基本介紹
簡介,爆速的測定,分類,影響爆速的因素,藥包直徑的影響,藥包外殼的影響,裝藥密度的影響,炸藥粒度的影響,起爆沖能的影響,溝槽效應,
簡介
爆速（detonation velocity）爆轟波在炸藥藥柱中的傳播速度稱為爆轟速度，簡稱爆速，通常以m/s或km/s表示。
爆速是衡量炸藥爆炸性能的重要指標之一，在理想情況下，一種炸藥的爆速是一個常量，實際上炸藥的爆速總是低於理想的爆速。
炸藥的爆速是衡量炸藥爆炸性能的重要指標，也是目前可以比較準確測定的一個爆轟波參數。爆速的精確測量為檢驗爆轟理論的正確性提供了依據，在炸藥套用研究上具有重要的實際意義。測定爆速的方法有多種，按其原理可分為導爆索法、電測法和高速攝影法三大類。
爆速與裝藥直徑、密度、粒度、外界的約束條件、起爆條件等一系列因素有關，常隨裝藥直徑的增加而增高，直徑增加爆速不再增加的最小裝藥直徑稱為極限直徑（limiting diameter），而爆轟能穩定傳播的最小裝藥直徑稱為臨界直徑（critical diameter）。只有在一定的裝藥條件下，爆轟波的傳播速度才為特定值。猛炸藥的爆速為6～9km/s（例如TNT為6 900 m/s，黑索金為8 750 m/s），工業炸藥爆速為2～4km/s。
爆速的測定
爆速是化學反應區通過給定含能試樣的傳播速度，它是含能材料最重要的爆轟參數之一。爆速是基於測量爆轟波通過被測試樣內已知距離所需的時間間隔而得到，根據所選擇的測量儀器，可將測量爆速的方法分為光學方法（基於使用不同類型的高速相機）和電學方法（基於使用不同類型的速度探針，結合電子計數器或示波器）兩大類。由於實際測量過程中可根據爆轟過程的特點來測量不同的物理特徵參數，因此爆速測量又可分為多種具體方法，如測時儀法就是利用含能材料爆轟時爆轟波陣面的電離導電特性或壓力變化，測定爆轟波依次通過藥柱內各探針間所需要的時間來求出爆速。
實踐證明，含能材料的組成、結構、聚集狀態、裝藥尺寸和約束條件等對爆轟過程均有明顯影響，本書僅討論含能材料結構特別是顆粒尺度對爆速的影響，其他參數對爆速的影響可參見相關著作。
含能材料結構對爆速的影響一方面可以歸結為因顆粒尺寸減小而造成的熱、質傳輸速率的變化，另一方面可歸結為因顆粒尺寸減小而導致的化學反應動力學的變化，相對而言，動力學影響更為顯著。
研究發現，顆粒尺寸對含能材料爆速影響顯著。粉狀含能材料爆轟時，其化學反應首先從顆粒表面開始，顆粒越細，比表面積越大，則反應區內化學反應時間越短。化學反應速度越快，反應區內受膨脹波影響的區域越小，爆速也就相應增加，如下圖表所示。
某發射藥粒度對爆速的影響基於上圖表的數據，研究者提出爆速D與含能顆粒比表面積S及裝藥密度ρ的經驗公式：
D=A +S（B+Cρ）
式中：D為爆速（m/s）；S為比表面積（m2/g），包含顆粒粒度信息；ρ為裝藥密度（kg/m3）；A、B、C為係數，取決於含能材料的化學性質及裝藥直徑。
上式直觀地反映出爆速D與比表面積S之間存在正比關係，而比表面積又與粒度相聯繫，對球狀顆粒，上式間接地反映出爆速D與粒度存在反比例關係。但需要注意的是，爆速還受到顆粒形貌，粒度範圍、裝藥狀態、裝藥密度等多種因素的共同影響，某些情況下粒度與爆速的關聯表現不太明顯。
分類
爆炸依其爆炸火焰或其他學反應傳遞速度或方式之不同，還可區分為爆燃（Deflagration）與爆轟（Detonation），化學反應在炸藥中的傳遞速度稱為爆速。
爆速小於每秒3000英呎的爆炸稱為爆燃，而爆速大於每秒3000英尺的爆炸稱為爆轟。（1英尺=0.3048米）炸藥依其爆炸方式或爆速的大小可區分為低級炸藥（Low explosives）與高級炸藥（High explosives）。產生爆燃反應或爆速低的炸藥稱為低級炸藥，如黑火藥、槍炮發射藥或火箭推進劑等。而在正常使用情況下會產生爆轟反應的炸藥稱為高級炸藥，如TNT、代納邁等，都具有極大的爆炸威力，故亦稱為高爆炸藥。
爆速或爆轟速度，系爆轟波通過藥柱的速度，是用於計算炸藥爆轟壓力的重要參數。一般而言，爆速大者其爆轟反應產生的壓力也大，猛度也大，亦即對砂石的碎裂能力強。傳統的爆速測量方法是採用杜氏法（Dautriche Method），方法雖然很簡單，但精度也不高。較新的方法是利用高速照相、壓力探針、離子探針法等先進技術，測量精確度可大大的提高。其中離子探針法設備簡單，操作容易，且相當精確，已成為主要之測試方法。
影響爆速的因素
炸藥的爆速除了與炸藥本身的性質，如炸藥密度、產物組成、爆熱和化學反應速度有關外，還受藥包直徑、裝藥密度和粒度、裝藥外殼、起爆沖能及傳爆條件等影響。從理論上講，當藥柱為理想封閉、爆轟產物不發生徑向流動、炸藥在衝擊波波陣面後反應區釋放出的能量全部都用來支持衝擊波的傳播時，爆轟波以最大速度傳播，這時的爆速叫理想爆速。實際上，炸藥是很難達到理想爆速的，炸藥的實際爆速都低於理想爆速。影響爆速的因素主要有以下幾方面。
藥包直徑的影響
當爆轟波沿直徑有限的藥柱軸向傳播時，除在爆轟波反應區中有化學反應的放熱過程之外：同時還存在著能量的耗散過程。前面已經提到，爆轟波波陣面壓力可達數千至數萬兆帕。因此，爆轟氣體產物必然要發生徑向膨脹。這種徑向膨脹引起向反應區內傳播的徑向稀疏波，結果造成反應區中能量向外耗散。爆轟波傳播過程中，C-J面後的高壓氣體產物也要向後膨脹而產生軸向稀疏波。但是由於C-J面處具有uH+cH =D這一條件，所以後面的這種軸向稀疏波不能傳入反應區內，因而不會引起能量損失，因此，徑向稀疏波是爆轟波沿藥包傳播過程中能量損失的最主要原因。
藥包外殼的影響
藥包外殼對傳爆過程影響很大，裝有堅固的外殼可以使炸藥的臨界直徑值減小。例如，硝酸銨的臨界直徑本是100 mm，但在20 mm厚的內徑7 mm的鋼管中也能穩定傳爆。這是由於堅固的外殼減小了徑向膨脹所引起的能量損失。
試驗研究表明，對於爆轟壓力高的炸藥，對d臨的影響起主導作用的不是外殼材料強度而是材料的密度或質量。爆轟時，密度大的外殼徑向移動困難，因此可以減小徑向能量損失。對於爆轟壓力低的炸藥，外殼強度的影響也是重要的。
在藥包直徑小於極限直徑時，外殼對於藥包穩定傳爆的影響顯著，而當d大於d極時，外殼的影響不顯著。
裝藥密度的影響
單體猛炸藥和工業混合炸藥的裝藥密度，對傳爆過程有不同的影響。
下圖說明TNT爆速變化與裝藥密度的關係。裝藥密度增大，爆速也隨之增大，兩者呈直線關係。對於混合炸藥則不然，爆速同裝藥密度的關係，如圖所示。爆速隨裝藥密度的增大而增加，但在密度增大到某一定值時，爆速達到它的最大值，這一密度被稱為最佳密度。此後，密度進一步增大，爆速反而下降，而且當密度大到超過某一極限值時，就會發生所謂“壓死”現象，即不能發生穩定爆轟。這一密度稱為極限密度ρ極，也有稱為“壓死密度”。下圖所示為兩種不同直徑的藥包的爆速隨密度變化，而在密度分別為1.108 g/cm3和1.15 g/cm3時，直徑20 mm的和直徑40 mm的藥包的爆速達到最大值。
TNT以及混合炸藥裝藥密度對爆速的影響D-ρ關係曲線出現極大值的原因同混合炸藥傳爆機理有關。在起爆能作用下由氧化劑和還原劑組成的混合炸藥的各組分先以不同速度單獨進行分解，然後由分解出的氣體相互作用完成爆轟反應。這樣，除炸藥各組分顆粒大小、與混合均勻程度對此有很大影響外，裝藥密度也是個重要因素。裝藥密度過大，則炸藥各組分顆粒間的空隙過小，不利於各組分分解出的氣體相互混合和反應，結果導致反應速度下降直至爆轟熄滅。
就一種炸藥而言，極限密度並不是一個定值，它受炸藥顆粒大小、混合均勻程度、含水量大小、藥包直徑以及外殼約束條件等因素的影響而變化很大。因此，增大炮孔裝藥密度雖是提高炸藥威力的途徑之一，但必須同時採取加大藥包直徑和炮孔直徑，以及加強藥包外殼約束條件或加強起爆能等措施，使裝藥密度在極限密度以下以保證穩定傳爆。
炸藥粒度的影響
對於同一種炸藥，粒度不同，化學反應的速度不同，其臨界直徑、極限直徑和爆速也不同，但粒度的變化並不影響炸藥的極限爆速。一般情況下，減小炸藥粒度能夠提高化學反應速度，減小反應時間和反應區厚度，從而減小臨界直徑和極限直徑，爆速增高。
但混合炸藥中不同成分的粒度對臨界直徑的影響不完全一樣。其敏感成分的粒度越細，臨界直徑越小，爆速越高；而相對鈍感成分的粒度越細，臨界直徑增大，爆速相應減小，但粒度細到一定程度後，臨界直徑又隨粒度減小而減小，爆速也相應增大。
起爆沖能的影響
起爆沖能不會影響炸藥的理想爆速，但要使炸藥達到穩定爆轟，必須供給炸藥足夠的起爆能，且激發衝擊波速度必須大於炸藥的臨界爆速。
試驗研究表明：起爆能量的強弱，能夠使炸藥形成差別很大的高爆速或低爆速穩定傳播，其中高爆速即是炸藥的正常爆轟。例如，當TNT（密度1.0 g/cm3，裝藥直徑21 mm，顆粒直徑為1.0～0.6 mm）在強起爆能起爆時爆速為3600 m/s，而在弱起爆條件下爆速僅為1100m/s。裝藥直徑為25.4 mm的硝化甘油，用6號雷管起爆時的爆速為2000 m/s，而用8號雷管起爆時的爆速為8000 m/s以上。
低速爆轟是一種比較特殊的現象，目前還難以從理論上加以明確解釋。一般認為，低速爆轟現象主要出現在以表面反應機理起主導作用的非均質炸藥中，這樣的炸藥對衝擊波作用很敏感，能被較低的初始沖能引爆，但由於初始沖能低，爆轟化學反應不完全，相當多的能量都是在C-J面之後的燃燒階段放出，用來支持爆轟傳播的能量較小，因而爆速較低。
溝槽效應
溝槽效應，也稱管道效應、間隙效應，就是當藥卷與炮孔壁間存在有月牙形空間時，爆炸藥柱所出現的自抑制——能量逐漸衰減直至拒（熄）爆的現象。實踐表明，在小直徑炮孔爆破作業中這種效應相當普遍地存在著，是影響爆破質量的因素之一。隨著研究工作的不斷深入，人們逐步認識到這一問題的重要性。近年來我國和美國等均已將溝槽效應視為工業炸藥的一項重要性能指標。
