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Engineering

고성능 폭발물의 연구 개발

Published: February 20, 2016 doi: 10.3791/52950

ERRATUM NOTICE

Abstract

군사용 높은 폭발물 개발 테스트 소규모 제제 안전 시험과 이론적 계산을 확인하는 마지막 폭발 성능 테스트를 포함한다. 새로 개발 된 제형 소규모, 프로세스는 소규모 믹스 열 시험, 충격 및 마찰 감도로 시작한다. 그런 다음에야 이후 더 큰 규모의 제제는이 논문에서 다룰 것이다 폭발 테스트를 진행 않습니다. 특성화 기술의 최근 발전은 핵폭발의 초기 시간 변화의 특성에서 비교할 수없는 정밀도를 주도했다. 폭발 압력과 속도의 측정을위한 광 도플러 속도계 (PDV)의 새로운 기술 공유 및 폭발 압력의 기존 광섬유 폭발 속도와 판 덴트 계산과 비교됩니다. 특히, 폭발 제형 알루미늄의 역할에 대해 논의한다. 최근의 발전은 폭발적인 F의 개발을 주도초기 폭발 제품 확장 알루미늄의 반응이 발생할 ormulations. 이 향상된 반응으로 인해 팽창 가스 제품에서 산소와 알루미늄의 반응 폭발 속도와 압력의 변화에​​ 연결됩니다.

Introduction

군용 고성능 폭약의 개발은 광범위한 안전 고려 사항 및 시험 설비 요구 사항으로 인해 자원 제한을 포함한다. 미 육군 군비 연구 개발 및 엔지니어링 명령 (ARDEC), 피카 티니 아스날에서 폭발물는 전체 라이프 사이클 모니터링 및 군사화를 통해 연구 수준에서 평가됩니다. 취급, 저장 및 로딩을위한 안전하다 새로운 폭발물 연속적 전투원 효과적이고 안전한 탄을 제공하기위한 노력으로 평가된다. 최근 법은 가능한 한 문자를 구분하지 군수 (IM) 지침 및 요구 사항을 따르도록 지시한다. 따라서, 폭발물마다 새로운 합성 제형, 성능 테스트는 사용자의 요구를 충족되도록 중요하다. 이러한 맥락에서, 새롭게 개발 PAX-30의 폭발 특성 측정 PBXN -5- 전통적인 고성능 폭발물과 비교된다. 그 폭발 VELO 특히, 측정이론적 모델 및 성능 계산의 검증을위한 중요한 도시와 폭발 압력은 공유됩니다. PAX-30은 알루미늄의 반응성을 이용하여 이러한 PBXN -5- 레거시 폭발물을 대체하기 위해 개발 하였다.

알루미늄의 몰 당 기준으로, 산화 알루미늄의 높은 엔탈피를 갖는다 :

2AL + 3/2 O 2 -> 알 2 O 3 (1670 kJ의 / 몰)

충격에 민감한 폭발성 성분 대신에 알루미늄을 첨가함으로써, 제제는 외부 충격과 위험 모욕에 더 안전 렌더링됩니다. 동시에 군용 애플리케이션에 필요한 성능을 유지하면서 효율적으로 둔감 탄 (IM) 유엔 요구 사항을 충족 할 수 있습니다. 2,3.4

시설 같은 항목이 독특하고 고도의 전문입니다 테스트합니다. 일부 초기 시험을 대량으로 취급하기 전에 폭발물을 선별하기 위해 수행된다. 티HESE 테스트는 시차 주사 열량계 (DSC)와 충격 및 마찰 시험과 열 특성을 포함한다. DSC 시험의 경우, 소정의 테스트 샘플을 불활성 분위기에서 일정한 속도로 가열하고, 양 및 열 흐름의 방향이 감시된다. 충격과 마찰 시험의 경우, 샘플은 표준화 떨어지는 무게 (Bundesanstalt 모피 Materialprufung, 또는 BAM 충격)에서 모욕을 실시하고, 마찰 시험 표준화 된 세라믹 핀과 플레이트 (Bundesanstalt 모피 Materialprufung, 또는 BAM 마찰)합니다. (5)

제제가 처리를위한 안전한 것으로 간주되면, 더 스케일 업이 독점 혼합 기술에 의해 달성된다. 즉, 높은 폭발물은 세 가지 범주로 분류

바인더는 왁스와 같은 용융 상 물질 인, 캐스트를 용융, 트리니트로 톨루엔 (TNT), dintroanisole (DNAN), 또는 기타 용융 물질. 에너지 또는 연료 고체 파의주의 깊은 고려와 통합 될 수있다ticle 크기 및 호환성.

이러한 미 반응의 상태에서 액체이지만, 개시시 고체 고화 수산기 말단 폴리 부타디엔 (HTPB), 폴리 아크릴 레이트, 또는 다른 타입의 에폭시 수지 등의 바인더 폴리머 인 캐스팅되는 전송 경화,. 고체는 액체 상태에서 매트릭스에 통합됩니다.

고형물 로딩 코트 도료 또는 압출 공정을 사용하여 고체를 첨가 바인더 종종 중량 약 95 %에 접근하는 매우 높은 인 눌려.

한번 눌려 캐스트, 재료는 원하는 시험에 적절한 형상을 얻기 위해 표준 방법을 사용하여 가공된다. 본 논문에서는, PAX-30 및 PBXN-5는 고성능 폭발물을 누를 수 있습니다. 제형은 에너지 나이트로 아민 결정 (HMX, RDX 또는 CL-20) 및 알루미늄 입자는 수용액에 현탁시킨 슬러리 코팅 공정을 통해 제조된다. 독점 바인더 내가 가진 래커의는 덧붙였다. 래커 첨가시, 중합체 코팅 폭발성 결정을 현탁 용매를 구동 진공 하에서 가열되고, 입자는 여과 및 건조시킨다. 과립 형 입자를 원하는 구성으로 가압된다.

폭발의 속도

폭발 속도를 결정하기 위하여, 하나의 재질 폭발 앞의 도착을 모니터링한다. 폭발은 재료의 음속보다 빠른 압력 및 온도에서 자립 순간 증가로 정의된다. 온도 및 압력은 전파 반응 앞 뒤 발열 반응을 제공하기에 충분한 일단이 자립된다. 이러한 동작은 예컨대 특정 물질의 형성에 질산 기 등의 산화 잔기를 도입함으로써 실현된다. RDX (시클로 1,3,5- 트리 메틸렌 -2,4,6- trinitramine)과 HMX (cyclotetramethylenetetranitramine)로 알려진 두 가지 예는 내가 나타내었다n은 전반적으로 미국 국방부에서 가장 많이 사용 에너지 재료 (국방부)에있는 그림 1. 충격 앞 뒤​​ 자기 전파 발열 반응을 초래 분자 산소 밸런스를 참고.

그림 1
그림 1. RDX (시클로 1,3,5- 트리 메틸렌 -2,4,6- trinitramine, 왼쪽)와 HMX (cyclotetramethylenetetranitramine, 오른쪽). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

폭발 전면의 속도를 결정하는 하나의 방법은 시간의 함수로서 위치를 모니터링하는 것이다. 광섬유 폭발 속도 (FODV) 테스트는 폭발물의 폭발의 속도를 결정하기 위해 수행된다. 아크릴기구는 폭발적인 샘플을 보유하고 광을 찾을 수 있도록 설계되었습니다충전 길이 아래 공지 거리에서 섬유. 표준 테스트는 다섯 총 광섬유와 0.75 인치 직경 폭발 샘플에서 긴 5 인치를 사용합니다; 바닥 섬유는 전하의 바닥에서 0.50 인치에 위치하고 있으며 각각의 연속 섬유는 1 인치 다음 위에 있습니다. 아크릴 고정에 드릴 구멍은​​ 두 계단 구멍이다. 큰 직경의 구멍이 광섬유의 코어와 클래드에 맞게 크기 및 더 작은 직경의 구멍은 공기 밀폐 공간으로 제공된다. 폭발이 폭발성 샘플을 통해 진행되는 제조 충격파는 섬유 광학 관찰 될 수 짧은 밝은 플래시 제조 밀폐 공기층 흥분.

이 시험에 사용 된 섬유 광학 저렴한 플라스틱 코어를 갖는다. 인해 시험 파괴 특성 및 공기 충격 일관성, 고품질 섬유는 고품질의 데이터 속도를 유지하기 위해 필요한 것으로 발견되지 않았다. 피카 티니 아스날에서 시험 시설전압으로 폭발로부터의 광을 변환하는 합산 포토 다이오드를 사용한다. 전압 스파이크의 진폭은이 시험의 목적에 중요하지 않다. 그 샘플링 레이트까지이 시험에 필요한 것 이상이지만 1 GHz의 오실로스코프는 포토 다이오드 합산 박스에 접속되어있다. 광파이버 "피크"는 하나의 신호 또는 피크 값의 첫번째 상승에 의해 결정될 수있다. 광섬유 및 폭발 도착 시간 차이 간의 거리를 감안 폭발 속도는 결정된다.

폭발 압력

폭발 압력 폭발의 폭발에서 표준 강판에서 얻어진 함몰 깊이를 측정함으로써 추정된다. 함몰 깊이 잘 폭발성 화합물의 다양한 공지 된 압력 값에 상관된다. 대부분의 폭발물이 폭발이 발생 할 채프먼 - Jouguet (CJ) 조건을 만족하기 때문에 일반적으로, 폭발 압력은 일반적으로 불린다CJ 압력으로, 그것은이 문서의이 시점에서 될 것입니다. 충전 조립체 "감시 판"이라고 강판 및 접시의 오목 폭발 결과의 상단에 배치된다. 공지 폭발 압력 수많은 폭발물 표준 0.75 인치 직경의 전하 함몰 깊이는 다음 테스트 함몰 깊이와 비교된다. 판 덴트에 의한 폭발 압력은 허용 상관 관계에 대한 문서화 된 데이터의 많은 년을 가진 신뢰할 수있는 방법이다. 그러나, 폭발 동적 빠른 화학 반응이며, 최근에는 그 압력의 시간 이력을 관찰하기 위해 높은 해상도를 가진 도구를 이용하는 것이 바람직되었다.

직접 폭약 폭발 압력을 측정하기 위해, 광자 도플러 속도계 (PDV)도 사용될 수있다. 이 레이저 간섭계 시스템은 로렌스 리버모어 국립 연구소에 의해 개발 및 1,550 nm의 CW ​​레이저 소스를 이용 하였다. 이동 대상에 레이저를 연출하여D 도플러 시프트 라이트, 얻어진 비트 주파수를 수집하는 타겟의 속도 추적을 제공하기 위해 분석 될 수있다. 기존의 고속 사진 기술과는 달리,이 속도 추적은 시간의 함수로서 타겟의 속도의 연속 기록을 제공한다. 이 측정 기술은 지난 몇 년 동안 상당한 관심을 얻고있다 및 국방부와 에너지 부 (DOE) 폭발 특성 연구소에서 유비쿼터스되고있다.

새로운 폭약 CJ 압력을 계산하기 위해, 시스템은 PDV 폭발 및 폴리 메틸 메타 크릴 레이트 (PMMA) 윈도우의 입자 속도를 측정하는데 사용될 수있다. 매우 얇은 박막 보통 알루미늄 또는 구리는 반사 표면으로 작용하기 위해 계면에 위치된다. 이들 연구에서는, 동을 사용 하였다. 이 포일을 통과 폭발 등을 방지하기에 충분한 두께하면서 상당한 충격파 감쇠를 방지하기에 충분히 얇아 야한다. 일반적으로 호일의 두께1,000 옹스트롬의 가장 실험적인 설정에 이상적이다. PMMA의 입자 속도와 폭약 폭발 속도를 감안할 때, 폭발 압력 Hugoniot 충격 정합 식으로 계산 될 수있다. (6)

0.75 "전하 직경의 FODV 테스트 ARDEC에서 확립 된 표준이지만, PDV 기반 테스트는 지속적으로 세련미를 겪고있다. 폭발성 제형에 따라 하나 또는 두 테스트가 폭발 속도 및 폭발 압력을 특성화하는데 사용될 수있다.

Protocol

주의! 높은 폭발물 처리, 처리 및 테스트 (위험 부문 1 급 재료) 만 교육을 받고 자격을 갖춘 기술자가 수행해야합니다. 높은 폭발물 충격, 마찰, 정전기 방전, 충격에 민감합니다. 단지 1 종의 재료를 대량으로 처리 할 수​​있는 승인을 연구 및 개발 설비를 사용한다.

1. ARDEC 광섬유 폭발 속도 테스트

  1. 광섬유 절단기를 사용하여 길이로 광섬유를 잘라 다섯 케이블 세트로 번들. 부위 특이 시험실 형상에 기초하여, 15m 길이는 일반적으로 사용된다. 스트립 케이블 재킷 재료 번들의 일단과 번들의 타단에 5mm 다시 15mm. 모든 털을 제거하기 위해 P800 모래 사포와 섬유 광학의 절단 끝을 폴란드어.
    주 :이 때문에 테스트 파괴 특성으로 플라스틱 광섬유가 바람직하다. 다음과 같이 광섬유 속성은; 폴리 메틸 메타 크릴 레이트 수지(PMMA), 심재 (980 ㎛의 직경), 불소계 고분자 재료를 클래드 (1000 ㎛의 직경), 1.49 코어 굴절률 0.5 개구.
  2. 높은 정밀도 캘리퍼와 균형을 사용하여 시료 및 작문 A-3 유형 II 부스터 펠릿 직경, 길이와 질량을 측정한다.
    주의 : 전형적인 테스트 2.54 cm 길이의 펠렛으로 1.905 cm 직경을 사용하지만, 테스트 절차는 플라스틱 조명기 각 펠릿 중심 광케이블 보유 제공된 크기의 펠렛으로 사용될 수있다. 이 연구에서 시험을 위해, 1.905 cm 직경의 펠렛을 사용 하였다.
  3. 열려있는 슬롯을 캐고 통해 튜브의 내경을 확장하여 플라스틱 고정 장치로 폭발 펠릿, 하나 하나를로드합니다. 기록 폭발 펠릿 번호와 고정에 위치. 그러면 조명기의 상부로부터 상기 튜브 내로 접종 펠렛로드.
  4. 부스터 펠릿의 상단에 아크릴 기폭 장치 홀더를 배치합니다.
    참고 : RP-502 폭발 Bridgewire 뇌관을(EBWs)는 일반적으로 사용된다. 시험의 재 교정이 필요하다하더라도 다른 뇌관은 대체 될 수있다.
  5. 폭발 속도 측정 지그에 관한 2 단차 구멍에 광섬유 단부 짧은 노출 (5 mm)를 삽입한다.
    참고 : 두 단계의 구멍은 충분한 공기가 강한 신호로 연결 폭발 앞의 통과에 따라 이온화 거기에 있는지 확인하십시오. 조명기 구멍 폭발성 대하여 0.020 길이 내측 구멍에 의해 0.021 인치 직경의 광섬유가 삽입 0.042 인치 직경 구멍을 가져야한다. 플라스틱 섬유가 사용되는 경우, 광섬유의 외경 광 샌딩 모두 섬유 직경 측정 지그 오차에 따라 필요할 수있다. 광섬유가 완전히 삽입되어 있는지 확인합니다 (두 계단 구멍에 단계에 앉아).
  6. 접착제 / 에폭시 대신에 섬유. 이 프로토콜에 대한 5 분 에폭시를 사용합니다.
  7. 섬유에 들고 에폭시가 완전히 경화되면, 아크릴 위치철강 증거 판의 상단에 폭발적인 알약을 포함 IC에서 관. 그 위에 또는 테이프에 무게 중 하나와 강판에 텍스트기구를 고정합니다. 마지막 폭발 펠릿의 바닥면과 스틸 증거 판 사이에 공극이없는 것을 확인합니다.
  8. 증거 판에 부착, 테스트 픽스처 360 ° 에폭시. 에폭시가 완전히 경화 된 후, 측정 지그의 상단에 기폭 홀더 기폭 놓고 테이프로 제자리에 고정.
  9. 테스트 챔버 테스트 픽스처를 전송 및 포토 다이오드를 합산 박스로 광섬유 이상 노출 단부 (15mm)를 삽입한다. 오실로스코프에 적절한 다이오드를 합산 박스 또는 다른 데이터 수집 수단을 연결 (1 GHz의 대역폭이 충분 이상이다).
  10. RP-80 기폭 장치에 점화 선을 연결합니다. 닫기 모든 문 / 포트 / 등이 필요하고 (시설의 폭발 시험 발사 당 지역 잠금 작업을 수행의tandard 운영 절차) SOP를.
  11. 오실로스코프 트리거, 전압 / 분할, 시간 / 분할 설정을 확인합니다. 오실로스코프의 3.0 V 채널 하나의 트리거 임계 값과 높은 전압 fireset에서 트리거를 연결합니다. 오실로스코프에 두 번째 채널에 포토 다이오드 합산 상자를 연결합니다. -20 마이크로 초 지연 설정으로, 5 마이크로 초 / 부문에 5 V / 부문 모두 채널과 타임베이스를 설정합니다.
  12. 고 에너지 fireset 통해 항목 폭발.
  13. 다이오드 합산 박스의 출력으로부터 시간에 대응하는 피크를 측정한다. 첫 번째 상승이 사용하는 장비에 따라 더 좋은 지표가 될 수 있지만 오실로스코프 화면 추적에서, 특정 시간을 결정하기 위해 피크 전압을 사용합니다.
  14. 오실로스코프에서 획득 한 다섯 시간 지점에서 폭발 속도를 계산합니다. 각 광섬유의 간격이 공지되어 있기 때문에, 각 피크 사이의 시간에 각각의 핀 사이의 간격을 분할함으로써 폭발 속도를 계산 (디자세 / 시간 = 속도). 평균 및 표준 편차는 모두보고됩니다.
  15. 그 깊이를 결정하는 데 사용 깊이 게이지를 최소 레벨을 찾아 함몰에 보정 스틸 베어링을 배치하여 강판 감시 접시 함몰 깊이를 계산하고.

2. 사진 도플러 유속계

  1. 기계 PMMA 창은 약 6.5mm의 두께 폭약의 직경 크기. 윈도우가 어떤 가공 결함의 광학적으로 투명하고 무료 있는지 확인하십시오. 이 레이저 커터 또는 유사한 가공 공정을 이용하여 디스크 쫓아 아크릴 및 가공 광학적으로 투명한 판을 완성한다. 이어서, 광학적으로 투명한 표면을 얻기 위해 물 분사를 이용한다.
  2. 알루미늄 호일의 두께는 제조업체의 사양에 따라 "0.005을 초과하지 않도록하십시오. 포일면 (경면) 깨끗한이면을 연마 스테인레스 볼 베어링 표면 롤. 최적의 레이저 혈중 알코올 농도의 확산면 결과정렬이 약간 꺼진 상태에서도 K 반사.
  3. PMMA 창 알루미늄 박을 부착하는 얇은 광학적으로 투명한, 아크릴계 점착 테이프를 사용한다. PMMA와 알루미늄 사이에 기포가 없는지 확인합니다.
  4. 폭발 시험 시료 펠릿 직경, 길이 및 질량을 측정한다. 고정밀 캘리퍼스와 균형을 사용합니다.
  5. 어떤 부스터 (필요한 경우)을 포함하여 연속 전하를 형성하도록 서로에 폭발적인 시료 펠릿 부착. 펠렛 인터페이스에 에어 갭을 최소화하기 위해 조립시 각 폭발 인터페이스에서 그리스를 적용합니다.
  6. 아크릴 고정 장치에 마운트 폭발 속도 핀. 이들은 광섬유 또는 압전 핀 하나 일 수있다. 전하에 대한 핀의 위치가 알려 져야한다.
  7. 충전에 아크릴 폭발 속도 핀 홀더를 부착합니다. 테이프 충전에 아크릴 핀 홀더를 개최하기에 충분하다. 일반적으로, 섬유 / 핀 위치는 폭발성 CH 하단 가장 근접한정상 상태에서 폭발이 관찰 될 수 있도록 아게.
  8. 충전에 기폭 장치를 연결합니다. 조립 된 전하를 전환하고 PMMA 창 부착을 준비하기 위해 배향을 안정화. 알루미늄 / 폭발성 계면에서 기포를 방지하는 폭발면에 윤활제를 소량 놓는다.
  9. 폭약에 PMMA 창의 호일 측면을 부착합니다. 창 및 충전 동심 경우, 원주 테이프를 사용합니다. 그렇지 않다면, 폭약의 축선을 테이프.
  10. PMMA 창 단단히 폭약에 부착되면, 테이프 PMMA 창 아크릴 PDV 프로브 홀더 부착. PDV 프로브 홀더에 PDV 프로브를 삽입합니다.
  11. 다시 반사 미터 홀더에 PDV 프로브를 맞 춥니 다. 이 장치는 저전력 레이저 빔을 출력하고, 다시 반사 진폭을 측정한다. -10 dBm의 -20 DBM의 백 반사 것이 바람직하다. 다시 반사가되도록 결정되면 대신 PDV 프로브 에폭시최적.
  12. 챔버에서 시험 항목을 놓고 폭발 속도 와이어 (광섬유 또는 압전) 및 PDV 섬유를 모두 연결합니다. RP-80 기폭 장치에 점화 선을 연결합니다. 닫기 필요한 모든 문 / 포트 / 등. 및 시설의 폭발 시험 발사 SOP를 당 지역 잠금 작업을 실시하고 있습니다.
  13. 오실로스코프 트리거, 전압 / 분할, 시간 / 분할 설정을 확인합니다. PDV 시스템 설정을 확인합니다. 신호 레이저 및 참조 레이저 진폭을 관찰하고 필요에 따라 수정합니다.
  14. 고 에너지 fireset 통해 항목 폭발. PDV 데이터 및 폭발 속도 데이터를 모두 오실로스코프 추적을 저장합니다.
  15. 관련 데이터 분석 프로그램 PDV 데이터를 분석한다. 원시 PDV 신호는 고속 푸리에 변환 (FFT) 기반 분석 패키지를 변환하여 처리되어야한다.
    주 :이 원 신호의 주파수 콘텐츠를 찾고, 상기 광원 (1550 ㎚)의 초기 주파수를 알면, FFT 분석 패키지 속도 스펙트로 그램을 생성하는 플롯시간의 함수로서 기록 속도. 이 경우, PlotData 에너지 그래픽 사용자 인터페이스 (GUI)의 미국 특허 부는, FFT를 수행하는 LabVIEW 소프트웨어와 함께 사용된다. 그러나, 많은 상업적으로 이용 가능한 분석 패키지는 이러한 작업을 수행 할 수 있음이 존재한다.
  16. 오실로스코프에서 획득 한 다섯 시간 지점에서 폭발 속도를 계산합니다. 각 광섬유의 간격이 공지되어 있기 때문에, 폭발 속도는 각 피크 (거리 / 시간 = 속도) 사이의 시간에 각각의 핀 사이의 거리로 나눔으로써 계산된다. 평균과 표준 편차가보고된다.

Representative Results

FODV 설정이도 4에 도시되는 동안 PDV의 일반적인 설정은도 2 및도 3에 도시되어있다. 폭발시 기존 FODV 촬영에서 얻어진 오목 플레이트 PAX-(30)의 위치 / 시간의 결과를도 5에 나타낸다 및 PBXN-5 그림 6. 두 물질은 PAX-30 ~ 0.4 마이크로 초 / mm 느린과 유사한 폭발 속도 (직선의 기울기)를 가지고있다. 그것은 상당한 차이로 보이지 않을 수도 있지만, 그것은 PAX-30 중량 폭발성 충전함으로써 약 20 % 감소 가지고 있다는 사실에 비추어 참이다. 폭발 속도에서 즉시 폭발 전면 후의 알루미늄 반응을 정량화 시험 결정적인 것은 아니지만, 알루미늄 반응의 예비 평가를 제공 할 수있다.

그림 2
그림 2. 전형적인 PDV 설정. 폭발 펠렛 또는 주조 막대기가 쌓입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3
그림 3. PDV 설정 (보기). 전단 플레이트가 위치한 기지에서 PDV 설치가. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4
그림 4. FODV 설정. 스틱은 설치 중에 고체 접촉 직립 자세를 보장하기 위해 철강 증거 판에 에폭시 수지로 접착한다. 기폭 장치와 부스터는 스틱의 상단에 있습니다. = "https://www.jove.com/files/ftp_upload/52950/52950fig4large.jpg"대상 = "_ 빈">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5
FODV 시험에서 그림 5. 덴트가. 덴트는 교정 깊이 게이지 또는 프로파일로 측정한다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 6
그림 6. 폭발 속도 계산. 각 데이터 포인트는 FODV 설정에서 광섬유 핀에서입니다. PAX-30 R 2 = 0.999717, RMSE (루트 제곱 오차를 의미) 0.519693를 =; PBXN-5 R 2 = 0.998778, RMSE = 1.342272.톰 / 파일 / ftp_upload / 52950 / 52950fig6large.jpg "대상 ="_ 빈 ">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

폭발물 폭발 속도 (mm / 마이크로 초) CJ 압력
(GPA, 플레이트 덴트)
CJ 압력
(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

표 1. 실험에서 성능 데이터., n은 5 광섬유 핀 각각은, 테스트의 총 수입니다. PDV CJ 압력은 하나의 시험으로 구성되어 있습니다.

그만큼 그림 2-3의 폭약의 바닥에서 전단 플레이트의 PDV 추적 출력은 그림 7에 표시됩니다. 진동은 약 4-5km / 초에 급 가속의 판에 울리는에서 발생한다. CJ 압력 알루미늄 폭발성 Hugoniot 일치되면 CJ 점을 외삽 후 쿠퍼 근사 6 생성물 기체 Hugoniot 모델링으로부터 계산된다. 이러한 계산에서 일반적인 스크린 인쇄는 그림 8에 나타나있다.이 기술은 여전히 몇 가지 제한 사항이 계산은 전단 속도의 시작 부분에서 선형 가속 추정을 가정하기 때문이다. 결과 (표 1)에 의해 입증이 약간 과소 압력을 초래한다. 작업 전단 판의 초기 가속 맞는 새로운 방정식을 개발하기위한 노력이 계속되고있다.

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에서 CJ 압력의 측정 시간의 함수로 그림 7. 플레이트 속도는 PBXN-5 폭발. 흔적이 실질적으로 서로에 가을 두 개의 서로 다른 장면 사이의 우수한 계약을합니다. 여기를 클릭하십시오이의 더 큰 버전을 볼 수 있습니다 이 그림.

그림 8
PDV 실험에 구리 우대 판 데이터로부터 CJ 압력 그림 8. 계산. 외삽 현재 CJ 압력의 과소 평가에 이르게 우대 판의 초기 푸시의 선형 가속을 가정합니다. 여기를 클릭하십시오 이 그림의 더 큰 버전을 볼 수 있습니다. </>

그림 9
그림 폭발 제품에서 반응 및 미 반응 알루미늄의 확장 isentropes 9. 묘사. 파란색 직선은 폭발 속도에 비례 접선 솔루션입니다. 반응 알 제품 솔루션은 미 반응 알 솔루션보다 낮게 폭발 속도를 강제합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Discussion

두 폭발적인 제제의 계산 된 압력 차이를합니다. 알루미늄 화 폭발성 전시 부분적으로 덜 나이트로 아민 (HMX)로드 적은 압력뿐만 아니라, 알루미늄 하부 폭발 압력에서 작은 오목 결과 확장 폭발 가스 중의 산소와 반응하기 때문이다. PBXN-5 인해 (PAX-30 33.1 몰 / kg 대 PBXN-5 36.2 몰 / kg) PAX-30에 비해 폭발에 따라 더 높은 가스 함량이 높은 폭발 압력을가한다. 벽 속도 측정에서 파생 된 상태 (EOS)의 고급 방정식은 극한의 온도와 압력에서 폭발성 제품의 상태를 설명하는 데 사용된다. 10, 11이를 미래 원고의 대상이 될 것입니다.

또한 폭발에서 금속 초기 반응이 발생하면, 검출 된 속도가 폭발 금속 반응하지 않는 경우보다 낮은 것을 알 수 있었다. 이것은 다소 반 직관적이다 하나속도 때문에 알루미늄의 발열 반응으로 확장 폭발 전면에 더 많은 에너지를 예금하는 경우 증가 할 것으로 예상된다. 폭발 속도의 감소는 압력 밀도 Hugoniots 해결책에서 발생한다. 특정 볼륨 (역 밀도) - 압력 isentrope (그림 9 왼쪽에서 오른쪽으로) 폭발의 제품 확장으로의 변화를 의미한다. 6 확장 isentrope는 열역학적으로 형성하고, 압력 - 체적 곡선을 따라 확장 할 수 있습니다 그 폭발의 제품을 나타냅니다 . 알루미늄이 산화 종을 형성 할 경우에 반응하는 팽창하는 과정에서, 그 가스의 농도의 전반적인 감소를 초래하고, 더 낮은 속도로 이끈다. 이것은 비 반응성 알루미늄 (도 9)에 대한 솔루션은 아래 확장 isentrope 드러난다. 폭발 속도가 X 축상의 출발 농도에서 isentrope 교차 접선이기 때문에, 폭발 V 명백한제제의 알루미늄이 반응 할 때 elocity이 감소한다.

요약하면, 미국 국방부가 적극적으로 응용 연구 및 전통과 새로운 기술 모두 새로운 에너지 재료의 특성을 추구하고 있습니다. PDV의 경우에는 극도의 정밀도 폭발물 특징 및 폭발 효과에 유용한 통찰을 제공 연구자 유용한 도구이다. 이는 신속한 테스트 사이클을 크게 선정 및 제형 최적화 요건 검증에 필요한 시간을 감소시킨다.

Disclosures

유통 : 공공 릴리스 승인; 분포는 제한이 없습니다. 저자는 공개 아무것도 없어.

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

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References

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Erratum

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

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

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.

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

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

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