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.
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.
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. 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.
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.
The authors have nothing to disclose.
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.
cylcotetramethylenetetranitramine | BAE | Class 5 | 1.1D, High Explosive |
Aluminum | Valimet | Proprietary | |
Viton | 3M | ||
Grease | Dow Corning | Sylgard 182 | Gap sealer |