способ управления инициированием детонации взрывчатых веществ

Формула изобретения

Способ управления инициированием детонации взрывчатых веществ, заключающийся в нагружении образца испытуемого взрывчатого вещества ударной волной и регистрации параметров ударно-сжатого вещества, отличающийся тем, что ударная волна в испытуемый образец перепускается через промежуточный слой, выполненный из пористого взрывчатого вещества, либо через систему промежуточных слоев, в каждом из которых плотность пористого взрывчатого вещества возрастает от слоя к слою в направлении от генератора ударной волны к образцу испытуемого взрывчатого вещества.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области испытания материалов и, в частности к испытаниям взрывчатых веществ, путем их ударно-волнового сжатия.

Известны несколько способов инициирования (возбуждения) детонации: 1) тепловые - путем нагрева, либо воздействия лучом пламени; 2) механические - путем удара; трение; накола, либо прострела [1, 2]. Эти способы достаточно хорошо разработаны и приняты в качестве стандартных проб при определении чувствительности взрывчатых веществ к различным видам воздействия. Однако эти способы основаны на использовании интегральных характеристик и не позволяют получить количественную информацию о параметрах состояния в произвольно-выделенном объеме образца испытуемого взрывчатого вещества, и, следовательно, не позволяют управлять процессом инициирования детонации.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ инициирования детонации с помощью ударно-волнового сжатия. Ударная волна в образце испытуемого взрывчатого вещества создается с помощью генератора ударной волны, который может иметь различную конструкцию и принцип действия [3]. Способ заключается в воздействии на образец взрывчатого вещества ударной волной и регистрации параметров состояния ударно-сжатого вещества. Регистрируют, например, кинематические параметры волны: волновую и массовую скорости. По величине каждого из этих параметров и соотношению между ними судят об инициировании детонации. Выделение дополнительной энергии при детонации за счет реакции химического превращения взрывчатого вещества приводит к повышению давления во фронте детонационной волны, к увеличению значений скорости фронта волны (волновой скорости) и скорости вещества за фронтом волны (массовой скорости). Приведем некоторые соотношения [4]. В ударной волне волновая скорость D и массовая скорость и связаны линейным соотношением

D=c₀+u, (1)

где с₀ - скорость звука в невозмущенном веществе;

- коэффициент.

Давление Р во фронте ударной волны связано с кинематическими параметрами уравнением сохранения импульсов (количества движения):

P= ₀uD, (1a)

где ₀ - начальная плотность взрывчатого вещества.

Давление Р_М; волновая - D_M и массовая - u м скорости; калорийность (энергия выделяемая при химическом превращении) - Q - для нормальной детонационной волны связаны соотношениями:

где n - показатель адиабаты Пуассона.

Значение давления Р_M для конденсированных взрывчатых веществ, в том числе и для твердых, в соответствии с формулами (2) находятся в диапазоне (30-40) гПа [4]. Известно [3], что конденсированные взрывчатые вещества не взрываются под действием ударных волн, если амплитуда ударных волн меньше (8-12) гПа. Другими словами, инициирование детонации с помощью ударной волны происходит в том случае, если ее амплитуда превышает (8-12) гПа. При этом формируется детонационная волна с возрастанием в (3-4) раза давления во фронте. Это приводит к возрастанию скоростей: волновой до D_M и массовой до им.

Однако данный способ не позволяет управлять инициированием детонации испытуемого взрывчатого вещества. Каждый генератор ударной волны создает строго определенное состояние ударного сжатия, создает определенную ударную волну с определенной амплитудой. Если при данной амплитуде не происходит инициирования детонации, то в следующем опыте необходим другой генератор, создающий волну с другой амплитудой. И так далее, пока не будут созданы условия, достаточные для возбуждения детонации.

Целью настоящего изобретения является обеспечение управления инициированием детонации.

Указанная цель достигается тем, что ударная волна в испытуемый образец перепускается через промежуточный слой, выполненный из пористого взрывчатого вещества, либо через систему промежуточных слоев, в каждом из которых плотность пористого вещества возрастает от слоя к слою в направлении от генератора ударной волны к образцу испытуемого взрывчатого вещества.

Пористость взрывчатого вещества является фактором управления инициирования детонации. Температура ударно-сжатого пористого вещества гораздо выше, чем для непористого вещества. В соответствии с моделью Зельдовича [4] это может быть проиллюстрировано (фиг.1).

На фиг. 1 представлены зависимости давления Р от удельного объема V при ударно-волновом сжатии сплошного и пористого материалов: Р_X - кривая холодного сжатия; P_Г - ударная адиабата сплошного вещества; mV₀-V₀-P _Г - ударная адиабата пористого вещества; V₀ - начальный объем сплошного вещества; mV₀ - начальный объем пористого вещества; m - коэффициент пористости. Площадь mV₀-V₀ - A-B-mV₀ соответствует приращению тепловой составляющей внутренней энергии при сжатии пористого вещества. Площадь V₀-A-B-V₀ соответствует приращению тепловой составляющей внутренней энергии при ударно-волновом сжатии сплошного вещества.

Из фиг.1 видно, что приращение тепловой энергии для пористого вещества существенно больше, чем для сплошного вещества при сжатии их одним и тем же давлением. Температура ведет себя подобным же образом. Отсюда следует, что для инициирования детонации в пористом взрывчатом веществе нужна ударная волна с меньшей амплитудой, чем для инициирования в сплошном. Изменение “критического” давления с пористостью показано схематически линией (1-1) на фиг.2: m - коэффициент пористости; (1-1) - линия состояний с одинаковыми значениями приращения тепловой энергии; (2-2) - линия одного заряда.

Область выше линии (1-1) соответствует условиям осуществления инициирования детонации.

Когда ударные волны в образцах различной пористости создаются с помощью одного генератора ударной волны, значения амплитуд ударных волн лежат на линии одного заряда [5]. Эта линия (2-2) на фиг.2. Изменение положений линий (1-1) и (2-2) может рассматриваться как способ управления инициированием детонации в пористых взрывчатых веществах. Состояния на линии (2-2) правее точки К обеспечивают инициирование детонации. Если поместить систему слоев из пористых взрывчатых веществ, в которых пористость уменьшается в направлении от генератора ударной волны к образцу испытуемого сплошного взрывчатого вещества, например, от значения m₃ к m₂, далее к m₁, то ударная волна инициирует детонацию в наиболее "легких "" условиях в наиболее пористом слое и далее идет процесс передачи детонации последовательно в более плотных взрывчатых веществах.

Источники информации

1. В.А.Ассонов. Взрывные работы. - М.: Углетехиздат, 1953, - 420 с.

2. Боеприпасы основного назначения. Учебник. Авторский коллектив. -Пермь: ПВИ МВД, 2001, - 732 с.

3. Г.И.Канел, С.В.Разоренов, А.В.Уткин, В.Е.Фортов. Ударно-волновое явления в конденсированных средах. - М.: Янус - К, 1999, -408 с.

4. Я.Б.Зельдович, Ю.П.Райзер. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. - М.: Наука, 1966, - 632 с.

5. К.К.Крупников, М.И.Бражник, В.П.Крупникова. Ударное сжатие пористого вольфрама // Журнал экспериментальной и теоретической физики - 1962, т.42, в.3 - 675-685 с.