3.6.1 爆炸作用过程高速摄影观测结果
通过高速摄影记录的不同材料壳体爆炸驱动下火球膨胀过程和演变情况如图3.6.1所示。
图3.6.1 不同材料爆炸驱动下火球成形和演变情况
（a）T-1η＝0.30；（b）R-1η＝0.30；（c）T-2η＝0.48；（d）R-2η＝0.48；（e）T-3η＝0.66；（f）R-3η＝0.66
试验结果表明，炸药爆炸后产生了明显火光。随着时间的增长，火光先增强再逐渐减弱。将初始出现火光的时间设定为0，可以发现，爆炸驱动后，η＝0.3时，活性材料壳体火光持续时间为24.8ms，η＝0.66时，活性材料壳体火光持续时间最长（43ms），η＝0.66时，火光持续时间约是η＝0.3的1.7倍（43/24.8），且在爆炸驱动过程伴有灰色烟；而传统2A12铝合金材料壳体，由爆炸产生的火光在6ms后开始减弱直至消失，并在最后产生大量的黑烟，随着η值增加，火光持续时间逐渐增加。对比火光持续时间可以发现，随着壳体壁厚的增加，不同材料火光持续时间增加，其中，传统2A12铝合金材料，η值由0.3增至0.48时，火光持续时间上升幅度较小，为8.2ms（31.8～23.6 ms），η值由0.48增至0.66时，火光持续时间上升幅度减小至6.4ms（38.2～31.8ms），两次上升幅度相差不多；而活性材料火光持续时间上升趋势则不同，上升幅度先快速增大，为17.8ms（42.6～24.8ms），然后明显减小，仅为0.4ms（43～42.6ms）。此外，图中每张高速摄影照片是按照相同比例缩放的，以钢板尺寸为参考基准，按比例可以测量出不同时刻火球直径。η值由0.3增至0.66，在6ms时，传统2A12铝合金材料壳体火球直径分别为2.30 m、2.00 m、1.42 m，火球直径逐渐降低，后者比前者相对降低15%、40.8%；活性材料壳体火球直径分别为2.45m、3.57m、3.87m，火球直径明显增大，后者比前者相对增大45.7%、8.4%。η值由0.3增至0.48时，传统2A12铝合金材料火球直径下降幅度较小，而活性材料火球直径显著增加；η值由0.48增至0.66时，传统2A12铝合金材料火球直径明显降低，而活性材料火球直径增加幅度明显增加。这种差异由于壳体厚度增大时，传统2A12铝合金材料壳体断裂、向四周飞散等能量消耗增多，导致火球直径、火光持续时间显著减少；而活性材料壳体厚度影响活性材料反应程度，随着壳体壁厚的增加，活性材料火光持续时间、火球直径上升幅度先快速增加，随后增加幅度显著减小。这是由于随着活性材料壳体厚度的增加，反应程度先快速增加（η值由0.3增至0.48时），随后缓慢增加（η值由0.48增至0.66时），活性材料反应程度不会显著增加。
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图3.6.2 不同材料爆炸火球直径与火光持续时间对比
（a）爆炸火球直径；（b）火光持续时间
不同材料爆炸火球直径及火光持续时间对比如图3.6.2所示。试验结果表明，活性材料火光持续时间、火球直径均大于传统2A12铝合金材料，这是因为活性材料在爆炸驱动的强加载条件下破碎，破碎的材料与爆轰产物、空气发生反应释放能量。另外，活性材料壳体形成破片产生的动能与破片冲击时快速化学反应释放的能量耦合，延长火光持续时间，增强火光亮度，增大火球直径。
活性材料可能发生如下化学反应过程：
活性材料壳体爆炸驱动下能量释放反应大致可以分为三个过程：①起始阶段的无氧爆炸反应，空气中的氧气不参与反应，主要是JH-2炸药装药分子化合物的反应，持续时间在1μs以内。②炸药装药爆炸后的无氧燃烧反应，炸药装药爆炸后，爆轰产物CO2、CO、H2O处于高温高压状态，可与部分活性材料壳体发生反应，这一阶段不需要外界空气参与反应，持续时间小于1ms。从图3.6.1（a）和图3.6.1（b）、图3.6.1（c）和图3.6.1（d）、图3.6.1（e）和图3.6.1（f）中0.4ms的火球成形可以看出两者的区别。此外，炸药爆炸能量与部分活性材料壳体反应释放的能量耦合，增强空气冲击波。化学反应方程式（3.6.1）～式（3.6.3）表明，活性材料中铝与高温高压下炸药爆轰产物（Al/CO2、Al/H2O、Al/CO）发生了化学反应。③炸药装药爆炸后的有氧燃烧反应，主要是炸药爆炸后爆轰产物（C、CO、H等）、活性材料壳体破片与空气中氧气的快速燃烧反应，持续时间为几十毫秒。化学反应方程式（3.6.1）～式（3.6.7）表明破片与空气中的氧气发生反应。
