RU2724884C1 - Device for determining parameters of explosive conversion of em in thermal effects - Google Patents
Device for determining parameters of explosive conversion of em in thermal effects Download PDFInfo
- Publication number
- RU2724884C1 RU2724884C1 RU2019145195A RU2019145195A RU2724884C1 RU 2724884 C1 RU2724884 C1 RU 2724884C1 RU 2019145195 A RU2019145195 A RU 2019145195A RU 2019145195 A RU2019145195 A RU 2019145195A RU 2724884 C1 RU2724884 C1 RU 2724884C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- explosive
- bowl
- housing
- heating
- measuring
- Prior art date
Links
- 239000002360 explosive Substances 0.000 title claims abstract description 126
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 230000000694 effects Effects 0.000 title abstract description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 42
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 24
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 238000005474 detonation Methods 0.000 abstract description 28
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 abstract description 10
- 238000004880 explosion Methods 0.000 abstract description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 27
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 9
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 101150038956 cup-4 gene Proteins 0.000 description 6
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 101000637411 Homo sapiens Rho guanine nucleotide exchange factor TIAM2 Proteins 0.000 description 1
- 239000004936 P-84 Substances 0.000 description 1
- 229920002367 Polyisobutene Polymers 0.000 description 1
- 102100032206 Rho guanine nucleotide exchange factor TIAM2 Human genes 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000012733 comparative method Methods 0.000 description 1
- 230000005493 condensed matter Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/50—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating flash-point; by investigating explosibility
- G01N25/54—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating flash-point; by investigating explosibility by determining explosibility
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/22—Fuels; Explosives
- G01N33/227—Explosives, e.g. combustive properties thereof
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для регистрации режима взрывчатого превращения взрывчатых веществ (ВВ) (наличия или отсутствия детонационного режима взрывчатого превращения ВВ) и определения давления на фронте детонационной волны при взрыве относительно малой навески ВВ (0,2÷2 г) в результате его нагрева, например, при проведении научно-исследовательских работ.The invention relates to the field of measurement technology and can be used to register the mode of explosive conversion of explosives (explosives) (the presence or absence of a detonation regime of explosive conversion of explosives) and to determine the pressure at the front of a detonation wave during the explosion of a relatively small sample of explosives (0.2 ÷ 2 g ) as a result of its heating, for example, during research work.
Существуют взрывные устройства, содержащие небольшие по массе навески ВВ, выполненные, например, из пластичного ВВ, имеющие непосредственный контакт с основным зарядом ВВ и являющиеся инициатором основного заряда ВВ. Как правило, инициирующее ВВ имеет более высокую чувствительность к тепловому воздействию по сравнению с ВВ основного заряда. Нагрев такого ВВ приводит к термодеструкции ВВ с выделением тепла и газообразных продуктов разложения и, как следствие, повышению давления. Последнее обстоятельство приводит к переходу разложения инициирующего ВВ в режим взрывчатого превращения и инициированию взрыва основного заряда ВВ. Инициируемость основного заряда ВВ в этих условиях будет зависеть от режима взрывчатого превращения в инициирующем ВВ и от давления на стыке инициирующего и основного ВВ. В свою очередь режим взрывчатого превращения инициирующего ВВ в условиях нагрева, приводящего к загоранию ВВ, зависит от режима нагрева ВВ, давления разрушения конструкции, плотности заряжания ВВ, интенсивности отвода продуктов термического разложения ВВ. Определение режима взрывчатого превращения (низкоскоростное взрывчатое превращение или нормальная детонация) имеет принципиально важное значение для оценки последствий взрыва инициирующего ВВ, определения режима взрывчатого превращения, возбуждаемого в основном ВВ, определения влияния различных условий нагрева и конструктивных факторов на режим взрыва, отработки технических решений, направленных на снижение тяжести последствий взрыва.There are explosive devices containing small mass of explosives, made, for example, of plastic explosives, having direct contact with the main explosive charge and initiating the main explosive charge. As a rule, the initiating explosive has a higher sensitivity to thermal effects than the explosive of the main charge. The heating of such an explosive leads to thermal decomposition of the explosive with the release of heat and gaseous decomposition products and, as a consequence, an increase in pressure. The latter circumstance leads to the transition of the decomposition of the initiating explosive into the explosive transformation mode and the initiation of the explosion of the main explosive charge. The initiativity of the main explosive charge under these conditions will depend on the mode of explosive transformation in the initiating explosive and on the pressure at the junction of the initiating and main explosive. In turn, the explosive transformation mode of the initiating explosive under conditions of heating, leading to ignition of the explosive, depends on the heating regime of the explosive, the pressure of structural failure, the charge density of the explosive, and the intensity of removal of the thermal decomposition products of the explosive. The determination of the regime of explosive transformation (low-speed explosive transformation or normal detonation) is of fundamental importance for assessing the consequences of the explosion of the initiating explosive, determining the mode of explosive transformation excited mainly by the explosive, determining the effect of various heating conditions and structural factors on the explosion mode, developing technical solutions aimed to reduce the severity of the effects of the explosion.
Известно множество методов определения параметров взрывчатого превращения, основанные как на сравнительных подходах, так и на прямых измерениях физических величин параметров взрывчатого превращения. Сравнительные методы используются для определения бризантности ВВ в соответствии с ГОСТ 5984-99 (Вещества взрывчатые. Методы определения бризантности). Стандарт устанавливает методы определения бризантности, основанные на обжатии металлических цилиндров и на определении импульса взрыва на баллистическом маятнике. Масса образца ВВ составляет 50 г. ВВ находится в открытом виде, а подрыв осуществляется с помощью электродетонатора.There are many known methods for determining the parameters of explosive transformation, based both on comparative approaches and on direct measurements of the physical values of the parameters of explosive transformation. Comparative methods are used to determine explosive brisance in accordance with GOST 5984-99 (explosives. Methods for determining brisance). The standard establishes methods for determining brisance, based on the compression of metal cylinders and on the determination of the momentum of an explosion on a ballistic pendulum. The mass of the explosive sample is 50 g. The explosive is in open form, and the detonation is carried out using an electric detonator.
Методы, основанные на измерении физических параметров детонации (скорости детонации, давления на фронте детонации и др.) приводятся в литературе (например, Методы исследования свойств материалов при интенсивных динамических нагрузках: Монография / Под общ. ред. д-ра физ.-мат. наук М.В. Жерноклетова. §8, стр. 314). Известным методом определения параметров детонационной волны конденсированных ВВ, описание которого дано в данной монографии, является метод откола, основанный на регистрации эволюции ударной волны в металлической пластине-преграде. Профиль ударной волны в металле определяют на основании измерения средней скорости движения свободной поверхности металлических пластин различной толщины после прохождения по ним ударной волны, возникающей при выходе детонационной волны на границу раздела заряд ВВ - пластина. Скорость движения свободной поверхности пластины измеряют электроконтактными датчиками, оптическими методами, емкостным датчиком скорости и радиоинтерферометрами. На основе уравнений сохранения массы и количества движения, связывающих давление и плотности ударного сжатия с кинематическими параметрами ударной волны, определяют давление ударного сжатия. В данном случае ВВ находится в открытом виде и непосредственно примыкает к метаемой пластине, а инициирование ВВ осуществляется с помощью детонатора.Methods based on the measurement of the physical parameters of detonation (detonation velocity, pressure at the detonation front, etc.) are given in the literature (for example, Methods of studying the properties of materials under intense dynamic loads: Monograph / Under the general editorship of Dr. Phys. Sciences of M.V. Zhernokletova. §8, p. 314). A well-known method for determining the parameters of a detonation wave of condensed explosives, the description of which is given in this monograph, is a spallation method based on recording the evolution of a shock wave in a metal plate-barrier. The profile of a shock wave in a metal is determined by measuring the average velocity of the free surface of metal plates of various thicknesses after the shock wave passes through them, which occurs when the detonation wave reaches the explosive charge – plate interface. The speed of movement of the free surface of the plate is measured by electrical sensors, optical methods, capacitive speed sensors and radio interferometers. Based on the equations of conservation of mass and momentum that relate the pressure and density of shock compression with the kinematic parameters of the shock wave, the pressure of shock compression is determined. In this case, the explosive is in open form and directly adjacent to the missile plate, and the initiation of the explosive is carried out using a detonator.
Известные методы определения параметров взрывчатого превращения ВВ, в том числе режима взрывчатого превращения, не могут быть использованы для определения режима взрывчатого превращения ВВ в условиях длительного нагрева ВВ из-за отсутствия нагревательного устройства и необходимости применения прочной реакционной камеры, в которой должно располагаться ВВ со степенью заполнения близкой к единице. В рассмотренных методах определение параметров взрывчатого превращения осуществляется по элементу (например, метаемая пластина), который контактирует непосредственно с ВВ, что становится невозможным в случае применения прочной реакционной камеры, в котором находится ВВ.Known methods for determining the parameters of explosive conversion of explosives, including the regime of explosive transformation, cannot be used to determine the regime of explosive conversion of explosives in conditions of prolonged heating of explosives due to the absence of a heating device and the need for a strong reaction chamber in which explosives should be located with a degree filling close to one. In the considered methods, the parameters of the explosive transformation are determined by an element (for example, a throwable plate) that contacts directly with the explosive, which becomes impossible if a strong reaction chamber in which the explosive is located is used.
Известен в качестве прототипа способ определения параметров взрывчатого превращения (патент РФ №2623827, опубл. 29.06.2017), согласно которому с помощью воздействия тепловых средств определяется время до начала самоподдерживающейся реакции в ВВ и давление газообразных продуктов разложения в реакционной камере. В известном способе определения параметров взрывчатого превращения испытательный модуль включает в себя нагревательное устройство, блюмс алюминиевый с расположенным в нем корпусом, где в определенной последовательности установлены образец ВВ и втулка. После установки образца ВВ и втулки в корпус вся сборка затягивается гайкой. Испытательный модуль снабжен термопарами (до 26 штук), формирующими измерительные сигналы, и прибором, преобразующим и обрабатывающим эти измерительные сигналы в аналоговые сигналы посредством математической обработки с использованием расчетно-графического комплекса и ПК. Нагрев образца ВВ осуществляется равномерно со всех сторон. Такое выполнение реакционной камеры дает возможность оптимальным образом задавать и поддерживать температурный режим нагрева исследуемых материалов. Способ может быть использован для определения прямым экспериментальным путем критических условий возникновения теплового взрыва ВВ в условиях теплового воздействия.Known as a prototype is a method for determining the parameters of explosive transformation (RF patent No. 2623827, publ. 06/29/2017), according to which, using the influence of heat means, the time to the start of a self-sustaining reaction in explosives and the pressure of gaseous decomposition products in the reaction chamber are determined. In the known method for determining the parameters of explosive transformation, the test module includes a heating device, aluminum blooms with a housing located in it, where an explosive sample and a sleeve are installed in a certain sequence. After installing the explosive sample and the sleeve in the housing, the entire assembly is tightened with a nut. The test module is equipped with thermocouples (up to 26 pieces) that form the measuring signals, and a device that converts and processes these measuring signals into analog signals through mathematical processing using a computational-graphic complex and a PC. The heating of the explosive sample is carried out uniformly from all sides. This embodiment of the reaction chamber makes it possible to optimally set and maintain the temperature regime of heating of the investigated materials. The method can be used to directly determine the critical experimental conditions for the occurrence of a thermal explosion of an explosive in thermal exposure.
Недостатком известного способа определения параметров взрывчатого превращения является ограниченные функциональные возможности, а именно отсутствие возможности регистрации режима взрывчатого превращения (низкоскоростной режим или детонация) и определения давления детонации в случае ее возникновения. Заявленная регистрация давления продуктов разложения в реакционной камере посредством газоотводной трубки позволяет определять изменение давления в процессе разложения ВВ. Такое решение не позволяет определить давление на фронте горения, поскольку давление быстропротекающих процессов невозможно регистрировать через газоотводную трубку. В определенных случаях, например при проведении научно-исследовательских работ в условиях высоких температур, требуется выяснение влияния прочности конструкции на режим взрывчатого превращения в условиях, когда осуществляется односторонний нагрев, что имитирует реальные изделия. Кроме того, в исследовательских целях необходимо варьировать скорость нагрева образца ВВ в широком диапазоне, включая высокие скорости нарастания температуры (более 10°С/мин). Конструкция испытательного модуля в известном способе не удовлетворяет этому требованию. Отсутствие возможности варьирования давления разрушения реакционной камеры также снижает функциональные возможности известного способа с точки зрения возможности исследования влияния этого фактора на режим взрывчатого превращения ВВ в условиях нагрева.A disadvantage of the known method for determining the parameters of explosive transformation is limited functionality, namely the lack of the ability to register the mode of explosive transformation (low speed mode or detonation) and determine the pressure of detonation in case of its occurrence. The claimed registration of the pressure of the decomposition products in the reaction chamber by means of a gas outlet tube allows you to determine the change in pressure during the decomposition of explosives. Such a solution does not allow determining the pressure at the combustion front, since the pressure of fast-flowing processes cannot be recorded through a gas pipe. In certain cases, for example, when conducting research at high temperatures, it is necessary to clarify the effect of structural strength on the explosive transformation mode in conditions when one-sided heating is carried out, which simulates real products. In addition, for research purposes, it is necessary to vary the heating rate of the explosive sample in a wide range, including high rates of temperature rise (more than 10 ° C / min). The design of the test module in the known method does not satisfy this requirement. The inability to vary the pressure of the destruction of the reaction chamber also reduces the functionality of the known method from the point of view of the possibility of studying the influence of this factor on the mode of explosive conversion of explosives under heating conditions.
Сложность определения режима взрывчатого превращения ВВ после момента его воспламенения, заключается в том, что в условиях нагрева может реализоваться режим распространения фронта горения как с дозвуковой скоростью, так и со скоростью, превышавшей скорость звука в ВВ. При этом чувствительность ВВ и скорость звука в ВВ в результате физических изменений, происходящих в нем в процессе нагрева, может меняться, особенно в ВВ, подверженном плавлению и насыщению пузырьками газообразных продуктов термического разложения. Поэтому степень заполнения реакционной камеры и условия отвода продуктов разложения из нее будут оказывать влияние на этот процесс. Кроме того, на режим взрывчатого превращения будет оказывать влияние прочность реакционной камеры, определяющая давление разрушения камеры.The difficulty in determining the explosive transformation mode of an explosive after its ignition is that, under heating conditions, the propagation of the combustion front can be realized both with a subsonic speed and with a speed exceeding the speed of sound in the explosive. In this case, the sensitivity of the explosive and the speed of sound in the explosive as a result of physical changes occurring in it during heating can vary, especially in the explosive, which is subject to melting and saturation by bubbles of gaseous products of thermal decomposition. Therefore, the degree of filling of the reaction chamber and the conditions for removal of decomposition products from it will affect this process. In addition, the strength of the reaction chamber, which determines the pressure of the destruction of the chamber, will influence the regime of explosive transformation.
Техническим результатом заявляемого изобретения является получение конструктивно простого устройства, позволяющего регистрировать факт возникновения детонации в ВВ в условиях нагрева и определения давления на фронте детонации, обеспечивающего преимущественно односторонний нагрев ВВ, изменение режима нагрева в широком диапазоне, включая высокие скорости нарастания температуры, изменение давления разрушение реакционной камеры, степени заполнения реакционной камеры и условия отвода продуктов разложения.The technical result of the claimed invention is to obtain a structurally simple device that allows you to register the fact of the occurrence of detonation in explosives under conditions of heating and determining the pressure at the detonation front, which provides predominantly one-sided heating of explosives, a change in the heating mode over a wide range, including high rates of temperature rise, pressure change, destruction of the reaction chamber, degree of filling of the reaction chamber and conditions for removal of decomposition products.
Технический результат достигается тем, что в известном устройстве определения параметров взрывчатого превращения при термических воздействиях, содержащее корпус, в котором в определенной последовательности установлены образец ВВ, втулка, нагревательное устройство, термопара, измерительные приборы, соединенные с приборами, преобразующими и обрабатывающими измерительные сигналы, нагревательное устройство установлено на торцевой поверхности корпуса, корпус выполнен составным с образованием полости, в которой установлена чаша с образцом ВВ, закрытая крышкой, имеющей кольцевую проточку закрепления термопары, проходящей в осевом канале нагревательного элемента, установленного в верхней части корпуса, в нижней части корпуса соосно с образцом ВВ установлена втулка измерительная, прижатая одним концом к чаше, в которой размещены чувствительные элементы, к дну чаши прижата метаемая стальная пластинка, соразмерная отверстию втулки, при этом толщина стенки чаши выбрана из следующего соотношения:The technical result is achieved by the fact that in the known device for determining the parameters of explosive transformation under thermal influences, comprising a housing in which, in a certain sequence, an explosive sample, a sleeve, a heating device, a thermocouple, measuring devices connected to devices that convert and process measuring signals, a heating device are installed the device is installed on the end surface of the housing, the housing is made integral with the formation of a cavity in which a bowl with a sample of explosives is installed, closed by a lid having an annular groove of thermocouple fastening, passing in the axial channel of the heating element installed in the upper part of the housing, coaxially with sample BB mounted measuring sleeve, pressed at one end to the bowl, in which the sensing elements are placed, a throwable steel plate is pressed to the bottom of the bowl, commensurate with the hole of the sleeve, while the wall thickness of the bowl is selected from the following ratio:
20 мм/г>δст/Мвв>15 мм/г, где20 mm / g> δ st / M cc > 15 mm / g, where
δст - толщина стенки чаши со стороны втулки измерительной,δ article - the wall thickness of the bowl from the side of the measuring sleeve,
Мвв - масса ВВ в тротиловом эквиваленте.M centuries - mass of explosive TNT.
Измерение скорости пластинки осуществляется с помощью чувствительных элементов, расположенных во втулке измерительной последовательно в направлении оси втулки, регистрирующих время прохождения пластинки в канале втулки. Измерение скорости пластинки может быть осуществлено оптическим методом, при этом во втулке измерительной выполнены каналы в двух плоскостях через 90° под углом от 65° до 80° относительно продольной оси втулки измерительной, в которых помещены измерительные приборы в виде светодиодов и фотодиодов, образующих оптопары. Расположение каналов размещения светодиодов и фотодиодов под углом от 65° до 80° относительно продольной оси втулки измерительной обеспечивает перекрытие светового потока пластинкой на определенном участке и позволяет определять скорость прохождения пластинки на одном рубеже посредством фиксации момента начала закрытия и момента начала открытия светового потока на известной длине участка перекрытия светового потока. Длина участка перекрытия светового потока определяется предварительной калибровкой. Расположение светодиодов и фотодиодов в двух плоскостях через 90° повышает точность регистрации скорости прохождения пластинки в случае ее отклонения от нормального положения относительно продольной оси втулки измерительной.The speed of the plate is measured using sensing elements located in the measuring sleeve in series in the direction of the axis of the sleeve, recording the transit time of the plate in the channel of the sleeve. The plate velocity can be measured by the optical method, while in the measuring sleeve the channels are made in two planes through 90 ° at an angle from 65 ° to 80 ° relative to the longitudinal axis of the measuring sleeve, in which the measuring devices are placed in the form of LEDs and photodiodes forming optocouplers. The location of the channels for the placement of LEDs and photodiodes at an angle of 65 ° to 80 ° relative to the longitudinal axis of the measuring sleeve ensures that the luminous flux is blocked by the plate in a certain area and allows you to determine the speed of the plate at one boundary by fixing the moment of the beginning of closing and the moment of the beginning of opening of the light stream at a known length plot of overlapping light flux. The length of the luminous flux overlap area is determined by pre-calibration. The location of the LEDs and photodiodes in two planes through 90 ° increases the accuracy of recording the speed of passage of the plate in case of deviation from the normal position relative to the longitudinal axis of the measuring sleeve.
Метаемая стальная пластинка прижата к дну чаши посредством тонкого листа бумаги, края которого приклеены к упругой прокладке, установленной между дном чаши и торцом втулки.A throwable steel plate is pressed to the bottom of the bowl by means of a thin sheet of paper, the edges of which are glued to an elastic gasket installed between the bottom of the bowl and the end face of the sleeve.
Чаша и метаемая стальная пластинка выполнены из одной марки стали с известной ударной адиабатой.The bowl and the throwable steel plate are made of the same steel grade with the known shock adiabat.
Корпус и чаша выполнены из стали, имеющей низкий коэффициент теплопроводности, например, из стали 12Х18Н10Т.The housing and the bowl are made of steel having a low coefficient of thermal conductivity, for example, of steel 12X18H10T.
Изложенная сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой изображено устройство регистрации параметров взрывчатого превращения ВВ при термических воздействиях по предлагаемому изобретению, на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема измерительного устройства.The essence of the invention is illustrated in FIG. 1, which shows a device for recording parameters of explosive transformation of explosives during thermal stresses according to the invention, FIG. 2 is a circuit diagram of a measuring device.
Устройство регистрации параметров взрывчатого превращения ВВ при термических воздействиях состоит из электронагревательного элемента 1, корпуса 2, крышки 3, имеющей кольцевую проточку, чаши 4, заполненную исследуемым ВВ 5 или элементом, содержащим ВВ, кольца резьбового 6, фиксирующего чашу 4, термопары 7, установленной на крышке 3, измерительной втулки 8, прижатой одним концом к чаше 4, содержащая чувствительные элементы, например, светодиоды 9 и фотодиоды 10, регистрирующие скорость полета пластинки 11, установленной между измерительной втулкой 8 и чашей 4 и прижатой к чаше 4 с помощью тонкого листка бумаги 12, приклеенного к резиновой прокладке 13.The device for recording parameters of explosive transformation of explosives during thermal influences consists of an
Расположение нагревательного элемента 1 позволяет осуществлять направленный односторонней нагрев ВВ, что позволяет моделировать нагрев ВВ в составе конструкций при аварийных термических воздействиях. Режим нагрева и регистрация температуры осуществляется с помощью автоматизированной системы управления нагревом и регистрации температуры (на фиг. не показана).The location of the
Соотношение между количеством ВВ и толщиной стенки Б чаши 4 выбрано из условия исключения возможности метания пластинки 11 за счет деформации наружной поверхности стенки чаши 4 давлением продуктов горения ВВ при низкоскоростном режиме взрывчатого превращения. При заданном соотношении метание пластинки 11 осуществляется только ударной волной, вышедшей на наружную поверхность корпуса макета. В случае отсутствия ударной волны, то есть при распространении фронта горения со скоростью менее скорости звука в ВВ, пластинка 11 останется на исходном месте, что будет свидетельствовать об отсутствии даже низкоскоростной детонации.The ratio between the number of explosives and the wall thickness B of the
Корпус 2 устройства выполнен из стали, имеющей относительно низкий коэффициент теплопроводности, например, сталь 12Х18Н10Т. Толщины стенок корпуса 2 должны быть такими, что бы давление разрушения корпуса 2 было существенно выше давления разрушения крышки 3. Конструктивно корпус 2 устройства и фиксация чаши 4 могут быть выполнены иным образом, чем показано на фиг. 1.The
С целью снижения уровня разогрева фотодиодов 10 и светодиодов 9, корпус 2 измерительной втулки 8 изготавливается из термостойкого материала, обладающего низкой теплопроводностью, например, из стеклотекстолита.In order to reduce the heating level of the
Посредством изменения глубины кольцевой проточки в крышке 3 варьируется предельное давление, необходимое для разрушения крышки 3. Условия отвода продуктов разложения варьируется посредством изменения диаметра газоотводного отверстия в крышке 3 (на фиг. не показано), сообщающего полость расположения ВВ с внешней средой. Степень заполнения чаши 4 взрывчатым веществом варьируется посредством изменения количества ВВ, заполняемого в чашу 4.By changing the depth of the annular groove in the
Определение наличия режима распространения фронта со скоростью, превышающей скорость звука в ВВ в заявляемом техническом решении осуществляется посредством идентифицирования наличия ударной волны в стенке чаши 4. Ударная волна может фиксироваться с помощью пластинки 11, прижатой к наружной поверхности чаши 4 посредством регистрации скорости полета пластинки 11. При этом толщина стенки реакционной камеры должна быть таковой, чтобы сгорание ВВ в дозвуковом режиме не приводило к деформации стенки и метанию пластинки 11. Таким образом, по факту сохранения пластинки 11 на исходном месте можно непосредственно осуществлять подтверждение отсутствия нормальной и низкоскоростной детонации без средств регистрации физических факторов.Determining the presence of the front propagation mode with a speed exceeding the speed of sound in the explosive in the claimed technical solution is carried out by identifying the presence of a shock wave in the wall of the
Определение давления ударной волны основано на методе откола посредством регистрации скорости полета стальной пластинки 11, примыкающей к чаше 4. Давление на фронте ударной волны, вышедшей на тыльную сторону чаши 4, рассчитывается по формуле:The determination of the pressure of the shock wave is based on the spallation method by recording the flight speed of the
гдеWhere
ρ - плотность материала, кг/м3 ρ is the density of the material, kg / m 3
D- волновая скорость ударной волны, м/сD- wave velocity of the shock wave, m / s
U- массовая скорость, м/сU- mass speed, m / s
W- скорость полета пластинки, м/с.W is the flight speed of the plate, m / s.
Массовая скорость U в ударной волне принимается равной U=0,5⋅W, где W - скорость метаемой пластинки 11, полученная из эксперимента (правило удвоение выполняется для относительно слабых ударных волн, при этом отклонение от закона удвоения при степенях ударного сжатия менее 1,4 имеет порядок 1÷2% [4]). Волновая скорость определяется из ударной адиабаты материала чаши и пластинки, например, стали 12Х18Н10Т:The mass velocity U in the shock wave is taken to be U = 0.5⋅W, where W is the speed of the
D=4,553+1,482⋅U [км/с], 0,2<U<2,8 км/с, где U - массовая скорость. [Свойства конденсированных веществ при высоких давлениях и температурах. Под редакцией Р.Ф. Трунина. Типография ВНИИЭФ. г. Арзасас-16 Нижегородской обл. 1992 г., 398 с.]D = 4.553 + 1.482U [km / s], 0.2 <U <2.8 km / s, where U is the mass velocity. [Properties of condensed matter at high pressures and temperatures. Edited by R.F. Trunin. Printing house of VNIIEF. Arzasas-16 Nizhny Novgorod region 1992, 398 pp.]
Имея реперное значение ударной волны, возникающей при нормальной детонации, по величине ударной волны, определенной в тепловом эксперименте с помощью заявляемого устройства определяется режим взрывчатого превращения ВВ в условиях нагрева.Having the reference value of the shock wave that occurs during normal detonation, the magnitude of the shock wave determined in a thermal experiment using the inventive device determines the mode of explosive conversion of explosives under heating conditions.
Работает устройство регистрации параметров взрывчатого превращения ВВ при термических воздействиях следующим образом.A device for recording parameters of explosive transformation of explosives under thermal effects as follows.
В процессе нагрева через определенное время происходит воспламенение ВВ образца. В зависимости от степени заполнения и условий отвода продуктов горения будет происходить ускорение фронта горения. Если горение переходит в режим детонации (низкоскоростной или нормальной), то в чаше 4 возникнет ударная волна, которая выйдет на тыльную сторону чаши 4, к которой прижата метаемая пластинка 11. После того, как ударная волна пройдет через пластинку 11, пластинка 11 начнет двигаться со скоростью, соответствующей давлению в ударной волне. Определение режима взрывчатого превращения ВС П-84 в условиях нагрева осуществляется по результатам измерения скорости полета пластинки 11 с опорой на скорость полета пластинки 11 в опыте с нормальной детонацией. Скорость полета пластинки 11 оценивается по времени прохождения либо первой, либо второй оптопары по графику изменения напряжения, снимаемого с фотодиодов 10. Диаграмма изменения напряжения фотодиодов 10 получают с помощью любого осциллографа с частотой опроса не менее 100 МГц, обладающего возможностью записи показаний в память. Давление на фронте ударной волны оценивается по формуле (1). В случае отсутствия детонации в ВВ (низкоскоростной или нормальной) ударная волна в чаше 4 не возникнет и пластинка 11 останется на исходном месте, что будет свидетельствовать об отсутствии детонации в ВВ.During heating, after a certain time, the explosive of the sample ignites. Depending on the degree of filling and conditions for the removal of combustion products, an acceleration of the combustion front will occur. If the combustion goes into detonation mode (low speed or normal), then a shock wave will appear in the
Достоинством заявленного устройства является, возможность непосредственного подтверждения отсутствия нормальной и низкоскоростной детонации без средств регистрации физических факторов. Возможность варьирования режимом нагрева, прочностью крышки, степенью заполнения ВВ и условиями отвода продуктов разложения ВВ, оказывающих влияние на режим взрывчатого превращения (низкоскоростное взрывчатое превращение или нормальная детонация) при термических воздействиях, позволяет отрабатывать технические решения, направленных на снижение тяжести последствий взрыва.The advantage of the claimed device is the ability to directly confirm the absence of normal and low-speed detonation without means of recording physical factors. The possibility of varying the heating mode, the lid strength, the degree of filling of the explosive and the conditions for the removal of the explosive decomposition products that affect the explosive transformation mode (low-speed explosive transformation or normal detonation) under thermal influences allows us to work out technical solutions aimed at reducing the severity of the consequences of the explosion.
Примером конкретного исполнения служит устройство регистрации параметров взрывчатого превращения ВВ при термических воздействиях, выполненное согласно заявляемому устройству, где чаша 4 и метаемая пластина 11 выполнены из стали 12Х18Н10Т, а измерительная втулка 8 из термостойкого электроизоляционного материала стеклотекстолит марки СТЭФ. Крышка 3 имеет кольцевую проточку и выполнена из алюминиевого сплава АМг6.An example of a specific implementation is a device for recording parameters of explosive conversion of explosives under thermal stress, made according to the claimed device, where the
Работоспособность устройства регистрации параметров взрывчатого превращения ВВ при термических воздействиях подтверждена тепловыми испытаниями, а также в режиме нормальной детонации с использованием электродетонатора. Испытанию подвергался пластифицированный тэн, представляющий смесь тэна с полиизобутиленом, в количестве менее 1 г и степени заполнения от 0,5 до 1,0. Принципиальная электрическая схема втулки измерительной приведена на фиг 2. Во втулке измерительной использовались четыре светодиода марки TLCR5200 фирмы Vishay и четыре фотодиода BPW24R фирмы Vishay. Диапазон рабочих температур фотодиодов от минус 40 до плюс 125°С. Светодиоды 9 и фотодиоды 10 расположены в двух плоскостях через 90° под углом от 65° до 80° от продольной оси втулки. Для регистрации сигналов фотодиодов использовался осциллограф Tektronix TDS 3034В. Запуск записи осциллографа при прохождении пластинки первого каскада оптопары осуществлялось по заранее настроенному порогу падения напряжения на фотодиодах первого каскада.The operability of the device for recording the parameters of the explosive transformation of explosives during thermal influences is confirmed by thermal tests, as well as in normal detonation using an electric detonator. The test was subjected to plasticized ten, representing a mixture of ten and polyisobutylene, in an amount of less than 1 g and a degree of filling from 0.5 to 1.0. Schematic diagram of the measuring sleeve is shown in Fig 2. In the measuring sleeve, four Vishay LEDs TLCR5200 and four Vishay BPW24R photodiodes were used. The range of operating temperatures of photodiodes is from minus 40 to plus 125 ° C. The
Испытания показали, в условиях нагрева со скоростью нарастания температуры крышки 0,5°С/мин в исследованном типе ВВ нормальная детонация не развивается. При этом низкоскоростной режим взрывчатого превращения реализуются только при превышении критического давления газообразных продуктов горения, определяемого глубиной канавки в крышке.Tests have shown that under heating conditions with a rate of rise of the temperature of the lid of 0.5 ° C / min in the investigated type of explosive, normal detonation does not develop. In this case, the low-speed regime of explosive transformation is realized only when the critical pressure of the gaseous products of combustion is exceeded, which is determined by the depth of the groove in the lid.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019145195A RU2724884C1 (en) | 2019-12-25 | 2019-12-25 | Device for determining parameters of explosive conversion of em in thermal effects |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019145195A RU2724884C1 (en) | 2019-12-25 | 2019-12-25 | Device for determining parameters of explosive conversion of em in thermal effects |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2724884C1 true RU2724884C1 (en) | 2020-06-26 |
Family
ID=71136202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019145195A RU2724884C1 (en) | 2019-12-25 | 2019-12-25 | Device for determining parameters of explosive conversion of em in thermal effects |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2724884C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114544705A (en) * | 2020-11-26 | 2022-05-27 | 北京理工大学 | Aluminum powder reaction completeness evaluation device and method for aluminum-containing explosive explosion |
| CN114720309A (en) * | 2022-03-14 | 2022-07-08 | 中国人民解放军国防科技大学 | Device and method for measuring work-doing capability and thermal effect coupling of blast field shock wave |
| RU2813552C1 (en) * | 2023-05-10 | 2024-02-13 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method of maintaining detonation along explosive plate by shielding it with inert material |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04254200A (en) * | 1991-01-31 | 1992-09-09 | Nippon Oil & Fats Co Ltd | Explosion device |
| RU1790760C (en) * | 1991-01-18 | 1993-01-23 | Борис Сергеевич Ермолаев | Method for explosive powder material testing for burning-to-explosion skipping |
| SU1817931A3 (en) * | 1990-11-01 | 2000-05-10 | Всесоюзный научно-исследовательский институт экспериментальной физики | DEVICE FOR MEASUREMENT OF DETONATION EXCITATION PARAMETERS |
| JP4254200B2 (en) * | 2002-10-29 | 2009-04-15 | 日本ゼオン株式会社 | Balloon catheter and manufacturing method thereof |
| RU2623827C1 (en) * | 2016-09-16 | 2017-06-29 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of explosive transformation parameter determination |
-
2019
- 2019-12-25 RU RU2019145195A patent/RU2724884C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1817931A3 (en) * | 1990-11-01 | 2000-05-10 | Всесоюзный научно-исследовательский институт экспериментальной физики | DEVICE FOR MEASUREMENT OF DETONATION EXCITATION PARAMETERS |
| RU1790760C (en) * | 1991-01-18 | 1993-01-23 | Борис Сергеевич Ермолаев | Method for explosive powder material testing for burning-to-explosion skipping |
| JPH04254200A (en) * | 1991-01-31 | 1992-09-09 | Nippon Oil & Fats Co Ltd | Explosion device |
| JP4254200B2 (en) * | 2002-10-29 | 2009-04-15 | 日本ゼオン株式会社 | Balloon catheter and manufacturing method thereof |
| RU2623827C1 (en) * | 2016-09-16 | 2017-06-29 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of explosive transformation parameter determination |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114544705A (en) * | 2020-11-26 | 2022-05-27 | 北京理工大学 | Aluminum powder reaction completeness evaluation device and method for aluminum-containing explosive explosion |
| CN114544705B (en) * | 2020-11-26 | 2024-04-05 | 北京理工大学 | Device and method for evaluating reaction completeness of aluminum-containing explosive explosion aluminum powder |
| CN114720309A (en) * | 2022-03-14 | 2022-07-08 | 中国人民解放军国防科技大学 | Device and method for measuring work-doing capability and thermal effect coupling of blast field shock wave |
| RU2813552C1 (en) * | 2023-05-10 | 2024-02-13 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method of maintaining detonation along explosive plate by shielding it with inert material |
| RU224436U1 (en) * | 2023-10-09 | 2024-03-22 | Публичное акционерное общество энергетики и электрификации "Мосэнерго" (ПАО Мосэнерго) | STAND FOR DETERMINING THE EXPLOSIVE HAZARD OF GAS MIXTURES |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2724884C1 (en) | Device for determining parameters of explosive conversion of em in thermal effects | |
| Gupta et al. | Various methods for the determination of the burning rates of solid propellants: an overview | |
| US7652488B1 (en) | Method for measuring the health of solid rocket propellant using an embedded sensor | |
| WO2020098351A1 (en) | Test device for studying propagation characteristics of stress wave in jointed rock mass at high temperatures | |
| Bel’skii et al. | Microwave diagnostics of shock-wave and detonation processes | |
| US11326557B2 (en) | 2-pulse gas generator and method of measuring propellant combustion surface position | |
| WO2003071285A2 (en) | Apparatus and method for measuring velocity of a projectile in a barrel | |
| Cooper et al. | Effect of deflagration-to-detonation transition on pulse detonation engine impulse | |
| Wang et al. | Research on test method of ignition temperature of electric explosive device under electromagnetic pulse | |
| Setchell | Ramp-wave initiation of granular explosives | |
| US7926356B1 (en) | Apparatus for measuring the health of solid rocket propellant using an embedded sensor | |
| CN104457457A (en) | Novel method for delay test of delay element of detonator | |
| CN108646110B (en) | Method for testing and evaluating safety margin of strong-field electromagnetic radiation of actual electric explosion device | |
| Wu et al. | An experimental method to measure dynamic stress–strain relationship of materials at high strain rates | |
| Krešák et al. | The anchors of steel wire ropes, testing methods and their results | |
| Kuenzel et al. | Optimization of Wall Velocity Measurements Using Photonic Doppler Velocimetry (PDV) | |
| US3271668A (en) | Microwave measurement of surface attrition of a dielectric body | |
| RU2091736C1 (en) | Method of measurement of rocket engine thrust momentum and test bench for its realization | |
| Williams et al. | Evaluating blast wave overpressure from non‐spherical charges using time of arrival from high‐speed video | |
| RU2590960C1 (en) | Method for determining characteristics of actuation of detonating device | |
| RU2731786C1 (en) | Method for determination of solid rocket propellant sample combustion rate | |
| Bell | Experimental study of dynamic plasticity at elevated temperatures: Investigation indicates that it is experimentally possible to determine all the parameters which are essential to the investigation of finite-amplitude wave propagation in solids at elevated temperature | |
| CN108872741B (en) | Method for calibrating and predicting ignition temperature rise of exposed bridge wire of pulse electric explosion device | |
| RU2486512C2 (en) | Method of determining working efficiency of explosives | |
| Zhernokletov et al. | Measurement of the sound velocities behind the shock wave front in tin |