北理工爆轰物理学简答题总结

爆轰考点总结

1.爆炸：

爆炸的定义：可简单的定义为由能量极为迅速释放而产生的现象。

爆炸的特点：○1爆炸具有极大的能量释放速度、形成极高的能量密度，并迅速对外界介质做功形成冲击波的特点。○2爆炸过程中，描述系统状态的物理量会在极短的时间内和极小的空间内发生急剧变化。

爆炸的分类：○1物理爆炸○2化学爆炸○3核爆炸

2.炸药的定义及分类：

定义：在适当外部激发能量作用下，可发生爆炸变化（速度极快且放出大量热和大量气体的化学反应），并对周围

介质做功的化合物或混合物。

按应用分类：○1起爆药○2猛炸药○3发射药○4烟火剂

按组成分类：○1单质炸药○2混合炸药

3.爆轰、爆轰波、爆轰波阵面：

爆轰是一伴有大量能量释放、带有一个以超声速运动的冲击波前沿的化学反应区沿炸药装药传播的流体动力学过程。这种带有高速化学反应区的强冲击波称为爆轰波。爆轰的前沿冲击波和放热反应区通称为爆轰波阵面。

1.炸药爆炸的基本特征：

炸药爆炸是一种以高速进行的，能自动传播的化学反应过程，在此过程中放出大量的热、生成大量的气体产物，形成冲击波

1）反应的放热性

2）过程的高速度

3）过程必须形成气体产物

2.炸药的化学反应过程：

根据反应速度快慢可分为热分解、燃烧和爆轰三种基本形式。

热分解是一种缓慢的化学变化，其特点是在整个物质内部展开，反应速度与环境温度有关。

燃烧、爆轰与热分解不同，它们不是在整个物质内发生的，而是在某一局部开始，并以化学反应波的形式按一定的速度一层一层地自行传播。化学反应波的波阵面很窄，化学反应就是在这个很窄的波阵面内进行并完成的。

1.燃烧与爆轰的区别：

（1）传播机理不同：燃烧是通过热传导、热辐射及燃烧气体产物的扩散作用传入未反应区的；爆轰则是借助冲击波对炸药的强烈冲击压缩作用进行的。

（2）波的速度不同：燃烧传播速度很小；爆轰的传播速度很大，一般数千米每秒。

（3）受外界的影响不同：燃烧受外界条件的影响很大；爆轰几乎不受外界条件的影响。

（4）产物质点运动方向不同：燃烧产物质点运动方向与燃烧波传播方向相反；爆轰产物质点运动方向与爆轰波传播方向相同。

17.弱扰动与强扰动的区别：

当介质（Medium）受到外界作用（如振动、冲击等）时，介质的局部状态参量就会发生变化，这就是扰动（Disturbance）。如果扰动前后介质的状态参数变化量与原来的参数量相比是很微小的，则称这种扰动为弱扰动（Weak disturbance）或小扰动。弱扰动的特点是各种参数的变化量是微小的、逐渐的和连续的，若扰动是等熵的

如果扰动前后介质的状态参数发生突跃变化，则称这种扰动为强扰动

强扰动形成过程：每一小步的压缩都是一种等熵变化，但由于每经一步压缩后气体的温度都要上升，气体的声速必将上升，这样下一步的压缩波的波速逐渐增加，一旦集中起来，状态参数的变化将不再连续，就会发生突跃，弱扰动变成强扰动，其波速大于声速。

2.压缩波和稀疏波

压缩波（Compression Wave）：扰动传过后，介质的压力、密度、温度等状态参数增加的波称为压缩波，其特点是波传播的方向与介质质点运动方向相同。它的波速大于介质当地的声速。

稀疏波（Rarefaction Wave）：扰动传过后，介质的压力、密度、温度等状态参数下降的波称为稀疏波，其特点是波传播的方向与介质质点运动方向相反。在稀疏波扰动过的区域中，任意两相邻端面的参数都只差一个无穷小量，因此稀疏波的传播过程属于等熵过程，它的波速等于介质当地的声速或音速。

3.冲击波：

冲击波又称激波，是一种强烈的压缩波，其波阵面通过的前后参数变化很大，它是一种状态突跃变化的传播。

3.超压与动压

超压：冲击波阵面传播到空间某点时，超过周围环境大气的压力称为超压。公式：

()()22000020211c p p D u k D u ρ??-=--??+-????

动压:物体在流体中运动时，在正对流动运动方向的表面，流体完全受阻，此处的流体速度为0，其动能转变为压力能，压力增大，其压力称为全受阻压力，它与未受扰动处的压力之差，称为动压。公式：1/2ρv 2。

4.瑞利线、冲击绝热线和等熵线

（物理意义）雨贡纽（Hugoniot ）曲线是不同波速的冲击波在具有同一初始状态的相同介质中传过后所达到的终态点的连线，当介质性质和波前状态一定时，H 线是确定的，若冲击波速度不同，则波后状态必然处在H 线的不同位置上。

（物理意义）波速线是一定波速的冲击波传过具有同一初始状态的不同介质所达到的终态点的连线，当波速一定时，冲击波通过任何介质后，波后状态都对应于此条线上的某一确定点。。

这两条线上的任一点都是和一定的波后状态对应的，它们都不是冲击压缩的过程线，不能认为冲击压缩过程是沿着这两条线中的任一条进行的。

等熵线就是由等熵方程确定的曲线，它表示进行等熵压缩或等熵膨胀过程时介质状态变化所走过的路径。

5.多次冲击压缩能与单次冲击压缩

多次冲击压缩不能与单次冲击压缩达到相同的状态，原因如下：

根据Hugoniot 曲线的物理意义，不同的起始点（波前状态）对应不同的Hugoniot 曲线，如图所示B 点对应的Hugoniot 曲线是以1/6v

b 为渐近线的，而A 点对应的Hugoniot 曲线是以1/6v A 为渐近线的，所以多次冲击压缩达到相同的密度后，其压强总是低于单次冲击压缩，或多次冲击压缩达到相同压强，其密度总是大于单次冲击压缩，故不可能达到相同状态。

6.冲击波的基本性质：

1）冲击波阵面是一个间断面；

2）冲击波是压缩波，不可能是稀疏波；

3）冲击波传过后，介质的熵是增加的；

4）冲击波相对波前介质是超音速的，即

7.证明：冲击波相对波前介质是超音速的：

()()v v p p e e -+=-00021v v p p v u D --=-00

0k A p ρ=00c u D >-

8.证明：冲击波相对波后介质是亚音速的：

9.起爆的有关定义：

感度：炸药在外界作用下（如冲击波）发生爆炸的难易程度称为炸药的敏感度或炸药的感度。

起爆冲能：把使炸药起爆所需的外界作用的临界能量，称为初始冲能或起爆冲能。

感度分类：加热感度、火焰感度、撞击感度、摩擦感度、针刺感度、冲击波感度、光感度、静电感度等。（撞击感度、摩擦感度和针刺感度都是炸药的机械感度。）

炸药起爆的规律：

各种炸药对不同形式的初始冲能具有一定的选择性

同一种装药激起起爆所需要的某种形式的能量不是一个严格固定的值。

同一种炸药对不同初始冲能的感度之间没有一定的当量关系

爆发点：炸药能够导致爆炸的最低的环境温度称为炸药的爆发点。

临界应力：炸药100％不发生膛炸和早炸时所能承受的最大应力叫做炸药的临界应力。

起爆深度：是指炸药中出现爆轰点的位置距隔板－炸药分界面的距离。

临界起爆压力：当入射压力低于某一临界值时，被发炸药将不能被起爆，此压力称之为炸药的临界起爆压力。10.起爆机理：

热起爆：在一定条件下，若化学反应放出的能量大于热传导所散失的热量，混合气体就会发生热积累，从而使反应加速，最终导致爆轰。

冲击起爆：一种炸药起爆后产生的冲击波通过某一介质起爆另一种炸药。

10.均质炸药与非均质炸药的冲击起爆机理：

均质炸药是指物理结构非常均匀，具有均一的物理与力学性质的炸药

均质炸药在冲击波进入炸药后，在波阵面后首先受到冲击的一层炸药整体被加热，激发爆轰化学反应，形成超高速爆轰波，该超速爆轰波赶上初始的入射冲击波后在未受冲击的炸药中发展成稳定的爆轰。

非均质炸药是指炸药在浇铸、结晶过程或压装过程所引起的炸药物理结构的不均匀性，如气泡、缩孔、裂纹、粗结晶、密度不均匀以及由于种种原因在炸药中混入杂质等。

非均质炸药的起爆机理为热点起爆机理，即在冲击波作用下，波阵面上的冲击波受到强烈的压缩，但在被压缩层中的炸药温度升高并不是均匀的，因而化学反应首先从被称为“热点”的地方开始，进而传播到真个炸药层。

11.热点的成长过程

（1）热点形成阶段

（2）由热点向周围着火燃烧阶段（快速燃烧过程）

（3）由快速燃烧转变为低速爆轰。

（4）由低速爆轰转为高速爆轰。

12.-爆轰波相对波前超音速：

由波速方程可得：

由声速公式可得：

由图示可知：D>C 0

13爆轰波相对于波后介质为声速：

202

00v D v v p p tg =--=α2020,0v c dv dp tg o s =??? ??-=

α

14.Hugoniot曲线分段

（1）dc段：v>v0，p>p0

D为虚数

（2）c点：v>v0，p＝p0

D＝0，定压燃烧

（3）CGAI段：v>v0，p

D>0，u<0；爆燃

其中，CGA段(p-p0)负压值较小，

称弱爆燃支；

AI段(p-p0)负压值较大，

称强爆燃支。

（4）A点的爆燃速度最大。

其中，MLd段(p-p0)值较小，

称弱爆轰支；

（5）MK段(p-p0)值较大，

称强爆轰支。

M点的爆轰速度最小。

14.可燃性气体分类：

○1可燃气体

○2可燃液化气

○3可燃液体的蒸气

○4助燃气体

○5分解爆炸性气体

15.气体爆轰浓度极限:

通常情况下，气体混合物中可燃成分的浓度处于一定范围内时，才会发生爆炸现象，这个浓度范围称为爆炸浓度范围。能够发生爆炸的最低浓度叫爆炸浓度下限，而能够发生爆炸的最高浓度叫做爆炸浓度上限。

爆炸浓度极限不是一个固定的物理常数，它与点火能、初始温度、压力、惰性气体等因素有关。

16.ZND 模型、螺旋爆轰的关系：

螺旋爆轰：爆轰波阵面的传播速度是不均匀的，出现周期性的振动现象；爆轰波后产物区，有规则的水平光亮条纹线，而且此光亮条纹线与波阵面的波纹状迹线有关。波阵面迹线上的每一个突峰处，对应于反应产物区中的一条光亮条纹。如果螺旋爆轰波在涂有粉末的管子中传播时，在管壁上会留下螺旋运动的迹线。

成因：螺旋爆轰是个普遍存在的现象，它主要是由于爆轰波反应区内流动的非一维性造成的，即存在横向波，使得反应区成为多波系的非定常结构。

ZND 模型是对它们的简化，称为光滑的理想爆轰波。但实际上，所有爆轰波阵面是三维的、不光滑的、不稳定的。 ZND 模型：原始爆炸物首先受到前导冲击波的强烈冲击压缩，立即由初始状态O 点被突跃压缩到N 点的状态，温度和压力突然升高，高速的爆轰化学反应被激发，随着化学反应连续不断地展开，反应进程变量λ从N(vN,pN)点开始逐渐增大，所释放的反应热Qe 逐渐增大，状态由点N 沿瑞利线逐渐向反应终态点M 变化，直至反应进程变量λ=1 ，到达反应区的终态，化学反应热Qe 全部放出。

CJ 理论假设：流动是一维的，不考虑热传导、热辐射及其粘滞摩擦等耗散效应；把爆轰波视为一强间断面；爆轰波通过后化学反应瞬间完成并放出化学反应热，反应产物处于热化学平衡及热力学平衡状态；爆轰波阵面传播过程是定常的。

17.影响气体爆轰传播速度的因素：

1、气体爆轰波的传播速度与盛气体管子的放置方法（垂直或水平、或倾斜）、起爆源的种类、引爆端是闭口还是开口等无关。与管子的形状有关。

2、混合气体的初始温度对爆轰波速度影响很小，随温度升高，爆速稍微下降，这是因为温度高使气体密度减小所造成的。如爆鸣气（2H2＋O2）初始温度为100C 时，测出的爆速值为2821m/s ，而1000C 时为2790m/s 。

3、混合气体的爆速随初始压力的提高而提高。

4、混合气体的爆速随初始密度的增大而增大。

5、加入惰性气体，对于较轻的惰性气体如He ，爆速增加；对于较重的惰性气体如Ar ，爆速减小。

17.云雾爆轰：

所谓云雾爆轰系指液体燃料雾滴散布于气体氧化剂或空气当中形成的液一气两相混合物的爆轰。

17. 凝聚炸药

所谓凝聚炸药是指液态和固态炸药。

与气体爆炸物相比，除形态不同外，凝聚炸药还具有密度大、爆速高、爆轰压力大、所形成的能量密度高等特点，因而爆炸的破坏性强、威力大。

18.探针法测爆速/爆压的原理：

爆速：利用各种类型的测时仪器或装置测定爆轰波从一点传到另一点所经历的时间间隔?t ，然后去除两点间的距离

?s ，这样就可得到爆轰波在两点间的传播平均速度D ，即

爆压：利用锰铜材料在动态高压作用下的压阻效应，也就是利用从实验得到的关系确定压力值，测量CJ 压力。

19.炸药的临界直径和极限直径：

在轴对称条形装药中，炸药的定常爆速随直径的减小而减小，当直径小于某一直径时，炸药便不能维持定常爆轰，该直径为临界直径。而随炸药直径的增加，爆速逐渐增加，当直径增大到一定尺寸后爆速不再增加，这时称为极限直径。这种装药直径大小对爆轰波的传播过程和传播速度的影响就叫作炸药爆轰传播的直径效应。产生这种情况的原因是爆轰产物和爆轰反应区会受到侧向稀疏波的影响，直径越小受到的影响越大，反应区的能量密度越小，波阵面强度越低，使得爆轰波的速度越低，反之亦然。

19.影响直径效应的因素：

（1）炸药的性质及状态

（2）炸药颗粒度的影响

（3）炸药密度

t S D ??=R R P ?-

（4）装药的外壳

20.影响凝聚炸药爆速的因素：

1、炸药性质

2、装药密度

3、颗粒尺寸和装药外壳对爆速的影响

4、附加物

5、轴向沟槽对爆速的影响

6、低速爆轰现象（初始起爆能量）

20.低速爆轰现象：

现象描述：某些炸药，由于起爆能量不同，爆轰可以出现差别很大的高速或低速传播，而且在高爆速和低爆速之间没有稳定的中间速度。

原因：低速爆轰时，在反应区中爆炸反应不完全，只释放了部分能量，而相当多的一部分能量是在CJ面以后的燃烧阶段放出的，这样，用来支持爆轰传播的能量就较小，故低爆速爆轰传播的机理可以用表面反应机理解释。21.燃烧转爆轰的过程及条件：

过程：（1）燃烧波阵面后产物压力的迅速提高，进而造成压缩波向未反应炸药的传播；（2）火焰波阵面前方压缩波扰动的追赶聚集从而在未反应炸药内的某一距离处形成具有一定强度的冲击波；（3）未冲击波引爆未反应炸药的阶段，即SDT阶段。

条件：（1）单位体积炸药中燃烧面积迅速扩大，如在冲击作用下形成大量的裂纹致使燃烧比表面积骤然扩大，燃烧失稳，使燃烧区压力急增，燃速加快，最后形成爆轰。

（2）炸药或推进剂在燃烧时存在包装或外壳，燃烧产物不能及时扩散，致使燃烧区压力迅速提高，形成冲击波冲击压缩未反应炸药，转化成爆轰。

（3）燃烧波阵面前方炸药中存在缺陷，在冲击作用下容易形成热点，形成爆轰。

22.爆轰波波形的控制方法：

所谓爆轰波形状控制是指采用一定的方法控制爆轰波传播的方向，以达到改变爆轰波形状的目的。一般采用的方法有：在炸药中设置惰性块；改变引爆方式（改变引爆位置、多点引爆等）以及采用高低速炸药组合等。

23.不稳定爆轰（冲击波）转稳定爆轰：

1当用爆速较高的传爆药柱引爆主装药时，在主装药的前部存在一段爆速高于主装药CJ爆速的不稳定爆轰区，并且传入的冲击波速度与主装药CJ爆速相差越大，不稳定爆轰区越长。

2当传入的冲击波速度低于极限爆速但高于临界爆速Dc时，通常会逐渐增长到极限爆速。传入的冲击波速度越低，不稳定爆轰区越长。

3当传入的冲击波速度低于临界爆速Dc时，不足以激发主装药的爆轰化学反应而逐渐衰减为声波。

24.TNT当量定义：

在实验测定炸药作功能力时，一般采用在同样条件下，被试炸药作功能力与一定密度下某一参比炸药作功能力的比值作为试样的相对作功能力。常用的参比炸药为梯恩梯，相对比较值称为梯恩梯当量。

冲击阻抗及其影响：（自学内容）

冲击阻抗（Shock Impedance）：是指介质密度与冲击波速度的乘积，它是介质的动力学刚度，其量纲为Pa/(m/s)。其物理意义为：介质在冲击载荷作用下获得1m/s的速度所需之压强的大小。

当介质的冲击阻抗大于炸药的冲击阻抗时，则炸药爆炸后在与其接触的介质中形成冲击波，而同时反射回爆轰产物中也为一冲击波

当介质的冲击阻抗小于炸药的冲击阻抗时，则炸药爆炸后在与其接触的介质中形成冲击波，而同时反射回爆轰产物中也为一稀疏波。

当介质的冲击阻抗等于炸药的冲击阻抗时，则界面处不发生反射现象，入射波强度不变地传入介质中。

p-u平面上的Hugoniot曲线:（自学内容）

曲线的物理意义：在p-u平面上，不同强度（或不同波速）冲击波通过同一初始状态点O（p0,u0）之后所突跃到的终态点的轨迹，称之为p-u坐标平面上的冲击波的Hugoniot曲线或冲击波的极曲线。