Page 5 - 《爆炸与冲击》2026年第10期

第 46 卷 李 强，等： 含缺陷装药高过载安定性的表征和评估 第 10 期

response critical pressure thresholds of different defective charges were predicted. The results indicate that the overload peak
value greater than 1 GPa and high-impact pulse width greater than 100 μs can be achieved. With the increase of defect
diameter, the response level of loading response increases significantly. The critical pressure of combustion reaction decreases
from 0.71 GPa to 0.26 GPa with the increase of charge defect diameter from 0 mm to 12 mm. When the defect diameter of the
charge reaches 10 mm, the critical pressure of deflagration reaction is 1.56 GPa. With the increase of defect diameter, the
∅ 12 mm. The critical reaction pressures
critical pressure of deflagration reaction decreases to 1.25 GPa when the defect is
predicted by the model are all within the confidence range of the experimental data surrounded by the minimum reaction
overload pressure and the maximum unreacted overload pressure. The reliability of the model is verified, which verifies the
reliability of the model.
Keywords: defective charge; high overload; large pulse width; stability evaluation; response critical pressure

装药在加工制备过程中或受到环境及载荷影响下会产生不同程度的缺陷或损伤 [1-2] ，尤其在复杂高
[5]
过载环境下 [3-4] ，装药因环境力破环结构的完整性甚至出现早炸现象 。为了提升装药的寿命和安全性，
需探究缺陷对装药性能的影响规律。其中，对高过载环境下装药安定性进行表征和评估是亟待突破的难
点科学问题。因此建立有较高可信度的含缺陷装药安定性评估体系，对装药安全服役具有重要的意义。
目前对装药进行安全性评估的实验测试系统主要有：最小起爆试验法、隔板试验法、爆炸驱动技术 、
[6]
[7]
Hopkinson 压杆 、落锤和轻气炮等 [8-11] 。例如，Zhang 等 [12] 采用霍普金森压杆研究了加载应力低于
30 MPa 时推进剂在不同应变速率下的损伤机制。徐鹏等 [13] 采用一级空气炮对装药形成高过载的冲击
环境，但脉宽时间维持在微秒级别。门士滢 [14] 、何小斌 [15] 、满晓飞等 [16] 、陈健 [17] 对空气击锤实验装置进
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行了改进，整形后提高了过载脉宽，但过载加速度峰值均低于 10 g。Hang 等 [18] 设计了一种高强度的机
械结构，研究了高过载和强机械冲击条件下的炸药的安全问题，装置的冲击加载低于 100 MPa，脉冲宽度
超过 2 ms。目前所有实验方法都存在过载压力和脉冲宽度难以同时兼顾的瓶颈，无法同时实现加载压
力大于 1 GPa 和脉冲宽度大于 100 μs 的高冲量脉冲。
除了装药的过载实验方案被设计外，装药的失效机理和响应判据也是量化描述装药的安定性的重
要途径之一 [19-21] ，通常采用实验测试 [22] 与微观 [23-25] 、细观 [26] 尺度模拟相结合的分析方法实现。Thompson
等 [27] 、Liu 等 [28] 、Zhou 等 [29] 、Wei 等 [30] 分析了不同过载条件下炸药的断裂行为和失效机理。赵娟等 [31] 、
覃锦程等 [32] 通过冲击波感度实验和温升模型，分析了炸药的起爆临界阈值。侯阳等 [33] 和 Zeman 等 [34] 通
过冲击释能实验，建立了冲击载荷对能量释放率的函数关系。李金河等 [35] 参照北约 STANAG4396 标
准，结合先进的激光干涉测速技术，获取弹药在殉爆情况下发生反应的特征行为。钱石川等 ，王万军等 [37]
[36]
和贺翔等 [38] 从理论上修正了冲击起爆最佳判据方程。目前，研究成果主要集中在评估装药在高过载作
用下的失效机理，而对高过载环境下装药缺陷特征与响应表征、判据之间的关联机制研究尚有不足。
本文旨在定量评估含缺陷装药的过载安定性，基于能够同时兼顾高过载压力和宽脉冲的装药过载
环境力实验装置，测试不同缺陷程度的装药的过载安定性，探索装药响应行为与图像灰度的关联机制；
通过量化实验装置对装药载荷特征值的影响规律，计算含缺陷装药安定性的刺激因子；构建含缺陷装药
的过载安定性评估模型，预测不同缺陷装药的响应临界压力阈值，为含缺陷装药的安全服役提供理论和
试验数据支撑。

1 实验装置及原理

1.1 实验装置设计

装药高过载安定性测试实验装置如图 1 所示。装置由起爆系统、加载系统、辅助系统和压力测试
系统组成。起爆系统由雷管、传爆药、平面波发生器和主装药构成；加载系统由垫片、飞片、波形调整
器、待测装药构成；辅助系统由上、下支撑架、鉴证板、底座、防护板组成；压力测试系统由 PVDF 薄膜
式压电传感器（型号：JYCD3-3B、压电常数：43.94 pC/N、电容：25 pf、表面电阻：小于 40 Ω）、导线、多通

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