Определение параметров детонации заряда ВВ (стр. 3 из 5)

Анализ скорости звука и скорости детонации позволяет .установить некоторые закономерности их взаимосвязи. Разделив влияние упругой и тепловой составляющей давления и энергии на скорость распространения фронта, можно выразить ее через суммарный волноэнергетический фактор. Волновую составляющую данного фактора определяет скорость звука, а тепловую — энерговыделение в зоне химической реакции, определяющее массовую скорость.

Зависимость скорости .распространения ударной волны от скорости звука представляется в виде обобщенной ударной адиабаты

D=1,2C_o+1,7U_ф (35)

где .С₀ — скорость звука в исходном веществе; U_ф — массовая скорость на фронте процесса.

Считается, что фронт детонационной волны, распространяющийся по не прореагирующему ВВ, фактически является фронтом ударной волны, а соотношение массовых скоростей на фронте и в плоскости Чепмена-Жуге примерно равно 1,5. Тогда уравнение (35) примет вид

D=1,2C_o+2,55U (36)

где U — массовая скорость в плоскости Чепмена-Жуге.

Массовая скорость ПД и максимальная теплота взрыва связаны следующей зависимостью:

(37)

где j — коэффициент реализации максимальной теплоты взрыва

В свою очередь, коэффициент реализации является функцией кислородного коэффициента a и плотности r_o.

(38)

Основные характеристики параметров детонации — давление Р и показатель политропы процесса п могут быть определены по следующим формулам:

(39)

(40)

Основной сложностью методов расчета параметров детонации является описание их зависимости от плотности. Как правило, для этого пользуются формулой Кука:

(41)

где

— скорость детонации при плотности r_o; r — предельная плотность; М — постоянный коэффициент .Таким образом, скорость детонации зависит от максимальной теплоты взрыва, скорости звука и коэффициента реализации. Однако две последние характеристики зависят от плотности. Поэтому расчет скорости детонации для зарядов любой плотности можно вести по следующей формуле:

(42)

Так как рассмотренный метод расчета неплохо описывает влияние плотности на скорость детонации, то представляется возможным с его помощью выразить коэффициент в формуле Кука (41)

(43)

Как видно из выражения (43), данный коэффициент зависит не только от кислородного коэффициента, но и от плотности ВВ, скорости звука и максимальной теплоты взрыва. Данная методика применима для расчета скорости детонации флегматизированных и металлизированных ВВ.

(44)

где b — массовая доля добавки; -расчетная или экспериментально определяемая скорость звука в образцах с помощью ультразвукового дефектоскопа — УД10П; a — кислородный коэффициент; Q_m — максимальная теплота взрыва. Скорость звука в смесевых системах может быть определена, исходя из следующего выражения:

(45)

где индекс 01 относится к взрывчатому компоненту, а 02 —к добавке (флегматизатора). Для поликомпонентной смеси скорость звука определяется последовательно, исходя из выражения (45) для бинарных смесей. Объемная скорость звука для металла и кристаллических добавок рассчитывается по продольной C_l и поперечной C_t скоростям звука

(46)

Определим параметры детонации для смеси тротила, парафина и алюминия в соотношениях 70/20/10.

Данные для расчета параметров детонации

Таблица 1.

a	М	r, г/см3	С0, м/с	Qm, Дж*103
Тротил	0,36	227	1,66	2160	5317
Парафин	338	0,92
Алюминий	30	2,7

Составим процентное содержание каждого вещества в смеси:

ТНТ – 70%, Парафин - 20%, Алюминий – 10%

Найдем молекулярное содержание этих компонентов

ТНТ=700/227=3,08 Парафин=200/338=0,59 Алюминий 100/30=3,33

Приближенная реакция взрывчатого превращения данной системы имеет вид

3,08(С₇Н₅О₆N₃)+0,59С₂₄Н₅₀+3,33Al

Найдем кислородный коэффициент смеси:

С_aH_bO_cN_d C_35,72H_44,9O_18,48N_9,24

Скорость звука в веществе парафин

м/c

z_i – количество связей z_CH=50 z_CC=23

n_i - энергия связей n_CH=95,7 n_CC=4,25

М - молекулярная масса

r - плотность

Скорость звука в смесевых системах может быть определена исходя из формулы (45)

С_{ТНТ/Парафин}=2160*2347,3

м/c

Рассчитываем скорость для всей смеси

м/c

r_0,12=1,38 г/cм³

Объемную скорость для алюминия вычисляем по формуле (46)

С_Al=5500 м/c

Найдем максимальную теплоту взрыва по формуле

Q_max=Q_Nbmax-Q_обр

при А

Q_max=5317*0,7=3721,9 кДж/кг

Найдем скорость детонации по формуле (44)

r=1,483 г/см³

=5794,4 м/с

Теперь рассчитаем скорость детонации по формуле (36)

D=1,2*2160+2,55*1403,1=6169,9 м/с

Коэффициент реализации равен по формуле (38)

0,529

Массовая скорость ПД равен по формуле (37)

м/с

Давление рассчитываем по формуле (39)

Показатель политропы процесса по формуле (40)

Вывод:

2.1.4. Ионизационный метод замера скорости детонации.

В детонационной волне продукты взрыва, находящиеся под большим давлением и высокой температурой, сильно ионизированы. Плотность электронов достигает 10¹⁷ —10²⁰ на 1 см³, что выше, чем проводимость полупроводников. В исходном же состояния ВВ, как правило, хорошие изоляторы. Резкое . изменение электрического сопротивления в момент прохождения детонационной волны используют для определения скорости детонация. Для этого в исследуемом заряде ВВ, на точно известном расстоянии друг от друга, располагают два или более ионизационных датчика, на которые подают определенное электрическое напряжение.. В момент прохождения детонационной волны сопротивление ионизационных датчиков резко изменяется, что вызывает скачки напряжения в согласующей электрической схеме (.формирователе импульсов), которые подаются .на регистратор промежутков времени. В качестве такого регистратора могут, использоваться хронометр, осциллограф или частотомер, С их помощью измеряется промежуток времени между моментами замыкания датчиков. Данный метод является основным методом определения скорости детонации и регламентирован ГОСТ.

Значительная ионизация и обусловленное ею резкое изменение проводимости наблюдается не только в ПД, но и в некоторых инертных средах (в момент прохождения по ним фронта сильной ударной волны, поэтому описываемый метод может быть применен и для определения скоростей прохождения сильных ударных волн).

Одна из возможных электрических схем измерения показана на рис, 10.

Данная схема работает следующим образом. Ионизационные датчики соединены через конденсаторы малой емкости С₁ и С₂ согласующего устройства с входами формирующих устройств, выходы которых подключены к клеммам измерителя интервалов времени. Конденсаторы предварительно заряжаются до 100 В через ограничивающие сопротивления R₁ и R₂.

В момент замыкания первого датчика ионизированным фронтом детонационной волны конденсатор С₁ начинает разряжаться через датчики 1,3 и входное сопротивление формирователя Ф₁. Возникает кратковременный (из-за малой емкости конденсатора) импульс разрядного тока, который вызывает срабатывание формирователя импульсов Ф₁. На выходе формирователя появится импульс напряжения с заданными параметрами (длительность, крутизна фронта нарастания), который запускает исполнительную схему измерителя интервалов времени. Когда детонация доходит до датчика 2, 3, аналогичный импульс от Ф₂ останавливает измеритель интервалов времени. В качестве измерителя интервалов времени в настоящее время наиболее удобны в обращении частотомеры электронно-счетные ЧЗ-ЗО, ЧЗ-33, ЧЗ-34.