Initiation of detonation by collisional waves in fill-up and water-filled industrial cyclonite

Full Text

Введение Для безопасной транспортировки мощных взрывчатых веществ (ВВ) согласно рекомендациям ООН используется их флегматизация, в частности транспортировка в водонаполненном состоянии [1]. Особый интерес представляет изучение вопросов инициирования таких ВВ, т. е. развития ударной волны до скорости, равной скорости детонации, или ее затухания. В работе [2] проводилось исследование инициирования ударными волнами зарядов насыпного и водонаполненного гексогена плотностью 0,95 и 1,42 г/см3 соответственно. Инициирование создавалось ударными волнами треугольного профиля активного заряда через преграду из оргстекла. В работе использовался перекристаллизованный гексоген размером 0,1-0,3 мм с минимальным количеством дефектов. Были определены критические диаметры насыпного и водонаполненного гексогена, которые составляли 3 и 24 мм соответственно; критическое давление инициирования составляло 0,2±0,02 и 4,5±0,3 ГПа соответственно. При водоразбавлении ВВ, в том числе гексогена, в промышленных условиях для перевозок и хранения в данных смесях содержатся воздушные включения и дефектные зерна. Именно это может сказаться на критических условиях инициирования и характере развития процесса. Целью настоящей работы является определение критического диаметра водонаполненного промышленного гексогена и критического давления инициирования зарядов насыпного и водонаполненного гексогена. Результаты экспериментов показали, что данные характеристики практически идентичны характеристикам перекристализованного гексогена. Критический диаметр водонаполненного промышленного гексогена составил 19 мм. Критическое давление также уменьшилось до 3,4±0,3 ГПа. Критическое давление инициирующей ударной волны определялось как среднее значение между наименьшим давлением на фронте ударной волны, которая сумеет вызвать детонацию, и наибольшим давлением волны, которая не возбуждает ВВ. Описание эксперимента Измерения проводились электромагнитным методом на установке Института проблем химической физики РАН. Схема эксперимента, предложенная в работах [3, 4, 5], приведена на рис. 1. Активный заряд, состоящий из взрывной линзы и двух таблеток ВВ диаметром 80 мм, при взрыве через экран воздушного зазора и парафиновой прослойки генерировал в исследуемом взрывчатом веществе ударную волну прямоугольного профиля, что позволяло существенно повысить информативность процесса. Исследовались насыпные и наполненные заряды из кристаллических частиц промышленного гексогена плотностью 1,0 и 1,42 г/см3 соответственно. Электромагнитный датчик, фиксировавший развитие ударной волны до детонационной или ее затухание, размещался в пассивном заряде диаметром 60 мм, что позволяло уменьшить влияние боковой волны разряжения, а прямоугольный профиль входящей ударной волны позволял более детально прорисовать картину инициирования сухого и водонаполненного гексогена. В эксперименте по всей глубине развития ударной волны в детонационную электромагнитным методом записывался профиль u(t) и измерялась скорость ударного фронта D, для чего использовался ступенчатый датчик с базой 3 мм. Датчик размещался на разных расстояниях L от границы парафиновой прослойки до исследуемого ВВ. Давление в волне рассчитывалось по гидродинамической формуле P=DU, (1) где - плотность заряда; D - скорость фронта; U - массовая скорость на фронте. Давление входящей ударной волны регулировалось активным зарядом (две таблетки ТНТ/тальк 50/50), толщиной парафиновой прослойки и величиной воздушного зазора. Рис. 1. Схема эксперимента: 1 - активный заряд; 2 - экран с воздушным зазором; 3 - парафиновая прослойка; 4 - исследуемое ВВ; 5 - электромагнитный датчик Экспериментальные результаты В таблице приведены параметры развивающихся ударных волн (скорость фронта, значения массовой скорости и давления на фронте). Данные значения были получены путем усреднения данных 4-6 опытов. Давление входящей ударной волны Р, ГПа Положение датчика, мм Массовая скорость U, км/сек Скорость фронта D, км/сек Давление, ГПа Промышленный гексоген 0,2 0 0,16 1,22 0,2 4,0 0,87 2,62 2,3 6,0 1,22 3,7 4,5 10,0 1,61 4,7 7,6 12,0 2,1 5,3 11,1 20,0 2,1 5,3 11,1 Водонаполненный промышленный гексоген 3,4 0 0,63 3,8 4,0 4,0 0,95 4,4 5,9 6,0 1,1 4,5 7,0 10,0 1,2 4,75 8,1 12,0 1,3 6,3 11,6 20,0 1,5 6,7 14,3 30 2,0 7,1 20,2 L, мм P, ГПа Рис. 2. Зависимости давлений на фронте развивающейся детонационной волны от расстояния до границы раздела «инертный барьер - ВВ» На рис. 2 приведены параметры развития входящей ударной волны в образцы насыпного и водонаполненного гексогена. В опытах с насыпным гексогеном наблюдался треугольный профиль процесса с растущими параметрами на расстояниях 4,0 и 6,0 мм от входа ударной волны. На расстоянии 10,0 мм появился профиль с изломом «Химпиком», а на расстоянии 12,0 мм параметры процесса достигли максимальных значений и дальше не росли. В случае с водонаполненным гексогеном на расстояниях от 0,0 до 4,0 мм наблюдался прямоугольный профиль с растущими параметрами, который на 6,0 мм трансформировался в треугольный, а на 10,0 мм появился излом. Развитие процесса продолжалось вплоть до 30,0 мм, детонационные параметры которого приблизились к характерным параметрам скорости детонации ~ 7,1 км/с. Схожие результаты были получены в работе [6], где скорость фронта ~ 7,5 км/с. Детонационные параметры продуктов взрыва промышленного гексогена несколько отличаются от параметров продуктов взрыва перекристаллизованного гексогена. По сравнению с перекристализованным гексогеном промышленный гексоген более чувствителен. Наблюдения повышения чувствительности естественно связаны с наличием воздушных включений в зернах промышленного гексогена. Выводы Введение воды в насыпное ВВ изменяет процесс инициирования. В частности, энергия взрыва передается очередным слоям веществ не через продукты взрыва, а через ударную волну в воде. Поэтому слои ВВ сжимаются ударной волной с большей интенсивностью, чем в сухом материале. Следовательно, при наличии внутри зерен гексогена воздушных включений, играющих роль горячих точек, чувствительность гексогена выше, чем у перекристализованного гексогена правильной формы, хотя чувствительность промышленного гексогена остается на достаточно низком уровне. Влияние природы наполнителя на процесс инициирования подлежит дальнейшему изучению.

About the authors

Alexander L Krivchenko

Samara State Technical University

(Dr. Sci. (Techn.)), Professor 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100

Ivan A Klyuster

Samara State University of Transport

Postgraduate Student 18, 1 Bezimyanii per., Samara, 443066

References

Supplementary files