Investigación y Desarrollo de explosivos de alto rendimiento

El objetivo general de este procedimiento es evaluar la velocidad de detonación y la presión de detonación para una nueva formulación explosiva, utilizando clavijas piezoeléctricas y una ventana de velocimetría doppler fotónica. Esto se logra preparando primero los pines piezoeléctricos y una ventana de velocimetría Doppler fotónica para el procedimiento de prueba. El segundo paso es medir y cargar las muestras explosivas en los tubos acrílicos mecanizados.

A continuación, se coloca el detonador. El experimento se coloca en la cámara de prueba cerrada y se detona la carga de prueba. El paso final es recopilar y analizar la hora de llegada y los datos de presión.

En última instancia, se utilizaron pruebas combinadas de velocidad de detonación y presión de detonación para caracterizar y optimizar las formulaciones explosivas. Como formuladores de explosivos, no podemos permitirnos el lujo de múltiples ejecuciones y pruebas no destructivas. Por lo tanto, las mediciones precisas y repetibles de la velocidad y la presión de detonación son extremadamente importantes.

Aquí, los ingenieros de explosivos Erik Wrobel y Rodger Cornell demostrarán cómo medir la presión y la velocidad de detonación. La principal ventaja de la velocimetría doppler fotónica es la medición extremadamente precisa de la presión de detonación. En primer lugar, prepare los haces de seis cables BNC que se utilizarán con las clavijas piezoeléctricas.

Las longitudes de los cables deben ajustarse a la geometría del sitio de prueba. Ahora, utilizando un calibrador de alta precisión, mida el diámetro y la longitud de la muestra de prueba y del pellet de refuerzo. Los accesorios de prueba se pueden mecanizar para pellets de cualquier tamaño.

Además, mida las masas de los gránulos. Ahora, cargue los perdigones explosivos uno por uno en el accesorio de plástico. Registre el número de perdigones cargados y sus ubicaciones dentro del accesorio.

A continuación, cargue el pellet de refuerzo en el tubo desde la parte superior del accesorio. Encima del perdigón de refuerzo, coloque un soporte de detonador acrílico. Ahora, inserte las clavijas piezoeléctricas a través de los orificios y a lo largo del accesorio de plástico.

Asegure los alfileres con un epoxi de cinco minutos. Después de que el epoxi se haya curado, coloque el tubo acrílico que contiene los perdigones explosivos encima de la placa testigo de acero. Asegure el accesorio de prueba a la placa de acero con un peso o un poco de cinta.

No debe haber ningún espacio de aire entre el último perdigón explosivo y la placa de acero. A continuación, coloque epoxi el borde del accesorio de prueba para asegurarlo a la placa. Después de que el epoxi se haya curado por completo, coloque el detonador en el soporte y asegúrelo con cinta adhesiva.

Transporte el dispositivo de prueba a la cámara de prueba. Allí, conecte los cables de clavijas piezoeléctricas a las clavijas de la cámara y a una caja de multiplexor BNC en la sala de cámaras. A continuación, conecte la caja Mux a un osciloscopio.

Un ancho de banda de un gigahercio es más que suficiente. Conecte la línea de disparo al detonador. Siguiendo los procedimientos operativos estándar locales, bloquee el sitio de prueba.

A continuación, conecte el gatillo fuera del conjunto de fuego de alto voltaje a un canal del osciloscopio. Compruebe que el umbral de activación sea de tres voltios. A continuación, conecte la caja sumadora a un segundo canal del osciloscopio.

En el osciloscopio, configure ambos canales a cinco voltios por división y la base de tiempo a cinco microsegundos por división. Establezca el retraso en menos 20 microsegundos. Ahora, con el fuego de alta energía establecido, ejecuta la detonación.

El análisis de los datos se trata en el protocolo de texto. Comience mecanizando un disco de PMMA. Corte el disco de una hoja ópticamente transparente de un cuarto de pulgada de PMMA fundido para asegurarse de que las caras del disco estén libres de imperfecciones.

Haga coincidir el diámetro del disco con el diámetro del explosivo. Una vez mecanizado, inspeccione las caras del disco en busca de defectos físicos. Limpie y pula los pequeños defectos de la superficie para restaurar su claridad óptica.

Si hay defectos grandes, como arañazos profundos o caries, deseche el disco y comience de nuevo. Ahora, pegue papel de aluminio muy delgado al disco, con el lado difuso hacia abajo, usando cinta ópticamente transparente. Alise el papel de aluminio contra el disco para eliminar las ondulaciones o burbujas.

Al igual que en el procedimiento anterior, mida los diámetros, longitudes y masas de los gránulos de muestra explosiva. Forme la carga explosiva a partir de estos gránulos de muestra. En cada interfaz explosiva, aplique un elastómero a base de silicona para minimizar la formación de espacios de aire.

Utilice un elastómero probado para ser compatible, que no facilite una reacción química. Ahora, monte las clavijas piezoeléctricas de la hora de llegada en un soporte acrílico. Luego, coloque el soporte cargado cerca de la parte inferior de la carga para capturar la velocidad de detonación en estado estacionario.

Antes de continuar, asegúrese de que el soporte tenga los pasadores desplazados paralelos al eje de la palanquilla explosiva. Continúe la prueba de velocimetría fotodoppler colocando un soporte de sonda acrílica PDV en la superficie libre de la ventana de PMMA. Luego, inserte la sonda PDV en el soporte y alinéela con el papel de aluminio usando un medidor de reflexión inversa de un milivatio.

Entonces, aunque el PMMA transmite alrededor del 90% de la luz láser con la que estamos trabajando, la superficie libre del disco con la que estamos trabajando es muy especular. Entonces, si la sonda con la que estamos trabajando se alinea perfectamente con esa superficie libre, en realidad vamos a obtener un nivel de reflexión de retroceso muy fuerte. Y si recogemos ese nivel de reflexión hacia atrás y lo confundimos con el aluminio que estamos viendo, puede darnos un falso positivo de alineación, y podemos terminar perdiendo muchos de los datos que estamos tratando de capturar.

Una vez alineado para una reflexión posterior óptima, coloque la sonda PDV en su lugar. Luego, conecte un refuerzo y un detonador EBW a la carga para completar el ensamblaje. Ahora, coloque el elemento de prueba en la cámara y conecte los pines TOA y la fibra PDV.

Luego, conecte la línea de disparo al detonador RP-80. Ahora, asegure el sitio de prueba y realice una operación de bloqueo de área. Asegúrese de que todos los bloqueos internos estén activados y que todo el personal esté contabilizado.

La preparación final consiste en comprobar la señal PDV y los niveles de potencia de referencia para asegurarse de que se capturará la frecuencia de batido deseada. Ahora, detona el objeto usando el conjunto de fuego de alta energía. Guarde las trazas del osciloscopio para los datos PDV y TOA.

Utilizando el protocolo descrito, se comparó el PAX-30 con un alto explosivo PBXN-5 tradicional. Tras la detonación, se analizaron las placas de abolladura de los disparos de abolladura de velocidad de detonación tradicional. Este gráfico muestra la velocidad de detonación de PAX-30 en comparación con un explosivo tradicional de alta energía, PBXN-5.

El PAX-30, incluso con un 20% menos de alto explosivo en la formulación, posee casi la misma velocidad de detonación, presión y energía total que el PBXN-5. Esto surge debido al aditivo de aluminio de diseño único. El rastro de velocimetría doppler fotónica de la velocidad de la partícula desde el fondo del explosivo muestra que se aceleró rápidamente a aproximadamente tres kilómetros por segundo.

La presión de detonación, o Chapman-Jouget, se calculó modelando el gas del producto, Hugoniot, con la aproximación de Cooper, y luego extrapolando el punto CJ, una vez que el explosivo de aluminio, Hugoniot, coincidió. Los cálculos subestimaron ligeramente la presión, como lo demuestran los resultados. Se está trabajando en el desarrollo de nuevas ecuaciones que se ajusten a la aceleración temprana de las partículas.

Entonces, después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo medir la velocidad de detonación y la presión de detonación para una nueva formulación explosiva.