Onderzoek en ontwikkeling van high-performance Explosieven

Samenvatting

Ontwikkelingstests van krachtige explosieven voor militaire toepassingen omvatten kleinschalige formulering, veiligheidstests en tenslotte detonatieprestatietests om theoretische berekeningen te verifiëren. Dit document zal typische ontwikkelingstests delen die geassocieerd zijn met de meting van detonatiesnelheid en detonatie-druk.

Samenvatting

Developmental testen van explosieven voor militaire toepassingen gaat om kleinschalige formulering, testen van de veiligheid, en ten slotte ontploffing prestatietests theoretische berekeningen te controleren. kleinschalige Voor nieuw ontwikkelde formuleringen, het proces begint met kleinschalige mixen, thermische testen, en de impact en wrijving gevoeligheid. Pas dan de volgende grotere schaal formuleringen overgaan tot detonatie testen, die zal worden behandeld in dit document. Recente ontwikkelingen in de karakterisering technieken hebben geleid tot ongekende precisie in de karakterisering van vroege-time evolutie van de ontploffingen. De nieuwe techniek van foto-Doppler velocimetry (PDV) voor het meten van druk en snelheid detonatie wordt gedeeld en vergeleken met traditionele glasvezel detonatiesnelheid en plaat-dent berekenen van detonatiedruk. Met name zal de rol van aluminium in explosieve formules besproken. Recente ontwikkelingen hebben geleid tot de ontwikkeling van explosieve formulations die resulteren in de reactie van aluminium zeer vroeg in de ontploffing productverbreding. Deze verbeterde reactie leidt tot veranderingen in de detonatie snelheid en druk door reactie van het aluminium met zuurstof in de groeiende gasproducten.

Inleiding

Ontwikkeling van high explosieven voor militair gebruik gaat uitgebreide veiligheids- overwegingen en resource beperkingen als gevolg van testfaciliteit eisen. Bij het Amerikaanse leger Bewapening Research and Development en Engineering Command (ARDEC), Picatinny Arsenal, zijn explosieven geëvalueerd uit het onderzoek niveau door volledige monitoring en demilitarisering levenscyclus. Nieuwe explosieven die veiliger zijn voor de behandeling, opslag en belading worden continu geëvalueerd in een poging om effectieve en veilige munitie voor de Warfighter te bieden. Recente wet schrijft voor dat, waar mogelijk, Ongevoelig munitie (IM) richtlijnen en voorschriften worden gevolgd. Daarom, wanneer de nieuwe explosieven worden gesynthetiseerd en geformuleerd, performance testen is van cruciaal belang om ervoor te zorgen dat ze voldoen aan eisen van de gebruikers. In dit verband is het meten van detonatie eigenschappen van nieuw ontwikkelde PAX-30 vergeleken met de PBXN-5, een traditionele high performance explosief. Met name de meting van de detonatie velostad en detonatiedruk, die belangrijk zijn voor verificatie van theoretische modellen en berekeningen uitvoering zijn, gedeeld. De PAX-30 is ontwikkeld om legacy explosieven zoals PBXN-5 te vervangen door het gebruik van reactieve aluminium.

Aluminium heeft een hoge enthalpie oxidatie aluminium op een per molaire basis:

2Al 3/2 + O ₂ -> Al ₂ O ₃ (1670 kJ / mol)

Door het toevoegen van aluminium in plaats van de schok gevoelige explosieve ingrediënten, is de formulering gemaakt meer veilig is om externe schokken en gevaar beledigingen. Hierdoor kunnen vervullen Ongevoelig munitie (IM) VN eisen terzelfder tijd die voor militaire toepassingen behoud van de prestaties. ^2,3.4

De faciliteiten om te testen zulke items zijn uniek en zeer gespecialiseerd. Sommige eerste tests worden uitgevoerd om explosieven te screenen voordat u in grote hoeveelheden. THese tests omvatten thermische karakterisering met differentiële scanningcalorimetrie (DSC) en de impact en wrijving testen. Voor de DSC proeven wordt een klein monster verwarmd bij een constante snelheid in een inerte atmosfeer, en de mate en richting van de warmtestroom wordt bewaakt. Voor de impact en wrijving testen, wordt het monster onderworpen aan beledigingen van een gestandaardiseerd valgewicht (Bundesanstalt für Materialprufung of BAM Impact), en voor de wrijving-test een gestandaardiseerde keramische pin en plaat (Bundesanstalt für Materialprufung of BAM Friction). ⁵

Zodra de formuleringen veilig voor de behandeling worden geacht, wordt verdere opschaling bereikt door het gepatenteerde technologieën mengen. Kortom, een hoge explosieven vallen in drie categorieën:

Smelt gegoten, waarbij het bindmiddel een smeltfase materiaal zoals een was, trinitrotolueen (TNT), dintroanisole (DNAN) of andere smeltbare materialen. Energetische of brandstof vaste stoffen kunnen worden opgenomen met een zorgvuldige afweging van de nominalekorrelgrootte en compatibiliteit.

Cast-behandeling, waarbij het bindmiddel een gietbaar polymeer, zoals hydroxyl-eindstandig polybutadieen (HTPB), polyacrylaat of andere epoxy kunststoflagen die vloeistof in zijn ongereageerde toestand, maar bij initiatie stolt tot een vaste stof. Vaste stoffen worden opgenomen in de matrix in vloeibare vorm.

Gedrukt, waarbij de vastestofbelading is zeer hoog, vaak benadert bijna 95 gewichts%, met een bindmiddel dat wordt toegevoegd aan het bekleden van de vaste stoffen met een lak of extrusieproces.

Zodra geperst of gegoten, materialen die bewerkt middels standaardmethoden de juiste geometrie krijgen voor een gewenste test. In deze paper, PAX-30 en PBXN-5 zijn high performance gedrukt explosieven. De formuleringen worden gedaan via een slurry-bekledingswerkwijze, waarbij energetische nitramine kristallen (HMX, RDX, of CL-20) en aluminiumdeeltjes in een waterige oplossing gesuspendeerd. Een lak met de gepatenteerde bindmiddel is vervolgens toegevoegd. Na lak bovendien het polymeer bedekt de explosieve kristallen, de suspensie wordt verhit onder vacuum het oplosmiddel te verdrijven en de deeltjes worden vervolgens gefiltreerd en gedroogd. De korrelvormige deeltjes worden vervolgens naar de gewenste configuratie geperst.

Detonation Velocity

Om de detonatiesnelheid bepalen, moet men de komst van de detonatie front in het materiaal te controleren. Een detonatie wordt gedefinieerd als een zichzelf onderhoudende momentane stijging van druk en temperatuur die sneller is dan de geluidssnelheid in het materiaal. Het wordt zelfvoorzienend zodra de temperatuur en druk voldoende om exotherme reacties achter voortplantende reactiefront verschaffen. Dergelijk gedrag wordt gerealiseerd door het incorporeren oxiderende groepen zoals nitraatgroepen bepaalde stoffen van de formatie. Twee voorbeelden genoemd RDX (cyclo-1,3,5-trimethyleen-2,4,6-trinitramine) en HMX (cyclotetramethyleentetranitramine) getoond in figuur 1, die in grote lijnen de meest gebruikte energetische materialen in de US DoD (Department of Defense) zijn. Opmerking zuurstof evenwicht van de moleculen, waardoor de vicieuze exotherme reactie achter de schokgolf.

Figuur 1. RDX (cyclo-1,3,5-trimethyleen-2,4,6-trinitramine, links) en HMX (cyclotetramethyleentetranitramine, rechts). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Een manier om de snelheid van de detonatie voorste bepalen is om zijn positie als functie van de tijd te volgen. Fiber-optic detonatiesnelheid (FODV) testen uitgevoerd om de detonatiesnelheid van een explosief materiaal te bepalen. Een acryl armatuur is ontworpen om de explosieve steekproef te houden, en zoek de optischevezels op bekende afstanden langs de lading lengte. De standaard test maakt gebruik van een 5-inch lang en 0,75-inch diameter explosieve monster met vijf totale optische vezels; de onderste vezel ligt 0,50 inch van de onderkant van de lading en elke opeenvolgende vezel zich 1 inch boven het volgende. De gaten geboord in het acryl armatuur zijn twee getrapte gaten. De grotere diameter gat bemeten om de kern en mantel van de optische vezel te passen en de kleinere diameter gat dient als een gesloten luchtruimte. Als de ontploffing vordert door de explosieve monster, de schokgolf geproduceerd prikkelt de beperkte luchtruimte het produceren van een korte, heldere flits die kan worden waargenomen met de glasvezel.

De glasvezel gebruikt voor deze test hebben een goedkope plastic kern. Door het destructieve karakter van de test en de samenhang van de lucht shock, werden hogere kwaliteit vezels niet noodzakelijk bevonden om hoogwaardige snelheidsgegevens handhaven. De testfaciliteit bij Picatinny Arsenalgebruikt opgeteld fotodiodes om het licht te vertalen van de ontploffing in spanning. De amplitude van de spanningspiek is onbelangrijk voor de doeleinden van deze test. Een 1-GHz oscilloscoop is aangesloten op de fotodiode opsomming geven, hoewel dat sampling rate is veel verder dan wat nodig is voor deze test. De optische vezel "pieken" kan zowel worden bepaald door de eerste stijging van het signaal of piekwaarden. Gezien de afstand tussen optische vezels en het tijdsverschil tussen ontsteking aankomst wordt detonatiesnelheid bepaald.

Detonation Pressure

Detonation druk wordt geschat door het meten van de deuk diepte in een standaard stalen plaat resultante van detonatie de explosieve's. Dent diepten zijn goed gecorreleerd met bekende drukwaarden voor verschillende explosieve verbindingen. Meestal, aangezien de meeste explosieven voldoen aan de Chapman-Jouguet (CJ) voorwaarde voor een ontploffing plaatsvinden, de ontploffing druk wordt meestal aangeduidals CJ druk, en het zal vanaf dit punt naar voren in dit artikel. De lading samenstel wordt geplaatst op een stalen plaat, een zogenaamde "getuige plate" en de ontsteking resulteert in een deuk in de plaat. De deuk diepte standaard 0,75 inch heffing diameter talrijke explosieve materialen met bekende detonatiedruk wordt vergeleken met de proef deuk diepte. Detonation druk van de plaat deuk is een betrouwbare methode met vele jaren van gedocumenteerde gegevens voor acceptabele correlaties. Echter, een detonatie is een dynamisch, snelle chemische reactie, en de laatste jaren is het wenselijk geworden om hulpmiddelen te gebruiken met een hogere resolutie van de druk-tijdsverloop nemen.

De detonatiedruk van een explosief direct te meten, kan Photonic Doppler Velocimetry (PDV) worden gebruikt. Deze laser interferometer systeem is ontwikkeld door Lawrence Livermore National Laboratory en maakt gebruik van een 1550 nm CW laserbron. Door het richten van de laser op een bewegend doel eend verzamelen van de Doppler verschoven licht, de resulterende slagfrequentie kan worden geanalyseerd om een ​​snelheid spoor van het doelwit. In tegenstelling tot traditionele high-speed fotografische technieken, deze snelheid sporen geven een doorlopend rapport van de snelheid van het doel als functie van de tijd. Deze meettechniek heeft veel aandacht gekregen in de afgelopen jaren en wordt steeds alomtegenwoordig in DoD en Department of Energy (DoE) explosieve karakterisering labs.

Om de CJ druk van een nieuwe explosieve berekenen, kan een PDV systeem worden gebruikt om het deeltje snelheid tussen het explosief en een venster polymethylmethacrylaat (PMMA) te meten. Een zeer dunne folie, gewoonlijk aluminium of koper, wordt geplaatst op deze interface om als reflecterend oppervlak. In deze studies werd koper gebruikt. Deze folie moet dun genoeg om significante schokgolf verzwakking te voorkomen terwijl ze dik genoeg om te voorkomen detonatie licht van doorreis zijn. Typisch, een foliediktevan 1000 Angstrom is ideaal voor de meeste experimentele opstellingen. Gezien de deeltjessnelheid in de PMMA en detonatiesnelheid van het explosief, kan de detonatiedruk worden berekend Hugoniot shock passende vergelijkingen. ⁶

Terwijl de FODV test bij 0,75 "lading diameter is een gevestigde standaard op ARDEC zijn PDV-gebaseerde tests voortdurend verfijning ondergaan. Afhankelijk van de explosieve samenstelling, kan één of beide proeven worden gebruikt om detonatiesnelheid en detonatiedruk karakteriseren.

Protocol

VOORZICHTIGHEID! De verwerking, handling, en het testen van explosieven (Hazard Division klasse 1 materialen) mogen alleen door opgeleid en gekwalificeerd personeel worden uitgevoerd. Springstoffen zijn gevoelig voor stoten, wrijving, elektrostatische ontlading, en shock. Gebruik alleen goedgekeurde onderzoeks- en ontwikkelingsfaciliteiten die overweg kan met grote hoeveelheden van klasse 1 materialen.

1. ARDEC Fiber-optische Detonation Velocity Test

1. Snijd optische vezel op lengte vezeloptische cutters en bundelen in sets van vijf kabels. Op basis van de site-specific testkamer geometrieën, zijn 15 meter lengte doorgaans gebruikt. Strip kabelmantel materiaal weer 15 mm aan één uiteinde van de bundel en 5 mm aan de andere kant van de bundel. Pools de afgesneden uiteinden van de glasvezel met P800 schuurpapier om eventuele bramen te verwijderen.
   Let op: Als gevolg van de destructieve aard van deze test, wordt plastic optische vezel de voorkeur. Glasvezel eigenschappen zijn als volgt; Polymethylmethacrylaat Resin(PMMA) kernmateriaal (980 pm diameter), gefluoreerd polymeer bekledingsmateriaal (1000 pm diameter), 1,49 kern brekingsindex, 0,5 numerieke apertuur.
2. Meet proefmonster en Samenstelling A-3 Type II booster pellet diameters, lengtes, en de massa's met een hoge nauwkeurigheid remklauw en balans.
   Opmerking: Als het typische test gebruikt diameter 1,905 cm bij 2,54 cm lengte pellets, kan de testprocedure worden gebruikt met een korrelgrootte ontvangen de plastic houder houdt de glasvezelkabel gecentreerd op elke korrel. Voor de tests in dit onderzoek werden de pellets diameter 1,905 cm gebruikt.
3. Laad de explosieve pellets, één voor één, in de plastic armatuur door de uitbreiding van binnendiameter van de buis via nieuwsgierige het slot geopend. Record explosieve pellet aantallen en locaties in de armatuur. Laad daarna de booster pellet in de buis vanaf de bovenkant van de houder.
4. Plaats acryl detonator houder bovenop de booster pellet.
   Opmerking: RP-502 Exploding Bridgewire Detonators(EBWs) worden doorgaans gebruikt. Andere ontstekers kunnen worden gesubstitueerd, hoewel herijking van de test noodzakelijk is.
5. Plaats de kortere blootgestelde uiteinden (5 mm) van de optische vezels in de twee getrapte gaten in de detonatiesnelheid testopstelling.
   Opmerking: De tweestaps gaten zorgen voor voldoende lucht voor ionisatie na passage van de detonatie voorzijde die leidt tot een sterk signaal. De gaten voor de bevestiging dient een 0,021-inch diameter en 0,020 binnenstormklep gat tegen het explosief en een 0,042-inch diameter gat voor insteken van de fiber-optic hebben. Als kunststofvezels worden gebruikt, kan licht schuren van de buitendiameter van de optische vezel vereist is vanwege toleranties zowel vezeldiameter en testopstelling. Zorg ervoor dat de optische vezel volledig is geplaatst (zittend op de stap van de twee-stapte hole).
6. Lijm / Epoxy de vezels op zijn plaats. Gebruik 5 min epoxy voor dit protocol.
7. Wanneer de epoxy die de vezels in volledig is uitgehard, de positie van de acrylic buis met het explosieve pellets bovenop de stalen plaat getuige. Zet de tekst armatuur aan de stalen plaat met ofwel een gewicht bovenop het of tape. Zorg ervoor dat er geen luchtspleet tussen de onderkant van de laatste explosieve pellet en de stalen getuige plaat.
8. Epoxy 360 ° rond de proefopstelling, die vastzit aan de getuige plaat. Nadat de epoxy volledig is uitgehard, plaatst de ontsteker in de detonator houder, dat is aan de bovenkant van de testopstelling en zet het vast met tape.
9. Transporteren testopstelling om de testkamer en steek langer kabeleinden (15 mm) van de optische vezels in de fotodiode optellen vak. Sluit de fotodiode optellen doos, of andere data-acquisitie-methode, in voorkomend geval, op een oscilloscoop (1 GHz bandbreedte is meer dan voldoende).
10. Sluit een vuurlinie van de RP-80 detonator. Sluit alle benodigde deuren / ports / etc. en voeren gebied lockdown bewerkingen per explosieve testfaciliteit's afvuren (standard operationele procedures) SOP's.
11. Bevestig oscilloscoop trigger, voltage / divisie, tijd / divisie-instellingen. Sluit de trekker uit de high-voltage fireset met een trigger drempel van 3,0 V tot één kanaal op de oscilloscoop. Sluit de fotodiode optellen vak om een ​​tweede kanaal op de oscilloscoop. Stel beide kanalen tot 5 V / divisie en de tijdbasis tot 5 psec / divisie, met een vertraging instelling van -20 psec.
12. Ontploffen het item via high-energy fireset.
13. Meet de pieken die overeenkomen met de tijd van de uitgang van de fotodiode opsomming vak. Van de oscilloscoop scherm trace, gebruiken piekspanningen om specifieke tijden te bepalen, hoewel de eerste opkomst een betere indicator afhankelijk van de gebruikte apparatuur kan zijn.
14. Bereken detonatiesnelheid uit de vijf tijdstippen verworven van de oscilloscoop. Aangezien de afstand van elke vezeloptische bekend Bereken het detonatiesnelheid door het delen van de afstand tussen de pen tegen de tijd tussen elke piek (dihouding / tijd = snelheid). Het gemiddelde en de standaarddeviatie zijn beide gemeld.
15. Bereken de diepte van de deuk in het stalen getuige plaat door het plaatsen van een geijkte stalen lager in de deuk aan het minimumniveau te vinden, en vervolgens een dieptemeter gebruikt om de diepte te bepalen.

2. Foto Doppler Velocimetry

1. Machine a PMMA venster aangepast aan de diameter van de explosieve lading ongeveer 6,5 mm dik. Zorg ervoor dat het raam is optisch helder en vrij van machinale gebreken. Om dit te bereiken neem een ​​optisch heldere vel gegoten acryl en bewerkingscentra uit de schijven met behulp van een laser cutter of iets dergelijks bewerkingsproces. Dan gebruik maken van waterstralen tot een optisch helder oppervlak te bekomen.
2. Zorg ervoor dat de aluminiumfolie dikte van niet meer dan 0.005 "per specificaties van de fabrikant. Als de folie oppervlak is ongerept (spiegelend), rollen over het oppervlak met een geschuurde roestvrij stalen kogellager. Een diffuus oppervlak resulteert in een optimale laser back reflectie, zelfs wanneer de aanpassing is een beetje buiten.
3. Gebruik een dunne, optisch heldere, op basis van acryl plakband aan de aluminium folie aan te brengen op het raam PMMA. Zorg ervoor dat er geen luchtbellen tussen de PMMA en het aluminium.
4. Meet de explosieve monster pellet diameters, lengtes, en de massa's. Gebruik van hoge-precisie remklauwen en balans.
5. Brengt de explosieve monster pellets aan elkaar om een ​​ononderbroken lading vormen, inclusief boosters (indien nodig). Breng vet aan elk explosief-interface tijdens de montage te luchtgaten in pellet interfaces te minimaliseren.
6. Mount detonatiesnelheid pinnen in een acryl armatuur. Dit kunnen zowel optische vezels of piezoelektrische pinnen. Het plaatsen van de pennen ten opzichte van de lading moeten bekend.
7. Bevestig de acryl detonatiesnelheid penhouder aan de heffing. Band is voldoende om de acryl penhouder houden om de lading. Kenmerkend is de vezel / pin locaties dichtst bij de bodem van het explosief chARGE zodanig dat steady state ontploffing kan worden waargenomen.
8. Maak de ontsteker aan de heffing. Inverteer de verzamelde lading en te stabiliseren onder deze hoek te bereiden voor het aanbrengen van het raam PMMA. Plaats een kleine hoeveelheid vet op de explosieve gezicht om luchtbellen te voorkomen op de aluminium / explosief interface.
9. Bevestig de folie van het venster PMMA om de explosieve lading. Als het venster en de lading zijn concentrisch, gebruik tape de omtrek. Zo niet, tape langs de as van de explosieve lading.
10. Zodra het venster PMMA goed is aangesloten op de explosieve lading, brengt hij de acryl PDV probe houder om het venster PMMA met tape. Steek de PDV sonde in de sonde houder PDV.
11. Lijn de PDV-probe in de houder met een back-reflectie meter. Dit apparaat voert een laag vermogen laserstraal en meet de back-reflectie amplitude. Een back-weerspiegeling van -10 dBm tot -20 dBm is wenselijk. Epoxy PDV de sonde op zijn plaats zodra de achterbezinningsverlies is bepaald opoptimaal.
12. Plaats het testmateriaal in de kamer en bevestig zowel de detonatiesnelheid draden (fiber-optic of piëzo-elektrische) en de PDV vezel. Sluit een vuurlinie van een RP-80 detonator. Sluit alle benodigde deuren / ports / etc. en uit te voeren gebied lockdown bewerkingen per faciliteit explosieve testflits SOP's.
13. Bevestig oscilloscoop trigger, voltage / divisie, tijd / divisie-instellingen. Bevestig systeeminstellingen PDV. Observeren signaal laser en referentie-laser amplitudes en zo nodig aan te passen.
14. Ontploffen het item via hoge energie fireset. Bewaar oscilloscoop sporen voor zowel PDV gegevens en detonatiesnelheid data.
15. Analyseer de PDV gegevens in relevante data-analyse programma. Het ruwe PDV signaal moet worden verwerkt met een Fast Fourier Transform (FFT) gebaseerde analysepakket.
    Opmerking: Door te kijken naar de frequentie-inhoud van het grove signaal, en het kennen van de beginfrekwentie van de lichtbron (1550 nm), de FFT analysepakket produceert een snelheid die spectrogram percelende opgenomen snelheid als functie van de tijd. In dit geval PlotData een eigen United States Department of Energy grafische gebruikersinterface (GUI), wordt gebruikt in combinatie met LabView software de FFT uit te voeren. Veel commercieel verkrijgbare analysepakketten bestaan ​​die in staat is om deze taken.
16. Bereken detonatiesnelheid uit de vijf tijdstippen verworven van de oscilloscoop. Aangezien de afstand van elke vezeloptische bekend, wordt de detonatiesnelheid berekend door de afstand tussen de pen tegen de tijd tussen elke piek (afstand / tijd = snelheid). De gemiddelde en standaardafwijking wordt gerapporteerd.

Resultaten

Een typische opstelling voor PDV wordt getoond in figuren 2 en 3, terwijl de FODV opstelling is weergegeven in figuur 4. Bij ontploffing worden de resulterende deuk platen traditionele FODV opnamen getoond in figuur 5, de positie / tijd resultaten van PAX-30 en PBXN-5 in figuur 6. Beide materialen hebben vergelijkbare detonatie snelheden (de helling van de lijn), met PAX-30 ~ 0,4 psec / mm langzamer. Hoewel het niet lijkt een significant verschil, is het namelijk in het licht van het feit dat PAX-30 bezit bijna 20% minder gewichtspercenten explosieve vulling. Detonatiesnelheid is niet afdoende test om de reactie in de aluminium of onmiddellijk na de ontploffing voorste kwantificeren, maar het kan een voorlopige beoordeling aluminium reactie.

Figuur 2. Een typische PDV setup. De explosieve pellets of gegoten stokken worden gestapeld. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3. PDV setup (dichte mening). Het PDV setup op de basis waar de flyer plaat ligt. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4. FODV setup. De stick is geëpoxeerd op de stalen plaat getuige een goed contact en rechte houding tijdens de installatie te waarborgen. De detonator en booster staan ​​bovenaan van de stick. = "Https://www.jove.com/files/ftp_upload/52950/52950fig4large.jpg" target = "_ blank"> Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 5. Dent uit FODV-test. De deuk wordt gemeten met een geijkte dieptemeter of een profilometer. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Detonation rate berekeningen figuur 6.. Elk data punt is van de fiber-optic pinnen in de FODV setup. PAX-30 R ² = 0,999717, RMSE (root mean square error) = 0,519693; PBXN-5 R ² = 0,998778, RMSE = 1,342272.OM / files / ftp_upload / 52950 / 52950fig6large.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.

ontplofbaar	n	Detonation Velocity (mm / usec)	CJ Pressure (GPa, Plate deuk)	CJ Pressure (GPa, PDV)
PBXN-5	3	8.83 ± 0.12	37,9 ± 1,4	34,7 ± 0,0
PAX-30	3	8,48 ± 0,04	32,3 ± 1,3	30,5 ± 0,3

Tabel 1. Performance data uit experimenten. N het totaal aantal tests, elk met 5 fiber-optic pinnen. Het PDV CJ Pressure bestaat uit slechts één test.

De output van de PDV spoor van de vlieger plaat uit de bodem van de explosieve lading van de figuren 2-3 wordt getoond in figuur 7. De trillingen ontstaan ​​door het geluid in de plaat uit de snelle acceleratie bijna 4-5 km / sec. De CJ druk wordt berekend op basis van het modelleren van het product gas Hugoniot met Cooper's ^benadering, 6 en daarna extrapolatie van de CJ punt zodra de aluminium-explosief Hugoniot wordt geëvenaard. Een typische zeefdruk van een dergelijke berekening getoond in figuur 8. De techniek heeft nog een aantal beperkingen aangezien uitgaat van een lineaire versnelling extrapolatie vanaf het begin van de vlieger snelheid. Dit resulteert in een iets onderschatten de druk, zoals blijkt uit de resultaten (Tabel 1). Er wordt gewerkt aan nieuwe vergelijkingen aan het begin van de versnelling van de flyer plaat passen ontwikkelen.

uploaden / 52950 / 52950fig7.jpg "/>
Figuur 7. Plate snelheid als functie van de tijd voor het meten van CJ druk in de PBXN-5 explosief. Let op de uitstekende overeenkomst tussen twee verschillende shots, waar de sporen vrijwel vallen op elkaar. Klik hier om een grotere versie te bekijken dit figuur.

Figuur 8. Berekening van de CJ druk van de koperen plaat flyer gegevens op de PDV-experiment. Merk op dat de extrapolatie wordt uitgegaan van een lineaire versnelling in de eerste druk op de flyer plaat die op dit moment leidt tot een onderschatting van de CJ druk. Klik hier om bekijk een grotere versie van deze figuur. </ A>

Figuur 9. Afbeelding van de uitbreiding isentropes voor reageerde en niet gereageerd Aluminium in de ontploffing producten. De blauwe rechte lijnen zijn de tangens oplossingen die evenredig is met de detonatiesnelheid zijn. Let op de reageerde Al producten oplossing dwingen de detonatiesnelheid lager is dan het niet-omgezette Al oplossing te zijn. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Discussie

Noteer de berekende drukverschillen tussen de twee explosieve formules. De gealuminiseerd explosieve vertoont minder druk, mede door minder nitramine (HMX) laden, maar ook omdat het aluminium met zuurstof reageert in de groeiende detonatie gassen, waardoor een kleinere deuk uit een lagere detonatiedruk. De PBXN-5 oefent een hogere ontploffing druk als gevolg van de hoger gehalte gas bij ontploffing in vergelijking met PAX-30 (36,2 mol / kg voor PBXN-5 versus 33,1 mol / kg voor PAX-30). Meer geavanceerde toestandsvergelijkingen (EOS) uit muur snelheidsmetingen worden gebruikt ter bepaling van de explosieve producten te beschrijven op zulke extreme temperaturen en drukken. ^10,11 Dit zal in de toekomst opnieuw handschriften zijn.

Het bleek dat toen de eerste reactie van een metaal in een explosieve optreedt, de gedetecteerde detonatiesnelheid lager dan wanneer het metaal niet reageert. Dit is enigszins contra-intuïtief; eenzou verwachten dat de snelheid te verhogen als er meer energie de deposito's in de groeiende ontploffing voorzijde als gevolg van exotherme reactie van aluminium. De daling detonatiesnelheid voortvloeit uit oplossingen om de druk dichtheid Hugoniots. Het specifieke volume (inverse dichtheid) -druk isentrope geeft veranderingen als producten uit de detonatie breiden (van links naar rechts in figuur 9). ⁶ De uitbreiding isentrope vertegenwoordigt de detonatie producten die thermodynamisch kunnen ontstaan ​​en groeien langs de druk-volume curve specifieke . Tijdens expansie, indien de aluminium reageert geoxideerde stof te vormen, resulteert in een algehele vermindering van de dichtheid van gas en leidt tot een lagere snelheid. Dit manifesteert zich in een uitbreiding isentrope beneden de oplossing voor de niet-reactieve aluminium (figuur 9). Aangezien de detonatiesnelheid de raaklijn snijdt de isentrope van het startpunt dichtheid op de x-as, blijkt de ontploffing velocity moet minder worden wanneer het aluminium in de formulering reageert.

Samengevat, het Amerikaanse ministerie van Defensie blijft actief voort te zetten toegepast onderzoek en karakterisering van nieuwe energetische materialen met zowel traditionele en nieuwe technologieën. Bij PDV, is een waardevol hulpmiddel dat explosieven uiterst nauwkeurig karakteriseert en geeft de onderzoekers waardevol inzicht in de effectiviteit explosief. Deze snelle testcyclus sterk af kosten en de tijd die nodig is voor de formulering optimalisatie en vereisten verificatie.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
cylcotetramethylenetetranitramine	BAE	Klasse 5	1.1D, Hoog Explosief
Aluminium	Valimet	Merkgebonden
Viton	3M
Vet	Dow Corning	Sylgard 182	Kloofvuller