不敏感彈藥烤燃試驗技術(shù)綜述

蔣 超，聞 泉，王雨時，張志彪，王光宇

(南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院，江蘇 南京 210094)

0 引言

武器彈藥在生產(chǎn)、儲存、運輸和實戰(zhàn)環(huán)境中與周圍環(huán)境存在或多或少的熱交換，當(dāng)環(huán)境出現(xiàn)意外熱刺激時彈藥就可能發(fā)生熱點火，這種現(xiàn)象被稱為烤燃現(xiàn)象。研究不敏感彈藥烤燃現(xiàn)象和熱安全性的試驗稱為不敏感彈藥烤燃試驗[1-2]。外界的意外熱刺激包括突發(fā)的火災(zāi)事故、發(fā)射或飛行過程中的摩擦生熱、核爆炸時的強輻射加熱以及電火花和強激光產(chǎn)生的熱作用等[3-5]。

現(xiàn)代戰(zhàn)爭對武器彈藥尤其是不敏感彈藥的熱安全性要求極高，一旦外界環(huán)境出現(xiàn)意外熱刺激，彈藥就有可能發(fā)生點火燃燒甚至爆炸等嚴(yán)重事故，造成重大人員傷亡[6-7]。為了評估不敏感彈藥的熱安全性，以美國為代表的西方國家于上世紀(jì)80年代開始發(fā)展不敏感彈藥烤燃試驗技術(shù)[8]。經(jīng)歷了三十多年的發(fā)展，國外不敏感彈藥烤燃試驗技術(shù)不斷改進和創(chuàng)新，已取得重要進展。北約標(biāo)準(zhǔn)化局(NATO Standardization Agency)對不敏感彈藥烤燃試驗方法和評估方法做出了規(guī)定，其內(nèi)容已被各國批準(zhǔn)認可。相比于國外，國內(nèi)在不敏感彈藥烤燃試驗技術(shù)方面起步較晚。國內(nèi)主要是學(xué)習(xí)和借鑒國外不敏感彈藥試驗技術(shù)，整體試驗系統(tǒng)還不夠成熟，缺乏自主創(chuàng)新，且缺少完整準(zhǔn)確的試驗方法和評估標(biāo)準(zhǔn)體系[9-10]。不敏感彈藥烤燃技術(shù)發(fā)展的同時，其相應(yīng)的數(shù)值仿真技術(shù)也在不斷改進和完善[11-12]。試驗與仿真技術(shù)相結(jié)合逐漸成為了評估不敏感彈藥熱安全性的主要方法。

本文對不敏感彈藥烤燃試驗及其仿真技術(shù)以及研究熱點展開綜述，為今后研究和發(fā)展不敏感彈藥烤燃試驗及其仿真技術(shù)提供參考。

1 不敏感彈藥烤燃試驗技術(shù)

不敏感彈藥烤燃試驗是針對不敏感彈藥在制造、貯存、運輸和使用過程中可能會遭受火災(zāi)或高溫火焰的烘烤而設(shè)計的，是評估不敏感彈藥熱安全性的重要方法之一[13]。通過檢驗不敏感彈藥對高溫火焰的敏感程度以及發(fā)生反應(yīng)的劇烈程度，可以評估其熱安全性[14-15]。由于烤燃試驗?zāi)軌驅(qū)Σ幻舾袕椝幐鞑考M行試驗，且試驗環(huán)境與彈藥實際使用環(huán)境相近，所以用它來研究彈藥的熱安全性，得到的結(jié)論與實際情況很接近，對彈藥的熱安全性評估具有實際意義[16]。根據(jù)升溫速率的不同，不敏感彈藥烤燃試驗可分為快速烤燃試驗和慢速烤燃試驗。

1.1 不敏感彈藥慢速烤燃試驗

不敏感彈藥慢速烤燃試驗用于模擬在貯存、運輸和戰(zhàn)備狀態(tài)下，環(huán)境溫度緩慢升高(如鄰近彈藥艙、倉庫或者運輸工具火災(zāi))時不敏感彈藥發(fā)生反應(yīng)的溫度、時間和響應(yīng)程度[17-18]。經(jīng)過多年的發(fā)展，不敏感彈藥慢速烤燃試驗主要在加熱方式、檢測手段等方面進行了改進和創(chuàng)新研究。

1.1.1 加熱方式

加熱方式研究從兩方面進行：一是改進現(xiàn)有方式，二是研發(fā)新型方式。20世紀(jì)80年代初期，Sechmits[19]首次進行了限制性慢速烤燃試驗，他將樣品裝入試管，用螺旋壓蓋、塞子和密封圈密封試管，然后將試管放入恒溫爐中加熱，試驗裝置如圖1所示。這種加熱方式存在較大的安全隱患。1982年Kent和Rat[20]對慢速烤燃試驗加熱方式進行了改進，他們在試管外增加了防爆罐，然后在防爆罐周圍纏繞加熱絲加熱，試驗裝置如圖2所示。加熱絲具有抗氧化性能好、電阻率高、使用壽命長、價格便宜等優(yōu)點，但是在高溫下也容易變形，加熱時還可能導(dǎo)致樣品受熱不均，從而影響試驗結(jié)果。1984年美國能源部在MHSMP-84-22《鈍感炸藥材料鑒定試驗原理和準(zhǔn)則(IHE Material Qualification Tests Description and Criteria)》[21]中規(guī)定用油浴方法加熱樣品，很好地解決了樣品受熱不均問題。油浴加熱是將裝有樣品的套管放入恒溫的油浴中，套管和樣品通過熱傳遞接受外部熱量，加熱原理和裝置分別如圖3和圖4所示。油浴加熱雖然能解決樣品受熱不均的問題，但試驗安全性較低。一旦試驗中發(fā)生爆燃甚至爆炸，高溫油就會加速燃燒，引起油飛濺，會對操作人員構(gòu)成一定的危險[22]。鑒于油浴加熱的危險性，2003年北約標(biāo)準(zhǔn)化局制定了STANAG4382《彈藥慢速烤燃試驗規(guī)程(Slow Heating，Munition Test Procedures)》[17]，將油浴加熱改為空氣浴加熱，空氣浴加熱原理如圖5所示。具體試驗流程是將樣品放在絕緣烤燃箱內(nèi)，用循環(huán)加熱的空氣進行加熱，流入和流出的空氣溫差控制在5 ℃以下。為使樣品受熱均勻，樣品與烤燃箱壁面留有至少200 mm的間隙，該間隙會形成環(huán)形空腔，加上壁面間的輻射換熱，就會形成內(nèi)部空氣對流。因此，空氣浴加熱是復(fù)合換熱，會受到熱輻射率和對流換熱系數(shù)的影響，而油浴加熱只涉及簡單的熱傳遞，沒有空氣浴加熱那么復(fù)雜。由于加熱介質(zhì)不同，油浴加熱和空氣浴加熱的升溫速率也不同，從而使樣品發(fā)生反應(yīng)的時間不同。近年來國內(nèi)外學(xué)者大多采用空氣浴加熱方法進行不敏感彈藥慢速烤燃試驗。

圖1 早期的慢烤試驗裝置Fig.1 Early slow cook-off test device

圖2 加熱絲加熱慢烤試驗裝置Fig.2 A slow cook-off test device heated by heating wire

圖3 油浴加熱原理Fig.3 Oil bath heating principle

圖4 油浴加熱慢烤試驗裝置Fig.4 A slow cook-off test device heated by oil bath

圖5 空氣浴加熱原理Fig.5 Air bath heating principle

1.1.2 檢測手段

檢測手段研究主要是從增加檢測設(shè)備以獲取更多信息方面進行的。20世紀(jì)80年代初期，由于試驗技術(shù)和設(shè)施不成熟，Sechmits在慢速烤燃試驗中只對樣品熱爆炸時間和反應(yīng)后破片情況進行分析和記錄[19]。當(dāng)時主要是從這兩方面來評估彈藥熱安全性的，但是測量的熱爆炸時間是從開始加熱計時的，故存在一定的誤差，而破片情況更是無法從定量角度分析，僅僅從這兩點就無法準(zhǔn)確地評估彈藥熱安全性。為了觀測彈藥內(nèi)部溫度變化，1991年Jones和Parker[23]在試樣內(nèi)部中心位置放置了熱電偶，改進后的烤燃試驗系統(tǒng)如圖6所示。他們改變了以往無法定量評估彈藥熱安全性的局面，在檢測手段方面實現(xiàn)了突破。由于試樣內(nèi)部空間通常有限，可放置的熱電偶數(shù)量不足，所以往往會導(dǎo)致無法全面觀測彈藥內(nèi)部溫度變化情況。針對此問題，2000年Dickson等人設(shè)計了多點測溫烤燃試驗裝置[24]。他們用1.6 mm厚銅套管連接兩個直徑均為25 mm的圓柱形PBX9501藥塊，并在連接處沿直徑方向放置一排熱電偶，相鄰熱電偶間距約為1.25 mm，如圖7所示。多點測溫裝置可以全面地觀測彈藥內(nèi)部溫度變化情況，提高了溫度測量精度。2003年北約標(biāo)準(zhǔn)化局制定了STANAG4382[17]，對不敏感彈藥慢速烤燃試驗檢測方式進行了規(guī)定，在烤燃箱內(nèi)安置了4個測溫?zé)犭娕?，其中兩個分別靠近空氣進口和出口，另外兩個放置于其他方向，如圖8所示。測溫?zé)犭娕贾辽倜糠昼娪涗浺淮螖?shù)據(jù)，可以獲取不同位置溫度與時間的關(guān)系曲線，從而有助于分析溫度變化對試驗結(jié)果的影響程度。溫度變化只是研究不敏感彈藥熱安全性的一方面。另一方面是對容器的變形程度等結(jié)構(gòu)問題進行研究。Sandusky等人[25-26]在試驗中不僅有溫度測量，還有機械結(jié)構(gòu)測量，包括對試管圓周應(yīng)變和軸向膨脹的測量，試驗裝置和測試試管分別如圖9和圖10所示。試管軸向膨脹量等于板簧位移量，可以通過位移傳感器來采集數(shù)據(jù)，這樣就可以評估反應(yīng)劇烈程度。2001年荷蘭應(yīng)用科學(xué)研究機構(gòu)(Netherlands Organisation for Applied Science Research)的研究人員Cheng等人[27]采用光測試技術(shù)進行機械結(jié)構(gòu)測量，試驗裝置如圖11所示。他們將烤燃管包裹在光纖中，試驗過程中一旦烤燃管發(fā)生形變，就會引起周圍光纖發(fā)生干涉，通過分析干涉信號可以獲得光纖的長度變化，從而探測到烤燃管的直徑變化，實現(xiàn)對烤燃管的形變測量，從而評估反應(yīng)劇烈程度。隨著檢測手段的豐富與完善，不敏感彈藥慢速烤燃試驗中可獲取的信息量不斷增多，從多方面數(shù)據(jù)分析中得出的熱安全性就更加具有準(zhǔn)確性和可信性。

圖6 加入熱電偶的烤燃試驗系統(tǒng)Fig.6 A cook-off test system with thermocouples

圖7 烤燃試驗系統(tǒng)中藥柱連接處熱電偶位置Fig.7 Position of thermocouple at the connection of explosive in cook off test system

圖8 烤燃箱中測溫?zé)犭娕嘉恢肍ig.8 Position of temperature thermocouple in a cook-off oven

圖9 烤燃試驗裝置Fig.9 Cook-off test device

圖10 烤燃測試試管Fig.10 Cook-off test tube

圖11 含光纖的烤燃試驗裝置Fig.11 Fiber-containing cook-off test device

1.2 不敏感彈藥快速烤燃試驗

不敏感彈藥快速烤燃試驗用來模擬不敏感彈藥在貯存、運輸和戰(zhàn)備狀態(tài)下出現(xiàn)意外失火(彈藥艙、倉庫、飛機或運輸工具燃油火災(zāi))所發(fā)生反應(yīng)的溫度、時間和響應(yīng)程度[18,28]。不同于慢速烤燃試驗，快速烤燃試驗的模擬條件是快速升溫環(huán)境，因此，一般采用有機燃料(如酒精、木料、汽油、航空煤油等)作為加熱材料，直接加熱試樣，而不是采用加熱絲或是烤燃箱。這就對試驗場地有一定的要求，且不能在降雨和降雪等惡劣天氣下進行[28]。

經(jīng)過多年的發(fā)展，不敏感彈藥快速烤燃試驗主要在加熱方式方面進行了改進和創(chuàng)新研究。加熱方式研究從兩方面進行：一是改進現(xiàn)有方式，二是研發(fā)新型方式。20世紀(jì)80年代末美國海軍表面武器中心的研究人員Rooijers等人[29]設(shè)計了快速烤燃試驗，他們選用汽油作為加熱燃料，將其裝入燃料盤，然后火燒懸掛于一定高度的烤燃彈試樣。試驗裝置中沒有均熱裝置，因而會導(dǎo)致試樣受熱不均，同時懸空的烤燃彈樣品一旦出現(xiàn)晃動，就會出現(xiàn)局部加熱的情況，對試驗結(jié)果會有一定的影響。另外，火燒試驗無法控制加熱速率，只能通過測溫?zé)犭娕加涗洔囟茸兓瑪M合出溫度-時間曲線，得出近似加熱速率。1998年胡曉棉等人[30]針對試樣受熱不均的情況，在燃料盤和試樣間增設(shè)了一個標(biāo)準(zhǔn)鋼塊，這樣就可以把火焰溫度均勻化，使試樣受熱均勻，同時鋼塊也可以作為小型見證板，用來表征反應(yīng)的劇烈程度，如圖12所示。不同于小尺寸火焰加熱，美國Sandia國家實驗室研究了通過開放池火對試樣進行加熱的方式。1991年該實驗室Nakos等人[31]進行了開放池火火燒試驗，并對9 m×18 m×1 m的大型開放池火和1 m×2 m×4.3 m的小型池火分別進行了研究，他們認為大型開放池火的試驗條件更接近于實際環(huán)境條件。他們使用了JP-4煤油作為加熱燃料，并設(shè)計了簡易的防風(fēng)裝置，在一定程度上減少風(fēng)對試驗的影響。結(jié)果表明，對于池火火燒試驗，試樣溫度的上升只與環(huán)境溫度有關(guān)，與燃燒池尺寸無關(guān)，而且大型燃燒池不易布置、成本較高，此后大多進行小型池火火燒試驗。2003年北約標(biāo)準(zhǔn)化局制定了STANAG4240《使用液體燃料/外部火焰彈藥試驗規(guī)程(Liquid Fuel/Extemal Fire，Munition Test Procedures)》[28]，對小型池火試驗進行了規(guī)定，規(guī)定以牌號AVCAT(NATO F-34或F-35)的煤油或商業(yè)煤油(Class C2/NATO F-58)作為燃料，裝入燃燒池對試樣加熱，在燃燒池四周設(shè)置點火器，由同步點火控制系統(tǒng)發(fā)出點火信號實現(xiàn)同步點火，以保證點火的穩(wěn)定性和可靠性，如圖13所示。相比于傳統(tǒng)的火燒加熱方式，2006年Atwood等人[32]研發(fā)的一種新型加熱方式既能穩(wěn)定熱流輸出，又能控制加熱速率，試驗原理和試驗裝置分別如圖14和圖15所示。他們在圓筒壁的8個對稱位置上安裝了霧化噴嘴和丙烷噴射速率控制裝置，以一定壓力將丙烷噴出，并利用鼓風(fēng)機在圓筒壁一側(cè)吹入空氣進行點火，另一側(cè)放置待測樣品。試驗中，空氣吹入速率由鼓風(fēng)機控制，丙烷噴射速率由其控制裝置控制，從而達到穩(wěn)定熱流輸出和控制加熱速率的目的。這種新型加熱方式解決了火燒試驗無法控制加熱速率的問題，是不敏感彈藥快速烤燃試驗的一大突破，提高了不敏感彈藥快速烤燃試驗的加熱精度和重復(fù)性，但對被試不敏感彈藥的尺寸有一定限制。

圖12 火燒試驗原理Fig.12 Fire test principle

圖13 小型燃燒池火燒試驗裝置Fig.13 Fire test device using a small combustion chamber

圖14 新型彈藥火燒試驗原理Fig.14 A new fire test principle of munitions

圖15 新型彈藥火燒試驗裝置Fig.15 A new fire test device of munitions

2 不敏感彈藥烤燃仿真技術(shù)

由于不敏感彈藥烤燃試驗成本高、危險性大，所以數(shù)值仿真技術(shù)成為另一種評估不敏感彈藥熱安全性的方法。通過模擬計算，人們對不敏感彈藥熱點火位置、溫度和時間有了更加深入的認識，也為彈藥的熱安全性評估提供了理論支撐和技術(shù)支撐。數(shù)值仿真技術(shù)一方面可以得到試驗無法測量或是難以測量的性能參數(shù)，另一方面可以很方便地改變條件，如加熱速率、炸藥密度、炸藥類型以及隔熱材料等，便于不敏感彈藥低易損化研究。

目前用于不敏感彈藥烤燃仿真的軟件主要有FLUENT[33]、LS-DYNA[34]、ABAQUS[35]、PHOENICS[36]等。FLUENT軟件是目前國內(nèi)外使用較為廣泛的不敏感彈藥烤燃仿真軟件。FLUENT軟件在美國的市場占有率約為60%。FLUENT軟件不具備網(wǎng)格劃分功能，因此需要配合前處理軟件，如GAMBIT、ICEM CFD等。通常是將炸藥自熱反應(yīng)放熱源項以基于C語言的自定義函數(shù)UDF的形式加載到FLUENT中求解。FLUENT軟件擁有良好的用戶界面，同時計算速度、穩(wěn)定性和精度等方面也都較為理想。LS-DYNA軟件是著名的顯式動力學(xué)分析軟件，具有網(wǎng)格劃分功能，在求解過程中是將炸藥自熱反應(yīng)放熱源項導(dǎo)入LS-DYNA程序的材料參數(shù)中進行計算。ABAQUS軟件是非線性計算能力強大的有限元軟件，與LS-DYNA軟件一樣，也具有網(wǎng)格劃分功能，但炸藥自熱反應(yīng)放熱源項是以子程序HETVAL的形式加載到ABAQUS中求解的。這三種軟件都能得到不敏感彈藥烤燃仿真所期望的溫度結(jié)果云圖和溫度-時間曲線。

目前用于不敏感彈藥烤燃仿真的模型主要有兩種，一種是Frank-Kamenetskii模型[37-38]，該模型是1939年由Frank-Kamenetskii提出的零級反應(yīng)模型：

其中，Cv為定壓比熱容，λ為炸藥導(dǎo)熱系數(shù)，ρ為密度，Q為反應(yīng)熱，Z為指前因子，E為活化能。上式的物理意義是，左邊項為單位時間內(nèi)單位體積含能材料升溫所需熱量，右邊第一項為熱傳導(dǎo)流入熱量，第二項為單位時間內(nèi)單位體積炸藥熱分解所釋放的能量。Frank-Kamenetskii模型基于穩(wěn)定態(tài)理論，即不考慮反應(yīng)物的消耗，反應(yīng)物中試樣所占比重保持不變。雖然實際過程中不存在這種情況，但實驗證明在熱點火之前，反應(yīng)物的消耗是極小的，可忽略不計[39]。因此，F(xiàn)rank-Kamenetskii模型仍具有普遍意義。除了Frank-Kamenetskii模型，還有一種是McGuire-Tarver模型[40]，該模型是20世紀(jì)80年代初由McGuire和Tarver提出的多步化學(xué)反應(yīng)模型：

其中，Cv為定壓比熱容，λ為炸藥導(dǎo)熱系數(shù)，ρA，ρB，ρC為不同反應(yīng)步的反應(yīng)物密度，QA，QB，QC為不同反應(yīng)步的反應(yīng)熱，ZA，ZB，ZC為不同反應(yīng)步的指前因子，EA，EB，EC為不同反應(yīng)步的活化能，f(αA)，f(αB)，f(αC)為不同反應(yīng)步的反應(yīng)機理函數(shù)。McGuire-Tarver模型考慮了炸藥的熱分解機理。由于梯恩梯[41]、黑索金[42-43]、奧克托今和三氨基三硝基苯[44-45]等在相同的熱環(huán)境下有不同的熱分解過程，所以其McGuire-Tarver模型也不同。從理論上分析，McGuire-Tarver模型要比經(jīng)典Frank-Kamenetskii模型更符合實際。2004年荊松吉等人分別用基于Frank-Kamenetskii模型的一級反應(yīng)模型和McGuire-Tarver模型進行了圓柱體黑索今炸藥烤燃特性的數(shù)值模擬[46]。兩種模型的模擬結(jié)果都與試驗結(jié)果基本吻合，但McGuire-Tarver模型較基于Frank-Kamenetskii模型的一級反應(yīng)模型更準(zhǔn)確，從仿真角度也可以說明McGuire-Tarver模型更加符合實際。不足的是，仿真過程中沒有考慮外部容器的傳熱以及容器與炸藥之間的接觸傳熱，導(dǎo)致模擬的熱點火時間與試驗結(jié)果相比提前了。同時，仿真過程沒有考慮炸藥相變過程，而大部分的炸藥受熱都會發(fā)生相變，固態(tài)炸藥只存在熱傳導(dǎo)，液態(tài)炸藥既有熱傳導(dǎo)又有熱對流，相變還會吸收熱量、改變炸藥熱物性參數(shù)，最終影響熱點火時間和反應(yīng)劇烈程度。針對這些問題，2009年陳朗等人[41,47]對仿真過程進行了改進，將外部殼體的傳熱考慮了進去，同時，采用焓孔隙率方法處理炸藥相變過程，即基于焓的平衡求解液相分?jǐn)?shù)β。液相分?jǐn)?shù)β表示液態(tài)物質(zhì)在整體中所占的容積比：

其中，Ts為凝固溫度，Tl為熔化溫度。在仿真過程中加入液相分?jǐn)?shù)，可以同時給出炸藥不同形態(tài)的物性參數(shù)和反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)。結(jié)果表明，改進后的仿真結(jié)果與試驗結(jié)果更加吻合。因此，在仿真過程中考慮炸藥相變是很有必要的。相比于傳統(tǒng)的溫度場仿真，Yoh等人建立了一種評估烤燃過程的新方法，即將溫度場仿真與結(jié)構(gòu)仿真相結(jié)合，既能得到溫度分布圖像又能給出外部容器變形過程，從而更準(zhǔn)確地評估反應(yīng)劇烈程度[48-50]。外部容器采用Johnson-Cook失效應(yīng)變模型[51]，模型如下：

其中，D1、D2、D3為材料常數(shù)，σH為平均應(yīng)力，σeq為等效應(yīng)力。該模型是一種以經(jīng)驗為主的本構(gòu)模型，仿真過程可以獲得外部容器的裂紋尺寸并確定容器變形程度，從而評估反應(yīng)劇烈程度。

仿真模型的可行性基于模擬結(jié)果與實驗結(jié)果的對比，單獨的仿真一般不具有任何實際意義。一旦仿真模型可行，就可以很方便地改變仿真條件，如加熱速率[52-53]、熱通量[54-55]、炸藥密度[56-57]、炸藥類型[58]以及隔熱材料[59]，進行烤燃環(huán)境下不敏感彈藥的熱安全性分析和低易損性化研究。而這些在實際試驗中改變會比較麻煩，改變加熱速率需要加入溫度控制裝置，改變熱通量需要采取絕熱措施或改變加熱面尺寸來改變受熱面積，改變炸藥密度、炸藥類型和隔熱材料則需要不斷更換試樣進行試驗。向梅等[53,58]先通過驗證實驗驗證數(shù)值計算模型的正確性，然后進行了5 K/h，3 K/min，10 K/min三種升溫速率下的烤燃數(shù)值模擬，同時也采用復(fù)合藥柱作為試樣，即內(nèi)層為高能炸藥JO-9159，外層為鈍感炸藥JB-9014，兩種炸藥形成內(nèi)外層結(jié)構(gòu)裝藥。通過簡單的仿真，既得出了加熱速率對熱點火時間和位置的影響程度，又得出了復(fù)合裝藥相對于普通裝藥的性能優(yōu)勢。仿真手段可以通過較小的工作量和較低的成本得出符合實際的結(jié)果，這是仿真相對于試驗的優(yōu)勢。但仿真是一種模擬過程，無法把實際中的所有因素都考慮進去，通常會忽略一些對結(jié)果影響較小的因素。由于技術(shù)不成熟等原因，某些對結(jié)果有一定影響的因素，沒有在仿真過程中考慮，會對仿真結(jié)果造成一定影響，從而影響對彈藥熱安全性的評估。隨著仿真技術(shù)的發(fā)展，仿真過程將加入越來越多的實際因素，模擬的烤燃環(huán)境會更加貼近實際，模擬結(jié)果將會更具有準(zhǔn)確性和可信性。

3 目前研究的熱點和方向

目前不敏感彈藥烤燃試驗技術(shù)和仿真技術(shù)已經(jīng)有了一定的成果，但仍需進一步研究和完善。首先，不敏感彈藥慢速烤燃標(biāo)準(zhǔn)加熱速率是否合理？[60-62]目前不敏感彈藥慢速烤燃試驗以3.3 ℃/h為標(biāo)準(zhǔn)加熱速率，但是實際慢速烤燃過程中的加熱速率或低溫反應(yīng)中的加熱速率可能并不是3.3 ℃/h，這就需要對標(biāo)準(zhǔn)加熱速率進行深入分析與論證。如果不敏感彈藥慢速烤燃加熱速率標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生變化，就會出現(xiàn)一系列的問題，如先前以3.3 ℃/h為加熱速率進行的試驗是否需要以新標(biāo)準(zhǔn)重新試驗。當(dāng)然，3.3 ℃/h加熱速率也有一定的適用性，根據(jù)實際情況選擇不同加熱速率對不敏感彈藥進行慢速烤燃試驗應(yīng)該更為合理。

其次，不敏感彈藥慢速烤燃試驗要求烤燃箱不能影響系統(tǒng)反應(yīng)。試驗中裝藥可能會通過排氣孔或其他類型的排氣機構(gòu)從彈藥中泄漏出來，需要進行烤燃箱的相關(guān)結(jié)構(gòu)來保證裝藥不會落在加熱元件上[60]。同時，反應(yīng)后烤燃箱碎片也可以作為評估反應(yīng)劇烈程度的次要證據(jù)。而STANAG4382[17]中沒有涉及烤燃箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計，這是一個亟待解決的問題。與烤燃箱相關(guān)的另一個問題是自然與強制對流在反應(yīng)中所起的作用，反應(yīng)過程中整個烤燃箱的溫度需要保持一致。另外，彈藥尺寸也對烤燃箱尺寸有一定的影響，若只有一種標(biāo)準(zhǔn)的烤燃箱結(jié)構(gòu)，對于較小的彈藥來說箱壁與試樣之間的間隙尺寸可能較大，但對較大的彈藥來說可能就不夠。這就要求針對不同尺寸的彈藥制定相應(yīng)的烤燃箱。

還有，為了更好地評估烤燃反應(yīng)劇烈程度和不敏感彈藥熱安全性，需要有更多的量化指標(biāo)[5,62-64]。可以使用X射線技術(shù)對烤燃環(huán)境進行可視化/量化。閃光X射線和實時X射線可以用來探測彈藥接近烤燃溫度時發(fā)生的反應(yīng)。由于射線技術(shù)僅能夠穿透特定距離，所以必須考慮具體試驗情況。X射線技術(shù)也可以通過觀測反應(yīng)中的氣體傳播來測量壓力。如果可以測得滲透率和氣體增壓數(shù)據(jù)，則可以得出壓力數(shù)據(jù)。另外，可以增設(shè)檢測儀器來獲得更多量化數(shù)據(jù)。平面多普勒測速儀和高速視頻可以用來測量碎片飛出速度，Moriee條紋、數(shù)字圖像相關(guān)照片可以用來確定烤燃箱壁面應(yīng)變率，這些都可以作為評估反應(yīng)劇烈程度的指標(biāo)[62]。當(dāng)然，增設(shè)檢測儀器就意味著增加試驗成本，同時也需要一定的時間進行安裝和調(diào)試。這就需要后期來證明因為這些儀器而帶來的更多信息量是否有足夠價值，值得為其增加試驗成本。

最后，老化的問題也需要列入不敏感彈藥烤燃試驗。目前的不敏感彈藥烤燃試驗都是基于原始彈藥的，沒有考慮過彈藥的老化，而實際中的彈藥或多或少存在一定的老化現(xiàn)象，彈藥貯存時間越長，越有可能出現(xiàn)老化問題[65-66]。對于老化的彈藥，其性能和熱安全性都會存在一定問題，不敏感彈藥烤燃試驗需要針對這個問題進行相應(yīng)的研究。

4 結(jié)論

隨著不敏感彈藥技術(shù)的發(fā)展，烤燃試驗作為一類評價不敏感彈藥熱安全性的方法在彈藥設(shè)計中使用得越來越多，烤燃試驗技術(shù)本身也向著更加直觀、安全和定量的方向發(fā)展。特別是結(jié)合數(shù)值仿真技術(shù)，可以獲得更多烤燃試驗中無法獲得的信息，從而更加準(zhǔn)確地評估不敏感彈藥的熱安全性。目前國外在不敏感彈藥烤燃試驗方法和評估準(zhǔn)則方面已取得重要進展。相比而言，國內(nèi)在不敏感彈藥烤燃試驗技術(shù)領(lǐng)域與國外存在較大差距，仍在使用傳統(tǒng)的技術(shù)手段，且尚未建立不敏感彈藥烤燃試驗和評估的標(biāo)準(zhǔn)體系。鑒于國內(nèi)烤燃試驗技術(shù)和仿真技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，建議今后加強慢速烤燃標(biāo)準(zhǔn)加熱速率合理化、烤燃箱尺寸限制、量化指標(biāo)多樣化、彈藥老化問題等方面的研究，學(xué)習(xí)和引進國外先進技術(shù)，改進原有技術(shù)手段，以盡快提高不敏感彈藥烤燃試驗技術(shù)水平并建立相應(yīng)的試驗和評估標(biāo)準(zhǔn)體系。