技术背景

对炸药爆炸性能的评价主要依据爆热、爆速、爆压、爆容、爆温等“五爆”参数，其中目前最常用的是爆热，爆热是表征炸药爆炸潜能和预估其爆炸作功效能的本质性参数。通过测定爆热，一方面可以较为准确的确定出炸药的爆炸反应的方程式，得到炸药爆炸反应的生成产物，从而利用炸药爆炸化学的反应原理得到炸药爆炸反应的基本爆轰性能参数，如爆容、爆温、爆压等；另一方面，根据炸药的爆热值可以指导单质炸药的合成设计及其性能预估，优化单质炸药的合成方式或路线；第三，可以促进单质炸药在高能混合炸药中的应用基础研究，指导单质炸药与混合炸药各组分的匹配性设计。目前国内外已经建立了爆热评价方法，包括绝热法和恒温法，试验药量25g和200g，基本可以满足理想炸药和非理想炸药的爆热测量。

虽然炸药爆热是评价炸药性能的重要参数，但是爆热是热力学参数，是炸药对外作功的最大潜能，根据热力学定律，热不能全部转化为功，炸药的做功能力是炸药爆炸能量中的有效能量部分，做功功率是做功能量输出的快慢。所以炸药做功能力和功率的测量对实际应用具有很高的实用价值。

目前建立了多种基于炸药爆炸作功能力测试方法，如圆筒试验、铅铸法、爆破漏斗法、弹道臼炮法、抛掷法等。圆筒试验是作功能力评价的经典方法，通过测定炸药爆炸后驱动铜管膨胀速率可以获得格尼系数、格尼能等作功能力参数。圆筒试验主要适用于理想炸药作功能力的测量，对于非理想炸药，其爆轰反应随着产物膨胀持续进行，且后续反应释放的能量也可用于作功。但是对于圆筒试验而言，其直径一般只有25mm或50mm，装药直径较小，即使是延展性较好的铜管，膨胀破裂之前的空间也非常有限。当铜管破裂后炸药爆轰产物快速耗散，难以表征非理想炸药的后续爆炸的做功过程，导致其测量获得的作功能力不完整，更无法获得整个炸药爆炸过程的功率。对于新型的温压炸药、燃料空气炸药等具有明显体爆轰效应的炸药，所需要的体积空间更大，圆筒试验已经完全无法测试这些炸药的作功能力和功率。

铅铸法在1903年第五次应用化学国际会议上被确定为测定炸药功的国际标准方法，该方法利用炸药爆炸后压缩铅块的程度来评价作功能力的强弱，的优点是操作简单、无需专门的测试仪器、测量结果重复性好，但缺点是试验药量小(标准规定为10g)，无法实现非理想炸药的完全爆轰，而且测量结果只能相对比较不同炸药的爆炸功大小，无法确定出具体的爆炸功特性量值。由于铅铸法不能提供时间相关的过程参数，不能获得炸药爆炸功率。弹道臼炮法是根据动量守恒原理设计的一种用于评价炸药爆炸功的测量装置，测量结果的重复性比铅铸法更好，但缺点是只能进行10g以内的理想炸药爆炸功的测量，而且由于炸药爆炸后臼炮弹丸会冲出臼炮体，致使无法测量爆轰产物膨胀阶段所作的功，因此用该方法测到的炸药爆炸功值只是炸药爆炸总能量的20％～30％，也无法获得功率相关的参数。

温压炸药和燃料空气炸药是典型的非理想炸药，且都具有体爆轰的特点，非理想炸药与理想炸药的区别在于，理想炸药的爆轰基本在爆轰波阵面上全部完成，波阵面之后不会发生反应，而非理想炸药则在爆轰波阵面之后持续发生反应，爆轰反应区的时间跨度可以达到微秒量级。体爆轰则比传统非理想炸药的爆轰持续时间更长，甚至可达到毫秒量级。体爆轰的特点是具有显著是空间效应，小尺寸空间下完全无法评价温压炸药和燃料空气炸药等体爆轰效应下的爆炸作功及功率。

目前温压炸药和燃料空气炸药对体爆轰的评价主要采用空中爆炸法和爆炸罐法，空中爆炸法测定在开阔空间下充分分散的炸药体相爆轰之后的冲击波超压、冲量和火球直径、持续时间等参数，所需试验药量较大，一般在公斤级以上；爆炸罐法则在密闭的、体积不可变的罐体内测定爆炸后的准静态压力和温度，试验量级20g至公斤级。前述作功能力测量方法均针对凝聚相炸药，采用雷管起爆，对于装配复杂下的安全风险较难控制。对于温压炸药和燃料空气炸药等体爆轰特性显著的炸药，其爆炸反应随着爆轰产物的体相扩展而同步进行，上述方法采用的开放环境均不适用与体爆轰作功能力的测量。由于传统温压炸药和燃料空气炸药对体爆轰作功能力的关注不足，目前缺少可用的体爆轰炸药作功能力测量方法，随着爆炸反应动力学设计技术的发展，与时间相关的爆炸输出参数测量愈发重要，因此，继续开发新的适应于体爆轰炸药爆炸功率测量方法。

综上所述，现有技术存在以下不足：

(1)缺少适用于温压炸药和燃料空气炸药等具有体爆轰特点炸药的爆炸功率测量方法，无法测量这些炸药的爆炸功率；

(2)温压炸药和燃料空气炸药随着产物膨胀会持续进行爆炸反应并用于作功，现有开放式作功能力测量方法，爆轰产物会自由扩散，作功能力测量不完全，不能获得爆炸功率数据；

(3)温压炸药和燃料空气炸药具有明显的体爆轰效应，需要足够的空间尺寸以保证爆轰反应进行完全，密闭式作功能力测量方法采用成型药柱，难以实现完全的体爆轰；

(4)现有作功测量方法采用雷管起爆方式，雷管对静电、摩擦、撞击等均较为敏感，装配过程的安全风险高。