La recherche et le développement des explosifs à haute performance

L’objectif général de cette procédure est d’évaluer la vitesse de détonation et la pression de détonation pour une nouvelle formulation explosive, à l’aide de broches piézoélectriques et d’une fenêtre de vélocimétrie Doppler photonique. Pour ce faire, il faut d’abord préparer les broches piézoélectriques et une fenêtre de vélocimétrie Doppler photonique pour la procédure d’essai. La deuxième étape consiste à mesurer et à charger les échantillons explosifs dans les tubes acryliques usinés.

Ensuite, le détonateur est fixé. L’expérience est placée dans la chambre d’essai fermée et la charge d’essai est déclenchée. La dernière étape consiste à collecter et à analyser les données relatives à l’heure d’arrivée et à la pression.

En fin de compte, des tests combinés de vitesse de détonation et de pression de détonation ont été utilisés pour caractériser et optimiser les formulations explosives. En tant que formulateurs d’explosifs, nous n’avons pas le luxe de plusieurs cycles et de tests non destructifs. Par conséquent, des mesures précises et reproductibles de la vitesse de détonation et de la pression de détonation sont extrêmement importantes.

Ici, les ingénieurs en explosifs Erik Wrobel et Rodger Cornell montreront comment mesurer la pression et la vitesse de détonation. Le principal avantage de la vélocimétrie photonique Doppler est la mesure extrêmement précise de la pression de détonation. Tout d’abord, préparez des faisceaux de six câbles BNC à utiliser avec les broches piézoélectriques.

La longueur des câbles doit être adaptée à la géométrie du site d’essai. Maintenant, à l’aide d’un pied à coulisse de haute précision, mesurez le diamètre et la longueur de l’échantillon de test et de la pastille de booster. Les montages d’essai peuvent être usinés pour des granulés de toutes tailles.

Mesurez également les masses des granulés. Maintenant, chargez les plombs explosifs un par un dans le luminaire en plastique. Notez le nombre de granulés chargés et leur emplacement dans le luminaire.

Ensuite, chargez la pastille de surpression dans le tube par le haut de l’appareil. Sur la pastille de booster, placez un support de détonateur en acrylique. Maintenant, insérez les broches piézoélectriques à travers les trous et sur toute la longueur du luminaire en plastique.

Fixez les goupilles à l’aide d’un époxy de cinq minutes. Une fois l’époxy durci, placez le tube acrylique contenant les pastilles explosives sur la plaque témoin en acier. Fixez le dispositif d’essai à la plaque d’acier à l’aide d’un poids ou d’un ruban adhésif.

Il ne doit pas y avoir d’espace d’air entre la dernière pastille explosive et la plaque d’acier. Ensuite, époxy le bord du dispositif d’essai pour le fixer à la plaque. Une fois l’époxy complètement durci, placez le détonateur dans le support et fixez-le avec du ruban adhésif.

Transportez le dispositif d’essai jusqu’à la chambre d’essai. Là, connectez les câbles des broches piézoélectriques aux broches de la chambre et à un boîtier de multiplexage BNC dans la salle des caméras. Ensuite, connectez le boîtier Mux à un oscilloscope.

Une bande passante d’un gigahertz est plus que suffisante. Connectez la ligne de tir au détonateur. En suivant les procédures d’exploitation standard locales, verrouillez le site d’essai.

Ensuite, connectez le déclencheur du jeu d’incendie à haute tension à un canal de l’oscilloscope. Vérifiez que le seuil de déclenchement est de trois volts. Ensuite, connectez la boîte de sommation à un deuxième canal de l’oscilloscope.

Sur l’oscilloscope, réglez les deux voies sur cinq volts par division et la base de temps sur cinq microsecondes par division. Réglez le délai à moins 20 microsecondes. Maintenant, avec le feu à haute énergie allumé, exécutez la détonation.

L’analyse des données est couverte par le protocole texte. Commencez par usiner un disque en PMMA. Coupez le disque dans une feuille de PMMA coulé optiquement transparente d’un quart de pouce pour vous assurer que les faces du disque sont exemptes d’imperfections.

Faites correspondre le diamètre du disque au diamètre de l’explosif. Une fois usiné, inspectez les faces du disque pour détecter les défauts physiques. Nettoyez et polissez les petits défauts de la surface pour lui redonner sa clarté optique.

S’il y a de gros défauts, tels que des rayures profondes ou des cavités, jetez le disque et recommencez. Maintenant, collez une feuille d’aluminium très mince sur le disque, côté diffus vers le bas, à l’aide de ruban adhésif optiquement transparent. Lissez la feuille contre le disque pour éliminer les ondulations ou les bulles.

Tout comme la procédure précédente, mesurez les diamètres, les longueurs et les masses des pastilles d’échantillon explosif. Former la charge explosive à partir de ces granules d’échantillon. À chaque interface explosive, appliquez un élastomère à base de silicone pour minimiser la formation d’espaces d’air.

Utilisez un élastomère testé pour être compatible, ce qui ne facilite pas une réaction chimique. Maintenant, montez les broches piézoélectriques de l’heure d’arrivée dans un support en acrylique. Ensuite, fixez le support chargé près du bas de la charge pour capturer la vitesse de détonation à l’état d’équilibre.

Avant de continuer, assurez-vous que les goupilles se déplacent parallèlement à l’axe de la billette explosive. Poursuivez l’essai de vélocimétrie photo-Doppler en fixant un support de sonde PDV en acrylique sur la surface libre de la fenêtre en PMMA. Ensuite, insérez la sonde PDV dans le support et alignez-la sur la feuille d’aluminium à l’aide d’un compteur de réflexion arrière d’un milliwatt.

Ainsi, même si le PMMA transmet environ 90 % de la lumière laser avec laquelle nous travaillons, la surface libre du disque avec lequel nous travaillons est très spéculaire. Donc, si la sonde avec laquelle nous travaillons s’aligne parfaitement sur cette surface libre, nous allons en fait obtenir un niveau de rétroréflexion très fort. Et si nous récupérons ce niveau de réflexion arrière et que nous le confondons avec l’aluminium que nous regardons, cela peut nous donner un faux alignement positif, et nous pouvons finir par manquer beaucoup de données que nous essayons de capturer.

Une fois aligné pour une réflexion arrière optimale, époxy la sonde PDV en place. Ensuite, fixez un booster et un détonateur EBW à la charge pour terminer l’assemblage. Maintenant, placez l’élément de test dans la chambre et câblez les broches TOA et la fibre PDV.

Ensuite, connectez la ligne de tir au détonateur RP-80. Maintenant, sécurisez le site de test et menez une opération de verrouillage de la zone. Assurez-vous que tous les verrouillages sont activés et que tout le personnel est comptabilisé.

La préparation finale consiste à vérifier le signal PDV et à référencer les niveaux de puissance pour s’assurer que la fréquence de battement souhaitée sera capturée. Maintenant, faites exploser l’objet à l’aide de l’ensemble de feu à haute énergie. Enregistrez les traces de l’oscilloscope pour les données PDV et TOA.

En utilisant le protocole décrit, le PAX-30 a été comparé à un explosif PBXN-5 traditionnel. Lors de la détonation, les plaques d’entailles des tirs d’encres à vitesse de détonation traditionnels ont été analysées. Ce graphique montre la vitesse de détonation du PAX-30 par rapport à un explosif traditionnel à haute énergie, le PBXN-5.

Le PAX-30, même avec 20 % d’explosif en moins dans la formulation, possède presque la même vitesse de détonation, la même pression et la même énergie totale que le PBXN-5. Cela est dû à l’additif d’aluminium de conception unique. La trace de vélocimétrie photonique Doppler de la vitesse de la particule depuis le bas de l’explosif montre qu’elle s’est rapidement accélérée jusqu’à environ trois kilomètres par seconde.

La pression de détonation, ou pression de Chapman-Jouget, a été calculée à partir de la modélisation du gaz du produit, Hugoniot, avec l’approximation de Cooper, puis de l’extrapolation du point CJ, une fois que l’explosif d’aluminium, Hugoniot, a été apparié. Les calculs ont légèrement sous-estimé la pression, comme en témoignent les résultats. Des travaux sont en cours pour développer de nouvelles équations pour s’adapter à l’accélération précoce des particules.

Donc, après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de mesurer la vitesse de détonation et la pression de détonation pour une nouvelle formulation explosive.