ERRATUM NOTICE
Important: There has been an erratum issued for this article. Read more …
Abstract
Развивающее испытания бризантных взрывчатых веществ военного назначения включает мелкого формулировку, тестирование безопасности, и, наконец тесты производительности детонации для проверки теоретических расчетов. мелкосерийное Для вновь разработанных составов, процесс начинается с мелких смесей, тепловых испытаний, и воздействия и чувствительность к трению. Только после этого последующие крупные масштабные составы приступить к тестированию детонации, которая будет рассмотрена в этой статье. Последние достижения в области методов характеризации привели к беспрецедентной точностью в характеристике эволюции раннего времени взрывов. Новая методика фото-доплеровского велосиметрии (PDV) для измерения давления детонации и скорости будут разделены и по сравнению с традиционной оптоволоконной скорости детонации и пластинчатый вмятина расчета давление детонации. В частности, будет обсуждаться роль алюминия во взрывоопасных составов. Последние разработки привели к развитию взрывной еormulations, которые приводят к реакции алюминия очень рано в расширении детонации продукта. Это расширенное реакция приводит к изменениям в скорости детонации и давления из-за реакции алюминия с кислородом в расширяющихся продуктов газа.
Introduction
Развитие бризантных взрывчатых веществ военного назначения включает обширные соображения безопасности и ограниченность ресурсов в связи с требованиями Test Facility. В армии США вооружения исследований и разработок и инженерной командования (Ardec), Пикатинни Арсенал, взрывчатые вещества оцениваются от уровня научных исследований путем полного контроля жизненного цикла и демилитаризации. Новые взрывчатые вещества, которые более безопасны для обработки, хранения и погрузки непрерывно оценивать в попытке обеспечить эффективные и безопасные боеприпасы для Warfighter. Недавно принятый закон диктует, что, когда это возможно, нечуткого боеприпасов (IM) принципы и требования следуют. Поэтому, когда новые взрывчатые вещества синтезируются и сформулированы, тестирование производительности имеет первостепенное значение для обеспечения их соответствия требованиям пользователей. В этом контексте, измерение детонационных свойств вновь разработанной Pax-30, по сравнению с PBXN-5, традиционном взрывчатого высокоэффективной. В частности, измерения его детонации Veloгород и давление детонации, которые важны для проверки теоретических моделей и расчетов эффективности, является общим. PAX-30 был разработан для замены устаревших взрывчатку, такие как PBXN-5 с помощью реактивного алюминия.
Алюминий обладает высокой энтальпии окисления как алюминий из расчета на одного коренного зуба основе:
2Al + 3/2 O 2 -> Al 2 O 3 (1670 кДж / моль)
Добавляя алюминий вместо ударных чувствительных взрывчатых ингредиентов, лекарственное средство поддерживается более безопасно внешних ударных и опасности оскорбления. Это помогает эффективно выполнять Нечувствительность боеприпаса (IM) требования единой нации в то же время поддерживая производительность необходима для военных применений. 2,3.4
Средства для проверки такие предметы являются уникальными и узкоспециализированными. Некоторые первоначальные тесты выполняются на экране взрывчатку перед обработкой в больших количествах. ТHESE тесты включают тепловую характеристику с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) и воздействия и испытаний трением. Для испытаний ДСК, небольшой тестовый образец нагревают с постоянной скоростью в атмосфере инертного газа, а также количество и направление теплового потока контролируется. Для испытаний на удар и трение, образец подвергают оскорблениям со стандартизированной падающим грузом (Bundesanstalt für Materialprüfung или БАМ среду), а также для испытания трения стандартизированная керамическая выводами и пластины (Bundesanstalt für Materialprüfung или БАМ Трение). 5
После того, как составы считаются безопасными для обработки, далее расширение масштабов осуществляется фирменными технологиями смешивания. Короче говоря, бризантных взрывчатых веществ делятся на три категории:
Melt-бросок, в котором связующее представляет собой расплаве материала, как воск, тринитротолуол (ТНТ), dintroanisole (DNAN), или другой плавкого материала. Энергетические или твердых частиц топлива могут быть включены при тщательном рассмотрении наравнеРазмер частица и совместимость.
Литой отверждения, в котором связующее представляет собой литьевой полимерный, такие как полибутадиен с концевыми гидроксильными группами (HTPB), полиакрилат, или другого эпоксидного типа пластика, который является жидким в своем непрореагировавшего состояния, но при инициировании затвердевает до твердого вещества. Твердые вещества включены в матрицу в процессе его жидком состоянии.
Прессованные, в которой загрузка твердых веществ очень высока, часто приближается почти 95% по весу, со связующим, который добавляется для покрытия твердых веществ с помощью процесса, лак или экструзии.
После нажатия или литой, материал подвергается обработке с помощью стандартных методик для получения надлежащего геометрию в течение желаемого теста. В этой статье, PAX-30 и PBXN-5 представляют собой высокопроизводительные нажатии взрывчатку. Составы изготавливаются с помощью процесса суспензионной покрытия, в котором энергетические кристаллы нитрамина (HMX, RDX, или CL-20) и алюминиевые частицы взвешены в водном растворе. Лак с фирменной связующего Is Затем добавляют. После лака того, полимерные покрытия взрывные кристаллы суспензию нагревают под вакуумом, чтобы прогнать растворитель, и частицы затем фильтруют и сушат. Гранула типа частицы затем прижимается к требуемой конфигурации.
Детонация скорость
Для того чтобы определить скорость детонации, надо следить за приход фронта детонации в материале. Детонация определяется как самоподдерживающейся мгновенной повышения давления и температуры, которая выше, чем скорость звука в материале. Это становится самоподдерживающейся, как только температура и давление являются достаточными для обеспечения экзотермических реакций, лежащие в реакционной распространяющаяся фронта. Такое поведение реализуется путем включения окисляющие фрагменты, такие как нитрат групп в некоторых материалах формации. Два примера, известные как RDX (цикло-1,3,5-триметилен-2,4,6-trinitramine) и HMX (циклотетраметилентетранитрамина) показаны Iп Рисунок 1, который по большому счету наиболее используемые энергетические материалы в МО США (Департамент обороны). Обратите внимание на кислородный баланс молекул, что приводит к самораспространяющейся экзотермической реакции за фронтом ударной волны.
Рисунок 1. RDX (цикло-1,3,5-триметилен-2,4,6-trinitramine, слева) и HMX (циклотетраметилентетранитрамин, справа). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.
Один из способов определить скорость фронта детонации является мониторинг свою позицию в зависимости от времени. Волоконно-оптический скорость детонации (FODV) тестирование проводится для определения скорости детонации взрывчатого вещества. Акриловой прибор был разработан, чтобы держать взрывное образец, и найти оптическийволокна на известном расстоянии вниз по длине заряда. Стандартный тест использует 5-дюймовый длиной 0,75-дюймовым диаметром взрывного образца с пяти полных оптических волокон; нижний слой расположен 0,50 дюйма от нижней части заряда и каждый последующий слой расположен в 1 дюйм выше следующий. Отверстия, просверленные в акриловой крепежа два-ступенчатые отверстия. Чем больше диаметр отверстия подобран сердцевины и оболочки оптического волокна, а меньший диаметр отверстия служит замкнутом воздушном пространстве. Как детонация прогрессирует через взрывного образца, ударная волна производится возбуждает ограниченном воздушное пространство производству короткий яркую вспышку, что можно наблюдать с волоконно-оптической.
Волоконно-оптическое используемые для этого теста обладают недорогой пластмассовый сердечник. Из-за разрушительного характера испытания и консистенции воздушной ударной, более высокое качество волокна не были найдены, чтобы быть необходимым для сохранения данных скорости высокого качества. Стенд на Пикатинни Арсеналиспользует суммированные фотодиоды, чтобы перевести свет от детонации в напряжение. Амплитуда скачка напряжения неважно для целей данного теста. А 1-ГГц осциллограф подключен к суммирующей коробки фотодиод, хотя это частота дискретизации далеко за рамки необходимого для этого теста. Оптическое волокно «пики» может быть либо определяются по первому подъему значений сигнала или пик. Учитывая расстояние между оптическими волокнами и разницы во времени между детонации прибытии, затем определяется скорость детонации.
Детонация давления
Давление детонации оценивается путем измерения глубины вмятина в стандартном толстолистовой стали результирующей от детонации взрывчатого вещества. Глубины Dent хорошо коррелируют с известными величинами давления для различных взрывных соединений. Как правило, так как большинство взрывчатых удовлетворить Чепмена-Жуге (CJ) условием детонация происходит, давление детонации обычно называюткак давление CJ, и это будет с этого момента в этой статье. Узел заряд помещается на верхней части стальной плиты, называемой "свидетелем пластина", а также результаты детонации в вмятины в пластине. Глубина вмятины по стандартной 0,75-дюймовым диаметром заряда для многочисленных взрывных материалов с известными давлениях детонационных затем сравнивается с глубиной тест вмятина. Давление детонации пластинка вмятины является надежным методом с многолетним документированных данных для приемлемых соотношений. Тем не менее, детонация представляет собой динамичный, быстрый химическая реакция, а в последние годы стало желательным использовать инструменты с высоким разрешением для наблюдения за историю давление времени.
Чтобы непосредственно измерить давление детонации взрывчатого вещества, также может быть использован Фотонный Доплера Velocimetry (PDV). Эта система лазерного интерферометра был разработан Ливерморской национальной лаборатории и использует 1550 нм лазерный источник CW. Направив лазер на движущейся мишени апд сбора допплер-сдвинутого свет, полученный частоту биений может быть проанализирована, чтобы обеспечить скорость след мишени. В отличие от традиционных фотографической техники высокоскоростных, эти следы скорости обеспечивают непрерывную запись скорости цели в зависимости от времени. Эта методика измерения приобрел значительное внимание в последние несколько лет и становится повсеместно в МО и Министерства энергетики (DOE) взрывчатые характеристика Labs.
Для того чтобы вычислить давление CJ нового взрывчатого вещества, система PDV может использоваться для измерения скорости частиц между взрывной и окна полиметилметакрилат (ПММА). Очень тонкую фольгу, как правило, из алюминия или меди, помещается на этой границе, чтобы выступать в качестве отражающей поверхности. В этих исследованиях, был использован медный. Эта фольга должна быть достаточно тонким, чтобы предотвратить ослабление значительное ударной волны в то же время достаточно толстым, чтобы предотвратить детонацию свет от проездом. Как правило, толщина фольги1000 ангстрем идеально подходит для самых экспериментальных установках. Учитывая скорость частиц в ПММА и скорость детонации взрывчатого вещества, давление детонации может быть рассчитана с Гюгонио шок согласующих уравнений. 6
В то время как тест FODV на "диаметра заряда 0,75 является признанным стандартом в Ardec, PDV-тесты, основанные на постоянно претерпевает уточнения. В зависимости от взрывного состава, либо один, либо оба теста могут быть использованы для характеристики скорость детонации и давление детонации.
Protocol
ВНИМАНИЕ! Обработка, обработка и испытание бризантных взрывчатых веществ (опасности Класс Подкласс 1 материалы) должна быть выполнена только квалифицированным персоналом. Высокие взрывчатые вещества чувствительны к ударам, трению, электростатического разряда, и шок. Используйте только одобренные исследований и разработок, которые могут обрабатывать большие объемы класса 1 материалов.
1. ARDEC Волоконно-оптический Тест скорости детонации
- Вырезать волоконно-оптической длине с использованием волоконно-оптических резаки и расслоение в наборах пять кабелей. На основании конкретных участков камеры для испытаний геометрий, 15 метровой длины, как правило, используется. Удалите изоляцию кабеля материал обратно на 15 мм на одном конце пучка и 5 мм на другом конце пучка. Польский нарезанные концы волоконно-оптических с P800 наждачной бумагой, чтобы удалить заусенцы.
Примечание: Из-за разрушительного характера этого теста, является предпочтительным пластиковое оптоволокно. Свойства Волоконно-оптические следующим образом; Полиметилметакрилат Смола(ПММА) основной материал (диаметр 980 мкм), фторированный полимер облицовочного материала (диаметр 1000 мкм), 1,49 преломления сердцевины, числовая апертура 0,5. - Измерьте тестовый образец и состав А-3 Тип диаметры II бустер пеллетах, длины и массы, используя высокую точность суппорта и баланс.
Примечание: В то время как типичный тест использует диаметр 1,905 см от 2,54 см Длина гранул, процедура испытания может быть использован с любым размером гранул при условии, что пластиковые приспособление удерживает волоконно-оптический кабель с центром на каждую гранулу. Для испытаний в этом исследовании, были использованы гранулы диаметром в 1.905 см. - Загрузите взрывчатые шарики, по одному, в пластиковый арматуре за счет расширения внутреннего диаметра трубки с помощью посторонних слот открыт. Запись взрывных числа гранул и местоположения в арматуре. Затем загрузите бустер гранул в трубку из верхней части прибора.
- Поместите акриловую держатель детонатора на верхней части подпорного гранул.
Примечание: RP-502 в подрывного Bridgewire детонаторов(EBW,) обычно используются. Другие детонаторы могли быть замещены, хотя повторная калибровка теста будет необходимо. - Вставьте короткие открытые концы (5 мм) оптического волокна в двухступенчатых отверстия в испытательном стенде скорость детонации.
Примечание: двухступенчатой отверстия пассажиров было достаточно воздуха для ионизации при прохождении фронта детонации что приводит к сильным сигналом. Отверстия для арматуры должны иметь диаметр 0,021 дюйма на 0,020 длины внутреннего отверстия против взрывной и отверстие диаметром 0,042 дюйма для вставки волоконно-оптического. Если используются синтетические волокна, Подшлифовка наружного диаметра оптического волокна может быть необходимым в зависимости от допусков обоих диаметра волокна и испытательной арматуре. Убедитесь, что оптическое волокно будет полностью вставлена (сидит на шаг в два-ступенчатой отверстие). - Клей / Эпоксидные волокна в месте. Используйте 5 мин эпоксидной смолы для этого протокола.
- Когда эпоксидная проведения волокон в полностью вылечить, установите акрилIC трубки, содержащей взрывчатые гранул на верхней части стальной пластины. Безопасный текстовый приспособление к стальной пластине или с весом на верхней части его или ленты. Убедитесь, что не является воздушный зазор между нижней поверхностью последнего взрывного гранулы, а сталь пластины.
- Эпоксидные 360 ° вокруг испытательного стенда, придерживаясь его на пластины. После того, как эпоксидная полного отверждения, разместить детонатор в держателе детонатора, который в верхней части испытательной арматуре и закрепить ее на месте с помощью ленты.
- Транспорт Испытательная арматура испытательной камеры и вставить больше открытые концы (15 мм) оптических волокон в поле фотодиод суммирования. Подключите суммирующий окно фотодиод или другой метод сбора данных, при необходимости, на осциллограф (1 полоса пропускания ГГц более чем достаточно).
- Подключение линии огня к RP-80 детонатора. Закрыть все необходимые двери / порты / и т.д., и проводить операции Lockdown площадь за взрывного испытания Фонда стрельбы (ыtandard операционные процедуры) СОП.
- Подтверждение осциллографа настройки триггера, напряжения / деление, время / деление. Подключите триггер из fireset высоковольтной с триггера порога 3,0 В до одного канала на экране осциллографа. Подключение коробку фотодиод суммирования ко второму каналу на осциллографе. Установите оба канала до 5 В / деление и развертки до 5 мкс / деление, с настройкой задержки -20 мкс.
- Взорвать деталь через высоких энергий fireset.
- Измерить пики, соответствующие времени с выхода коробки фотодиод суммирующий. Из экрана осциллографа, используйте пиковых напряжений, чтобы определить конкретные раз, хотя первый подъем может быть лучшим индикатором в зависимости от используемого оборудования.
- Рассчитать скорость детонации от пяти временных точках, полученных из осциллографа. Поскольку расстояние между каждой волоконно-оптических известно, вычислить скорость детонации путем деления расстояния между каждым штифтом к тому времени между каждым пиком (диПозиция / время = скорость). Среднее и стандартное отклонение оба сообщается.
- Вычислить глубину вмятины на контрольной пластины стали путем размещения калиброванной стали подшипник в вмятины найти минимальный уровень, а затем калибр глубины, используемый для определения глубины.
2. Фото Доплера Velocimetry
- Машина окно ПММА размером диаметру заряда взрывчатого вещества приблизительно 6,5 мм толщиной. Убедитесь, что окно является оптически чистой и свободной от каких-либо обрабатывающих дефектов. Для достижения этой цели принять оптически прозрачного листа акрила и обработки из дисков, использующих резак лазерный или аналогичный процесс обработки. Затем используют водометы, чтобы получить оптически прозрачного поверхность.
- Убедитесь, что толщина алюминиевой фольги не превышает 0,005 "согласно спецификациям производителя. Если поверхность фольги нетронутой (зеркальный), рулон по поверхности с пескоструйной обработкой нержавеющей стали шариковым подшипником. Диффузный поверхности приводит оптимального лазерного бактерийК отражение, даже когда выравнивание немного смещен.
- Используйте тонкую, оптически прозрачной акриловой основе клейкой ленты, чтобы прикрепить алюминиевую фольгу к окну ПММА. Убедитесь, что нет воздушных пузырьков между ПММА и алюминия.
- Измерьте взрывные тестовый образец гранул диаметры, длины и массы. Используйте высокоточные суппорты и баланс.
- Affix взрывные тестовый образец гранул друг с другом с образованием сплошной заряд, включая любые ускорители (если это необходимо). Нанесите смазку на каждом взрывного интерфейса во время сборки, чтобы минимизировать воздушные зазоры на пеллетах интерфейсов.
- Mount скорость детонации штифты в акриловой крепежа. Они могут быть либо оптических волокон или пьезоэлектрические штифты. Места расположения штифтов по отношению к заряду, должны быть известны.
- Прикрепите акриловый держатель контактный скорость детонации заряда. Лента достаточно провести акриловую держатель контактный заряду. Как правило, места волокно / контактный ближе всего к нижней части взрывного чАРГЕ таким образом, что стационарное состояние детонации может наблюдаться.
- Прикрепите детонатор заряда. Обратить собранный заряд и стабилизировать его в этой ориентации подготовить для нанесения окно ПММА. Нанесите небольшое количество смазки на взрывной лицу предотвращает образование воздушных пузырей в / взрывного интерфейса алюминия.
- Прикрепите сторону фольги окна ПММА, чтобы заряда взрывчатого вещества. Если окно и заряд являются концентрическими, использовать ленту по окружности. Если нет, то лента вниз ось заряда взрывчатого вещества.
- Как только окно ПММА надежно прикреплена к заряда взрывчатого вещества, прикрепить акриловую PDV держателя зонда к окну ПММА с лентой. Вставьте датчик PDV в держатель зонда PDV.
- Совместите зонд PDV в держателе с метра назад отражения. Это устройство выдает маломощный лазерный луч и измеряет амплитуду обратного отражения. Дублирующий отражение -10 дБм до -20 дБм желательно. Эпоксидные зонд PDV вместо когда-то обратного отражения была определена какоптимальным.
- Поместите тестовую деталь в камере и приложить как скорость детонации проводов (волоконно-оптические или пьезоэлектрический) и волокна PDV. Подключение линии огня к RP-80 детонатора. Закрыть все необходимые двери / порты / др. и проводить операции площадь Lockdown за взрывных испытаний огневых СОП Фонда.
- Подтверждение осциллографа настройки триггера, напряжения / деление, время / деление. Подтвердите настройки системы PDV. Заметим лазерного сигнала и опорный лазерный амплитуды и изменять по мере необходимости.
- Взорвать деталь через высоких энергий fireset. Сохранить осциллограммы для данных ПДВ и данных по скорости детонации.
- Анализ данных PDV в соответствующей программы анализа данных. Исходный сигнал PDV должны быть обработаны используя быстрое преобразование Фурье (FFT) пакет анализ, основанный.
Примечание: Глядя на воспроизводимых частот этого сырья сигнала, и, зная исходную частоту источника света (1550 нм), пакет БПФ анализ производит скорости спектрограммы, что участкизаписанный скорость как функцию времени. В этом случае, PlotData, запатентованная Министерство энергетики США графический пользовательский интерфейс (GUI), используется в сочетании с LabView программного обеспечения для выполнения БПФ. Тем не менее, многие коммерчески доступные пакеты анализа существуют, что способны выполнять эти задачи. - Рассчитать скорость детонации от пяти временных точках, полученных из осциллографа. Поскольку расстояние между каждой оптоволоконной известно, скорость детонации вычисляется путем деления расстояния между каждым штифтом к тому времени между каждым пиком (расстояние / время = скорость). Среднее и стандартное отклонение сообщается.
Representative Results
Типичная установка для PDV показано на рисунках 2 и 3, в то время как настройка FODV показано на рисунке 4. При детонации, полученные вмятина плиты из традиционных FODV выстрелов показаны на рисунке 5, с результатами позиция / время PAX-30 и PBXN-5 на рисунке 6. Оба материала обладают одинаковые скорости детонации (наклон линии), с PAX-30 ~ 0,4 мкс / мм медленными. Хотя это не может показаться, что значительная разница, это действительно в свете того факта, что ПАКС-30 обладает почти на 20% меньше по весу взрывчатого заливки. Скорость детонации не окончательным испытанием для количественной оценки реакции алюминия в или непосредственно после фронта детонации, но он может дать предварительную оценку реакции алюминия.
Рисунок 2. Типичная установка PDV. Взрывные гранулы или литые палочки укладываются. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.
Рисунок 3. Настройка PDV (закрыть представление). Установка PDV у основания, где находится пассажир пластины. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.
Рисунок 4. FODV установки. Палка эпоксидной смолой на сталь свидетелей пластины для обеспечения твердый контакт и вертикально позицию во время установки. Детонатор и бустер находятся в верхней части палки. = "Https://www.jove.com/files/ftp_upload/52950/52950fig4large.jpg" целевых = "_blank"> Нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.
Рисунок 5. Дент из теста FODV. Вмятина измеряется с помощью калиброванного глубиномера или профилометра. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.
Рисунок 6. Расчеты скорости детонации. Каждая точка данных от волоконно-оптических штифтами в установке FODV. PAX-30 R 2 = 0,999717, СКО (среднеквадратичное ошибку) = 0.519693; PBXN-5 R 2 = 0,998778, СКО = 1,342272.ом / файлы / ftp_upload / 52950 / 52950fig6large.jpg "целевых =" _blank "> Нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.
| Взрывной | N | Детонация скорость (мм / мкс) | CJ давления (ГПа, Plate вмятина) | CJ давления (ГПа, 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 |
Таблица 1. Производительность данные экспериментов. П общее число испытаний, в каждом 5 волоконно-оптических контактов. Давления PDV CJ состоит только из одного теста.
Выход из PDV следа летающих пластины из нижней части взрывного заряда фиг.2-3 показан на рисунке 7. Колебания возникают из звон в пластине из быстрого ускорения до почти 4-5 км / сек. Давление CJ рассчитывается из моделирования газа адиабата Гюгонио продукта с приближением Купера, 6, а затем экстраполировать точку CJ раз алюминиево-взрывное Гюгоньо сочетается. Типичный экран печати из такого расчета показан на рисунке 8. Техника все еще имеет некоторые ограничения, так как расчеты предполагают линейное ускорение экстраполяцию от начала скорости летающих. Это приводит к слегка недооценки давление, о чем свидетельствуют результаты (таблица 1). Продолжается работа по разработке новых уравнений, чтобы соответствовать раннее ускорение летающих пластины.
загрузить / 52950 / 52950fig7.jpg "/>
Рисунок скорость 7. Тарелка как функция времени для измерения давления CJ в PBXN-5 взрывчатого вещества. Обратите внимание на прекрасное согласие между двумя различными выстрелов, где следы практически попадают друг на друга. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию эта фигура.
Рисунок 8. Расчет давления CJ из данных медь флаер пластины на эксперимента PDV. Обратите внимание, что экстраполяция предполагает линейное ускорение в начального толчка от летающих пластины, которая в настоящее время приводит к недооценке давления CJ. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуре. </ А>
Рисунок 9. Изображение изоэнтроп расширения для отреагировал и не вступившего в реакцию алюминия в продуктах детонации. Синие прямые являются касательными решения, которые пропорциональны скорости детонации. Обратите внимание, что в реакцию продукты Al решение заставить скорость детонации, ниже, чем непрореагировавшего раствора Al. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.
Discussion
Примечание расчетные перепады давления между двумя взрывных композиций. Алюминированным взрывчатые проявляет меньше давления, частично из-за менее нитрамина (HMX) загрузка, но также потому, что алюминий реагирует с кислородом в расширяющихся детонационных газов, что приводит к меньшему вмятины от более низком давлении детонации. PBXN-5 оказывает более высокое давление детонации из-за его более высоким содержанием газа при детонации по сравнению с PAX-30 (36,2 моль / кг для PBXN-5 в сравнении с 33,1 моль / кг для PAX-30). Более продвинутые уравнения состояния (EOS), полученного из измерений скорости стенки используются для описания условий взрывных продуктов при таких экстремальных температурах и давлениях. 10,11 Это будет предметом будущих рукописей.
Было очевидно, что, когда происходит рано реакция металла во взрывоопасной, обнаруженный скорость детонации ниже, чем если металл не реагирует. Это несколько противоречит здравому смыслу; одинбыло бы ожидать скорость возрастет, если несколькими источниками энергии депозитов в расширяющейся детонационного фронта из-за экзотермической реакции алюминия. Снижение скорости детонации возникает из растворов с давлением плотности адиабат. Удельный объем (обратная плотности) Давления изэнтропа обозначает изменения в качестве продуктов из детонации расширить (слева направо на рисунке 9). 6 изэнтропа расширение представляет те продукты детонации, которые могут термодинамически форму и расширению вдоль кривой громкости давления конкретных , В ходе расширения, если алюминий реагирует с образованием окисленных веществ, это приводит к общему снижению плотности газа и приводит к более низкой скорости. Это проявляется в изэнтропы расширения ниже решение для неактивного алюминия (рисунок 9). Поскольку скорость детонации является касательной линия, пересекающая изэнтропу от начальной плотности на оси х, очевидно, детонация velocity должна уменьшаться, когда алюминий в разработке реагирует.
Таким образом, Министерство обороны США активно продолжает прикладных исследований и характеристику новых энергетических материалов с традиционных и новых технологий. В случае PDV, она является ценным инструментом, который характеризует взрывчатку с предельной точностью и обеспечивает исследователей с ценную информацию о взрывном эффективности. Этот быстрый цикл испытаний значительно снижает стоимость и время, необходимое для оптимизации разработка и требования к верификации.
Disclosures
Распределение A: Одобрено для публичного релиза; Распределение неограничен. Авторы не имеют ничего раскрывать.
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
Инженерная выпуск 108 взрывчатых веществ Детонация тестирование Волоконно-оптический Фото Доплера VelocimetryErratum
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.
