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'''爆速'''（{{lang-en|Detonation Velocity}}）是指稳定[[爆轰|爆轰波]]沿[[爆炸物]]传播的[[速度]]，[[量纲]]一般为m/s或mm/μs。爆速是衡量炸药爆炸性能的重要参数，也是目前爆轰波各参数中测量最准确的一个。目前较为常用的测量方法为测时法和高速摄影法{{sfn|刘彦; 黄风雷; 吴艳青; 龙仁荣 2019|pp=150-153}}。由于爆速数据积累较多且较为准确，近几十年来，各国还先后提出了多个计算炸药爆速的经验和半经验公式，在特定条件下能够较好地预测爆速性能{{sfn|欧育湘 2014|pp=83-88}}。

一般而言，炸药的爆炸威力可以近似认为是装药[[密度]]、[[气体]]产物对外[[做功]]能力、爆速的正相关函数，因此，爆速较高的炸药所对应的爆炸威力也一般较高，通过该值可粗略判断炸药的爆炸性能{{sfn|Klapotke 2016|pp=118-122}}。猛炸药的爆速一般不低于6000m/s，最高可达9000m/s以上，工业炸药的爆速则大多为2000m/s至4000m/s{{sfn|《兵器工业科学技术辞典》编辑委员会 1991|pp=127-128}}。

== 实验测试方法 ==
=== 测时法 ===
测时法原理较为简单，即先测量特定两点间的距离<math>\Delta s</math>，随后利用测时仪器测定爆轰波经过这两点所用的时间<math>\Delta t</math>，即可直接得到平均爆速<math>D=\frac{\Delta s}{\Delta t}</math>。该法主要缺陷在于探针及信号记录仪器的延迟，但随着技术发展，目前误差已普遍低于0.1%，可以满足极高的精度需求。为进一步保证测量准确，测时法仪器安装过程中应当设置4枚及以上探针，取得结果后计算[[平均值]]，首枚探针需离开起爆端一定距离，避免不稳定爆轰阶段的影响{{sfn|刘彦; 黄风雷; 吴艳青; 龙仁荣 2019|pp=150-153}}。

=== 高速摄影法 ===
高速摄影法主要利用爆轰波传播过程中的发光现象，使用[[高速摄影机|高速摄影仪]]记录光斑的移动轨迹，进而通过几何原理计算各点瞬时爆速和全过程平均爆速。由于爆速极快且药柱长度有限，传统固定式高速摄影仪难以记录完整过程，一般采用转鼓式或转镜式[[胶片]]摄影仪采集数据。实验时，先将药柱[[平行]]于摄影仪转轴安放，随后启动摄影仪并起爆药柱，即可在胶片上记录到一条斜直线或抛物线轨迹{{sfn|刘彦; 黄风雷; 吴艳青; 龙仁荣 2019|pp=150-153}}。

转鼓式摄影仪工作时胶片与转鼓一同旋转，经常损坏，故该法大多用于低爆速测量，且实际运用有限。转镜式摄影仪克服了上述缺点，它在转轴上安放了一块反光镜，胶片则环绕布置于四周，此时运用[[光学]]和几何原理，设摄影仪的放大系数为<math>\beta</math>，胶片上轨迹某点的[[切线]]与水平线夹角为<math>\varphi</math>，转镜中轴线到胶片距离为<math>R</math>，转镜转速为<math>n</math>，则此时的瞬时爆速为<math>D=\frac{4\pi nR}{\beta}tan \varphi</math>。该法相较于电子探针测时法而言精度稍差，但可获取瞬时爆速，因此二者各有优劣，应当根据实际需求选用{{sfn|刘彦; 黄风雷; 吴艳青; 龙仁荣 2019|pp=150-153}}。

=== 导爆索法 ===
导爆索法又称多特里什法（{{lang|en|Dautriche method}}），是由[[法国]]工程师亨利·约瑟夫·多特里什开发出的一种便于野外测试的简易测量方法。该法不需专门仪器，仅需将一条已知爆速的[[导火索|导爆索]]两端分别插入装填有测试炸药的金属管，准确测量插入点间距离<math>l</math>，随后将导爆索中间部分拉直固定在[[铅]]板上，引爆药柱，当导爆索两侧爆轰波相遇时，导爆索会在铅板上留下炸痕，此时测量炸痕与导爆索[[中点]]距离<math>a</math>，设导爆索爆速为<math>D_0</math>，则测试炸药爆速为<math>D=\frac{l}{2a}D_0</math>{{sfn|Viswanath|Ghosh|Boddu|2018|pp=9-10}}{{sfn|Koch|2021|pp=206-207}}。

== 经验计算方法 ==
二十世纪中叶至今，世界各国的多支科研团队先后提出了多种爆速计算方法，在特定条件下的计算结果与实验数据匹配良好，其中具有代表性的有：Kamlet公式、修正氮当量公式和R-P关系式。Kamlet公式考虑了炸药的元素组成、产物组成和热化学性质，计算精度较高，但它无法计算含有[[氟]]、[[氯]]等元素的含能材料。修正氮当量公式和R-P关系式仅考虑产物组成和分子结构，完全忽略热化学性质的影响，计算精度有所下降但能够兼容含有[[氟]]等元素的含能材料。因此，各个模型各有优劣，应当根据使用环境确定所用模型{{sfn|欧育湘 2014|pp=83-88}}<ref name="liudehai1983">{{cite journal |author1=刘德海 |title=炸药爆速与分子结构和产物组成的关系 |journal=火炸药 |date=1983 |issue=02 |pages=13-19 |language=zh-hans |issn=1004-9363 |id={{CNKI|HZYY198302002|CJFQ}}}}</ref>。

=== Kamlet公式 ===
Kamlet公式是由M·J·卡姆利特和S·J·雅各布斯提出的，适用于仅包含[[碳]]、[[氢]]、[[氧]]、[[氮]]元素炸药的经验公式，在已知每克炸药气体爆轰产物量<math>N</math>、气体爆轰产物平均[[摩尔质量]]<math>M</math>、每克炸药爆轰化学能<math>Q</math>{{NoteTag|Q的单位为cal/g，使用J/g时应当进行单位替换。}}时，可计算出炸药的特征值<math>\varphi =NM^{1/2}Q^{1/2}</math>，随后引入装药密度<math>\rho _0</math>，即可代入Kamlet爆速公式求得爆速<math>D=1.01\varphi ^{1/2}(1+1.30\rho _0)</math><ref name="Kamlet1968">{{cite journal |last1=Kamlet |first1=Mortimer J |last2=Jacobs |first2=S.J. |title=Chemistry of Detonations. I. A Simple Method for Calculating Detonation Properties of C-H-N-O Explosives |journal=The Journal of Chemical Physics |date=1968 |volume=48 |issue=1 |pages=23-35 |doi=10.1063/1.1667908 |language=en |issn=0021-9606 }}</ref>。

对于一般的碳-氢-氧-氮炸药，可粗略认为其爆轰产物生成顺序为：氧首先与氢反应生成[[水]]，剩余的氧与碳生成[[二氧化碳]]，如果碳或氧过剩，则以固态碳和氧分子形式存在，氮始终以[[氮气]]形式存在。对于分子式为C<sub>a</sub>H<sub>b</sub>O<sub>c</sub>N<sub>d</sub>的炸药，可以以下列公式求得<math>N</math>、<math>M</math>、<math>Q</math>的近似值：{{sfn|欧育湘 2014|pp=83-88}}
{| class="wikitable" style="text-align: center"
|-
! scope="col" width="10%" | 参数
! width="30%" | <math>c>2a+\frac{b}{2}</math>
! width="40%" | <math>2a+\frac{b}{2}>c>\frac{b}{2}</math>
! width="20%" | <math>\frac{b}{2}>c</math>
|-
| <math>N</math>(mol/g) || <math>\frac{b+2c+2d}{4M_0}</math> || <math>\frac{b+2c+2d}{4M_0}</math> || <math>\frac{b+d}{2M_0}</math>
|-
| <math>M</math>(g/mol) || <math>\frac{4M_0}{b+2c+2d}</math> || <math>\frac{56d+88c-8b}{b+2c+2d}</math> || <math>\frac{2b+32c+28d}{b+d}</math>
|-
| <math>Q\times 10^{-3}</math>(cal/g) || <math>\frac{28.9b+94.05a+0.239\Delta_{f}H^{\ominus}}{M_0}</math> || <math>\frac{28.9b+94.05(\frac{c}{2}-\frac{b}{4})+0.239\Delta_{f}H^{\ominus}}{M_0}</math> || <math>\frac{57.8c+0.239\Delta_{f}H^{\ominus}}{M_0}</math>
|- 
| colspan="4" | <math>M_0</math>：炸药的摩尔质量，g/mol；  <math>\Delta_{f}H^{\ominus}</math>：炸药的[[标准生成焓]]，kJ/mol。
|}

=== 氮当量公式 ===
氮当量公式及修正氮当量公式是由国迂贤和张厚生提出的，适用于包含碳、氢、氧、氮、[[氯]]、[[氟]]元素炸药的经验公式。其中氮当量公式因未考虑分子结构差异，在含有某些特殊[[化学键]]和[[基团]]时误差较大，修正氮当量公式解决了该问题，使之计算精度与Kamlet公式相近<ref name="guoyuxian1983">{{cite journal |author1=国迂贤 |author2=张厚生 |title=炸药爆轰性质计算的氮当量公式及修正氮当量公式:炸药爆速的计算 |journal=爆炸与冲击 |date=1983 |issue=03 |pages=56-66 |ID={{CNKI|BZCJ198303007|CJFQ}} |language=zh-hans |issn=1001-1455}}</ref>。

设炸药的装药密度为<math>\rho_{0}</math>g/cm<sup>3</sup>，分子量为<math>M</math>，每摩尔炸药爆轰时第<math>i</math>种产物摩尔量为<math>X_i</math>，第<math>i</math>种产物氮当量系数为<math>N_i</math>，炸药的氮当量系数为<math>\sum N=\frac{100}{M}\sum X_{i}N_{i}</math>，则炸药爆速为：<ref name="guoyuxian1983" />
:<math>D=1850\sum N+1160(\rho _0-1)\sum N=(690+1160\rho _0)\sum N</math>
该法确定爆轰产物生成次序的规则如下：氟先与氢反应生成[[氟化氢]]，多余氟与碳生成[[四氟化碳]]；氢随后与氧生成水，多余氧与碳生成[[一氧化碳]]，继而生成二氧化碳；若按上述规则有剩余氢、氧、碳时，则分别生成[[氢气]]、氧气、固态碳；氮生成氮气，氯生成[[氯气]]。以上爆轰产物的氮当量系数<math>N_i</math>分别为：<ref name="guoyuxian1983" />
{| class="wikitable" style="text-align: center"
|-
! scope="row" | 爆轰产物
| HF || CF<sub>4</sub> || H<sub>2</sub>O || CO || CO<sub>2</sub> || H<sub>2</sub> || C || O<sub>2</sub> || Cl<sub>2</sub> || N<sub>2</sub>
|-
! scope="row" | <math>N_i</math> 
| 0.577 || 1.507 || 0.54 || 0.78 || 1.35 || 0.29 || 0.15 ||0.5 || 0.876 || 1
|}

修正氮当量公式形式与氮当量公式类似，为：<math>D=(690+1160\rho _0)\sum N'''</math>，其中<math>\sum N'''=\frac{100}{M}(\sum P_{i}N_{Pi}+\sum B_{k}N_{Bk}+\sum G_{j}N_{Gj})</math>

式中<math>P_{i}</math>为第<math>i</math>种爆轰产物量，<math>B_{k}</math>为第<math>k</math>种化学键在分子中出现次数，<math>G_{j}</math>为第<math>j</math>种基团在分子中出现次数，<math>N_{Pi}</math>、<math>N_{Bk}</math>、<math>N_{Gj}</math>则分别代表对应的修正氮当量系数<ref name="guoyuxian1983" />。

=== R-P关系式 ===
R-P关系式是由L·R·罗斯坦和R·皮特森提出的，用于关联碳-氢-氧-氮-氟炸药最大爆速和炸药元素组成的经验公式，该法提出了一种仅取决于炸药元素组成和结构的系数<math>F</math>，使得其与爆速<math>D</math>间呈线性关系：<math>F=0.55D+0.26</math><ref name="Rothstein1979">{{cite journal |last1=Rothstein |first1=L. R. |last2=Petersen |first2=R. |title=Predicting High Explosive Detonation Velocities from their composition and structure |journal=Propellants, Explosives, Pyrotechnics |date=1979 |volume=4 |issue=3 |pages=56-60 |doi=10.1002/prep.19790040305 |language=en |issn=0721-3115 }}</ref>。

系数<math>F</math>的计算式为：<ref name="Rothsteni1981">{{cite journal |last1=Rothstein |first1=L. R. |title=Predicting High Explosive Detonation Velocities from their composition and structure (II) |journal=Propellants, Explosives, Pyrotechnics |date=1981 |volume=6 |issue=4 |pages=91-93 |doi=10.1002/prep.19810060402 |language=en |issn=0721-3115 }}</ref>
:<math>F=\frac{100}{M_W}\left [n(O)+n(N)+n(F)-\frac{n(H)-n(HF)}{2n(O)}+\frac{A}{3}-\frac{n(B/F)}{1.75}-\frac{n(C)}{2.5}-\frac{n(D)}{4}-\frac{n(E)}{5}\right ]-G</math>

其中<math>M_W</math>为炸药相对分子质量；<math>n(O)</math>为分子中氧原子总数；<math>n(N)</math>为分子中氮原子总数；<math>n(F)</math>为分子中氟原子总数；<math>n(H)</math>为分子中氢原子总数；<math>n(HF)</math>为氢原子和氟原子能够生成的氟化氢总数{{NoteTag|若<math>n(O)=0</math>或<math>n(HF)>n(H)</math>，则式中<math>\frac{n(H)-n(HF)}{2n(O)}=0</math>。}}；<math>A</math>为[[芳香性]]修正因子，若分子属芳香族则<math>A=1</math>，否则<math>A=0</math>；<math>n(B/F)</math>为氧/氟过量原子总数，即碳全部生成二氧化碳、氢全部生成水和氟化氢后，氧与氟的剩余量；<math>n(C)</math>为以[[双键]]形式与碳结合的氧原子数{{NoteTag|如[[酮基]]、[[酯基]]等中的氧。}}；<math>n(D)</math>为以[[单键]]形式与碳结合的氧原子数{{NoteTag|如[[醚键]]、[[羟基]]等中的氧。}}；<math>n(E)</math>为[[硝酸酯]]基团和[[硝酸盐]]中的[[硝基]]数量；<math>G</math>为凝聚态修正项，液体炸药<math>G=0.4</math>，固体炸药<math>G=0</math><ref name="Rothsteni1981" />。

=== 混合炸药的爆速计算 ===
目前多元混合炸药的爆速实验数据较少，现有计算模型大多缺乏验证，此处简单介绍其中一种算法：设第<math>i</math>种炸药组分的含量为<math>W_i</math>、爆速为<math>D_i</math>，有混合炸药爆速为：
:<math>D_m =\sum_{i=1}^{n}W_{i}D_{i}+\frac{1}{n-1}\sum_{i=1}^{n-1}\sum_{j=i+1}^{n}0.29726\sqrt{D_{i}D_{j}}W_{i}W_{j}</math>
或
:<math>D_m =\sum_{i=1}^{n}W_{i}D_{i}+\frac{1}{n-1}\sum_{i=1}^{n-1}\sum_{j=i+1}^{n}0.14716\sqrt{W_{i}W_{j}}</math>
两式在<math>n=2</math>，即仅有2个组分时的准确性已得到验证，但在更多组分条件下的可靠性尚无足够数据支持<ref name="wangkeqiang2000">{{cite journal |author1=王克强 |title=计算混合炸药爆速的一种新方法 |journal=含能材料 |date=2000 |issue=02 |pages=91-94 |language=zh-hans |issn=1006-9941 |id={{CNKI|HNCL200002011|CJFQ}}}}</ref>。

== 部分炸药爆速数据 ==
{{See Also|炸药爆速列表}}
{|class="wikitable sortable" style="text-align: center"
! 名称 !! 代号 !! [[分子式]] !! [[相对分子质量]]（g/mol） !! [[标准生成焓]]（kJ/mol） !! 爆速（m/s） !! 装药密度（g/cm<sup>3</sup>）
|-
| [[六硝基六氮杂异伍兹烷]] || CL-20 || C<sub>6</sub>H<sub>6</sub>N<sub>12</sub>O<sub>12</sub> || 438.188 || 377.4 || 9208 || 1.942
|-
| [[奥克托今]] || HMX || C<sub>4</sub>H<sub>8</sub>N<sub>8</sub>O<sub>8</sub> || 296.156 || 84.01 || 9100 || 1.90
|-
| [[硝酸甘油]] || NG || C<sub>3</sub>H<sub>5</sub>N<sub>3</sub>O<sub>9</sub> || 227.087 || -369.87 || 8980 || 1.59（51mm铁管装填）
|-
| [[硝基胍]] || NQ || CH<sub>4</sub>N<sub>4</sub>O<sub>2</sub> || 104.068 || -86 || 8546 || 1.77
|-
| [[3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮]] || NTO || C<sub>2</sub>H<sub>2</sub>N<sub>4</sub>O<sub>3</sub> || 130.063 || -97 || 8500 || 1.91
|-
| [[黑索金]] || RDX || C<sub>3</sub>H<sub>6</sub>N<sub>6</sub>O<sub>6</sub> || 222.117 || 66.94 || 8428 || 1.70
|-
| [[二氨基二硝基乙烯]] || FOX-7 || C<sub>2</sub>H<sub>4</sub>N<sub>4</sub>O<sub>4</sub> || 148.08 || -134 || 8342 || 1.78
|-
| [[季戊四醇四硝酸酯|太安]] || PETN || C<sub>5</sub>H<sub>8</sub>N<sub>4</sub>O<sub>12</sub> || 316.138 || -462 || 7975 || 1.67
|-
| [[1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯]] || TATB || C<sub>6</sub>H<sub>6</sub>N<sub>6</sub>O<sub>6</sub> || 258.15 || -154 || 7748 || 1.847
|-
| [[苦味酸]] || PA || C<sub>6</sub>H<sub>3</sub>N<sub>3</sub>O<sub>7</sub> || 229.106 || -249 || 7680 || 1.76
|-
| [[特屈儿]] || CE ||　C<sub>7</sub>H<sub>5</sub>N<sub>5</sub>O<sub>8</sub>　|| 287.145 || 20 || 7479 || 1.614
|-
| [[2,6-二苦氨基-3,5-二硝基吡啶]] || PYX || C<sub>17</sub>H<sub>7</sub>N<sub>11</sub>O<sub>16</sub> || 621.307 || 80 || 7380 || 1.75
|-
| [[梯恩梯]] || TNT || C<sub>7</sub>H<sub>5</sub>N<sub>3</sub>O<sub>6</sub> || 227.133 || -67.07 || 7290 || 1.65
|-
| [[六硝基茋]] || HNS || C<sub>14</sub>H<sub>6</sub>N<sub>6</sub>O<sub>12</sub> || 450.235 || 78.24 || 7000 || 1.70
|-
| [[二硝基重氮酚]] || DDNP || C<sub>6</sub>H<sub>2</sub>N<sub>4</sub>O<sub>5</sub> || 210.106 || 194 || 6900 || 1.6
|-
| [[斯蒂芬酸铅]] || LTNR || C<sub>6</sub>H<sub>3</sub>N<sub>3</sub>O<sub>9</sub>Pb || 468.305 || -837 || 5600 || 3.10
|-
| [[雷汞]] || MF || C<sub>2</sub>N<sub>2</sub>O<sub>2</sub>Hg || 284.624 || -267.99 || 5200 || 4.2
|-
| [[叠氮化铅]] || LA || PbN<sub>6</sub> || 291.24 || 477 || 3880 || 2.00
|- class=sortbottom
| colspan=7 | <small>注：本表默认按爆速排序。数据来源：{{sfn|Koch|2021}}
|}

== 注释 ==
{{NoteFoot}}

== 参考资料 ==
{{reflist|30em}}

== 参考书籍 ==
{{refbegin}}
* {{cite book |last1=Koch |first1=Ernst-Christian |title=High Explosives, Propellants, Pyrotechnics |date=2021 |publisher=Walter de Gruyter GmbH |location=Berlin/Boston |isbn=978-3-11-066052-4 |edition=1st English Edition |ref=harv |language=en}}
* {{cite book |author1=刘彦 |author2=黄风雷 |author3=吴艳青 |author4=龙仁荣 |title=爆炸物理学 |date=2019 |publisher=北京理工大学出版社 |location=北京 |isbn=978-7-5682-5582-0 |language=zh-hans |ref={{sfnRef|刘彦; 黄风雷; 吴艳青; 龙仁荣 2019}}}}
* {{cite book |last1=Viswanath |first1=Dabir S. |last2=Ghosh |first2=Tushar K. |last3=Boddu |first3=Veera M. |title=Emerging Energetic Materials- Synthesis, Physicochemical, and Detonation Properties |date=2018 |publisher=Springer Nature |location=Dordrecht |isbn=978-94-024-1199-7 |ref=harv |language=en}}
* {{cite book |last1=Klapotke |first1=Thomas.M. |translator1=张建国 |translator2=秦涧 |title=高能材料化学 中文版 |date=2016 |publisher=北京理工大学出版社 |location=北京 |isbn=978-7-5682-1728-6 |ref={{sfnRef|Klapotke 2016}} |language=zh-hans}}
* {{cite book |author1=欧育湘 |title=炸药学 |date=2014 |publisher=北京理工大学出版社 |location=北京 |isbn=978-7-5640-8621-3 |ref={{sfnRef|欧育湘 2014}} |language=zh-hans}}
* {{cite book |author1=《兵器工业科学技术辞典》编辑委员会 |title=兵器工业科学技术辞典·火药与炸药 |date=1991 |publisher=国防工业出版社 |location=北京 |isbn=7-118-00853-2 |ref={{sfnRef|《兵器工业科学技术辞典》编辑委员会 1991}} |language=zh-hans}}
{{refend}}

[[Category:连续介质力学]]
[[Category:爆炸物]]