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爆轟是一個科技名詞。

漢字(拼音:hàn zì,注音符號:ㄏㄢˋ ㄗˋ),又稱中文[1]、中國字、方塊字,是漢語的記錄符號,屬於表意文字的詞素音節文字。世界上最古老的文字之一,已有六千多年的歷史。在形體上逐漸由圖形變為筆畫,象形變為象徵,複雜變為簡單;在造字原則上從表形、表意到形聲。除極個別漢字外(如瓩、兛、兣、呎、嗧等),都是一個漢字一個音節。 需要注意的是,日本、韓國、朝鮮、越南等國在歷史上都深受漢文化的影響,甚至其語文都存在借用漢語言文字的現象[2]

名詞解釋

爆轟(detonation)又稱爆震。它是一個伴有大量能量釋放的化學反應傳輸過程。反應區前沿為一以超聲速運動的激波,稱為爆轟波。爆轟波掃過後,介質成為高溫高壓的爆轟產物。能夠發生爆轟的系統可以是氣相、液相、固相或氣-液、氣-固和液-固等混合相組成的系統。通常把液、固相的爆轟系統稱為炸藥。

起爆

通常應用火花放電或激波使氣體混合物起爆,應用雷管和傳爆藥使藥柱起爆。在起爆過程中,激波到爆轟的轉變(簡稱SDT)和爆燃到爆轟的轉變(簡稱DDT)這兩個問題是當前爆轟研究中的重要課題。大量的研究表明起爆的過程有兩類:①對於氣相、液相(不含氣泡和雜質)、固相(單晶)均勻系統,初始激波波陣面後的物質整體受熱,發生化學反應,並在受熱時間最長也即最早受到衝擊處轉為爆轟。爆轟波在已受到衝擊的介質中傳播,成為過壓爆轟,此過壓爆轟波趕上初始激波波陣面而發展成為定常爆轟。②對於液、固態不均勻系統,衝擊起爆過程很複雜,初始激波同不均勻系統中的密度不連續處介質相互作用,形成熱點,發生化學反應,放出能量加強初始激波,加強的激波同密度不連續處介質相互作用,形成溫度更高的熱點,使更多的炸藥分解,放出更大的能量,這樣激波不斷得到加強,直接轉入定常爆轟。

實驗研究

20世紀20年代,C.坎貝爾和D.W.伍德黑德在研究氣體混合物的爆轟特性時,首先觀察到爆轟波中有周期性擾動存在。爆轟波在圓管中傳播時,如果在管內壁塗上一薄層銀粉或煙碳,可以觀察到螺旋線的痕跡,故稱此種爆轟為螺旋爆轟。起初以為螺旋爆轟只是在接近臨界條件時才出現的一種不穩定現象,但近20年的大量實驗研究發現,氣體爆轟波陣面都具有複雜的三維結構。在扁平管中,可以觀察到在煙碳層平面上具有很規則的胞格結構。在擴展的球形爆轟中也觀察到類似的結構。在液體和固體炸藥的爆轟中也發現了與氣相爆轟相似的胞格結構。觀察到的胞格尺寸比正常爆轟反應區的寬度大1~2個數量級。實驗表明,除了沿爆轟波傳播方向前進的波外,還有橫向的弱激波在作周期性的脈動。圖3為爆轟波陣面結構。  根據迄今為止的大量的實驗研究結果可以設想,爆轟波一般具有不定常、非平面和多波頭的胞格結構。C-J狀態只是一個宏觀熱力學的平均狀態,它是大量微觀或准微觀狀態的綜合表現。因此,儘管C-J假設不能反映複雜的爆轟波結構,仍不失為一較好的近似。橫波的機制則至今未明。

相互作用

當爆轟波同周圍介質相互作用時,在介質中產生激波或應力波,推動物體運動,造成層裂、破碎等。爆轟是一種高速的能量轉換方式,也是產生動態超高壓的一種手段。壓力值可達103吉帕。圖4為一些材料的衝擊絕熱線和炸藥爆轟產物的反射許貢紐線。兩者的交點決定平面爆轟波正衝擊時在物料表面產生激波的初始強度。  如果爆轟波不是垂直而是傾斜作用於物料表面,即爆轟波滑移入射,

爆轟產物初始運動方向平行於物料表面,在物料中產生的激波強度要小得多。表2給出兩種情況下B炸藥衝擊波壓力的比較。

空心裝藥(shaped charge)就是利用高效炸藥爆轟產生的高壓,使金屬藥形罩變形,產生以每秒數千米高速運動的金屬射流,具有強烈的侵徹作用,應用於各種破甲武器。

數據處理

爆轟過程壓力高(凝聚相爆轟可達10吉帕的量級)、溫度高(103開)、 持續時間短(微秒量級),必須有與此相適應的測試技術;爆轟的數值計算技術在爆轟研究工作中應用日益廣泛。

測試

爆轟測試常用的儀器有高速照相機、 X射線閃光照相機、高分辨的時間測定儀和脈衝示波器等。目前已有:①畫幅頻率達2×10^7幅/秒、掃描速度為20~60毫米/微秒、象質分辨率達25線/毫米的轉鏡式高速照相機;②電壓高達3~6兆伏、閃光時間為20納秒的X射線閃光照相機;③時間分辨率為納秒的多通道時間測定儀;④可以測量10~30吉帕動態壓力、頻率響應為 1兆赫以上的動態測量元件。此外,激光干涉測速、激光全息技術和脈衝激光光譜技術等也已逐漸應用於爆轟的測試工作。

數值計算

首先是C-J定常爆轟的計算,其次是起爆過程和爆轟與惰性介質相互作用的數值模擬。計算中的一個必要前提是要知道爆轟產物的狀態方程。迄今還不能不依賴爆轟數據,僅從炸藥的分子結構和基本物理、化學性質得到凝聚相爆轟產物的狀態方程。目前引用的BKW狀態方程、LJD狀態方程、JWL狀態方程和JCZ狀態方程等都是半經驗性質的方程。儘管如此,爆轟的數值計算已能提供許多有用的知識,幫助解決許多工程技術問題,並有利於對爆轟本質的深入研究。例如,C.L.馬德提出的FORTRAN BKW計算程序,採用最小自由能法計算多個化學反應產物的平衡組成,不僅可以計算由10種化學元素組成的爆炸物、由20種氣體和 5種固體組成的混合體系的C-J爆轟參量,還可以計算許貢紐線和等熵線,給出與實際情況大致符合的定量描述。近年來,爆轟的數值模擬技術有很大進展,發展了一維、二維和三維流體力學計算程序以模擬爆轟產物同惰性介質的相互作用,並且同化學動力學方程、炸藥的本構方程(見本構關係)和爆轟產物狀態方程結合起來得到均勻的和不均勻的炸藥起爆過程的模型,可以預估某種炸藥在特定條件下的起爆特性。

參考文獻