Page 149 - 《爆炸与冲击》2026年第8期

第 46 卷 王雁冰，等： 不同外壳材料对高能产气剂孔壁压力的影响 第 8 期

和 3 的压力数据不对称程度，但它仅反映测点 2 和 3 之间的相对不对称程度，不能直接反映试验结果的
绝对准确性。
图 5 为 A 组待爆品孔壁的压力-时程曲线。从图 5 中可以明显地观察到测点 2 与 3 的峰值对称性，
这一点可以通过不对称指数（1.32 MPa/ms）表现出来，说明峰值差值和时间差值都极小，可以忽略这部分
偶 然 因 素 的 误 差 。 对 于 能 监 测 到 孔 壁 压 力 的 3 个 测 点 ， 出 现 第 1 个 峰 值 后 ， 孔 壁 压 力 迅 速 下 降 ， 在
20 ms 左右迅速出现第 2 个峰值，迅速下降后在 140 ms 左右出现第 3 个峰值，随后缓慢下降维持稳定。
图 5(a) 中，在达到第 1 个峰值前出现接近 1 MPa 的小波峰，可能的原因是测点 1 附近存在局部应力集中
现象或测量过程中微小的环境干扰（如电磁干扰、机械振动等） [23] 。启动剂中的点火药被点火头激发后，
迅速发生化学反应，产生应力波和少量气体。应力波传播速度大于气体，因此，第 1 个峰值是应力波导
致孔壁压力急剧上升，由于启动剂反应的直接结果，但因没有主药剂参与，产生的应力波强度有限。在
初始压力峰值之后，由于启动剂反应产生应力波以及气体扩散，孔壁压力迅速下降。在有限空间内，初
始的应力波在介质的边界上反射回来，与后续的气体膨胀波叠加，形成第 2 个峰值。随后，由气体膨胀
带来的压力迅速变化形成第 3 个峰值。第 3 个峰值之后，随着应力波和气体的进一步扩散，孔壁压力缓
慢下降。最终，当热量和气体的作用完全消散，孔壁压力维持在一个相对稳定的水平。
与含主药剂的 3 组试验相比，启动剂组的压力峰值最小，升压时间最短，加载率也最小。启动剂组
仅包含启动剂，其主要作用是产生高温以引燃主药剂，自身并不产生大量的气体。由于没有主药剂参与
反应，因此没有大量高温高压气体产生，能量释放较少。含有主药剂的组别需要更多的时间来产生和传
递足够的压力，升压时间相对较长。加载率最低说明在没有外壳材料的条件下，启动剂与孔壁的直接接
触会导致能量传递路径短但效率不高。由于没有主药剂，启动剂产生的能量无法通过大量气体的膨胀
来集中和放大，导致能量在孔壁上形成的压力峰值过小，即使升压时间更短，其在破岩过程中能量传递
和释放的效率仍然很低。
图 6 为 B 组待爆品孔壁的压力-时程曲线。测点 2 和 3 的不对称指数相对较大，二者的时间差值很
小，峰值差值却很大，C 组和 D 组也出现同样的现象，可能原因是外壳材料的不均匀性，使应力波在左右
对称的两侧路径中传播不同，在时间差值很小的情况下出现压力峰值相差较多的情况。由图 6 可知，测
点 1 到达 3 个峰值的时间均晚于测点 2 和 3。测点 1 未出现明显的第 3 个波峰，且出现小振幅的无规则
波动，可能是因为测点 1 距离高能产气剂太远，或者未完全贴合孔壁。测点 2 的第 2 个压力峰值为
10.18 MPa，小于 A 组待爆品中测点 2 的第 2 个峰值；测点 3 的第 3 个压力峰值为 33.26 MPa，大于 A 组待
爆品中测点 3 的第 2 个峰值。这是因为加入主药剂后，改变了初始应力波与气体膨胀波的叠加形态。测
点 2 和 3 的第 3 个压力峰值大约在 200 ms 出现，考虑到峰值出现的时间和大小，认定峰值产生的原因是
气体膨胀导致的。测点 3 在达到第 2 个峰值后呈现不规则变化，孔壁压力缓慢上升，在达到峰值后迅速
下降，之后维持稳定，可能的原因是 PVDF 薄膜在应力波的作用下发生形变或移动，导致采集到的数据
的一致性变差。
图 7 为 C 组待爆品孔壁的压力-时程曲线。C 组的不对称指数最大，测点 2 和 3 在峰值差值和时间
差值上明显不同，特别是时间差值，说明 C 组数据受偶然误差的影响很大，可能是在安装 PVDF 压电传
感器或者放置待爆品时出现偏差。测点 1 在达到第 1 个峰值后，压力在 15 ms 的极短时间内迅速下降至
2.76 MPa，随后迅速上升达到第 2 个峰值 18.55 MPa，接着迅速下降至 5.13 MPa，最终稳定在 12.00 MPa，
可能是由于 PVDF 薄膜发生形变造成采集到的数据不稳定。测点 2 在达到第 1 个峰值后出现小幅波动，
可能 PVDF 压电传感器受到外界环境的干扰，80 ms 达到第 2 个压力峰值 25.56 MPa，200 ms 后达到第
3 个压力峰值 39.16 MPa，随后逐渐降低。测点 3 未出现明显的第 2 个和第 3 个压力峰值，在达到第 1 个
压力峰值后降低至 22.28 MPa，随后从 20.00 MPa 缓慢上升至 35.98 MPa，760 ms 时开始下降，变化缓慢的
原因可能是 PVDF 压电传感器在试验过程中的灵敏度受到高能产气剂产生气体的干扰。
图 8 为 D 组待爆品孔壁的压力-时程曲线。由于固转气过程中存在较强的电磁场、高频噪声以及高
温环境，导致传感器出现信号失真、测量数据异常波动等现象，该组 3 个测点的数据均不稳定，但不影响

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