炸藥爆炸理論

1.778.6718.500+2.0

奧克托今13.8521.848.9189.124-2.3

1.909.1179.100+0.2

苦味酸鐵10.2011.556.7986.850-1.0

三胺基三硝基苯10.1781.8477.6617.660-0.0

1.7807.6557.600+0.7

二胺基三硝基苯10.704

1.7907.6857.575+1.5

乙烯二硝胺13.2401.5627.7897.750+0.6

三硝基苯10.4421.647.1527.270-1.6

B、氮當量和修正氮當量公式

計算炸藥爆速的氮當量公式是我國炸藥工作者國遇賢于是1964年提出的，公式的表達

式如下：

D=l.850^^+l.160(/7-1)^7V(6-5)

式中：。一炸藥的爆速；一炸藥裝藥密度；ZN-炸藥的氮當量

他認為，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，取氮氣對爆速的奉獻為I,其它爆轟

產(chǎn)物的奉獻與氮氣相比擬的系數(shù)稱為氮當量系數(shù)，它們的取值列于表6?5中.

表6-5爆轟產(chǎn)物的氮當量系數(shù)

爆轟產(chǎn)物

N2H2OCOco2°2cHFCF&c/2

氮當量系數(shù)10.540.781.350.50.150.5771.5070.2900.876

炸藥的氮當量以100克炸藥為基準，將各種爆轟產(chǎn)物的物質(zhì)的量與其氮當量系數(shù)乘積

的總和稱為氮當量。

爆轟產(chǎn)物的組成按下述規(guī)那么確定：首先將分廣中的氫氧化為水；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；假設(shè)還有氧多余即以氧氣狀態(tài)存在,

假設(shè)不能將碳完全氧化為一氧化碳時，那么出現(xiàn)固體炭。

后來有人將(6-5)式加以簡化，給出氮當量表達式如下：

D=1.850^N+1.160(。-1)ZN=(0.690+1.160p)ZN(6-6)

其中：?筆

式中：M—炸藥的摩爾質(zhì)量，gcm-3；此一第i種產(chǎn)物的氮當量系數(shù)

X,—每摩爾炸藥中第i種爆轟產(chǎn)物的物質(zhì)的量；

用氮當量公式計算炸藥的爆速時，只要知道炸藥的元素組成和密度即可，因沒有考慮分子

結(jié)構(gòu)對爆速的影響，精度較差。為了提高計算精度，張厚牛.等提出了炸藥分子結(jié)構(gòu)對爆速

的影響，修正了公式，同時調(diào)整了氮當量系數(shù)，開展成修正氮當量公式：

。=(0.690+I.16Q)WX(6-7)

其中：*①利"5此+ZG%)

式中：ZN‘一炸藥的修正當量；2—每摩爾炸藥中第/?種爆轟產(chǎn)物的物質(zhì)的量；

時—第i種爆轟產(chǎn)物的氮當量系數(shù)；—第k種化學鍵的氮當量系數(shù)；

紇一第k種化學鍵在炸藥分子中出現(xiàn)的次數(shù)：

G/—第j種基團在炸藥分子中出現(xiàn)的次數(shù)；

第j種基團的氮當量系數(shù)；M—炸藥的摩爾質(zhì)量。

修正的爆轟產(chǎn)物、化學鍵和基團的氮當量系數(shù)分別列于表6-6、6-7和6-8中。

表6-6爆轟產(chǎn)物的修正氮當量系數(shù)()

爆轟產(chǎn)物M”2。COCO,o2

修正氮當量系數(shù)0.9810.6260.7231.2790.553

爆轟產(chǎn)物CHFCF」也Cl2

修正氮當星系數(shù)0.1490.6121.6300.1951.194

表6-7化學鍵的氮當量系數(shù)(N氏)

化學鍵%化學鍵5

C—H-0.0124C=N-0.0077

C—C0.0628C=N-0.0128

c=c-1.02880—H-0.1106

CC0.0101N—H-0.0578

c=c0.0345N—F0.0126

c=c0.214N—00.0139

C—F-0.1477N?O-0.0023

C—Cl-0.0435N=O0

C—0-0.0430N—N0.0321

c=o-0.1792N=N-0.0043

C—N0.0090N=N0

C-N00807

表6-8基團的氮當量系數(shù)(NG,)

基團基團NG,

0-0.0064-OH^NH.0.0470

-0.0161C-NO0.0016

cc2

c—c

iin

N—N-0.2542N-NO-0.0028

K2

c—c

IIII

N—N-0.1052C-ONO20.0022

X、

N三N0.0065N-NO0.0429

例4、試應(yīng)用氮當量公式和修正氮當量公式計算奧克托今在裝藥密度為

L817g-cW3時的爆速。

解：爆轟反響式為：

計算氮當量為：y7V=—YxWf.=-^-(4+4x0.54+4x0.78)=3.133

JM.296.16

按(6-6)式計算爆速為：

D=(0.690+Il6()p)ZN=(0.69()+1.160x1.87)x3.133(/9-1)=8.765knv

實測爆速為8.88的?廣，相對誤差為-1.3%。

利用修正氮當量公式計算爆速，先計算修正氮當量：

與實測爆速的相對誤差為+0.23%。

例5、試計算硝基呱在裝藥密度為1.70g〃/時的爆速(用修正氮當量公式)。

解：爆轟反響式為：

修正氮當量為：=2x().981+2x0.626+1x0.149=3.363

實測爆速的平均值為8.1565巾7,相對誤差為一0.69%

用修正氮當量公式計算了166種炸藥的628個爆速數(shù)據(jù)，平均相對誤差為±1.9%o與

Kamlet公式比擬，它不僅具有簡便、準確，不需要炸藥的生成焰數(shù)據(jù)等優(yōu)點外，還有能反

映炸藥分子結(jié)構(gòu)的特點。表6-9列舉了局部炸藥的計算結(jié)果。

表6-9用氮當量公式及修正氮當量公式計算的爆速

氮當量公式修正氮當量公式

密度實測爆速

炸藥計算爆速差值計算爆速差值

g/cm)(km/s)

(km/s)(%)(km/s)(%)

梯恩梯1.656.9507.000+0.67.065+1.5

三硝基苯1.6887.4667.531+0.67.362-1.4

苦味酸1.767.807.958+2.07.582-2.8

二胺基三硝基茶1.847.7258.078+4.67.863+1.8

三胺基三硝基苯1947.9408.439+6.38.189+3.1

特屈兒1.737.9107.856-0.77.769-1.8

硝基甲烷1146.3205.582-7.46.048-4.3

四硝基甲烷1.656.4006.442+0.76.542+2.2

乙撐二硝胺1.718.2308.104-1.58331+1.2

硝基服1.728.2808.335+0.78.171-1.3

奧克托今1.909.1409.068-0.89.179+0.4

黑索今1.828.8508.776-0.88.885+0.4

環(huán)三甲撐三亞硝鉞1.607.8007.414-4.98.002+2.6

太安1.778.2908.477+2.38.482+2.3

硝化甘油1608.0007.876-1.67.825-2.2

重(三硝基乙基)硝胺1.968.8508.766-0.98.821-0.3

重(三硝基乙基)麻1869.0009.120+1.48.895-1.2

六硝基芭1.747.1207.454+4.77.380+3.7

四硝基苯胺1.767.4207.782+4.97.599+2.4

六硝基苯2.009.5009.599+1.09.259-2.5

黑喜兒1677.2907.558+5.77.358+2.9

三硝基丁酸三硝基乙酯1.788.4508.668+2.68.479+0.3

吉納1.678.0007.965-0.48.059+0.7

六亞硝基苯1.9018.6208.819+2.38.764+1.7

C、口一「法

我國炸藥工作者吳雄發(fā)表了計算炸藥爆轟參數(shù)的3—「法。在計算公式中，除了應(yīng)用爆

熱和裝藥密度等根本參數(shù)外，還引入了勢能因子。和絕熱參數(shù)「，故稱為「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)的計算，計算結(jié)果與實測數(shù)據(jù)能很好地相吻合,

具有較高的精度，得到國內(nèi)外炸藥界的重視和成認，其爆速的計算公式是：

D=33.05Q8+243.2即(6-8)

式中：Q—爆速，(ms、)；。一組分的爆熱或特征熱值，

/一熱能因子；P一裝藥密度，g?C)n'

由(6-8)式可知，爆速由兩項組成：一項為能量項33.05。%另一項為勢能項243.2即。

爆熱Q可由下式求得：

旺…一四）（&9）

Q=

M

式中：％—第i種產(chǎn)物的物質(zhì)的量，mol；A"—第i種產(chǎn)物的生成焰，JmoP'；

△%—炸藥的生成焰，JmojM—炸藥的摩爾質(zhì)量，gmoK'

熱能因子可由爆轟產(chǎn)物的余容求得，因此（6-8）式也稱為余容公式。。的計算式為:

3=為也（6-10）

M

式中此一第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

HOCO.02CHCO

爆轟產(chǎn)物2生H24c

余容值25060038021435052839046

計算爆熱。和熱能因子◎時，都需要知道爆轟產(chǎn)物的組成。經(jīng)過對炸藥爆轟產(chǎn)物的理

論計算和實驗測定結(jié)果的分析和歸納，得到確定爆轟產(chǎn)物的經(jīng)驗方法，系列炸藥

及添加劑的爆轟產(chǎn)物均按氧平衡狀態(tài)確定，見表6-11所示：

表6-11C（lHhOcNd系列炸藥及附加物的爆轟產(chǎn)物

氧平衡類別爆轟產(chǎn)物

正氧或零氧c-().5b-2a>0OSdN?+0.5bH2O+aCO2+(0.5c-0.25/7-a)O2

0.5dN2+0.43bH2O+(0.5c-0.25b)CO,+0.076CO

微負氧c-().5b-2a<0

U).035bCH4+(。-0.5c+0.145力C

0.5叭+0.35bH2O+(0.5c-0.25b)CO2+OA5bCO

負氧c-0.5b-a<0

+0.075〃C”4+("0.5c+0.025?C

0.5dN?+0.54皿。+0.46c、CO+0.23c、C%

嚴重負氧c-0.5b<0,a>c

+(a-0.69c)C+(0.5b-c}H2

嚴重負氧c-().5Z?<(),?<cD.5dN]+aCO++(c-a)H2O+(0.5b-c+a)H2

例6、計算黑索今（3乩、08）的爆速，裝藥密度為1.80g"72

解：根據(jù)表6-11,黑索今的爆轟反響式為：

按（6-9）式得：Q二?八"、"，）=5790.7（J-）

M

按（6-10）式得：/=叢左=3160.5/222.12=14.229

M

那么那=33.05（5790.7）"+243.2x14.229xl.80=8743.8（如廣）

實驗值為8754（〃z?『），相對誤差為?0.117%。

利用本法還可計算混合炸藥的爆轟參數(shù)，混合炸藥的Q和?？筛鶕?jù)單個組分的Q,和皿

按質(zhì)量自分數(shù)加和法求出，即：

Q=!>◎（6-11）

co=^xicoi（6-12）

式中：升一，組分的質(zhì)量百分數(shù)

不同炸藥或附加物的Q,、生均可按其爆轟反響式（表6-11）進行計算，但計算比擬繁

瑣，表6-12列出常用炸藥及附加物的。、/值。這樣可很方便地計算出由內(nèi)物質(zhì)組成的混

合炸藥的爆速。

例7、計算黑索今/梯恩梯64/36炸藥在裝藥密度為L717g-c〃r時的爆速。

解：由表6-12查得：

黑索今：Q=5785,幼=14.23

梯恩梯：Q?=4293,12.05,那么混合炸藥的參數(shù)是：

實測爆速值為7990”廣，相對誤差為+0.23%。

表6-12炸藥及附加物的Q、。值

元素組成Q

物質(zhì)名稱CD

CHNO(J/S)

梯恩梯7536429312.05

黑索今3666578514.23

奧克托今4888576414.23

乙掾二硝錢2644484914.53

苦味酸6337459812.63

三胺基三硝基苯6666365512.78

二胺基三硝基苯6556438112.64

特屈兒7558523812.78

太安58412618613.8

苦味酸錢6647369613.0

吉納4848543414.3

三硝基苯6336529212.29

環(huán)三甲撐三亞硝胺3663479914.37

三硝基苯胺6446425212.47

重（二硝基丙基）硝胺610610528813.9

垂（三硝基乙基）一版56813619113.65

硝化甘油3539622013.57

硝基皿1442265815.42

硝基甲烷1312504914.72

硝化棉672.259.5407613.4

三疊氮三硝基苯601266496133

六亞硝基苯6066657512.94

四硝基甲烷1048單質(zhì)218312.29

混合665912.29

硝酸核0423單質(zhì)148413.18

混合331514.8

重（三硝基乙基）一硝胺44814單質(zhì)542113.19

混合685513.19

硝酸腓0533單質(zhì)372416.87

混合449417.0

肌0420296824.0

鋁----155-1.0

石墨100003.83

鄰苯二甲酸酯243804-23815.2

硬脂酸183602-251617.79

聚醋酸乙烯酯4602-151714.0

尼龍6/66183333-131716.2

蠟N2n+2-298018.6

聚甲基丙烯酸甲酯5802-172214.64

油類-167218.5

聚異丁烯4800-298018.5

聚苯乙烯8800115416.93

維通A53.5F6.5033449.0

氟橡膠Kei—F82FI1CI320908.0

聚乙烯醇硝酸酯2313522513.72

聚氨酯5.147.50.191.76153413.9

聚乙烯醉縮丁醛9190269415.53.

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算。當計算混合炸藥的爆速時，可將其

看作同樣分子式的單體炸藥處理，不過前述Kamlet公式和氮當量公式，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，找出用于計算這類混

合炸藥爆速的方法具有現(xiàn)實意義。

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數(shù)的乘

積加和得到，即：

D=￡D《(6-13)

其中:匕

式中：R—組分的特征爆速，〃??.「；與一組分的體積分數(shù)；

匕一組分的體積。/；Z匕—混合炸藥的總體積，°浮

需要說明的是，假設(shè)混合炸藥的裝藥密度小于理論密度，即炸藥中含有空隙時，可將

空氣也看作是混合炸藥的一個組分，只計算其體積，而忽略其質(zhì)量。

當混合炸藥處于理論密度時，炸藥中不存有空隙，完全的各組分物質(zhì)組成，其爆速加

和公式可寫為：

DT=￡DR(6-14)

式中i只包括凝聚物質(zhì)組分。

當混合炸藥處于任意密度時，可看作由炸藥物質(zhì)與空氣組成，其爆速加和公式為：

。=2%+2(?,)(6-⑸

式中：以、〃一分別為空氣的特征速度和體積分數(shù)；

DT、(、＞,)—分別為混合炸藥在理論密度時的爆速和體積分數(shù)。

根據(jù)(6-2)式，知：%(￡)=1一旦，將其代入(6-15)式,得:

Pr

。二4(1一旦)+。/?旦(6-16)

PTPr

取空氣的傳播速度，D「\D「,那么；

4

D=-D,.+-DT-^-(6-17)

44pT

可見，計算混合炸藥的爆速，必須先計算理論密度的最大爆速，再計算裝藥密度條件

卜的爆速。為應(yīng)用方便，將混合炸藥爆速的計算公式歸納如卜.：

D=0.25+0.75Dr-p/pT!1D、

n.咕

Lyy

乙I618)

式中：D—混合炸藥在密度為時的爆速，，機F”；

?！敢换旌险ㄋ幵诶碚撁芏葰v時的爆速，〃7?s"；

J

3—i組分在理論密度進的特征速度，，小廣。

匕一i組分在理論密度時占有的體積，c/n3

—i組分的質(zhì)量，g

局部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局部炸藥或附加物的理論密度及特征爆速

理論密度特征爆速理論密度特征爆速

炸藥或附加物炸藥或附加物

(g/cm)(m/s)(g/cm)(m/s)

梯恩梯1.656970Kel-F彈性體5380

1.0只3，

黑索今1.818800維通A5390

1.oQZO

特屈兒1.737660硅酮樹脂5100

I1.Unc>

奧克托今1.909150聚四筑乙蟀5330

oiq

太安1.77石蠟5400

8280non

U.Vv

硝基胭1.727740蜂蠟5460

u.yOoA

吉納1.67硬脂酸5400

7708no-7

U.o/

硝化甘油1.598000Kel-F蠟