Pesquisa e Desenvolvimento de explosivos de alto desempenho

O objetivo geral deste procedimento é avaliar a velocidade de detonação e a pressão de detonação para uma nova formulação explosiva, usando pinos piezoelétricos e uma janela de dopplervelocimetria fotônica. Isso é feito preparando primeiro os pinos piezoelétricos e uma janela de dopplervelocimetria fotônica para o procedimento de teste. O segundo passo é medir e carregar as amostras explosivas nos tubos de acrílico usinados.

Em seguida, o detonador é afixado. O experimento é colocado na câmara de teste fechada e a carga de teste é detonada. A etapa final é coletar e analisar o tempo de chegada e os dados de pressão.

Em última análise, testes combinados de velocidade de detonação e pressão de detonação foram usados para caracterizar e otimizar formulações explosivas. Como formuladores explosivos, não podemos nos dar ao luxo de várias execuções e testes não destrutivos. Portanto, medições precisas e repetíveis da velocidade de detonação e da pressão de detonação são extremamente importantes.

Aqui, os engenheiros de explosivos Erik Wrobel e Rodger Cornell demonstrarão como medir a pressão e a velocidade de detonação. A principal vantagem da dopplervelocimetria fotônica é a medição extremamente precisa da pressão de detonação. Primeiro, prepare feixes de seis cabos BNC para serem usados com os pinos piezoelétricos.

Os comprimentos dos cabos devem ser ajustados à geometria do local de teste. Agora, usando um paquímetro de alta precisão, meça o diâmetro e o comprimento da amostra de teste e do pellet de reforço. Os dispositivos de teste podem ser usinados para pellets de qualquer tamanho.

Além disso, meça as massas dos pellets. Agora, carregue os pellets explosivos um por um no acessório de plástico. Registre o número de pellets carregados e suas localizações dentro do acessório.

Em seguida, carregue o pellet de reforço no tubo a partir da parte superior do acessório. Em cima do pellet booster, coloque um suporte de detonador de acrílico. Agora, insira os pinos piezoelétricos através dos orifícios e descendo o comprimento do acessório de plástico.

Prenda os pinos usando um epóxi de cinco minutos. Após a cura do epóxi, posicione o tubo de acrílico contendo os pellets explosivos em cima da placa testemunha de aço. Prenda o acessório de teste à placa de aço com um peso ou alguma fita.

Não deve haver nenhum espaço de ar entre o último pellet explosivo e a placa de aço. Em seguida, coloque epóxi na borda do acessório de teste para prendê-lo à placa. Depois que o epóxi estiver totalmente curado, coloque o detonador no suporte e prenda com fita adesiva.

Transporte o dispositivo de teste para a câmara de teste. Lá, conecte os cabos dos pinos piezoelétricos aos pinos da câmara e a uma caixa multiplexadora BNC na sala da câmera. Em seguida, conecte a caixa Mux a um osciloscópio.

Uma largura de banda de um gigahertz é mais do que suficiente. Conecte a linha de tiro ao detonador. Seguindo os procedimentos operacionais padrão locais, bloqueie o local de teste.

Em seguida, conecte o gatilho do alto voltage conjunto de fogo a um canal no osciloscópio. Verifique se o limite de disparo é de três volts. Em seguida, conecte a caixa de soma a um segundo canal no osciloscópio.

No osciloscópio, defina ambos os canais para cinco volts por divisão e a base de tempo para cinco microssegundos por divisão. Defina o atraso para menos 20 microssegundos. Agora, com o fogo de alta energia aceso, execute a detonação.

A análise dos dados é abordada no protocolo de texto. Comece usinando um disco de PMMA. Corte o disco de uma folha opticamente transparente de um quarto de polegada de PMMA fundido para garantir que as faces do disco estejam livres de imperfeições.

Combine o diâmetro do disco com o diâmetro do explosivo. Uma vez usinado, inspecione as faces do disco quanto a defeitos físicos. Limpe e polir pequenos defeitos na superfície para restaurar sua clareza óptica.

Se houver grandes defeitos, como arranhões profundos ou cáries, descarte o disco e comece de novo. Agora, cole uma folha de alumínio muito fina no disco, com o lado difuso para baixo, usando fita opticamente transparente. Alise a folha contra o disco para remover quaisquer ondulações ou bolhas.

Assim como no procedimento anterior, meça os diâmetros, comprimentos e massas dos pellets de amostra explosiva. Forme a carga explosiva a partir desses pellets de amostra. Em cada interface explosiva, aplique um elastômero à base de silicone para minimizar a formação de entreferros.

Use um elastômero testado para ser compatível, o que não facilita uma reação química. Agora, monte os pinos piezoelétricos do tempo de chegada em um suporte de acrílico. Em seguida, prenda o suporte carregado perto da parte inferior da carga para capturar a velocidade de detonação em estado estacionário.

Antes de prosseguir, certifique-se de que o suporte tenha os pinos deslocados paralelamente ao eixo do tarugo explosivo. Continue o teste de fotodopplervelocimetria conectando um suporte de sonda PDV de acrílico à superfície livre da janela de PMMA. Em seguida, insira a sonda PDV no suporte e alinhe-a à folha de alumínio usando um medidor de reflexão traseira de um miliwatt.

Portanto, embora o PMMA transmita cerca de 90% da luz laser com a qual estamos trabalhando, a superfície livre do disco com a qual estamos trabalhando é muito especular. Portanto, se a sonda com a qual estamos trabalhando se alinhar perfeitamente a essa superfície livre, na verdade obteremos um nível de reflexão traseira muito forte. E se pegarmos esse nível de reflexão traseira e o confundirmos com o alumínio que estamos vendo, isso pode nos dar um falso alinhamento positivo, e podemos acabar perdendo muitos dos dados que estamos tentando capturar.

Uma vez alinhado para uma reflexão ideal para trás, coloque a sonda PDV no lugar. Em seguida, conecte um booster e um detonador EBW à carga para concluir a montagem. Agora, coloque o item de teste na câmara e conecte os pinos TOA e a fibra PDV.

Em seguida, conecte a linha de tiro ao detonador RP-80. Agora, proteja o local de teste e conduza uma operação de bloqueio de área. Certifique-se de que todos os intralocks estejam ativados e que todo o pessoal seja contabilizado.

A preparação final é verificar o sinal PDV e os níveis de potência de referência para garantir que a frequência de batida desejada seja capturada. Agora, detone o item usando o conjunto de fogo de alta energia. Salve os traços do osciloscópio para os dados PDV e TOA.

Usando o protocolo descrito, o PAX-30 foi comparado a um PBXN-5 tradicional de alto explosivo. Após a detonação, as placas dentadas dos tiros tradicionais de velocidade de detonação foram analisadas. Este gráfico mostra a velocidade de detonação do PAX-30 em comparação com um explosivo tradicional de alta energia, o PBXN-5.

O PAX-30, mesmo com 20% menos explosivo na formulação, possui quase a mesma velocidade de detonação, pressão e energia total que o PBXN-5. Isso surge devido ao aditivo de alumínio de design exclusivo. O traço de velocimetria doppler fotônico da velocidade da partícula do fundo do explosivo mostra que ela acelerou rapidamente para aproximadamente três quilômetros por segundo.

A pressão de detonação, ou Chapman-Jouget, foi calculada a partir da modelagem do gás do produto, Hugoniot, com a aproximação de Cooper, e depois extrapolando o ponto CJ, uma vez que o explosivo de alumínio, Hugoniot, foi combinado. Os cálculos subestimaram ligeiramente a pressão, como evidenciado pelos resultados. O trabalho está em andamento para desenvolver novas equações para se adequar à aceleração inicial das partículas.

Então, depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como medir a velocidade de detonação e a pressão de detonação para uma nova formulação explosiva.