Page 57 - 《爆炸与冲击》2026年第9期

第 46 卷 王佳敏，等： 考虑约束条件的CL-20基PBX炸药装药非冲击点火反应特性 第 9 期

the constraint condition is divided into two stages. As the constraint strength increases, the distinction between the two reaction
stages is gradually not obvious, and the first stage quickly transitions to the second stage. The parameters determined in the
calculation formula of detonation overpressure peak of CL-20-based PBX explosive are A = 0.289, B = −1.041, and C = 2.224.
The constraint conditions have a significant effect on the reactivity of the explosive charge. When the shell thickness is 6mm
and the strength of the constraint plate is 2 MPa and 50 MPa, the reactivity of the explosive is 0.11 and 0.14, respectively.
When the shell thickness is 20 mm and the strength of the constraint plate is 2 MPa, the charge reactivity is 0.31. It can be seen
that the reaction intensity of CL-20-based PBX explosive can be effectively reduced by weakening the mechanical constraint
strength.
Keywords: CL-20; explosive charge; constraint conditions; pressure evolution; reaction characteristics

炸药在生产、储存、服役的过程中，会受到如撞击、高温等意外载荷刺激，导致炸药发生非受控的化
[1]
学反应，最终演变成为燃烧、爆炸甚至爆轰等安全事故。该反应过程被称为非冲击点火反应 ，其显著区
别于冲击起爆。炸药装药的非冲击点火后反应演化过程及行为十分复杂，该过程主要以层流和对流燃
烧过程为主导 [2-5] ，与装药的约束条件、炸药自身物理化学性质 [6-9] 密切相关，认识约束条件对炸药反应演
化行为的影响特性，对非冲击点火后反应转变机制以及安全事故控制具有重大意义。
为揭示非冲击点火后炸药反应的演化行为，Dickson 等 [10-11] 观测到炸药点火后产生多条裂纹，裂纹
的 产 生 导 致 化 学 反 应 表 面 积 增 大 ， 主 导 了 反 应 的 剧 烈 程 度 。 李 涛 等 [12] 设 计 了 一 种 带 窗 口 的 新 型
强约束球形装药试验装置，针对 HMX 基 PBX 炸药装药的反应过程中裂纹扩展与传播和反应演化过
程进行了观测分析，点火后对反应演化影响最大的因素为反应燃烧面积的增加速度，装药在反应过程
中存在灾变式的破碎过程，因此强约束对反应的增长创造了条件。邱天等 [13] 采用强约束厚壁钢柱壳
管实验装置，对比分析了点火试验与爆轰试验的反应过程与特性：装药点火后的反应行为主要以高温
高压反应产物在装药缝隙中对流，并促使炸药表面的层流燃烧为主要特征。在此基础上，楼建锋等 [14]
采用数值计算的方法同样得出非冲击点火条件下炸药反应过程更加复杂，其中炸药表面的燃烧传播
要快于炸药基体中心的反应，缓慢燃烧转变为剧烈反应的时间尺度为数毫秒，明显区别于冲击起爆过
程。Smilowitz 等 [15-17] 采用质子照相机直接观察到对流燃烧阵面的传播以及点火后炸药的物理消耗过
程，证明了炸药点火后压力增大导致炸药基体裂纹产生与传播、高温高压气体对流传播点火和炸药层流
反应的物理机制。
上述研究表明，反应压力直接决定了裂纹扩展与传播，导致反应表面积增大，而针对带壳装药，反应
压力与壳体的失效强度密切相关，因此装药约束强度是影响炸药点火后反应程度和烈度演化的关键因
素。为分析约束条件对演化过程的影响， Holmes 等 [18] 开展了炸药约束与未约束的反应演化试验，发现
炸药在约束条件下的反应剧烈程度明显高于未约束条件：未约束时，大质量炸药并未参与化学反应，高
压气体产物驱动裂纹扩展使其解体，导致压力释放和反应熄灭；约束条件主导了压力增长与释放之间的
相互竞争关系。姚奎光等 [19] 设计了一种可调约束的装药结构，研究了不同机械约束下压装 HMX 基 PBX
炸药装药演化行为，不同约束条件下装药的反应压力与约束壳体速度相差一个数量级，体现了约束强
度对于装药反应行为的显著影响。楼建锋等 [20] 基于炸药反应演化的主导机制为压力增长特性，构建了
两项式反应速率增长模型，描述了点火后炸药反应由缓慢燃烧反应到剧烈反应的演化过程，分析了约束
强度对反应压力增长过程及其峰值的影响。目前，常采用超压对非冲击反应装药反应度进行讨论 [12-13,21] ，
Duan 等 [22-23] 基于冲击波超压峰值得到的装药反应度，验证了所建立的燃烧裂纹网络反应演化理论模
型。关于炸药的非冲击点火演化行为研究主要集中于以 RDX、HMX 为基的混合炸药中，而 CL-20 作为
具有广泛应用潜能的新一代炸药，针对其在非冲击点火后的演化行为特性研究较少。
本文采用一种可调节约束的装药装置，开展 CL-20 基 PBX（polymer bonded explosive, PBX）炸药非冲
击点火后反应演化行为研究，通过反应过程的特征图像、反应压力、冲击波超压和壳体断裂特性分析约
束条件对反应演化行为特性的影响。

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