ERRATUM NOTICE
Important: There has been an erratum issued for this article. Read more …
Abstract
اختبار التنموي من المتفجرات العالية للتطبيقات العسكرية ينطوي على صياغة الصغيرة، واختبار سلامة، وأخيرا اختبارات الأداء تفجير للتحقق من الحسابات النظرية. على نطاق صغير لصيغ وضعت حديثا، وتبدأ العملية مع يمزج على نطاق صغير، والاختبار الحراري، وتأثير وحساسية الاحتكاك. فقط ثم القيام اللاحقة تركيبات نطاق أوسع الشروع في اختبار التفجير، التي سيتم تغطيتها في هذه الورقة. وقد أدت التطورات الحديثة في تقنيات توصيف للدقة لا مثيل لها في توصيف تطور الزمن المبكر من التفجيرات. تقنية جديدة من السرعة بواسطة الصور دوبلر (PDV) لقياس ضغط التفجير وسرعة سيتم تقاسم ومقارنة مع التقليدية الألياف الضوئية سرعة تفجرها ولوحة-دنت حساب ضغط التفجير. على وجه الخصوص، وسيتم مناقشة دور الألومنيوم في مستحضرات المتفجرة. أدت التطورات الأخيرة في تطوير و المتفجراتormulations أن يؤدي إلى رد فعل من الألومنيوم في التوسع المنتج تفجير في وقت مبكر جدا. هذا التفاعل المعزز يؤدي إلى تغيرات في سرعة تفجرها والضغط بسبب رد فعل الألومنيوم مع الأكسجين في منتجات الغاز في التوسع.
Introduction
تطوير متفجرات عالية للاستخدام العسكري ينطوي على اعتبارات السلامة واسعة ومحدودية الموارد بسبب متطلبات مرفق اختبار. في الجيش الاميركي التسلح بحث والتطوير والقيادة الهندسة (ARDEC)، Picatinny السكك ارسنال، يتم تقييم المتفجرات من المستوى البحثي من خلال الرصد دورة حياة كاملة ونزع السلاح. يتم تقييم المتفجرات الجديدة أكثر أمانا للمناولة وتخزين، وتحميل بشكل مستمر في محاولة لتوفير ذخيرة فعالة وآمنة لالمحاربون. يفرض القانون الأخير أن يتم اتباع كلما كان ذلك ممكنا، الذخائر غير حساس (IM) المبادئ التوجيهية والمتطلبات. لذلك، كلما تم تجميع المتفجرات جديدة وصياغة، واختبار الأداء أمر بالغ الأهمية لضمان تلبية متطلبات المستخدمين. في هذا السياق، تتم مقارنة قياس الخواص تفجير PAX-30 التي تم تطويرها حديثا مع PBXN-5، والتقليدية متفجرة عالية الأداء. ولا سيما، وقياس VELO تفجير لالمدينة وتفجير الضغط، والتي هي مهمة للتحقق من النماذج النظرية والحسابية الأداء، ويشارك. تم تطوير PAX-30 ليحل محل المتفجرات إرث مثل PBXN-5 باستخدام الألومنيوم على رد الفعل.
الألومنيوم يمتلك المحتوى الحراري المرتفع للأكسدة كما الألومنيوم على أساس لكل الرحى:
2AL + 3/2 O 2 -> آل 2 يا 3 (1،670 كج / مول)
بإضافة الألومنيوم بدلا من صدمة المكونات المتفجرة الحساسة، يتم تقديم صياغة أكثر أمانا للصدمات والمخاطر الشتائم الخارجية. وهذا يساعد بشكل فعال تحقيق القاسي الذخائر (IM) متطلبات الأمم المتحدة، وفي الوقت نفسه الحفاظ على الأداء اللازمة لتطبيقات عسكرية 2،3.4.
مرافق لاختبار هذه البنود هي فريدة من نوعها ودرجة عالية من التخصص. يتم تنفيذ بعض الاختبارات الأولية للكشف المتفجرات قبل التعامل بكميات كبيرة. توتشمل الاختبارات ذات المناظر توصيف الحراري مع الكالوري التفاضلية المسح الضوئي (DSC) وتأثير واختبارات الاحتكاك. للاختبارات DSC، يتم تسخين عينة اختبار صغيرة بمعدل ثابت في جو خامل، ويتم رصد كمية واتجاه تدفق الحرارة. في اختبارات التصادم والاحتكاك، وتخضع العينة للإهانات من موحدة انخفاض الوزن (BUNDESANSTALT الفراء Materialprufung، أو BAM الأثر)، و 5 لاختبار الاحتكاك دبوس السيراميك موحدة ولوحة (BUNDESANSTALT الفراء Materialprufung، أو الاحتكاك BAM).
مرة واحدة تعتبر الصياغات آمنة للمعالجة، ويتم إنجاز مزيد من النطاق من قبل تقنيات خلط الملكية. باختصار، تقع المتفجرات العالية إلى ثلاث فئات:
تذوب المدلى بها، التي الموثق هو مادة تذوب في المرحلة مثل الشمع، نتريت (تي ان تي)، dintroanisole (DNAN)، أو غيرها من المواد قابل للانصهار. ويمكن إدراج المواد الصلبة الحيوية أو الوقود مع دراسة متأنية من المساواةحجم جسيما والتوافق.
يلقي علاج، حيث الموثق هو بوليمر castable، مثل البيوتادايين منتهية الهيدروكسيل (HTPB)، polyacrylate، أو غيرها من الايبوكسي من نوع البلاستيك الذي هو السائل في حالته غير المتفاعل، ولكن عند بدء يتصلب إلى مادة صلبة. تدرج المواد الصلبة في مصفوفة خلال حالته السائلة.
ضغط، الذي تحميل المواد الصلبة عالية جدا، وكثيرا ما تقترب ما يقرب من 95٪ من وزنها، مع الموثق الذي تمت إضافته إلى معطف المواد الصلبة باستخدام عملية ورنيش أو قذف.
مرة واحدة ضغط أو الزهر، ويتم تشكيله من المواد باستخدام منهجيات موحدة للحصول على هندسة المناسبة لاختبار المطلوب. في هذه الورقة، PAX-30 و PBXN-5 هي الأداء العالي الضغط المتفجرات. مصنوعة من تركيبات من خلال عملية الطين طلاء، التي علقت بلورات نترامين النشطة (HMX، RDX، أو CL-20) والألومنيوم الجسيمات في محلول مائي. ورنيش مع ط الموثق الملكيةوأضاف ق ذلك الحين. على إضافة ورنيش، والمعاطف البوليمر بلورات المتفجرة، يتم تسخين تعليق تحت فراغ لابعاد المذيب، ومن ثم يتم تصفية الجزيئات والمجففة. ثم يتم الضغط على جزيئات شبيهة الحبيبية إلى تكوين المطلوب.
تفجير السرعة
من أجل تحديد سرعة تفجرها، لا بد من مراقبة وصول الجبهة تفجير في المواد. ويعرف التفجير نتيجة لارتفاع فوري الاكتفاء الذاتي في الضغط ودرجة الحرارة التي هي أسرع من سرعة الصوت في هذه المادة. يصبح مكتفية ذاتيا مرة واحدة في درجة الحرارة والضغط تكفي لتوفير التفاعلات الطاردة للحرارة وراء الجبهة رد فعل التكاثر. ويتحقق مثل هذا السلوك من خلال دمج المؤكسدة الأنصاف مثل مجموعة النترات في بعض المواد لتشكيل. وترد مثالين المعروفة باسم RDX (سيكلو-1،3،5-ثلاثي الميثيلين-2،4،6-trinitramine) وموضوعة (cyclotetramethylenetetranitramine) طن الشكل 1، والتي إلى حد كبير على المواد الفعالة المستخدمة في وزارة الدفاع الأميركية (وزارة الدفاع). لاحظ توازن الأكسجين في الجزيئات، مما يؤدي في تفاعل طارد للحرارة، نشر النفس وراء الصدمة الأمامية.
الشكل 1. RDX (سيكلو-1،3،5-ثلاثي الميثيلين-2،4،6-trinitramine، يسار) وموضوعة (cyclotetramethylenetetranitramine، يمين). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
طريقة واحدة لتحديد سرعة الجبهة التفجير هو رصد مكانتها بوصفها وظيفة من الزمن. يتم تنفيذ تفجير سرعة (FODV) اختبار الألياف الضوئية لتحديد سرعة تفجير عبوة مواد متفجرة. وقد صمم لاعبا اساسيا الاكريليك لعقد عينة المتفجرة، وتحديد البصريةالألياف على مسافات المعروفة أسفل طول تهمة. يستخدم الاختبار المعياري 5 بوصة طولا و 0.75 بوصة قطر عينة المتفجرة مع خمس مجموع الألياف البصرية؛ يقع الألياف السفلي 0.50 بوصة من الجزء السفلي من هذه التهمة، ويقع كل من الألياف على التوالي 1 بوصة فوق التالي. الثقوب المحفورة في المباراة الاكريليك هما صعدت الثقوب. هو حجم ثقب قطره أكبر لتناسب الأساسية والكسوة من الألياف البصرية، ويعمل حفرة قطرها أصغر باعتباره المجال الجوي المحصورة. كما تقدم التفجير من خلال عينة المتفجرة، موجة الصدمة المنتجة يثير المجال الجوي يقتصر إنتاج، ومضة قصيرة مشرق التي يمكن ملاحظتها مع الألياف البصرية.
و-الألياف البصرية المستخدمة في هذا الاختبار تمتلك نواة البلاستيك غير مكلفة. ونظرا لطبيعة المدمرة لاختبار واتساق صدمة الهواء، لم يتم العثور ألياف عالية الجودة لتكون ضرورية للحفاظ على البيانات سرعة عالية الجودة. مرفق الاختبار في Picatinny السكك ارسناليستخدم ثنائيات ضوئية لخص لترجمة الضوء من تفجير في التيار الكهربائي. اتساع ارتفاع الجهد هو غير مهم لأغراض هذا الاختبار. تم توصيل الذبذبات 1 غيغاهرتز إلى مربع التلخيص الضوئي، على الرغم من أن معدل أخذ العينات هو أبعد من ما هو ضروري لهذا الاختبار. الألياف "قمم" البصرية يمكن إما يحددها أول ارتفاع لقيم إشارة أو الذروة. وبالنظر إلى المسافة بين الألياف البصرية والفارق الزمني بين وصول التفجير، ثم يتم تحديد تفجير سرعة.
ضغط التفجير
ويقدر ضغط التفجير عن طريق قياس عمق تأثير في ذلك كمحصلة لوحة الصلب القياسية من تفجير المتفجرات في. أعماق دنت هي مرتبطة بشكل جيد لقيم ضغط معروفة لمجموعة متنوعة من المركبات المتفجرة. عادة، لأن معظم المتفجرات تستوفي الشرط تشابمان-Jouguet (CJ) لتفجير لتحدث، وعادة ما يشار الضغط تفجير لكما ضغط CJ، وسيكون من هذه النقطة إلى الأمام في هذه المقالة. وضعت الجمعية تهمة على رأس لوحة الصلب، ودعا الى "لوحة الشاهد"، ونتائج تفجير في تأثير في اللوحة. ثم تتم مقارنة عمق دنت في القطر تهمة 0.75 بوصة القياسية للعديد من المواد المتفجرة مع الضغوط تفجير المعروف أن عمق اختبار دنت. ضغط التفجير التي دنت لوحة هي طريقة موثوق بها مع سنوات عديدة من البيانات الموثقة عن علاقات مقبولة. ومع ذلك، فإن التفجير هي عملية ديناميكية وسريعة التفاعل الكيميائي، وفي السنوات الأخيرة أصبح من المرغوب فيه للاستفادة من أدوات مع دقة أعلى لمراقبة التاريخ ضغط الوقت.
لقياس مباشرة ضغط انفجار عبوة ناسفة والضوئية دوبلر السرعة بواسطة (PDV) يمكن أن تستخدم أيضا. وقد تم تطوير هذا النظام تداخل الليزر من قبل المختبر الوطني لورانس ليفرمور ويستخدم لنانومتر مصدر ليزر CW 1550. بتوجيه الليزر على التحرك هدفاد جمع خفيفة، وتواتر ضربات الناتجة-تحول دوبلر يمكن تحليلها لتوفير أثر سرعة الهدف. على عكس تقنيات التصوير التقليدية عالية السرعة، وهذه آثار سرعة سجل مستمر من سرعة المستهدف بوصفها وظيفة من الزمن. وقد اكتسبت هذه التقنية لقياس اهتماما كبيرا في السنوات القليلة الماضية، وأصبحت في كل مكان في وزارة الدفاع وزارة الطاقة (وزارة الطاقة) مختبرات توصيف المتفجرة.
من أجل حساب الضغط CJ من المتفجرات الجديد، وهو نظام PDV يمكن استخدامها لقياس سرعة الجسيمات بين المتفجرات ونافذة ميتاكريلات (PMMA). احباط رقيقة جدا، وعادة الألومنيوم أو النحاس، يتم وضعها في هذه الواجهة ليكون بمثابة سطح عاكس. في هذه الدراسات، تم استخدام النحاس. وينبغي أن يكون هذا احباط رقيقة بما يكفي لمنع صدمة كبيرة موجة توهين في حين يجري سميكة بما فيه الكفاية لمنع الضوء تفجير من المرور. عادة، سمك احباطمن 1000 انغستروم مثالية للالاجهزة معظم التجريبية. ونظرا لسرعة الجسيمات في PMMA وسرعة تفجير المتفجرات، ويمكن حساب الضغط التفجير مع المعادلات صدمة مطابقة Hugoniot 6
في حين أن الاختبار FODV في 0.75 "قطر التهمة هي معيار أنشئت في ARDEC، اختبارات وفقا PDV-تشهد باستمرار الصقل. اعتمادا على صياغة المتفجرة، واحد أو كلا الاختبارات يمكن استخدامها لوصف سرعة التفجير وضغط التفجير.
Protocol
الحذر! يجب أن يتم تجهيز ومناولة، واختبار مواد شديدة الانفجار (خطر التقسيم الطبقي 1 المواد) إلا من قبل موظفين مدربين ومؤهلين. متفجرات عالية حساسة للتأثير، والاحتكاك، التفريغ الكهربائي، والصدمة. استخدام المعتمدة فقط مرافق البحث والتطوير التي يمكن التعامل مع كميات كبيرة من الفئة 1 المواد.
1. ARDEC الألياف البصرية التفجير سرعة اختبار
- قطع الألياف البصرية لطول باستخدام قطع الألياف الضوئية وحزمة في مجموعات من خمسة الكابلات. وبناء على هندستها غرفة الاختبار في مواقع محددة، وتستخدم 15 أطوال متر عادة. قطاع كابل سترة المواد الظهر 15 ملم على أحد طرفي حزمة و5 ملم على الطرف الآخر من حزمة. تلميع الغايات قطع من الألياف البصرية مع P800 الحصباء صنفرة الجلد لإزالة أي نتوءات.
ملاحظة: نظرا للطبيعة المدمرة لهذا الاختبار، ويفضل الألياف الضوئية البلاستيكية. خصائص الألياف البصرية هي كما يلي: ميتاكريلات الراتنج(PMMA) المواد الأساسية (980 ميكرون قطر)، المفلورة البوليمر المواد الكسوة (1000 ميكرون قطر)، 1.49 معامل الانكسار الأساسية، 0.5 الفتحة العددية. - قياس عينة الاختبار والتركيب A-3 نوع أقطار الثاني الداعم بيليه، أطوال، والجماهير باستخدام الفرجار دقة عالية والتوازن.
ملاحظة: في حين يستخدم اختبار نموذجي قطرها 1.905 سم بنسبة 2.54 سم الكريات الطول، وإجراء اختبار يمكن استخدامها مع أي حجم بيليه قدم مباراة البلاستيك يحمل كابل الألياف الضوئية تركز على كل بيليه. للاختبارات في هذه الدراسة، تم استخدام 1.905 سم الكريات قطر. - تحميل الكريات المتفجرة، واحدا تلو الآخر، في المباراة البلاستيك من خلال توسيع نطاق القطر الداخلي للأنبوب وعبر التحديق في فتحة مفتوحة. أرقام بيليه المتفجرة سجل ومواقع في المباراة. ثم تحميل بيليه معززة في أنبوب من الجزء العلوي من المباراة.
- وضع صاحب المفجر الاكريليك على رأس بيليه معززة.
ملاحظة: RP-502 عبوات ناسفة Bridgewire صواعق(EBWs) تستخدم عادة. يمكن أن تكون بديلا صواعق أخرى، على الرغم من إعادة معايرة الاختبار سيكون ضروريا. - إدراج نهايات يتعرض أقصر (5 ملم) من الألياف البصرية في الثقوب صعدت اثنين في الاختبار اعبا اساسيا تفجير سرعة.
ملاحظة: الثقوب خطوتين ضمان عدم وجود هواء كافية للتأين على مرور الجبهة التفجير الذي يؤدي إلى إشارة قوية. يجب أن يكون الثقوب لاعبا اساسيا قطره 0.021 بوصة بنسبة 0.020 طول حفرة الداخلي ضد المتفجرات وحفرة قطرها 0.042 بوصة لإدخال الألياف البصرية. إذا تم استخدام ألياف البلاستيك، قد يكون الرملي الخفيف من القطر الخارجي من الألياف البصرية اللازمة اعتمادا على كل من قطر الألياف واختبار اعبا اساسيا التحمل. تأكد من أن الألياف البصرية يتم إدخال بالكامل (يجلس على خطوة في حفرة صعدت اثنين). - الغراء / الايبوكسي الألياف في المكان. استخدام 5 دقائق الايبوكسي لهذا البروتوكول.
- عندما الايبوكسي عقد الألياف في وشفي تماما، ضع الاكريليكجيم الأنبوب الذي يحتوي على حبيبات ناسفة على الجزء العلوي من لوحة الصلب الشهود. تأمين المباراة النص إلى لوحة الصلب مع أي وزن على أعلى من ذلك أو الشريط. تأكد من أن ليست هناك فجوة الهواء بين السطح السفلي من بيليه ناسفة الماضي ومسطحات الصلب الشهود.
- الايبوكسي 360 درجة في جميع أنحاء اعبا اساسيا اختبار، والتمسك إلى لوحة الشهود. بعد الايبوكسي وقد شفي تماما، ووضع مفجر في حامل الفتيل الذي هو في الجزء العلوي من المباراة اختبار وضمان الحصول عليها في مكان مع الشريط.
- نقل المباراة الاختبار إلى غرفة الاختبار وإدراج الغايات يعد يتعرض (15 ملم) من الألياف البصرية في مربع الضوئي تلخيص. ربط مربع تلخيص الضوئي، أو غيرها من طريقة الحصول على البيانات، حسب الاقتضاء، إلى الذبذبات (1 عرض النطاق الترددي غيغاهرتز هو أكثر من كافية).
- توصيل خط النار إلى المفجر RP-80. إغلاق جميع الأبواب المطلوبة / الموانئ / وغيرها، وتنفيذ عمليات تأمين منطقة في اختبار ناسفة منشأة اطلاق النار (قالإجراءات التشغيلية النموذجية) إجراءات التشغيل القياسية.
- تأكيد إعدادات الزناد، والجهد / تقسيم، والوقت / قسم الذبذبات. ربط على الزناد الخروج من fireset عالية الجهد مع عتبة الزناد من 3.0 V إلى قناة واحدة على الذبذبات. ربط مربع الضوئي تلخيص لقناة ثانية على الذبذبات. تعيين كل القنوات إلى 5 V / تقسيم وtimebase إلى 5 μsec / قسم، مع إعداد تأخير -20 μsec.
- تفجير في البند عن طريق fireset الطاقة العالية.
- قياس قمم المقابلة لآخر من إخراج مربع الضوئي التلخيص. من الذبذبات شاشة أثر، استخدام الفولتية الذروة لتحديد أوقات محددة، على الرغم من الارتفاع الأول قد يكون مؤشرا أفضل اعتمادا على المعدات المستخدمة.
- حساب سرعة تفجرها من النقاط الزمنية خمسة المكتسبة من الذبذبات. منذ يعرف المباعدة بين كل من الألياف البصرية، وحساب سرعة تفجرها من خلال تقسيم المسافة بين كل طرف من الوقت بين كل الذروة (ديموقف / الساعة = السرعة). المتوسط والانحراف المعياري وكلاهما عنها.
- حساب عمق تأثير في لوحة الشاهد الصلب عن طريق وضع الصلب تحمل معايرة في دنت للعثور على الحد الأدنى، ومن ثم قياس عمق المستخدمة لتحديد العمق.
2. صور دوبلر السرعة بواسطة
- آلة الحجم نافذة PMMA إلى قطر عبوة ناسفة حوالي سميكة 6.5MM. ضمان أن تكون النافذة بصريا واضحة وخالية من أي عيوب تصنيع الآلات. لإنجاز هذه تأخذ ورقة واضحة بصريا من الاكريليك الزهر وبالقطع من الأقراص باستخدام قطع الليزر أو عملية الآلية الأخرى. ثم، والاستفادة من نفثات الماء للحصول على السطح واضحة بصريا.
- تأكد من أن سمك رقائق الألومنيوم لا يتجاوز 0.005 "في مواصفات المصنع. إذا كان السطح احباط هو البكر (براق)، ولفة على السطح مع الفولاذ المقاوم للصدأ واضعا الكرة غطى بالرمل. والنتائج سطح منتشر في البكالوريا ليزر الأمثلك التفكير، حتى عند المحاذاة قليلا قبالة.
- استخدام رقيقة، واضحة بصريا، القائمة على الاكريليك شريط لاصق لتركيب رقائق الألومنيوم إلى إطار PMMA. تأكد من عدم وجود فقاعات الهواء بين PMMA والألومنيوم.
- قياس المتفجرة أقطار اختبار عينة بيليه، أطوال، والجماهير. استخدام الفرجار عالية الدقة والتوازن.
- يلصق الكريات اختبار عينة المتفجرات مع بعضها البعض لتشكيل تهمة المستمر، بما في ذلك أي التعزيز (إذا لزم الأمر). تطبيق الشحوم في كل واجهة المتفجرة خلال التجمع في تقليص الفجوات بين الهواء في واجهات بيليه.
- جبل دبابيس تفجير سرعة إلى اعبا اساسيا الاكريليك. هذه قد تكون إما الألياف البصرية أو دبابيس كهرضغطية. مواقع دبابيس فيما يتعلق المسؤول يجب أن يكون معروفا.
- يلصق صاحب دبوس تفجير سرعة الاكريليك لهذا الاتهام. الشريط كافية للاحتفاظ صاحب دبوس الاكريليك لهذا الاتهام. عادة، المواقع الألياف / دبوس هي الأقرب إلى الجزء السفلي من الفصل ناسفةالدو مثل هذا التفجير حالة مستقرة يمكن ملاحظة.
- إرفاق المفجر لهذا الاتهام. عكس تهمة تجميعها والاستقرار في هذا التوجه للتحضير للصق النافذة PMMA. ضع كمية صغيرة من الشحوم على وجه متفجرة لمنع فقاعات الهواء في الألومنيوم / واجهة المتفجرة.
- يلصق الجانب احباط من النافذة PMMA إلى عبوة ناسفة. إذا كانت نافذة والتهمة هي متحدة المركز، استخدم الشريط محيطي. إذا لم يكن كذلك، الشريط أسفل محور عبوة ناسفة.
- مرة واحدة يتم إرفاق نافذة PMMA بإحكام عبوة ناسفة، يلصق صاحب التحقيق PDV الاكريليك إلى إطار PMMA مع الشريط. إدراج التحقيق PDV إلى صاحب التحقيق PDV.
- محاذاة التحقيق PDV في حامل مع متر ظهر للانعكاس. هذا الجهاز بإخراج شعاع ليزر منخفض الطاقة ويقيس السعة العودة للانعكاس. وظهر انعكاس ل-10 ديسيبل إلى -20 ديسيبل هو مرغوب فيه. الايبوكسي التحقيق PDV في المكان مرة واحدة في التفكير الخلفي وقد تم تحديد أن يكونالأمثل.
- ضع العنصر الاختبار في غرفة ونعلق كل من أسلاك التفجير سرعة (الألياف البصرية أو إجهادي) والألياف PDV. توصيل خط النار لتفجير RP-80. أبواب إغلاق كافة المطلوبة / الموانئ / الخ. والقيام بعمليات منطقة تأمين في إجراءات التشغيل القياسية اختبار اطلاق النار المتفجرة منشأة.
- تأكيد إعدادات الزناد، والجهد / تقسيم، والوقت / قسم الذبذبات. تأكيد إعدادات النظام PDV. مراقبة الليزر إشارة وسعة الليزر المرجعية وتعديل حسب الضرورة.
- تفجير في البند عن طريق fireset طاقة عالية. حفظ آثار الذبذبات لكل من البيانات PDV والبيانات تفجير سرعة.
- تحليل البيانات PDV في برنامج تحليل البيانات ذات الصلة. يجب أن تتم معالجة إشارة PDV الخام باستخدام تحويل فورييه السريع (الاتحاد الفرنسي للتنس) حزمة التحليل القائم.
ملاحظة: من خلال النظر في محتوى تواتر هذه إشارة الخام، ومعرفة التردد الأولي من مصدر الضوء (1550 نانومتر)، حزمة التحليل الاتحاد الفرنسي للتنس تنتج الطيفية السرعة التي المؤامراتسرعة تسجيلها بوصفها وظيفة من الزمن. في هذه الحالة، PlotData، الملكية في الولايات المتحدة وزارة الطاقة واجهة المستخدم الرسومية (GUI)، يستخدم جنبا إلى جنب مع برنامج ابفيف للقيام الاتحاد الفرنسي للتنس. ومع ذلك، توجد العديد من حزم التحليل المتاحة تجاريا التي هي قادرة على أداء هذه المهام. - حساب سرعة تفجرها من النقاط الزمنية خمسة المكتسبة من الذبذبات. منذ يعرف المباعدة بين كل من الألياف البصرية، ويتم احتساب سرعة تفجرها من خلال تقسيم المسافة بين كل طرف من الوقت بين كل الذروة (المسافة / الزمن = السرعة). وذكر أن الانحراف المتوسط والعادي.
Representative Results
ويرد إعداد نموذجي لPDV في الشكلين 2 و 3، في حين يظهر الإعداد FODV في الشكل (4). وبعد التفجير، ويبين مما أدى لوحات دنت من الطلقات FODV التقليدية في الشكل (5)، مع نتائج موقف / وقت PAX-30 وPBXN 5 في الشكل (6). كل المواد تمتلك سرعات تفجير مماثلة (المنحدر من الخط)، مع PAX-30 ~ 0.4 μsec / مم أبطأ. في حين أنه قد لا يبدو أن هناك فرق كبير، هو في الواقع في ضوء حقيقة أن PAX-30 تمتلك ما يقرب من 20٪ أقل من حيث الوزن ملء ناسفة. تفجير السرعة ليست هي اختبار حاسم لتحديد رد فعل الألومنيوم في أو مباشرة بعد الجبهة التفجير، ولكنه يمكن أن تعطي تقييما أوليا لرد فعل الألومنيوم.
الرقم 2. والإعداد PDV نموذجي. مكدسة الكريات المتفجرة أو العصي مسبوكة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3. الإعداد PDV (عرض وثيقة). الإعداد PDV في القاعدة التي تقع فيها لوحة نشرة. الرجاء النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4. FODV الإعداد. وepoxied العصا على لوحة الصلب الشهود لضمان اتصال متين وموقف تستقيم أثناء الإعداد. المفجر ومعززة هم على رأس العصا. = "https://www.jove.com/files/ftp_upload/52950/52950fig4large.jpg" الهدف = "_ فارغة"> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 5. دنت من اختبار FODV. يقاس دنت مع معايرة قياس عمق أو profilometer. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل (6). حسابات معدل التفجير. كل نقطة البيانات هي من دبابيس الألياف الضوئية في الإعداد FODV. PAX-30 R 2 = 0.999717، RMSE (الجذر يعني خطأ مربعا) = 0.519693. PBXN 5 ر 2 = 0.998778، RMSE = 1.342272.ام / ملفات / ftp_upload / 52950 / 52950fig6large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
| مادة متفجرة | ن | تفجير السرعة (مم / μsec) | الضغط CJ (GPA، لوحة دنت) | الضغط CJ (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 |
الجدول 1. بيانات الأداء من التجارب. n هو عدد من الاختبارات، ولكل منها 5 دبابيس الألياف البصرية. ويتكون ضغط PDV CJ من اختبار واحد فقط.
ال يتم عرض الإخراج من التتبع PDV من لوحة نشرة من أسفل العبوة الناسفة من الأرقام 2-3 في الشكل 7. التذبذبات تنشأ من طنين في لوحة من تسارع إلى ما يقرب من 4-5 كم / ثانية. يتم حساب الضغط CJ من نمذجة Hugoniot الغاز المنتج مع تقريب كوبر، 6 ثم استقراء نقطة CJ مرة واحدة يتم مطابقة Hugoniot الألومنيوم ناسفة. ويرد طباعة الشاشة نموذجية من مثل هذا الحساب في الشكل 8. هذه التقنية لا يزال لديه بعض القيود منذ الحسابات تفترض استقراء تسارع الخطي من بداية سرعة المسافر. وهذا يؤدي إلى التقليل من الضغط نوعا ما، كما يتضح من النتائج (الجدول 1). العمل جار لتطوير معادلات جديدة لتتناسب مع التسارع في وقت مبكر من لوحة المسافر.
تحميل / 52950 / 52950fig7.jpg "/>
الرقم 7. لوحة السرعة بوصفها وظيفة من الوقت لقياس ضغط CJ في PBXN 5 المتفجرات. لاحظ اتفاق الممتاز بين اثنين من لقطات مختلفة، حيث تقع آثار عمليا على بعضها البعض. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 8. حساب الضغط CJ من البيانات لوحة النحاس نشرة على التجربة PDV. لاحظ أن استقراء يفترض تسارع الخطي في الدفعة الأولى من لوحة المسافر الذي يؤدي حاليا إلى التقليل من الضغط CJ. الرجاء النقر هنا ل عرض نسخة أكبر من هذا الرقم. </ أ>
الرقم 9. تصوير من isentropes التوسع للألومنيوم وكان رد فعل والمتفاعل في منتجات التفجير. خطوط زرقاء على التوالي هي الحلول الظل التي تتناسب مع سرعة التفجير. ملاحظة الحل منتجات شركة رد فعل يجبر سرعة تفجرها إلى أن تكون أقل من حل غير المتفاعل آل. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Discussion
ملاحظة الاختلافات الضغط المحسوبة بين الصياغات المتفجرة. المعروضات المتفجرة الومنيوم ضغط أقل، ويرجع ذلك جزئيا إلى أقل نترامين (HMX) تحميل، ولكن أيضا لأن الألومنيوم يتفاعل مع الأكسجين في غازات تفجير التوسع، مما يؤدي الى دنت أصغر من انخفاض ضغط التفجير. وPBXN 5 يمارس الضغط تفجير العالي بسبب محتواه العالي الغاز على تفجير مقارنة PAX-30 (36.2 الشامات / كغ للPBXN 5 مقابل 33.1 الشامات / كغ للPAX-30). وتستخدم المزيد من المعادلات المتقدمة من الدولة (EOS) المستمدة من القياسات جدار سرعة لوصف الظروف من المنتجات المتفجرة في هذه درجات الحرارة القصوى والضغوط. 10،11 وهذا سيكون موضوع المخطوطات في المستقبل.
وكان من الواضح أنه عندما يحدث رد فعل في وقت مبكر من المعدن في انفجار عبوة ناسفة، وسرعة الكشف عن تفجير أقل مما لو لم المعدنية تتفاعل. هذا هو متوقع إلى حد ما. واحدأتوقع سرعة زيادة إذا المزيد من الودائع الطاقة في توسيع جبهة التفجير نتيجة لتفاعل طارد للحرارة من الألومنيوم. انخفاض في سرعة تفجرها ينشأ من حلول للHugoniots ضغط الكثافة. حجم معين (كثافة معكوس) -pressure isentrope يدل على تغييرات في كمنتجات من تفجير توسيع (من اليسار إلى اليمين في الشكل 9). 6 isentrope توسع تمثل هذه المنتجات التفجير التي يمكن أن تشكل الديناميكا الحرارية وتوسيع طول منحنى حجم الضغط محدد . أثناء التوسع، إذا يتفاعل الألومنيوم لتشكيل الأنواع المؤكسدة، فإنه يؤدي إلى انخفاض عام في كثافة الغاز ويؤدي إلى سرعة أقل. ويتجلى هذا في isentrope التوسع دون حل للالألومنيوم غير التفاعلي (الشكل 9). منذ سرعة التفجير هو خط المماس المتقاطعة وisentrope من كثافة انطلاق على محور س، فمن الواضح التفجير الخامسelocity يجب أن ينخفض عندما يتفاعل الألومنيوم في الصياغة.
وباختصار، لا تزال الولايات المتحدة وزارة الدفاع لمتابعة بنشاط البحوث التطبيقية وتوصيف المواد النشيطة جديدة مع كل من التكنولوجيات التقليدية والجديدة. في حالة PDV، بل هو أداة قيمة التي تميز المتفجرات بدقة بالغة، ويوفر للباحثين معلومات قيمة حول فعالية المتفجرة. هذه دورة اختبار سريع يقلل إلى حد كبير من حيث التكلفة والوقت اللازم لتحسين ومتطلبات صياغة التحقق.
Disclosures
توزيع ج: وافقت لاطلاق سراح العامة. توزيع غير محدود. الكتاب ليس لديهم ما يكشف.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| cylcotetramethylenetetranitramine | BAE | Class 5 | 1.1D, High Explosive |
| Aluminum | Valimet | Proprietary | |
| Viton | 3M | ||
| Grease | Dow Corning | Sylgard 182 | Gap sealer |
References
- Title 10, Chapter 141, Section 2389. United States Code. , (2001).
- Anderson, P. E., Cook, P., Davis, A., Mychajlonka, K. The Effect of Binder Systems on Early Aluminum Reaction in Detonations. Propellants, Explosives, and Pyrotechnics. 38 (4), 486-494 (2013).
- Trzcinski, W. A., Cudzilo, S., Paszula, J. Studies of Free Field and Confined Explosions of Aluminum Enriched RDX Compositions. Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 32 (6), 502-508 (2007).
- Volk, F., Schedlbauer, F. Products of Al Containing Explosives Detonated in Argon and Underwater. 10th Symposium (International) on Detonation, 1993 July 12-16, Boston, , Office of Naval Research. White Oak. (1995).
- United Nations. Recommendations on the Transport of Dangerous Goods—Tests and Criteria, revisions adopted by reference (A.1), ST/SG/AC.10/11. , United Nations Publication. New York, New York. (2013).
- Cooper, P. W. Explosives Engineering. , Wiley-VCH. New York. (1996).
- Chapman, D. L. On the rate of explosion in gases. Philosophical Magazine Series 5. 47 (284), 90-104 (1899).
- OT, S. trand, Goosman, D. R., Martinez, C., Whitworth, T. L., Kuhlow, W. W. Compact system for high-speed velocimetry using heterodyne techniques. Review of Scientific Instruments. 77 (8), (2006).
- Manner, V. W., Pemberton, S. J. The role of Aluminum in the Detonation and Post-detonation expansion of Selected Cast HMX-Based Explosives. Propellants, Explosives, and Pyrotechnics. 37 (2), 198-206 (2012).
- Baker, E. L., Stiel, L., Balas, W., Capellos, C., Pincay, J. Combined Effects Aluminized Explosives. 24th International Ballistics Symposium, 2008 September 22-26, New Orleans, LA, , (2008).
- Stiel, L. I., Baker, E. L., Capellos, C. Study of Detonation and Cylinder Velocities for Aluminized Explosives. Shock Compression of Condensed Matter - 2005. AIP Conference Proceedings. Furnish, M. D., Elert, M., Russell, T. P., White, C. T. 845, American Institute of Physics. New York, 475–478. 475-478 (2006).
Tags
الهندسة، العدد 108، المتفجرات، التفجير، اختبار، الألياف البصرية، صور دوبلر السرعة بواسطةErratum
Formal Correction: Erratum: Research and Development of High-performance Explosives
Posted by JoVE Editors on 06/30/2016.
Citeable Link.
An erratum was issued for Research and Development of High-performance Explosives. The abstract, introduction, protocol, representative results, and acknowledgments sections were updated.
The Abstract was updated from:
Developmental testing of high explosives for military applications involves small-scale formulation, safety testing, and finally detonation performance tests to verify theoretical calculations. small-scale For newly developed formulations, the process begins with small-scale mixes, thermal testing, and impact and friction sensitivity. Only then do subsequent larger scale formulations proceed to detonation testing, which will be covered in this paper. Recent advances in characterization techniques have led to unparalleled precision in the characterization of early-time evolution of detonations. The new technique of photo-Doppler velocimetry (PDV) for the measurement of detonation pressure and velocity will be shared and compared with traditional fiber-optic detonation velocity and plate-dent calculation of detonation pressure. In particular, the role of aluminum in explosive formulations will be discussed. Recent developments led to the development of explosive formulations that result in reaction of aluminum very early in the detonation product expansion. This enhanced reaction leads to changes in the detonation velocity and pressure due to reaction of the aluminum with oxygen in the expanding gas products.
to:
Developmental testing of high explosives for military applications involves small-scale formulation, safety testing, and finally detonation performance tests to verify theoretical calculations. For newly developed formulations, the process begins with small-scale mixes, thermal testing, and impact and friction sensitivity. Only then do subsequent larger scale formulations proceed to detonation testing, which will be covered in this paper. Recent advances in characterization techniques have led to unparalleled precision in the characterization of early-time evolution of detonations. The new technique of Photonic Doppler Velocimetry (PDV) for the measurement of detonation pressure will be shared and compared with traditional fiber-optic detonation velocity and plate-dent calculation of detonation pressure. In particular, the role of aluminum in explosive formulations will be discussed. Recent developments led to the development of explosive formulations that result in reaction of aluminum very early in the detonation product expansion. This enhanced reaction leads to changes in the detonation velocity and pressure due to reaction of the aluminum with oxygen in the expanding gas products.
The Introduction's second to last paragraph was updated from:
In order to calculate the CJ pressure of a new explosive, a PDV system can be used to measure the particle velocity between the explosive and a polymethyl methacrylate (PMMA) window. A very thin foil, usually aluminum or copper, is placed at this interface to act as a reflective surface. In these studies, copper was used. This foil should be thin enough to prevent significant shock wave attenuation while being thick enough to prevent detonation light from passing through. Typically, a foil thickness of 1,000 angstroms is ideal for most experimental setups. Given the particle velocity in the PMMA and the detonation velocity of the explosive, the detonation pressure can be calculated with Hugoniot shock matching equations.6
to:
In order to calculate the CJ pressure of a new explosive, a PDV system can be used to measure the particle velocity between the explosive and a polymethyl methacrylate (PMMA) window. A very thin foil, usually aluminum or copper, is placed at this interface to act as a reflective surface. This foil should be thin enough to prevent significant shock wave attenuation while being thick enough to prevent detonation light from passing through. Typically, a foil thickness of 1,000 angstroms is ideal for most experimental setups. Given the particle velocity in the PMMA and the detonation velocity of the explosive, the detonation pressure can be calculated with Hugoniot shock matching equations.6
Step 2.1 in the Protocol was updated from:
Machine a PMMA window sized to the diameter of the explosive charge approximately 6.5mm thick. Ensure that the window is optically clear and free of any machining defects. To accomplish this take an optically clear sheet of cast acrylic and machining out the disks using a laser cutter or similar machining process. Then, utilize water jets to obtain an optically clear surface.
to:
Machine a PMMA window sized to the diameter of the explosive charge approximately 6.5mm thick. Ensure that the window is optically clear and free of any machining defects. To accomplish this take an optically clear sheet of cast acrylic and machining out the disks using a laser cutter or similar machining process. Then, polish the PMMA to obtain an optically clear surface.
In the Representative Results Figure 3's capation was updated from:
Figure 3. PDV setup (close view). The PDV setup at the base where the flyer plate is located.
to:
Figure 3. PDV setup (close view). The PDV setup at the base.
In the Representative Results, the paragraph between table 1 and figure 7 has been updated from:
The output from the PDV trace of the flyer plate from the bottom of the explosive charge of Figures 2-3 is shown in Figure 7. The oscillations arise from the ringing in the plate from the rapid acceleration to nearly 4-5 km/sec. The CJ pressure is calculated from modeling the product gas Hugoniot with Cooper’s approximation,6 and then extrapolating the CJ point once the aluminum-explosive Hugoniot is matched. A typical screen print from such a calculation is shown in Figure 8. The technique still has some limitations since the calculations assume a linear acceleration extrapolation from the beginning of the flyer velocity. This results in slightly underestimating the pressure, as evidenced by the results (Table 1). Work is ongoing to develop new equations to fit the early acceleration of the flyer plate.
to:
The output of the PDV trace from the bottom of the explosive charge of Figures 2-3 is shown in Figure 7. The CJ pressure is calculated from modeling the product gas Hugoniot with Cooper’s approximation,6 and then extrapolating the CJ point once the PMMA-explosive Hugoniot is matched. A typical screen print from such a calculation is shown in Figure 8. The technique still has some limitations since the calculations assume a linear extrapolation from the beginning of the window velocity trace. This results in slightly underestimating the pressure, as evidenced by the results (Table 1).
In the Representative Results Figure 7 and its caption were updated from:
Figure 7. Plate velocity as a function of time for the measurement of CJ pressure in the PBXN-5 explosive. Note the excellent agreement between two different shots, where the traces practically fall on one another.
to:
Figure 7. Window velocity as a function of time for the measurement of CJ pressure. Note the excellent agreement between the different shots, where the traces practically fall on one another.
Also in the Representative Results, Figure 8 had its caption update from:
Figure 8. Calculation of the CJ pressure from the copper flyer plate data on the PDV experiment. Note that the extrapolation assumes a linear acceleration in the initial push of the flyer plate which currently leads to an underestimation of the CJ pressure.
to:
Figure 8. Calculation of the CJ pressure from the PDV experiment. Note that the extrapolation assumes a linear acceleration in the initial push of the window which currently leads to an underestimation of the CJ pressure.
The Acknowledgments section was updated from:
The authors would like to thank the Future Requirement of Enhanced Energetics for Decisive Munitions (FREEDM) Program for funding, Mike VanDeWal and Gerard Gillen for their assistance in testing, Paula Cook for formulations assistance, and Ralph Acevedo and Brian Travers for pressing of the samples.
to:
The authors would like to thank the Future Requirement of Enhanced Energetics for Decisive Munitions (FREEDM) Program for funding, Mike Van De Waal and Gerard Gillen for their assistance in testing, Paula Cook for formulations assistance, and Ralph Acevedo and Brian Travers for pressing of the samples.
