Research and Development of High-performance Explosives

Rodger Cornell; Erik Wrobel; Paul E. Anderson

doi:10.3791/52950

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Engineering

अनुसंधान और उच्च प्रदर्शन विस्फोटक का विकास

Published: February 20, 2016

doi:

10.3791/52950

Rodger Cornell, Erik Wrobel, Paul E. Anderson

¹Detonation Physics Branch,US Army ARDEC, Picatinny Arsenal, ²Explosives Research Branch,US Army ARDEC, Picatinny Arsenal

Summary

Developmental testing of high explosives for military applications involves small-scale formulation, safety testing, and finally detonation performance tests to verify theoretical calculations. This paper will share typical development tests associated with the measurement of detonation velocity and detonation pressure.

Abstract

सैन्य अनुप्रयोगों के लिए उच्च विस्फोटकों की विकासात्मक परीक्षण के छोटे पैमाने पर निर्माण, सुरक्षा का परीक्षण, और सैद्धांतिक गणना सत्यापित करने के लिए अंत में विस्फोट प्रदर्शन परीक्षण शामिल है। छोटे पैमाने पर नव विकसित योगों के लिए, इस प्रक्रिया को छोटे पैमाने पर घोला जा सकता है, थर्मल परीक्षण, और प्रभाव और घर्षण संवेदनशीलता के साथ शुरू होता है। तभी तो बाद में बड़े पैमाने योगों विस्फोट परीक्षण है, जो इस पत्र में शामिल किया जाएगा करने के लिए आगे बढ़ना नहीं है। लक्षण वर्णन तकनीक में हाल के अग्रिमों detonations के शुरुआती समय विकास के लक्षण वर्णन में अद्वितीय सटीक करने के लिए नेतृत्व किया है। विस्फोट के दबाव और वेग की माप के लिए फोटो-डॉपलर velocimetry (PDV) की नई तकनीक साझा करने और विस्फोट दबाव के पारंपरिक फाइबर ऑप्टिक विस्फोट वेग और थाली-सेंध गणना के साथ तुलना में किया जाएगा। विशेष रूप से, विस्फोटक योगों में एल्यूमीनियम की भूमिका पर चर्चा की जाएगी। हाल के घटनाक्रम विस्फोटक च के विकास के लिए नेतृत्वormulations कि बहुत विस्फोट उत्पाद विस्तार के शुरू में एल्यूमीनियम की प्रतिक्रिया में परिणाम। इस बढ़ाकर प्रतिक्रिया गैस के उत्पादों के विस्तार में ऑक्सीजन के साथ एल्यूमीनियम की प्रतिक्रिया के कारण विस्फोट वेग और दबाव में परिवर्तन होता है।

Introduction

सैन्य उपयोग के लिए उच्च विस्फोटकों का विकास व्यापक सुरक्षा कारणों और संसाधन परीक्षण सुविधा आवश्यकताओं के कारण सीमाओं शामिल है। अमेरिकी सेना के आयुध अनुसंधान एवं विकास और इंजीनियरिंग कमान (ARDEC), Picatinny शस्त्रागार में विस्फोटकों से भरा जीवन चक्र की निगरानी और विसैन्यीकरण के माध्यम से अनुसंधान के स्तर से मूल्यांकन कर रहे हैं। न्यू विस्फोटकों कि के लिए हैंडलिंग, भंडारण, और लदान सुरक्षित हैं लगातार Warfighter के लिए प्रभावी और सुरक्षित हथियारों प्रदान करने के प्रयास में मूल्यांकन कर रहे हैं। हाल ही में कानून लगती है कि जब भी संभव हो, असंवेदनशील लड़ाई के सामान (आईएम) के दिशा-निर्देशों का पालन कर रहे हैं और आवश्यकताओं। इसलिए, जब भी नए विस्फोटकों संश्लेषित और तैयार कर रहे हैं, प्रदर्शन परीक्षण सुनिश्चित करने के लिए वे उपयोगकर्ता की आवश्यकताओं को पूरा सर्वोपरि है। इस संदर्भ में, नव विकसित पैक्स-30 के विस्फोट संपत्तियों की माप PBXN -5, एक पारंपरिक उच्च प्रदर्शन विस्फोटक के साथ तुलना की जाती है। विशेष रूप से, इसकी विस्फोट Velo की माप मेंशहर और विस्फोट दबाव है, जो सैद्धांतिक मॉडल और प्रदर्शन गणना के सत्यापन के लिए महत्वपूर्ण हैं, साझा किया जाता है। पैक्स-30 प्रतिक्रियाशील एल्यूमीनियम का उपयोग करके इस तरह के PBXN -5 के रूप में विरासत विस्फोटकों को बदलने के लिए विकसित किया गया था।

एल्यूमिनियम एक प्रति दाढ़ आधार पर एल्यूमीनियम के रूप में ऑक्सीकरण की एक उच्च तापीय धारिता के पास:

2AL + 3/2 हे ₂ -> अल ₂ ओ ₃ (1,670 केजे / मोल)

सदमे संवेदनशील विस्फोटक सामग्री के स्थान पर एल्यूमीनियम जोड़कर, सूत्रीकरण बाहरी सदमे और खतरा अपमान करने के लिए और अधिक सुरक्षित प्रदान की गई है। यह प्रभावी है, जबकि एक ही समय में प्रदर्शन सैन्य अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक बनाए रखने असंवेदनशील लड़ाई के सामान (आईएम) संयुक्त राष्ट्र की आवश्यकताओं को पूरा करने में मदद करता है। ^2,3.4

सुविधा के लिए आइटम अद्वितीय और अति विशिष्ट हैं परीक्षण करने के लिए। कुछ प्रारंभिक परीक्षणों बड़ी मात्रा में विस्फोटकों को संभालने से पहले स्क्रीन करने के लिए प्रदर्शन कर रहे हैं। टीhese परीक्षण अंतर स्कैनिंग उष्मामिति (डीएससी) और प्रभाव और घर्षण परीक्षण के साथ थर्मल लक्षण वर्णन शामिल हैं। डीएससी परीक्षण के लिए, एक छोटे से परीक्षण नमूना एक आभ्यांतरिक वातावरण में एक स्थिर दर पर गर्म किया जाता है, और राशि और गर्मी के प्रवाह की दिशा पर नजर रखी है। प्रभाव और घर्षण परीक्षण के लिए नमूना एक मानकीकृत गिरने वजन (Bundesanstalt फर Materialprufung, या बेम प्रभाव) से अपमान के अधीन है, और घर्षण परीक्षण एक मानकीकृत चीनी मिट्टी पिन और प्लेट (Bundesanstalt फर Materialprufung, या बेम घर्षण) के लिए। ⁵

एक बार जब योगों से निपटने के लिए सुरक्षित माना जाता है, आगे पैमाने अप मालिकाना मिश्रण प्रौद्योगिकियों के द्वारा पूरा किया है। संक्षेप में, उच्च विस्फोटकों को तीन श्रेणियों में गिरावट:

पिघल डाली, जिसमें बांधने की मशीन एक मोम की तरह पिघल एक चरण सामग्री है, trinitrotoluene (टीएनटी), dintroanisole (DNAN), या अन्य meltable सामग्री। ऊर्जावान या ईंधन ठोस बराबर की सावधानी से विचार के साथ शामिल किया जा सकताticle आकार और अनुकूलता।

इस तरह हाइड्रॉक्सिल समाप्त polybutadiene (एचटीपीबी), polyacrylate, या अन्य epoxy प्रकार प्लास्टिक कि इसके unreacted राज्य में तरल है, लेकिन दीक्षा पर एक ठोस करने के लिए solidifies के रूप में कास्ट-इलाज, जिसमें एक बांधने की मशीन castable बहुलक है। एसएनएफ अपने तरल अवस्था के दौरान मैट्रिक्स में शामिल कर रहे हैं।

दबाव डाले, जिसमें ठोस लोड हो रहा है बहुत अधिक है, अक्सर वजन से लगभग 95% के करीब पहुंच एक बांधने की मशीन है कि कोट करने के लिए एक लाख या बाहर निकालना प्रक्रिया का उपयोग कर ठोस साथ जोड़ा जाता है।

एक बार दबाया या डाली, एक वांछित सामग्री परीक्षण के लिए उचित ज्यामिति प्राप्त करने के लिए मानक तरीकों का उपयोग कर machined हैं। इस पत्र में, पैक्स-30 और PBXN -5 उच्च प्रदर्शन दबाया विस्फोटकों हैं। योगों एक घोल कोटिंग प्रक्रिया है, जिसमें ऊर्जावान nitramine क्रिस्टल (HMX, आरडीएक्स, या सीएल -20) और एल्यूमीनियम कणों एक जलीय घोल में निलंबित कर रहे हैं के माध्यम से किया जाता है। मालिकाना बांधने की मशीन के साथ मैं एक लाखरों फिर कहा। लाह अलावा पर, बहुलक कोट विस्फोटक क्रिस्टल, निलंबन वैक्यूम के अंतर्गत गरम किया जाता है विलायक बंद ड्राइव करने के लिए, और कणों तो फ़िल्टर और सूख रहे हैं। दाना-कणों की तरह तो वांछित विन्यास को दबाया जाता है।

धमाके वेग

आदेश में विस्फोट वेग का निर्धारण करने के लिए, एक सामग्री में विस्फोट सामने के आने से निगरानी करनी चाहिए। एक विस्फोट एक आत्मनिर्भर दबाव और तापमान में वृद्धि तात्कालिक सामग्री में ध्वनि की गति से भी तेज है कि के रूप में परिभाषित किया गया है। यह आत्मनिर्भर हो जाता है एक बार तापमान और दबाव प्रचार प्रतिक्रिया सामने पीछे एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रियाओं प्रदान करने के लिए पर्याप्त हैं। इस तरह के व्यवहार में इस तरह के गठन के कुछ सामग्री में नाइट्रेट समूहों के रूप में ऑक्सीकरण moieties को शामिल करके एहसास हो रहा है। आरडीएक्स (cyclo-1,3,5-trimethylene-2,4,6-trinitramine) और HMX (cyclotetramethylenetetranitramine) के रूप में जाना जाता है दो उदाहरण मैं दिखाए गए हैंn चित्रा 1, जिसके द्वारा और बड़े अमेरिका डीओडी में सबसे अधिक इस्तेमाल किया ऊर्जावान सामग्री (रक्षा विभाग) कर रहे हैं। नोट के अणुओं की ऑक्सीजन शेष है, जो सदमे सामने पीछे आत्म प्रचार एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रिया में यह परिणाम है।

चित्रा 1. आरडीएक्स (cyclo-1,3,5-trimethylene-2,4,6-trinitramine, बाएं) और HMX (cyclotetramethylenetetranitramine, दाएं)। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

एक तरीका यह विस्फोट सामने की गति का निर्धारण करने के लिए समय के एक समारोह के रूप में अपनी स्थिति पर नजर रखने के लिए है। फाइबर ऑप्टिक विस्फोट वेग (FODV) परीक्षण एक विस्फोटक सामग्री के विस्फोट वेग निर्धारित करने के लिए किया जाता है। एक एक्रिलिक स्थिरता विस्फोटक नमूना पकड़ है, और ऑप्टिकल पता लगाने के लिए डिजाइन किया गया थाप्रभारी लंबाई नीचे ज्ञात दूरी पर फाइबर। मानक परीक्षण पाँच कुल ऑप्टिकल फाइबर के साथ 0.75 इंच व्यास विस्फोटक नमूना द्वारा लंबे समय से एक 5 इंच का उपयोग करता है; नीचे फाइबर प्रभारी के नीचे से 0.50 इंच स्थित है और एक के बाद एक फाइबर अगले ऊपर 1 इंच स्थित है। छेद एक्रिलिक स्थिरता में drilled दो कदम रखा छेद कर रहे हैं। बड़ा व्यास छेद कोर और ऑप्टिकल फाइबर का आवरण फिट करने के लिए आकार है और छोटे व्यास छेद एक सीमित हवा अंतरिक्ष के रूप में कार्य करता है। विस्फोट विस्फोटक नमूना के माध्यम से प्रगति के रूप में, सदमे की लहर का उत्पादन एक छोटी, उज्ज्वल फ्लैश है कि फाइबर ऑप्टिक्स के साथ मनाया जा सकता है उत्पादन सीमित हवा अंतरिक्ष उत्तेजित।

फाइबर ऑप्टिक्स इस परीक्षण के लिए इस्तेमाल एक सस्ती प्लास्टिक कोर के अधिकारी। परीक्षण की विनाशकारी प्रकृति और हवा सदमे की संगति के कारण, उच्च गुणवत्ता फाइबर उच्च गुणवत्ता वेग डेटा बनाए रखने के लिए आवश्यक होने के लिए नहीं पाए गए। Picatinny शस्त्रागार पर परीक्षण सुविधाअभिव्यक्त photodiodes का उपयोग करता वोल्टेज में विस्फोट से प्रकाश अनुवाद करने के लिए। वोल्टेज स्पाइक के आयाम को इस परीक्षण के प्रयोजनों के लिए महत्वहीन है। एक 1 गीगा आस्टसीलस्कप, photodiode संक्षेप बॉक्स से जुड़ा है कि हालांकि नमूना दर तक क्या इस परीक्षण के लिए आवश्यक है परे है। ऑप्टिकल फाइबर "शिखर" या तो संकेत या चोटी मूल्यों की पहली वृद्धि द्वारा निर्धारित किया जा सकता है। ऑप्टिकल फाइबर और विस्फोट आगमन के बीच समय के अंतर के बीच की दूरी को देखते हुए, विस्फोट वेग तो चुना गया है।

धमाके दबाव

धमाके दबाव विस्फोटक के विस्फोट से एक मानक स्टील प्लेट एवज में सेंध गहराई को मापने के द्वारा अनुमान लगाया गया है। सेंध गहराई में अच्छी तरह से विस्फोटक यौगिकों की एक किस्म के लिए जाना जाता दबाव मूल्यों के लिए सहसंबद्ध होते हैं। आमतौर पर, के बाद से सबसे विस्फोटक एक विस्फोट होने के लिए फेरीवाला-Jouguet (मुख्य न्यायाधीश) हालत को संतुष्ट है, विस्फोट दबाव आम तौर पर करने के लिए भेजा जाता हैमुख्य न्यायाधीश दबाव के रूप में है, और यह इस लेख में इस बिंदु से आगे हो जाएगा। प्रभारी विधानसभा एक स्टील की थाली, एक "गवाह थाली" कहा जाता है, और थाली में सेंध में विस्फोट परिणामों के शीर्ष पर रखा गया है। नाम से जाना जाता विस्फोट के दबाव के साथ कई विस्फोटक सामग्री के लिए मानक 0.75 इंच व्यास प्रभारी पर सेंध गहराई तो परीक्षण सेंध गहराई की तुलना में है। प्लेट सेंध द्वारा धमाके दबाव स्वीकार्य सहसंबंध के लिए दस्तावेज डेटा के कई वर्षों के साथ एक विश्वसनीय तरीका है। हालांकि, एक विस्फोट एक गतिशील, तेजी से रासायनिक प्रतिक्रिया होती है, और हाल के वर्षों में यह दबाव समय इतिहास निरीक्षण करने के लिए उच्च संकल्प के साथ उपकरणों का उपयोग करने के लिए वांछनीय हो गया है।

सीधे एक विस्फोटक के विस्फोट दबाव मापने के लिए, फोटोनिक डॉपलर velocimetry (PDV) का भी इस्तेमाल किया जा सकता है। इस लेजर interferometer प्रणाली लॉरेंस लिवरमोर राष्ट्रीय प्रयोगशाला द्वारा विकसित की है और एक 1550 एनएम सीडब्ल्यू लेजर स्रोत का इस्तेमाल किया गया था। एक चलती लक्ष्य पर एक लेजर निर्देशित करडी डॉपलर स्थानांतरित प्रकाश, जिसके परिणामस्वरूप हरा आवृत्ति संग्रह लक्ष्य से एक का पता लगाने के वेग प्रदान करने के लिए विश्लेषण किया जा सकता है। पारंपरिक उच्च गति फोटोग्राफिक तकनीकों के विपरीत, इन वेग निशान समय के एक समारोह के रूप में लक्ष्य के वेग की एक सतत रिकॉर्ड प्रदान करते हैं। यह माप तकनीक पिछले कुछ वर्षों में महत्वपूर्ण ध्यान प्राप्त की है और DoD और ऊर्जा विभाग (डीओई) विस्फोटक लक्षण वर्णन प्रयोगशालाओं में हर जगह हो रहा है।

आदेश में एक नया विस्फोटक के मुख्य न्यायाधीश के दबाव की गणना करने के लिए, एक PDV प्रणाली विस्फोटक और एक polymethyl methacrylate (PMMA) खिड़की के बीच कण वेग को मापने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। एक बहुत ही पतली पन्नी, आम तौर पर एल्यूमीनियम या तांबा, एक परावर्तक सतह के रूप में कार्य करने के लिए इस इंटरफेस पर रखा गया है। इन अध्ययनों में, तांबा इस्तेमाल किया गया था। यह काफी पतली पन्नी महत्वपूर्ण सदमे की लहर क्षीणन को रोकने के लिए है, जबकि काफी मोटी से गुजर से विस्फोट को रोकने के लिए किया जा रहा है प्रकाश होना चाहिए। आमतौर पर, एक पन्नी मोटाई1,000 angstroms के सबसे प्रयोगात्मक व्यवस्था के लिए आदर्श है। PMMA में कण वेग और विस्फोटक के विस्फोट वेग को देखते हुए, विस्फोट दबाव Hugoniot सदमे मिलान समीकरणों के साथ गणना की जा सकती है। ⁶

जबकि 0.75 "प्रभारी व्यास पर FODV परीक्षण ARDEC पर एक स्थापित मानक है, PDV-आधारित परीक्षण के दौर से गुजर रहे हैं लगातार शोधन। विस्फोटक तैयार करने पर निर्भर करता है, या तो एक या दोनों परीक्षणों विस्फोट वेग और विस्फोट दबाव को चिह्नित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

Protocol

चेतावनी! प्रसंस्करण, हैंडलिंग, और उच्च विस्फोटकों के परीक्षण (जोखिम डिवीजन कक्षा 1 सामग्री) केवल प्रशिक्षित और योग्य कर्मियों द्वारा बाहर किया जाना चाहिए। उच्च विस्फोटकों प्रभाव, घर्षण, electrostatic छुट्टी, और सदमे के प्रति संवेदनशील हैं। केवल अनुमोदित अनुसंधान और विकास की सुविधा है कि कक्षा 1 सामग्री की एक बड़ी मात्रा संभाल कर सकते हैं का उपयोग करें। 1. ARDEC फाइबर ऑप्टिक धमाके वेग टेस्ट फाइबर ऑप्टिक कटर का उपयोग करने के लिए लंबाई ऑप्टिकल फाइबर कट और पांच केबलों के सेट में बंडल। साइट विशेष परीक्षण के चैम्बर geometries के आधार पर, 15 मीटर लंबाई आमतौर पर इस्तेमाल कर रहे हैं। पट्टी केबल जैकेट सामग्री बंडल के एक छोर और बंडल के दूसरे छोर पर 5 मिमी पर वापस 15 मिमी। P800 धैर्य sandpaper के साथ फाइबर ऑप्टिक्स की कटौती समाप्त होता है पोलिश किसी भी burrs हटा दें। नोट: इस परीक्षण की विनाशकारी प्रकृति के कारण, प्लास्टिक ऑप्टिकल फाइबर पसंद किया जाता है। ऑप्टिकल फाइबर गुण इस प्रकार हैं; Polymethyl methacrylate राल(PMMA) कोर सामग्री (980 माइक्रोन व्यास), Fluorinated पॉलिमर cladding सामग्री (1,000 मीटर व्यास), 1.49 कोर अपवर्तनांक, 0.5 संख्यात्मक एपर्चर। उपाय परीक्षण के नमूने और संरचना ए -3 प्रकार द्वितीय बूस्टर गोली व्यास, लंबाई, और आम जनता के एक उच्च सटीकता कैलीपर और शेष राशि का उपयोग। नोट: ठेठ परीक्षण 2.54 सेमी लंबाई छर्रों से १.९०५ सेमी व्यास का उपयोग करता है, जबकि परीक्षण प्रक्रिया किसी भी आकार गोली के साथ इस्तेमाल किया जा सकता है बशर्ते प्लास्टिक स्थिरता फाइबर ऑप्टिक केबल प्रत्येक गोली पर केंद्रित रखती है। इस अध्ययन में परीक्षण के लिए, १.९०५ सेमी व्यास छर्रों का इस्तेमाल किया गया। स्लॉट खुला prying के माध्यम से ट्यूब के भीतरी व्यास के विस्तार के द्वारा विस्फोटक छर्रों, एक के बाद एक, प्लास्टिक स्थिरता में लोड। रिकार्ड विस्फोटक गोली संख्या और स्थिरता में स्थानों। तब स्थिरता के ऊपर से ट्यूब में बूस्टर गोली लोड। बूस्टर गोली के शीर्ष पर एक्रिलिक डेटोनेटर धारक रखें। नोट: आरपी -502 विस्फोट Bridgewire डिटोनेटर्स(EBWs) आम तौर पर इस्तेमाल कर रहे हैं। अन्य डेटोनेटर, प्रतिस्थापित किया जा सकता है, हालांकि परीक्षण के फिर से अंशांकन आवश्यक होगा। विस्फोट वेग परीक्षण स्थिरता में दो कदम रखा छेद में ऑप्टिकल फाइबर के छोटे उजागर समाप्त होता है (5 मिमी) डालें। नोट: दो कदम छेद सुनिश्चित पर्याप्त हवा विस्फोट सामने जो एक मजबूत संकेत की ओर जाता है के पारित होने पर आयनीकरण के लिए वहाँ है। स्थिरता के लिए छेद के खिलाफ विस्फोटक 0.020 लंबाई भीतरी छेद करके एक 0.021 इंच व्यास और फाइबर ऑप्टिक की प्रविष्टि के लिए एक 0.042 इंच व्यास छेद करना चाहिए था। प्लास्टिक फाइबर इस्तेमाल कर रहे हैं, ऑप्टिकल फाइबर के बाहरी व्यास के प्रकाश sanding दोनों फाइबर व्यास और परीक्षण स्थिरता tolerances के आधार पर आवश्यक हो सकता है। सुनिश्चित करें कि ऑप्टिकल फाइबर पूरी तरह से डाला जाता है (दो कदम रखा छेद में कदम पर बैठा)। गोंद / Epoxy जगह में फाइबर। इस प्रोटोकॉल के लिए 5 मिनट epoxy का प्रयोग करें। जब epoxy में फाइबर पकड़े पूरी तरह से ठीक हो गया है, acryl स्थितिआईसी स्टील गवाह थाली के शीर्ष पर विस्फोटक छर्रों युक्त ट्यूब। या तो यह की चोटी या टेप पर एक वजन के साथ स्टील प्लेट के लिए पाठ स्थिरता सुरक्षित। सुनिश्चित करें कि पिछले विस्फोटक गोली के नीचे की सतह और इस्पात गवाह प्लेट के बीच एक हवाई अंतर नहीं है। परीक्षण स्थिरता के चारों ओर 360 डिग्री Epoxy, गवाह की थाली के लिए यह पालन कर। बाद epoxy पूरी तरह से ठीक हो गया है, डेटोनेटर धारक परीक्षण स्थिरता के शीर्ष पर है कि में डेटोनेटर जगह है और टेप के साथ सुरक्षित स्थान में। परीक्षण के चैम्बर के लिए परीक्षण स्थिरता परिवहन और photodiode संक्षेप बॉक्स में ऑप्टिकल फाइबर की लंबी उजागर समाप्त होता है (15 मिमी) डालें। , Photodiode संक्षेप बॉक्स, या अन्य डाटा अधिग्रहण विधि कनेक्ट, एक आस्टसीलस्कप करने के लिए उचित रूप में (1 गीगा बैंडविड्थ पर्याप्त से अधिक है)। आरपी-80 डेटोनेटर के लिए एक फायरिंग लाइन कनेक्ट। दरवाजे / बंदरगाहों / आदि बंद सभी आवश्यक और सुविधा के विस्फोटक परीक्षण फायरिंग प्रति क्षेत्र लॉकडाउन कार्यों का संचालन (रोंtandard संचालन प्रक्रियाओं) रियायतों। आस्टसीलस्कप ट्रिगर, वोल्टेज / विभाजन, समय / विभाजन सेटिंग्स की पुष्टि करें। ट्रिगर 3.0 वी एक चैनल के एक ट्रिगर सीमा आस्टसीलस्कप पर साथ उच्च वोल्टेज fireset से बाहर कनेक्ट करें। आस्टसीलस्कप पर एक दूसरे चैनल को photodiode संक्षेप बॉक्स कनेक्ट। -20 Μsec की देरी की स्थापना के साथ, 5 μsec / विभाजन करने के लिए 5 वी / विभाजन करने के लिए दोनों चैनलों और timebase सेट करें। उच्च ऊर्जा fireset के माध्यम से आइटम विस्फोट। चोटियों photodiode संक्षेप बॉक्स के उत्पादन में से समय के लिए इसी उपाय। आस्टसीलस्कप स्क्रीन का पता लगाने से, विशिष्ट समय निर्धारित करने के लिए पीक voltages का उपयोग हालांकि पहली वृद्धि इस्तेमाल उपकरणों के आधार पर एक बेहतर संकेत हो सकता है। पांच बार आस्टसीलस्कप से अर्जित अंक से विस्फोट वेग की गणना। चूंकि प्रत्येक फाइबर ऑप्टिक की रिक्ति जाना जाता है, प्रत्येक चोटी के बीच के समय से एक पिन के बीच की दूरी को विभाजित करके विस्फोट वेग की गणना (डीआईरुख / समय = वेग)। औसत और मानक विचलन दोनों सूचित किया जाता है। गड्ढा में एक calibrated स्टील असर रखने के न्यूनतम स्तर को खोजने के द्वारा स्टील गवाह थाली में सेंध की गहराई की गणना, और फिर एक गहराई गहराई का निर्धारण करने के लिए इस्तेमाल गेज। 2. फोटो डॉपलर velocimetry मशीन एक PMMA खिड़की विस्फोटक चार्ज लगभग 6.5 mm मोटी के व्यास के आकार। सुनिश्चित करें कि खिड़की ऑप्टिकली स्पष्ट है और किसी भी मशीनिंग दोषों से मुक्त है। इस बाहर एक लेजर कटर या इसी तरह की मशीनिंग प्रक्रिया का उपयोग कर डिस्क डाली एक्रिलिक और मशीनिंग के एक ऑप्टिकली स्पष्ट चादर ले पूरा करने के लिए। फिर, एक ऑप्टिकली स्पष्ट सतह प्राप्त करने के लिए पानी के जेट विमानों का उपयोग। सुनिश्चित करें कि एल्यूमीनियम पन्नी मोटाई निर्माता विनिर्देशों के अनुसार 0,005 से अधिक नहीं है "। अगर पन्नी सतह (specular) प्राचीन है, एक रेत से भरा स्टेनलेस स्टील की गेंद असर के साथ सतह पर रोल। इष्टतम लेजर बीएसी में एक फैलाना सतह परिणामकश्मीर प्रतिबिंब, तब भी जब संरेखण थोड़ा दूर है। PMMA खिड़की करने के लिए एल्यूमीनियम पन्नी प्रत्यय करने के लिए एक पतली, ऑप्टिकली स्पष्ट, एक्रिलिक आधारित चिपकने वाला टेप का प्रयोग करें। सुनिश्चित करें PMMA और एल्यूमीनियम के बीच कोई हवाई बुलबुले देखते हैं कि। उपाय विस्फोटक परीक्षण नमूना गोली व्यास, लंबाई, और आम जनता। उच्च सटीकता नली का व्यास और संतुलन का प्रयोग करें। एक सतत प्रभारी के रूप में करने के लिए एक दूसरे को विस्फोटक परीक्षण नमूना छर्रों प्रत्यय, किसी भी बूस्टर (यदि आवश्यक हो) भी शामिल है। विधानसभा के दौरान एक विस्फोटक इंटरफेस में तेल लागू गोली इंटरफेस में हवा अंतराल को कम करने के लिए। एक एक्रिलिक स्थिरता में माउंट विस्फोट वेग पिंस। ये या तो ऑप्टिकल फाइबर या पीजोइलेक्ट्रिक पिंस हो सकता है। चार्ज करने के लिए सम्मान के साथ पिन के स्थानों को ज्ञात किया जाना चाहिए। चार्ज करने के लिए एक्रिलिक विस्फोट वेग पिन धारक प्रत्यय। टेप चार्ज करने के लिए एक्रिलिक पिन धारक धारण करने के लिए पर्याप्त है। आमतौर पर, फाइबर / पिन स्थानों विस्फोटक चर्चा के नीचे निकटतम हैंऐसी है कि स्थिर राज्य विस्फोट मनाया जा सकता है ARGE। चार्ज करने के लिए डेटोनेटर संलग्न। इकट्ठे प्रभारी पलटना और इस उन्मुखीकरण में इसे स्थिर PMMA खिड़की affixing के लिए तैयार करने के लिए। एल्यूमीनियम / विस्फोटक इंटरफेस में हवा के बुलबुले को रोकने के लिए विस्फोटक चेहरे पर तेल की एक छोटी राशि रखें। विस्फोटक चार्ज करने के लिए PMMA खिड़की की ओर पन्नी प्रत्यय। खिड़की और आरोप गाढ़ा कर रहे हैं, circumferentially टेप का उपयोग करें। यदि नहीं, तो विस्फोटक चार्ज की धुरी नीचे टेप। एक बार जब PMMA खिड़की सुरक्षित रूप से विस्फोटक चार्ज से जुड़ा हुआ है, टेप के साथ PMMA खिड़की करने के लिए एक्रिलिक PDV जांच धारक प्रत्यय। PDV जांच धारक में PDV जांच डालें। एक के पीछे प्रतिबिंब मीटर के साथ धारक में PDV जांच संरेखित करें। यह डिवाइस एक कम शक्ति लेजर बीम outputs और वापस प्रतिबिंब आयाम उपाय। -10 डी बी -20 के डी बी की एक पीठ प्रतिबिंब वांछनीय है। जगह में PDV जांच Epoxy एक बार वापस प्रतिबिंब होने के लिए निर्धारित किया गया हैइष्टतम। चैम्बर में टेस्ट आइटम रखें और दोनों विस्फोट वेग तारों (फाइबर ऑप्टिक या पीजोइलेक्ट्रिक) और PDV फाइबर देते हैं। एक आरपी-80 डेटोनेटर के लिए एक फायरिंग लाइन कनेक्ट। बंद सभी आवश्यक दरवाजे / बंदरगाहों / आदि। और सुविधा के विस्फोटक परीक्षण फायरिंग रियायतों के अनुसार क्षेत्र लॉकडाउन कार्यों का संचालन। आस्टसीलस्कप ट्रिगर, वोल्टेज / विभाजन, समय / विभाजन सेटिंग्स की पुष्टि करें। PDV प्रणाली सेटिंग्स की पुष्टि करें। संकेत लेजर और संदर्भ लेजर आयाम का निरीक्षण करें और आवश्यक के रूप में संशोधित। उच्च ऊर्जा fireset के माध्यम से आइटम विस्फोट। दोनों PDV डेटा और विस्फोट वेग डेटा के लिए आस्टसीलस्कप निशान बचाओ। प्रासंगिक डेटा विश्लेषण कार्यक्रम में PDV डेटा का विश्लेषण। कच्चे PDV संकेत एक फास्ट फूरियर रूपांतरण (FFT) आधारित विश्लेषण पैकेज का उपयोग कर कार्रवाई की जानी चाहिए। नोट: इस कच्चे संकेत की आवृत्ति सामग्री देख रही है, और प्रकाश स्रोत (1550 एनएम) की प्रारंभिक आवृत्ति जानने के द्वारा, FFT विश्लेषण पैकेज एक वेग spectrogram है कि उत्पादन भूखंडोंसमय के एक समारोह के रूप में दर्ज वेग। इस मामले में, PlotData, ऊर्जा ग्राफिकल यूजर इंटरफेस (जीयूआई) के स्वामित्व संयुक्त राज्य अमेरिका विभाग, संयोजन के रूप में LabView सॉफ्टवेयर के साथ FFT बाहर ले जाने के लिए प्रयोग किया जाता है। हालांकि, कई व्यावसायिक रूप से उपलब्ध संकुल विश्लेषण मौजूद है कि इन कार्यों का प्रदर्शन करने में सक्षम हैं। पांच बार आस्टसीलस्कप से अर्जित अंक से विस्फोट वेग की गणना। चूंकि प्रत्येक फाइबर ऑप्टिक की रिक्ति जाना जाता है, विस्फोट वेग प्रत्येक चोटी (दूरी / समय = वेग) के बीच के समय से एक पिन के बीच की दूरी को विभाजित करके गणना की है। औसत और मानक विचलन की सूचना दी है।

Representative Results

PDV के लिए एक विशिष्ट सेटअप, आंकड़े 2 और 3 में दिखाया गया है, जबकि FODV सेटअप चित्रा 4 में दिखाया गया है। विस्फोट पर, पारंपरिक FODV शॉट्स से उत्पन्न सेंध प्लेटों पैक्स-30 की स्थिति / समय परिणामों के साथ, चित्रा 5 में दिखाया जाता है और PBXN-5 चित्रा 6 में। दोनों सामग्री पैक्स-30 ~ 0.4 μsec / मिमी धीमी साथ, इसी तरह के विस्फोट वेग (लाइन की ढलान) के पास है। यह एक महत्वपूर्ण अंतर हो ही नहीं सकता है, यह तथ्य यह है कि पैक्स-30 वजन विस्फोटक भरने से लगभग 20% कम पास के प्रकाश में वास्तव में है। धमाके वेग में या तुरंत विस्फोट के बाद सामने एल्यूमीनियम प्रतिक्रिया यों की निर्णायक परीक्षण नहीं है, लेकिन यह एल्यूमीनियम की प्रतिक्रिया का एक प्रारंभिक आकलन दे सकते हैं। चित्रा 2। एक ठेठ PDV सेटअप। विस्फोटक छर्रों या casted छड़ें खड़ी कर रहे हैं। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें। चित्रा 3. PDV सेटअप (करीब देखें)। आधार जहां उड़ता प्लेट स्थित है PDV सेटअप। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें। चित्रा 4. FODV सेटअप। छड़ी स्टील प्लेट पर epoxied गवाह है सेटअप के दौरान एक ठोस संपर्क और ईमानदार रुख सुनिश्चित करने के लिए। डेटोनेटर और बूस्टर छड़ी के शीर्ष पर हैं। = "Https://www.jove.com/files/ftp_upload/52950/52950fig4large.jpg" लक्ष्य = "_blank"> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें। चित्रा 5. FODV परीक्षण से सेंध। सेंध साथ एक calibrated गहराई नापने का यंत्र या एक profilometer मापा जाता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें। चित्रा 6। धमाके की दर की गणना। प्रत्येक डेटा बिंदु FODV सेटअप में फाइबर ऑप्टिक पिन से है। पैक्स-30 आर 2 = .999717, RMSE (रूट मतलब वर्ग त्रुटि) .519693 =; PBXN -5 आर 2 = .998778, RMSE = १.३४२२७२।ओम / फ़ाइलें / ftp_upload / 52,950 / 52950fig6large.jpg "लक्ष्य =" _blank "> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें। विस्फोटक n धमाके वेग (मिमी / μsec) मुख्य न्यायाधीश दबाव (GPA, प्लेट गड्ढा) मुख्य न्यायाधीश दबाव (GPA, PDV) PBXN -5 3 8.83 ± 0.12 37.9 ± 1.4 34.7 ± 0.0 पैक्स-30 3 8.48 ± 0.04 32.3 ± 1.3 30.5 ± 0.3 तालिका 1। प्रयोगों से प्रदर्शन डेटा। N परीक्षण की कुल संख्या, 5 फाइबर ऑप्टिक पिन के साथ प्रत्येक है। PDV मुख्य न्यायाधीश दबाव केवल एक परीक्षण के होते हैं। आंकड़े 2-3 की विस्फोटक चार्ज के नीचे से उड़ता थाली के PDV का पता लगाने से उत्पादन चित्रा 7 में दिखाया गया है। दोलनों लगभग 4-5 किमी / सेकंड के लिए तेजी से त्वरण से थाली में बज रहा से उत्पन्न होती हैं। मुख्य न्यायाधीश दबाव कूपर के सन्निकटन, 6 के साथ उत्पाद गैस Hugoniot मॉडलिंग और फिर मुख्य न्यायाधीश बिंदु extrapolating एक बार एल्यूमीनियम विस्फोटक Hugoniot मिलान किया जाता है से गणना की है। एक ऐसी गणना से एक ठेठ स्क्रीन प्रिंट चित्रा 8 में दिखाया गया है। तकनीक अभी भी कुछ सीमाएं हैं के बाद से गणना उड़ता वेग की शुरुआत से एक रेखीय त्वरण एक्सट्रपलेशन मान। के रूप में परिणाम (तालिका 1) इसका सबूत यह है, थोड़ा दबाव underestimating में यह परिणाम है। काम नए समीकरणों उड़ता प्लेट के प्रारंभिक त्वरण फिट करने के लिए विकसित करने के लिए चल रही है। अपलोड / 52,950 / 52950fig7.jpg "/> चित्रा में मुख्य न्यायाधीश के दबाव की माप के लिए समय के एक समारोह के रूप में 7. प्लेट वेग PBXN-5 विस्फोटक। नोट दो अलग शॉट्स, जहां निशान व्यावहारिक रूप से एक दूसरे पर गिर के बीच उत्कृष्ट समझौता। का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें यह आंकड़ा। 8 चित्रा PDV प्रयोग पर तांबे की प्लेट उड़ता डेटा से मुख्य न्यायाधीश के दबाव की गणना। ध्यान दें कि एक्सट्रपलेशन उड़ता प्लेट जो वर्तमान मुख्य न्यायाधीश के दबाव के एक मूल्यवान समझना की ओर जाता है की प्रारंभिक धक्का में एक रेखीय त्वरण हो जाती है। करने के लिए यहाँ क्लिक करें यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए। </ A> 9 चित्रा विस्फोट उत्पादों में प्रतिक्रिया व्यक्त की और unreacted एल्यूमिनियम के लिए विस्तार isentropes का चित्रण। नीले सीधे लाइनों स्पर्श करने के लिए समाधान है कि विस्फोट के वेग के लिए आनुपातिक हो रहे हैं। नोट प्रतिक्रिया व्यक्त अल उत्पादों समाधान unreacted अल समाधान की तुलना में कम होने की विस्फोट वेग मजबूर है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Discussion

दो विस्फोटक योगों के बीच मतभेद की गणना दबाव ध्यान दें। aluminized विस्फोटक प्रदर्शन के कम दबाव, आंशिक रूप से कम nitramine (HMX) लोडिंग के कारण है, लेकिन यह भी एल्यूमीनियम का विस्तार विस्फोट गैसों में ऑक्सीजन है, जो एक कम दबाव विस्फोट से एक छोटे सेंध में परिणाम के साथ प्रतिक्रिया करता है। PBXN -5 इसकी उच्च गैस विस्फोट पर पैक्स-30 की तुलना में (36.2 मोल्स / किलो PBXN-5 के लिए बनाम 33.1 मोल्स / किलो पैक्स-30 के लिए) सामग्री की वजह से विस्फोट में एक उच्च दबाव डाल रही है। राज्य (EOS) दीवार वेग माप से प्राप्त की और अधिक उन्नत समीकरणों अत्यधिक तापमान और दबाव पर विस्फोटक उत्पादों की स्थितियों का वर्णन करने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं। ^10,11 यह भविष्य पांडुलिपियों के अधीन किया जाएगा।

यह स्पष्ट है कि जब एक विस्फोटक में एक धातु के शुरुआती प्रतिक्रिया होती है, पता लगाया विस्फोट वेग से अगर धातु प्रतिक्रिया नहीं करता था कम है। यह कुछ हद तक counterintuitive है; एकवेग एल्यूमीनियम का एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रिया की वजह से विस्तार विस्फोट सामने में यदि अधिक ऊर्जा जमा में वृद्धि की उम्मीद है। विस्फोट वेग में कमी दबाव घनत्व Hugoniots के समाधान से उठता है। विशिष्ट मात्रा (उलटा घनत्व) दबाव isentrope में विस्फोट के रूप में विस्तार से उत्पादों (9 चित्रा में बाएं से दाएं) परिवर्तन को दर्शाता है। ⁶ विस्तार isentrope उन विस्फोट उत्पादों है कि thermodynamically फार्म और दबाव के विशिष्ट मात्रा वक्र साथ विस्तार कर सकते हैं का प्रतिनिधित्व करता है । विस्तार के दौरान, एल्यूमीनियम ऑक्सीकरण प्रजाति फार्म के प्रति प्रतिक्रिया करता है, तो यह गैस का घनत्व में एक समग्र कमी में परिणाम और एक कम वेग होता है। इस गैर प्रतिक्रियाशील एल्यूमीनियम (9 चित्रा) के लिए समाधान के नीचे एक विस्तार isentrope में प्रकट होता है। चूंकि विस्फोट वेग स्पर्श रेखा एक्स अक्ष पर प्रारंभिक घनत्व से isentrope अन्तर्विभाजक है, यह स्पष्ट है विस्फोट velocity में कमी करना चाहिए जब निर्माण में एल्यूमीनियम प्रतिक्रिया करते हैं।

सारांश में, संयुक्त राज्य अमेरिका के रक्षा विभाग सक्रिय रूप से एप्लाइड रिसर्च और दोनों पारंपरिक और उपन्यास प्रौद्योगिकियों के साथ नए ऊर्जावान सामग्री के लक्षण वर्णन को आगे बढ़ाने के लिए जारी है। PDV के मामले में, यह एक महत्वपूर्ण उपकरण है कि चरम सटीकता के साथ विस्फोटकों की विशेषता है और विस्फोटक प्रभावशीलता में बहुमूल्य अंतर्दृष्टि के साथ शोधकर्ताओं प्रदान करता है। यह तेजी से परीक्षण चक्र बहुत लागत और समय तैयार अनुकूलन और आवश्यकताओं के सत्यापन के लिए आवश्यक कम हो जाती है।

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

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.

Materials

cylcotetramethylenetetranitramine	BAE	Class 5	1.1D, High Explosive
Aluminum	Valimet	Proprietary
Viton	3M
Grease	Dow Corning	Sylgard 182	Gap sealer

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Cite This Article

Cornell, R., Wrobel, E., Anderson, P. E. Research and Development of High-performance Explosives. J. Vis. Exp. (108), e52950, doi:10.3791/52950 (2016).