Page 36 - 《爆炸与冲击》2026年第2期
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第 46 卷           潘传鱼，等： 非冲击点火质量惯性约束装药燃烧反应演化模型研究                                 第 2 期

               and  venting  in  the  pressure-increasing  process,  and  the  relationship  between  the  pressure-increasing  trend  and  the  vent
               coefficient is in line with the mechanism analysis expectation. The results can support deepening the understanding of the
               accidental explosive combustion reaction evolution mechanism.
               Keywords:  non-shock ignition; combustion evolution; mass inertia constraint; model verification; burning crack

                   结构约束装药在受到力热刺激后，可能发生局域温升导致分解。若该热分解反应自持，将发生点非
                           [1]
               冲击点火反应 。当燃烧产物气体不断积累并在装药内部形成压力，高温气体将沿结构间隙或燃烧裂纹
               快速传热，可能导致较高强度反应（爆燃、爆炸），甚至造成严重危害。因此，炸药的燃烧反应演化行为对
               最终事故危害起着决定性作用              [2-3] 。发展基于结构装药非冲击点火反应演化的物理机制的工程模型，描
               述反应演化过程并量化表征反应烈度，对评估武器弹药安全性具有重要意义。
                   在装药燃烧反应过程中，反应增压作用下的固体含能材料可能出现断裂破碎、裂纹表面燃烧、燃烧
               裂纹扩展等物理过程。针对固体含能材料缝隙对流燃烧问题，前人开展了大量研究。Griffiths 等                                     [4]  耦合
               了一维流体动力学模型与脆性材料的准静态二维弹性变形模型，用于描述固体推进剂裂纹的燃烧扩展
               过程，分析了材料力学参数、燃烧常数和约束强度等因素对单条裂纹内压力分布与火焰传播速度的影
               响。Belyaev  等 [5]  提出了燃烧产物气体进入炸药裂纹的临界压力判据。Jackson                       等 [6]  基于缝隙出口气动
               堵塞引起缝隙内增压的机制，建立了炸药缝隙燃烧增压模型，预测了炸药单个缝隙内的燃烧压力发展。
               胡海波等 根据一维等熵流动假设，建立了基于空气动力学的燃烧产物流动简化模型。在忽略黏性和气
                       [7]
               动摩擦阻力情况下，针对单条炸药裂纹燃烧的计算结果与实验结果定性一致。上述模型均适于描述单
               个燃烧裂纹扩展或燃烧增压，但无法直接描述受约束炸药的燃烧反应过程（如燃烧裂纹网络的扩展）。
                   由于炸药材料的非均匀性，复杂化学反应引起的裂纹扩展存在较大的不确定性，给实验中关键参量
               的  诊  断  带  来  了  巨  大  挑  战  ， 目  前  大  多  只  能  定  性  观  测  裂  纹  的  扩  展  形  态  或  半  定  量  评  估  裂  纹  的  扩  展  速  度  。
               Berghout 等 [8-10]  针对预置炸药裂纹燃烧扩展开展了实验研究，得到了不同裂纹宽度下的实验临界压力。
               尚海林等    [11-13]  进一步发展了预置裂纹燃烧扩展实验，获得了裂纹宽度对火焰尖端速度和反应压力峰值
               的影响规律，并利用预置缺口点火的实验方法，得到了燃烧产物驱动下的裂纹扩展速度，讨论了燃烧演
               化与动态裂纹扩展的耦合特性。Smilowitz 等采用                  X  射线透射成像技术观测了           PBX9501  炸药燃烧裂纹
               扩展和燃烧消耗过程          [14-16] ，结合质子照相技术，获得了裂纹扩展引起的空间非对称燃烧行为特征                             [17-18] 。
               Swanson  等 [19]  建立了基于断裂能和断裂韧度的裂纹扩展速度半经验模型。Bennett 等                      [20]  基于炸药粘弹性
               响应分析和统计断裂力学方法，建立了考虑断裂韧度、裂纹长度和材料应力状态的裂纹扩展速度模型。
                   在实验认识取得一定突破后，学者们开始尝试通过建立唯象模型来描述装药燃烧反应演化的复杂
               过程。Hill  [21]  针对强约束炸药的燃烧反应过程，考虑反应压力、约束结构和燃烧裂纹的耦合效应，建立
               了裂纹网络燃烧模型。该模型主要描述裂纹宽度、裂纹燃烧总表面积和反应压力的发展，能够快速模拟
               特定条件下炸药的燃烧反应。但                Hill 模型的适用性和准确性受到多类假定限制，包括未考虑结构空腔
               和壳体膨胀体积、未明确燃烧裂纹面积参数的赋值方法等。段卓平等                                [22]  新发展了燃烧裂纹扩展的临界
               压力判据，即利用        Weibull 分布模型描述燃烧裂纹的扩展特性，并假设炸药宏观的裂纹扩展特性与脆性
               材料微观裂纹扩展特性一致，由此建立细观裂纹结构与燃烧裂纹宏观特性之间的关系。该判据从概率
               统计学的角度对燃烧裂纹的发展进行了预测，但在燃烧裂纹扩展的物理过程描述方面尚有欠缺。白志
               玲等  [23]  假设炸药点火后基体熔化、高温产物以气泡云的形式膨胀反应，提出了采用燃烧气泡数来表征炸
               药反应速率的模型。该模型能够反映炸药的本征燃烧速率以及反应压力的增长，但未考虑燃烧裂纹的
               扩展，无法从力学上描述炸药燃烧反应过程。
                   虽然现有的受约束炸药燃烧反应演化模型预测能力有限，但                            Hill 模型 [21]  的构建思想具有很强的借
               鉴意义，即利用燃烧裂纹宽度、裂纹燃烧表面积和结构约束强度等关键参量建立唯象的工程模型，避免
               了对炸药断裂、气体产物对流和炸药表面点火反应等复杂过程的直接模拟。在此基础上，通过典型实验
               对模型关键参数进行标定，可满足工程计算的需求。因此，本文中将基于燃烧裂纹扩展的主控机制（压



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