低密实炸药由于具有较大的孔隙率和较高的渗透性,更易于静电放电的击穿和引燃而造成安全事故。本文以低密实PETN炸药为研究对象,以桥丝式火工品为试验载体,采用理论分析、试验研究和数值模拟相结合的手段,对低密实炸药静电放电条件下的响应特性、影响规律以及作用机制进行了研究。建立了可模拟不同静电放电条件的试验装置及方法,获得了低密实炸药的静电放电响应特性及规律,提出了炸药静电损伤的表征和量化分析方法,得到了静电放电火花能量的转化效率及组成,揭示了低密实炸药的静电放电作用过程及机理。研究工作对于深入认识低密实炸药的静电放电响应机制,从而指导其使用过程的静电安全有重要意义。研制了几种典型人体静电放电模拟装置,建立了基于直升机模型的高能量静电放电试验系统,设计了模拟低密实炸药静电放电击穿和引燃的试验装置。通过对人体模型输出波形特性参数的测试,以及对火工品作用效应影响因素的试验研究,分析得到了静电放电能量是影响炸药响应的关键因素,从而确定了试验采用的人体静电放电模型参数为500pF和100Ω。研究了炸药密实程度对静电击穿的影响规律,试验发现,炸药密实程度越低,静电放电击穿电压越小,放电击穿通道的扩展直径更大,炸药的疏松效应以及热分解反应越明显;采用微焦点CT检测技术对低密实PETN炸药的损伤进行了表征,获得了损伤的典型形貌以及分布区域细节。损伤的形貌呈现典型的“树杈”形状,主要分布在桥丝焊点和壳体间的区域内,越接近电极塞的部分损伤越严重,这与该处距离壳体较近,静电更易释放,且放电能量更为集中有关。提出了始发药损伤程度的量化计算方法,通过计算损伤密度疏松区占有效起爆始发药体积的百分比,获得了低密实炸药损伤程度对其传爆性能的影响关系。结果表明,随着炸药损伤程度的提高其传爆可靠性降低,影响炸药可靠传爆的损伤度临界阈值约为5%。分析认为,炸药损伤产生的密度疏松区在爆燃波传播过程中的稀疏波效应是导致其传爆性能变差的主要原因。研究了高能量静电作用下以火工品为载体的低密实PETN炸药的响应特性。结果发现,静电放电火花的热效应使PETN炸药发生分解反应并产生爆燃,而炸药最终反应烈度主要取决于火工品壳体和电极塞的约束强度;研究了静电火花能量转化效率的影响因素及组成分布。结果表明,静电火花能量转化效率随放电电压和间隙的增加呈增大趋势。静电火花能约占电容存储总能量的10.6%～18.8%,其中静电火花能中约有80%转化为热能,因此,静电放电火花的热效应是导致炸药发生反应的主因。研究提出了低密实炸药静电放电作用过程的物理图像及机制:低密实炸药中的空气首先被击穿形成放电通道,通道内空气瞬时受热膨胀以及部分炸药受热分解产生的气体共同形成压缩波,不断对未反应炸药进行压缩使其密度增加,同时,炸药受热分解后在局部形成高温热点,反应的不断迭代导致热点逐渐增加,药剂发生燃烧,最终反应烈度会受约束等因素影响转变为爆燃、爆轰或者熄灭。分别采用ANSYS MAXWELL软件和FLUENT软件对炸药静电击穿以及热传递过程进行了模拟,结果显示:炸药颗粒及其孔隙在局部微区域内的可能击穿路径是沿炸药颗粒表面且路径较短的、电场强度大于空气击穿场强的弯曲折线。以衰减热流作为入口输入条件,并且设定壁面为恒温条件,炸药热传递以及温度变化更接近于静电放电火花使炸药点火的实际过程。模拟从理论上说明了静电击穿路径的形成机理及其过程,再现了炸药内部的热传导和热分解过程。