	5	0.81
10	93	7	0.60
11	92	8	0.54
12	91	9	0.49

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为探究含能微球对乳化炸药形貌的影响，选择具有代表性的乳化炸药进行扫描电镜观察，其形貌如图2所示。从图2可以看出：当微球质量分数较小时含能微球被乳化炸药包覆，形貌呈乳化基质的乳胶状。当含能微球质量分数增至7%，炸药由包覆微球转变为被微球包覆，其形貌呈图2(b)所示粉末状。

图 2 不同微球质量分数的乳化炸药微观形貌

Figure 2. Microscopic morphology of emulsion explosive with different mass fraction of microballoon

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1.3 水下爆炸系统

利用水下爆炸法测定炸药能量输出具有测量精确度高、操作简便等优点。Barnes等^[14]提出小型爆炸水池可以作为测试炸药水下爆炸能量的一种新方式。因此，本实验在圆柱形的钢制爆炸水池（ $\varnothing$ 5 m×5 m）中进行，如图3所示。实验装置包括PCB水下压力传感器（W138A25）、PCB恒流源（482A22）、Tektronix示波器（8064A）。为减小边界对激波信号的影响，将球形药包置于水下3 m处。8#工业雷管作为起爆能量，研究表明8#工业雷管可充分起爆微球质量分数为0.2%～7%的乳化炸药，其底部位于药包中心。分别在离药包中心0.8、1.0、1.2、1.4 m处放置压力传感器，测得4个不同位置的水下冲击波压力-时程曲线。一次实验可以将两个压力传感器安置在不同位置同时测量，每种炸药做3组平行试验。

图 3 水下爆炸系统示意

Figure 3. Schematic diagram of the underwater explosion system

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2. 实验结果与讨论

球形装药爆炸瞬间转变为水下冲击波和高温高压的爆炸产物。一部分能量以冲击波形式在水介质中传播，另一部分能量使爆炸产物以气泡脉动形式继续向外膨胀。因此，可以通过水下爆炸实验测试参数来评价炸药的水下做功能力。本实验得到了不同含能微球质量分数的乳化炸药水下爆炸冲击波压力-时程曲线，其中距炸药中心0.8 m处的测试结果如图4所示。

图 4 水下爆炸压力时程曲线

Figure 4. Underwater explosion pressure-time curves

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由图4可知，含能微球质量分数为0.2%乳化炸药冲击波峰值压力最高，且随着微球质量分数的增大，冲击波峰值压力逐渐降低。在冲击波压力衰减阶段，可以看出微球质量分数为0.2%时，炸药水下冲击波压力衰减速度反而最快，此阶段内，随着含能微球质量分数上升，冲击波压力衰减速度整体上逐渐放缓。

结合乳化炸药爆速来看（表3和图5），含能微球质量分数为0.1%时，由于微球质量分数过小，8#工业雷管起爆能很难直接作用到微球上形成热点，从而出现拒爆现象。而微球质量分数为0.2%时，乳化基质被含能微球充分敏化，炸药爆速最高达到5150 m/s。当微球质量分数大于0.2%时，此时炸药中的含能微球具有敏化剂和稀释剂的双重作用，使得单位质量炸药的能量降低，并且爆轰波在炸药中的传播受到阻碍，导致炸药爆速会逐渐降低，但是衰减速度在变慢。当微球质量分数达到9%时，微球被炸药中的基质完全包覆，雷管起爆能难以直接作用到乳化基质上，乳化炸药再次拒爆。实验结果表明，含能微球作为一种含能物质，会参与到炸药的爆炸反应中，延缓水下爆炸冲击波的衰减速率，含能微球质量分数为0.2%的乳化炸药爆速最高。

表 3 不同微球质量分数下乳化炸药爆速

Table 3. Detonation velocity of emulsion explosives with different mass fraction of microballoon

质量分数/%	爆速/(m·s⁻¹)	质量分数/%	爆速/(m·s⁻¹)
0	−	3	3903
0.05	−	4	3537
0.1	−	5	3312
0.2	5150	7	3058
0.5	4911	8	2948
1	4807	9	−
注：“−”代表拒爆

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图 5 不同微球质量分数下乳化炸药爆速

Figure 5. Detonation velocity of emulsion explosive with different mass fraction of microballoon

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经过处理分析不同微球质量分数的乳化炸药在各个位置水下爆炸压力-时程曲线，得到其峰值压力变化趋势，如图6所示。

图 6 不同微球质量分数乳化炸药峰值压力（p_m）与距离（R）的关系

Figure 6. Changes of maximum pressure (p_m) with distance (R) at different microballoon mass fractions in emulsion explosives

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由图6可知，相同测量位置处，含能微球质量分数为0.2%的乳化炸药冲击波峰值压力最高。随着微球质量分数的上升，乳化炸药冲击波峰值压力呈逐渐衰减趋势。相同含能微球质量分数的乳化炸药，其峰值压力随测量距离增加呈指数衰减趋势。根据爆炸相似率，球形药包水下爆炸冲击波峰值压力p_m随距离的衰减规律可表述为^[15]：

${p}_{\mathrm{m}}={k \left(\frac{{W}^{1/3}}{R}\right)}^{\alpha }$

(1)

式中：W为药包质量，R为传感器与药包中心距离，k、α为待拟合系数。

将不同微球的乳化炸药峰值压力按照式(1)进行拟合，由图6可知，其拟合效果较好。因此可以用式(1)估算出乳化炸药在水下不同位置的峰值压力。具体拟合系数如表4所示。

表 4 不同微球质量分数的乳化炸药压力峰值拟合系数

Table 4. Fit coefficient of pressure peak value of emulsion explosives with different mass fraction of microballoon

质量分数/%	α	k
0.2	0.57276	21.46552
1	0.55114	19.27505
3	0.56847	18.21896
4	0.62795	17.36348
5	0.64058	18.64361
7	0.61182	18.44948

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3. 水下爆轰参数计算与分析

3.1 水下爆炸理论计算公式

水下爆炸比冲击波能E_s是炸药爆炸能一部分，计算公式为^[16]：

${E}_{\mathrm{s}}=\frac{4\text{π}{R}^{2}}{W{\rho }_{\mathrm{w}}{c}_{\mathrm{w}}}{\int }_{0}^{6.7\theta }{p}^{2}\left(t\right){\rm d}t$

(2)

式中： ${\rho }_{\mathrm{w}}$ 为水介质密度， ${c}_{\mathrm{w}}$ 为水中声速，θ为时间常数。

比气泡能E_b用于表征爆炸气体产物的脉动特性，它是评价炸药水下爆炸性能的重要指标，计算公式为^[16]：

${E}_{\mathrm{b}}={\left({\sqrt{4C{t}_{\mathrm{b}}+1}-1}\right)}^{3}/(8{C}^{3}{k}_{1}^{3}W)\qquad \quad {k}_{1}=1.135{\rho }_{\mathrm{w}}^{0.5}/{p}_{\mathrm{h}}^{5/6} ,\;\; C=b/{a}^{2}$

(3)

式中： ${t}_{\mathrm{b}}$ 为第一个气泡脉动周期，k₁、C为基于实验条件下的常数，p_h为装药深度处的静水压，a和b为实验使用爆炸水池在一定实验条件下的固有常数。

为了确定C值，a和b数值可根据下式进行近似拟合计算：

${t}_{\mathrm{b}}=a{W}^{1/3}+b{W}^{2/3}$

(4)

取不同质量的装药在相同条件下进行实验，通过拟合实验数据(t_b, W^1/3)，得到a=0.239，b=−0.019，从而得到C=−0.332^[17]。

结合比冲击波能与比气泡能，根据式(5)计算得到炸药比爆炸能E_t^[16]：

${E}_{\mathrm{t}}={K}_{\mathrm{f}}(\mu {E}_{\mathrm{s}}+{E}_{\mathrm{b}})$

(5)

式中： ${K}_{\mathrm{f}}$ 为装药形状修正系数； $\ \mu$ 为冲击波损失系数， $\ \mu =1+1.3328\times {10}^{-2}{p}_{\mathrm{c}\mathrm{j}}-6.5775\times {10}^{-5}{p}_{\mathrm{c}\mathrm{j}}^{2}+1.2595\times$ ${10}^{-7}{p}_{\mathrm{c}\mathrm{j}}^{3}$ ， $p_{\rm {c-j}}$ 为炸药爆轰压力， ${p}_{\mathrm{c}-\mathrm{j}}={\rho }_{0}{D}^{2}/4$ ， ${\rho }_{0}$ 为药包装药密度，D为炸药水中爆速。

3.2 水下爆炸试验结果分析

综合式(2)～(5)，计算得到不同微球质量分数的乳化炸药在水下不同位置的比冲击波能 ${E}_{\rm s}$ 、比气泡能 ${E}_{\rm b}$ 、冲击波损失系数 $\mu$ 和比爆炸能 ${E}_{\mathrm{t}}$ 等爆炸参数，计算结果如表5所示。

表 5 乳化炸药水下爆炸能量输出参数

Table 5. Parameters of underwater explosion energy of emulsion explosives

质量分数/%	R/m	p_m/MPa	E_s/(MJ·kg⁻¹)	t_b/ms	E_b/(MJ·kg⁻¹)	μ	E_t/(MJ·kg⁻¹)
0.2	0.8	12.4181	0.8525	73.5838	1.6542	1.725	3.1248
	1.0	11.0536	0.8507	73.5731	1.6533	1.725	3.1208
	1.2	9.9420	0.8549	73.3945	1.6417	1.725	3.1164
	1.4	8.9700	0.8458	73.5891	1.6543	1.725	3.1133
1	0.8	11.3915	0.8009	74.0442	1.6847	1.606	2.9709
	1.0	10.1839	0.8036	74.0207	1.6829	1.606	2.9735
	1.2	9.1365	0.7989	74.0069	1.6822	1.606	2.9652
	1.4	8.3646	0.7943	74.0731	1.6864	1.606	2.9620
3	0.8	10.5915	0.7196	74.9639	1.7468	1.392	2.7485
	1.0	9.4157	0.7233	75.0252	1.7508	1.392	2.7576
	1.2	8.4793	0.7149	74.8831	1.7413	1.392	2.7364
	1.4	7.6756	0.7158	75.0562	1.7528	1.392	2.7492
4	0.8	10.3247	0.6918	76.1943	1.8324	1.320	2.7456
	1.0	9.0344	0.6911	76.1755	1.8312	1.320	2.7435
	1.2	8.0263	0.6841	76.1255	1.8279	1.320	2.7309
	1.4	7.3504	0.6942	76.1834	1.8317	1.320	2.7347
5	0.8	10.1623	0.6659	76.0029	1.8102	1.287	2.7006
	1.0	8.8041	0.6728	75.9683	1.8129	1.287	2.6978
	1.2	7.8125	0.6616	75.9812	1.8092	1.287	2.6907
	1.4	7.1149	0.6672	75.9458	1.7907	1.287	2.6954
7	0.8	9.6041	0.5905	75.1226	1.7552	1.174	2.4484
	1.0	8.2501	0.5951	75.1763	1.7612	1.174	2.4598
	1.2	7.4570	0.5993	75.1443	1.7590	1.174	2.4625
	1.4	6.7446	0.5842	75.1343	1.7584	1.174	2.4442

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根据表5得到不同微球质量分数的乳化炸药在各测量位置处的能量输出参数变化关系，如图7、8、9所示：

图 7 不同微球质量分数的乳化炸药的比冲击波能（E_s）与距离（R）的关系

Figure 7. Specific shock wave energy (E_s) vary to distance (R) at different microballoon mass fractions of emulsion explosive

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图 8 不同测距下的比气泡能E_b与微球质量分数的关系

Figure 8. Relation of specific bubble energy (E_b) and mass fraction of microballoon at different measuring distances

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图 9 不同测距下比爆炸能E_t与微球质量分数关系图

Figure 9. Relation of specific explosion energy (E_t) and mass fraction of microballoon at different measuring distances

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由图7所示，相同微球质量分数下，乳化炸药比冲击波能随着冲击波传播距离增加未发生明显变化。在相同测量距离处，随着含能微球质量分数的增大，乳化炸药的比冲击波能逐渐降低。含能微球质量分数为0.2%时，炸药比冲击波能最大。随着含能微球质量分数上升，乳化炸药能量密度下降明显，比冲击波能也随之下降。如图5所示，随冲击波传播距离增加，其峰值压力逐渐降低，然而对比发现距离更远处的冲击波压力-时程曲线衰减速度会相对缓慢，如图10所示。因此，乳化炸药的比冲击波能基本不受传播距离影响。

图 10 距离炸药中心0.8和1.0 m处的压力时程曲线

Figure 10. Pressure-time curves at 0.8 and 1.0 m from charge center

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如图8所示，含能微球质量分数对乳化炸药比气泡能的影响明显不同于比冲击波能，炸药气泡脉动周期远远超过炸药爆炸所需的时间，这为含能微球发生二次反应提供了充足条件。相同测量距离处，比气泡能随微球质量分数上升先增大后下降。

距离药包中心不同距离处，当微球质量分数从0.2%增加到4%，乳化炸药的比气泡能开始随着微球质量分数增加而逐渐上升。随着微球质量分数增加，虽然炸药能量密度下降，但是含能微球会参与到与爆轰产物的二次反应中，为气泡脉动提供的能量逐渐增加。当微球质量分数增大到4%时，比气泡能最大，较含能微球质量分数为0.2%的乳化炸药提高了10.72%～11.34%，之后比气泡能随含能微球质量分数继续增大开始下降。当微球质量分数继续增加至超过4%时，乳化基质包覆于含能微球中，此时乳化炸药的爆炸能量密度已大大下降，进而影响炸药能量的释放，同时微球参与到爆轰产物反应已达到上限。随着微球质量分数进一步增加，不能继续为气泡脉动提供更多能量，而炸药能量密度继续下降，比气泡能开始降低。

如图9所示，相同微球质量分数的乳化炸药的比爆炸能不随距离改变而发生明显变化。相同位置处的比爆炸能随着微球质量分数增加整体呈下降趋势。然而微球质量分数为3%和4%的乳化炸药比爆炸能较为接近。相同质量的乳化炸药，含能微球质量分数为3%的乳化炸药比冲击波能要比含能微球质量分数为4%的乳化炸药的稍大，然而含能微球会参与到与爆炸产物的二次反应中，使得3%含能微球质量分数乳化炸药比气泡能比含能微球质量分数为4%的乳化炸药的稍小，整体上含能微球质量分数为3%的乳化炸药比爆炸能与含能微球质量分数为4%的乳化炸药的较接近。

4. 结　论

以乳化基质为基，含能微球作为物理气泡敏化剂，通过水下爆炸实验探究了含能微球对乳化炸药水下爆炸性能的影响，得到的主要结论如下：

（1）炸药水下爆炸比冲击波能E_s和比爆炸能 ${E}_{\mathrm{t}}$ 受到微球质量分数的影响，随着含能微球质量分数的增大而降低，但是不受传播距离的影响；而水下冲击波峰值压力p_m受到微球质量分数和传播距离影响，随着含能微球质量分数和传播距离的增大而降低；

（2）含能微球作为一种可燃添加剂会参与到与爆轰产物的二次反应中，减慢冲击波衰减速度以及增强气泡脉动，影响乳化炸药水下爆炸能量输出；随着含能微球质量分数的递增，乳化炸药比气泡能 ${E}_{\mathrm{b}}$ 先提高再降低，而比气泡能则不受传播距离影响；

（3）微球质量分数在0.2%～7%范围内，含能微球乳化炸药冲击波压力衰减速度与其传播距离呈负相关，距离越远，衰减越缓慢。

图 1 含能微球SEM图

Figure 1. SEM images of energitic microballoons

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图 2 不同微球质量分数的乳化炸药微观形貌

Figure 2. Microscopic morphology of emulsion explosive with different mass fraction of microballoon

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图 3 水下爆炸系统示意

Figure 3. Schematic diagram of the underwater explosion system

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图 4 水下爆炸压力时程曲线

Figure 4. Underwater explosion pressure-time curves

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图 5 不同微球质量分数下乳化炸药爆速

Figure 5. Detonation velocity of emulsion explosive with different mass fraction of microballoon

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图 6 不同微球质量分数乳化炸药峰值压力（p_m）与距离（R）的关系

Figure 6. Changes of maximum pressure (p_m) with distance (R) at different microballoon mass fractions in emulsion explosives

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图 7 不同微球质量分数的乳化炸药的比冲击波能（E_s）与距离（R）的关系

Figure 7. Specific shock wave energy (E_s) vary to distance (R) at different microballoon mass fractions of emulsion explosive

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图 8 不同测距下的比气泡能E_b与微球质量分数的关系

Figure 8. Relation of specific bubble energy (E_b) and mass fraction of microballoon at different measuring distances

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图 9 不同测距下比爆炸能E_t与微球质量分数关系图

Figure 9. Relation of specific explosion energy (E_t) and mass fraction of microballoon at different measuring distances

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图 10 距离炸药中心0.8和1.0 m处的压力时程曲线

Figure 10. Pressure-time curves at 0.8 and 1.0 m from charge center

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表 1 乳化基质各组分的质量分数

Table 1. Mass fraction of compositions in emulsion matrix

NH₄NO₃	NaNO₃	H₂O	C₁₈H₃₈	C₂₄H₄₄O₆
71%	11.5%	11%	3.7%	2.8%

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表 2 不同含能微球质量分数的乳化炸药配比

Table 2. Ratio of emulsion explosive with different energitic microballoon mass fractions

编号	微球质量分数/%		密度/（g·cm⁻³）
编号	乳化基质	含能微球	密度/（g·cm⁻³）
1	100	0	1.26
2	99.95	0.05	1.26
3	99.9	0.1	1.26
4	99.8	0.2	1.25
5	99.5	0.5	1.18
6	99	1	1.08
7	97	3	0.92
8	96	4	0.88
9	95	5	0.81
10	93	7	0.60
11	92	8	0.54
12	91	9	0.49

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表 3 不同微球质量分数下乳化炸药爆速

Table 3. Detonation velocity of emulsion explosives with different mass fraction of microballoon

质量分数/%	爆速/(m·s⁻¹)	质量分数/%	爆速/(m·s⁻¹)
0	−	3	3903
0.05	−	4	3537
0.1	−	5	3312
0.2	5150	7	3058
0.5	4911	8	2948
1	4807	9	−
注：“−”代表拒爆

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表 4 不同微球质量分数的乳化炸药压力峰值拟合系数

Table 4. Fit coefficient of pressure peak value of emulsion explosives with different mass fraction of microballoon

质量分数/%	α	k
0.2	0.57276	21.46552
1	0.55114	19.27505
3	0.56847	18.21896
4	0.62795	17.36348
5	0.64058	18.64361
7	0.61182	18.44948

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表 5 乳化炸药水下爆炸能量输出参数

Table 5. Parameters of underwater explosion energy of emulsion explosives

质量分数/%	R/m	p_m/MPa	E_s/(MJ·kg⁻¹)	t_b/ms	E_b/(MJ·kg⁻¹)	μ	E_t/(MJ·kg⁻¹)
0.2	0.8	12.4181	0.8525	73.5838	1.6542	1.725	3.1248
	1.0	11.0536	0.8507	73.5731	1.6533	1.725	3.1208
	1.2	9.9420	0.8549	73.3945	1.6417	1.725	3.1164
	1.4	8.9700	0.8458	73.5891	1.6543	1.725	3.1133
1	0.8	11.3915	0.8009	74.0442	1.6847	1.606	2.9709
	1.0	10.1839	0.8036	74.0207	1.6829	1.606	2.9735
	1.2	9.1365	0.7989	74.0069	1.6822	1.606	2.9652
	1.4	8.3646	0.7943	74.0731	1.6864	1.606	2.9620
3	0.8	10.5915	0.7196	74.9639	1.7468	1.392	2.7485
	1.0	9.4157	0.7233	75.0252	1.7508	1.392	2.7576
	1.2	8.4793	0.7149	74.8831	1.7413	1.392	2.7364
	1.4	7.6756	0.7158	75.0562	1.7528	1.392	2.7492
4	0.8	10.3247	0.6918	76.1943	1.8324	1.320	2.7456
	1.0	9.0344	0.6911	76.1755	1.8312	1.320	2.7435
	1.2	8.0263	0.6841	76.1255	1.8279	1.320	2.7309
	1.4	7.3504	0.6942	76.1834	1.8317	1.320	2.7347
5	0.8	10.1623	0.6659	76.0029	1.8102	1.287	2.7006
	1.0	8.8041	0.6728	75.9683	1.8129	1.287	2.6978
	1.2	7.8125	0.6616	75.9812	1.8092	1.287	2.6907
	1.4	7.1149	0.6672	75.9458	1.7907	1.287	2.6954
7	0.8	9.6041	0.5905	75.1226	1.7552	1.174	2.4484
	1.0	8.2501	0.5951	75.1763	1.7612	1.174	2.4598
	1.2	7.4570	0.5993	75.1443	1.7590	1.174	2.4625
	1.4	6.7446	0.5842	75.1343	1.7584	1.174	2.4442

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参考文献(17)

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施引文献

期刊类型引用(5)

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1. 实　验
1.1 微球热膨胀
1.2 乳化炸药制备
1.3 水下爆炸系统
2. 实验结果与讨论
3. 水下爆轰参数计算与分析
3.1 水下爆炸理论计算公式
3.2 水下爆炸试验结果分析
4. 结　论

含能微球敏化乳化炸药水下爆炸能量输出特性研究

doi: 10.11883/bzycj-2021-0188

作者简介: 李雪交（1986－ ），男，博士，副教授，xjli@aust.edu.cn

通讯作者: 吴 勇（1996－ ），男，硕士研究生，aust_xyeb@163.com

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出版历程

Study on energy output characteristics of underwater explosion of energetic microballoon sensitized emulsion explosive

1. 实 验

1.1 微球热膨胀

1.2 乳化炸药制备

1.3 水下爆炸系统

2. 实验结果与讨论

3. 水下爆轰参数计算与分析

3.1 水下爆炸理论计算公式

3.2 水下爆炸试验结果分析

4. 结 论

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目录

1. 实 验

1.1 微球热膨胀

1.2 乳化炸药制备

1.3 水下爆炸系统

2. 实验结果与讨论

3. 水下爆轰参数计算与分析

3.1 水下爆炸理论计算公式

3.2 水下爆炸试验结果分析

4. 结 论

作者简介:
李雪交（1986－　），男，博士，副教授，xjli@aust.edu.cn

通讯作者:
吴　勇（1996－　），男，硕士研究生，aust_xyeb@163.com

1. 实　验

4. 结　论

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