Определение параметров детонации заряда ВВИсходное состояние системы характеризуется начальным давлением Р о и начальным удельным объемом V о . Под действием ударной волны ВВ сжимается и его исходное состояние (точка с. координатами Р о , V о ) скачком изменяется и соответствует точке P 1 V 1 динамической адиабаты. В сжатом ВВ начинается химическая реакция. Вследствие реакция выделяется тепло. При этом состояние системы будет описываться не адиабатой исходных продуктов, а адиабатой продуктов взрыва, которая лежит выше из-за выделения тепла. Графически этот процесс .представлен Р—V диаграммой на puc 1. Следовательно; изменение состояний в процессе химической реакции должно происходить по прямой, соединяющей точки, так как только Р 1 , V 1 и P о , V о на этой прямой все промежуточные состояния распространяются по ВВ со скоростью D. Прямая равных скоростей распространения на Р—V диаграмме, по которой происходит .переход с одной адиабаты на другую — эта прямая Михельсона-Релея. Точка касания прямой Михельсона-Релея с адиабатой конечных продуктов взрыва —точка Чепмена-Жуге. Она отвечает моменту окончания химической реакции и выделению максимального количества тепла, идущего на поддержание процесса детонации. Для полного описания процесса детонации, помимо знания давления за фронтом ударной волны и скорости детонации, необходимо знать распределение скорости потока продуктов детонации (ПД) за фронтом волны во времени U=U(t) и время существования самой волны. Зная параметры D и U=U{t}, можно, основываясь на выводах гидродинамической теории, рассчитать давление за фронтом волны Р, показатель политропы процесса п , определить во многих случаях время химической реакции т и ширину зоны химической реакции (ЗХР) — а. Современная гидродинамическая теория детонации позволяет математически описать процесс детонации ВВ с помощью уравнений сохранения массы, импульса и энергии, уравнения состояния продуктов детонации и дополнительного уравнения, так называемого условия касания. Уравнение состояния ПД в общем виде выглядит следующим образом: Уравнение Лалдау-Зельдовича вида Р=А r n имеет достаточно простой вид и с некоторыми допущения описывает состояние ПД во всем диапазоне давлений расширяющихся ПД, поэтому оно использовало для вывода соотношений, определяющих параметры детонации. В общем виде система уравнений может быть записана следующая: r о D= r (D-U) ; (1) P= r о DU ; (2) e - e о - Q V =1/2P(V o -V) ; (3) Р=А r n (4) Заметим плотность в уравнении (4) на удельный объем P=A*1/V n (6) и продифференцируем обе части данного уравнения Теоретический профиль распределения давления или массовой скорости от времени в детонационной волне, приведен на рис. 2. Область А'С' соответствует влиянию на скорость свободной поверхности ЗХР в детонационной волне. В точке С' химпик полностью затухает. Поэтому эта точка определяет параметры в плоскости Чепмена-Жуге падающей детонационной волны. Условие равенства давлений и массовых скоростей на границе раздела ВВ — пластина позволяет определить параметры детонации по параметрам ударной волны в материале пластины. На рис. 4 приведена Обычно Точность и воспроизводимость эксперимента обеспечивается лишь при наличии плоского детонационного фронта и при проведении измерения в области однократно сжатой пластины, не затронутой волной разгрузки с боковой поверхности. На кинетику химической реакции в ЗХР может оказывать существенное влияние отраженная ударная волна, особенно при малых плотностях ВВ., что может привести к занижению ширины ЗХР и завышению параметров в плоскости Чепмёна-Жуге. 2.1.2. Электромагнитный метод определения параметров детонации . Сущность электромагнитного метода измерения массовой скорости движения вещества состоит в следующем: при движении проводника в магнитном поле на его концах наводится ЭДС индукции, которая связана со скоростью движения проводника, его длиной и напряженностью магнитного поля соотношением Скорость движения проводника легко найти, если известны Н. I и e . Проводник, называемый датчиком, представляет собой полоску алюминиевой фольги, толщиной 0,15—0,25 мм и шириной 10 мм в форме буквы П, перекладина которой и является рабочей длиной датчика. Датчик располагается в заряде перпендикулярно его оси, а затем вместе с зарядом помещается в постоянное магнитное поле так, Чтобы при движения рабочая плоскость датчика пересекала силовые линии магнитного поля. Расположение заряда с датчиком в магнитном поле показано на рис. 6. Минимальная напряженность поля должна быть достаточно высокой по отношению к помехам. Кроме достаточной напряженности, магнитное поле должно обладать необходимой степенью однородности по крайней мере в том объеме, в котором происходит движение датчика. Определение значения массовой скорости и времени химической реакции в плоскости Чепмёна-Жуге производится в соответствии с выводами теории по точке излома профиля U==U(t). Расчет значения массовой скорости производится при помощи тарировочного графика ( e — высота сигнала представленного на рис. 7. Электромагнитным методом можно одновременно на одном заряде определять скорость фронта детонации D. Для этого пользуются датчиком с 2-мя перекладинами, расположенными на расстоянии S (база), как показано на рис. 8. Классические — основаны на решении системы уравнения (см. выше) и законов сохранения условия Чепмена-Жуге и уравнения состояния в той или иной форме. Как первые, так и вторые методики учитывают в основном лишь свойства ПД и не принимают во внимание тот факт, что фронт детонации (передняя граница зоны химической реакции) распространяется по не прореагировавшему ВВ и, следовательно, скорость детонации может быть в большей степени описана свойствами, заряда ВВ. Предположив, что из .свойств заряда ВВ связанных с распространением по нему детонационного фронта, в первую очередь влияние должны оказывать его волноводные свойства такие, как скорость распространения звука. Произведем оценку параметров детонации через данную характеристику и теплоту взрыва ВВ. 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 .С 0 — 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: Однако две последние характеристики зависят от плотности. Поэтому расчет скорости детонации для зарядов любой плотности можно вести по следующей формуле: Данная методика применима для расчета скорости детонации флегматизированных и металлизированных ВВ. Скорость звука в смесевых системах может быть определена, исходя из следующего выражения: Объемная скорость звука для металла и кристаллических добавок рассчитывается по продольной C l и поперечной C t скоростям звука
Плотность электронов достигает 10 17 —10 20 на 1 см 3 , 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. Ионизационные датчики соединены через конденсаторы малой емкости С 1 и С 2 согласующего устройства с входами формирующих устройств, выходы которых подключены к клеммам измерителя интервалов времени. Конденсаторы предварительно заряжаются до 100 В через ограничивающие сопротивления R 1 и R 2 . В момент замыкания первого датчика ионизированным фронтом детонационной волны конденсатор С 1 начинает разряжаться через датчики 1,3 и входное сопротивление формирователя Ф 1 . Возникает кратковременный (из-за малой емкости конденсатора) импульс разрядного тока, который вызывает срабатывание формирователя импульсов Ф 1 . 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 Ф 2 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. Рассмотрим принцип работы частотомера ЧЗ-34.Этот прибор измеряет интервалы времени. Между импульсами различной полярности от 0,1 до 100 с. Структурная схема частотомера ЧЗ-34 представлена на рис. 11. Содержит следующие блоки: Генератор меток времени выдает импульсные сигналы с частотой 500 МГц, используемые как метки времени заполнения. Входное формирующее устройство Ф„ усиливает я обрабатывает входной сигнал со входа В и дает команду .на подачу сигналов с генератора меток времени — ГМВ на счетчик импульсов СИ. Генератор выдает 10 8 импульсов в секунду. Счетчик импульсов прекращает свою работу по сигналу формирователя остановки, который срабатывает при появлении сигнала на входе Г. Информация, накопленная в счетчике импульсов, обрабатывается, и на индикаторе блока индикации высвечивается результат измеренного интервала времени. Цена деления младшего разряда индикатора — 10 мс. Погрешность измерения интервалов времени не превышает. Помимо этого в работе задействованы компаратор типа 43А-2 или микрометр, весы лабораторные с разновесами. Для выполнения работы необходимы электродетонаторы по ГОСТ 9089-75, медная фольга по ГОСТ 5638-75 толщиной •не более 50 мкм пли провода ПЭЛШО либо ПЭЛ толщиной не более 0,15-мм. 3.2. Порядок выполнения работы 3.2.1. Подготовка зарядов . Для определения скорости детонации собирают заряды из отдельных шашек исследуемого ВВ диаметром 5—50 мм и общей длиной 50—150 мм. При этом отклонение плотности отдельных шашек в заряде не должно превышать 0,01 г/см 3 . Шашки не должны иметь осыпаний, глубоких борозд, сколов, продольных трещин и т. д. Если определяется скорость детонации жидких ВВ или малой плотности, то заряды готовятся следующим образом. Заряды малой плотности (относительная плотность до 0,7) готовят равномерной набивкой испытуемого состава в оболочку (гильзы из патронной бумаги по ГОСТ 876-73 или полиэтиленовой пленки по ГОСТ 10354-82) с помощью пуансона, материал которого совместим с данным составом. При этом высота одной набивки не должна быть более половины диаметра заряда. Плотность заряда определяется с абсолютной погрешностью ±0,05 г/с.м 3 . Жидкие составы заливаются в стеклянные оболочки, закрытые с одного конца пробкой или запаянные. В качестве оболочки применяют стекло для замера уровней жидкости или трубы стеклянные для названных трубопроводов. Абсолютная погрешность определения плотности 0,01 г/см 3 . 3.2.2. Изготовление ионизационных датчиков . При определении скорости детонации в прессованных и литых образцах применяются датчики, состоящие из двух полосок медной фольги, толщиной не более 0,05 мм, к концу которых при-18 паяны отрезки провода ПЭЛ, толщиной не более 0,15 мм и длиной до 1 м или двух проводов ПЭЛШО той же длины (рис. 12, а и б). Оставшийся объем отверстия засыпается порошкообразным высоко бризантным ВВ, например, ТЭНом. База между плоскостями проводников тщательно измеряется: Заряды из прессованных шашек готовятся следующим образом. Предварительно выбирается базовая шашка. Как правило, она имеет максимальную плотность в данной серии. Замеряется ее высота с помощью микрометра или оптического компаратора. На торцевых поверхностях шашки наклеиваются фольговые или проволочные ионизационные датчики на минимальном расстоянии друг от друга при помощи клея, совместимого с испытуемым ВВ (Бф-2, БФ-4, 88Н). Для проволочного датчика на торцах делаются ножом из цветного металла риски-канавки глубиной, равной диаметру провода датчика. Затем по обе стороны базовой шатки приклеиваются инициирующая и замыкающая. При определении скорости детонации в зарядах из порошкообразных, пластичных, пастообразных или гранулированных составов датчики, изготовленные из 2-х скрученных между собой проводов, вводят в заряд после его формирования или готовят испытание по схеме (см. рис. 13). Готовый заряд устанавливают на деревянную подставку и закрепляют при помощи пластилина, В случае определения массовой скорости ПД в испытуемом заряде, путем замера скорости движения свободной поверхности инертной пластины, к торцу замыкающей шашки приклеивается алюминиевый диск. При этом его толщина в сериях опытов может меняться с целью обнаружения излома на зависимости W(l) (см. рис. 3). Это позволяет рассчитать массовую скорость ПД в плоскости Чемпена-Жуге. 3.2.4. Изготовление датчиков для измерения скорости движения свободной поверхности инертной пластины. Для определения скорости движения свободной поверхности изготавливаются специальные датчики замыкания. В качестве 20 контактов, последовательно замыкающихся летящей пластиной, используют четыре стальных иголки, к концам которых припаиваются выводы из провода марки ПВ. Иглы закрепляются в деревянной планке попарно уступом. В каждой паре игл одна является заземляющей, другая электродом. Высота уступа между парами электродов замеряется при помощи оптического компаратора с точностью до 0,001 мм. Планка с электродами прикрепляется к торцевой поверхности деревянной основы таким образом, чтобы электроды располагались примерно по оси заряда. Собранны» заряд с датчиками представлен на рис. 14. Закрыть его резиновой прокладкой и стальной крышкой. 8. Удалить всех присутствующих и вставить ЭД в гнездо под капсюль-детонатор инициирующей шашки заряда. 9. Закрыть на запор и затянуть вертлюг 1-ой двери взрывной камеры. 10. Закрыть основную дверь и затянуть все вертлюги накидных болтов. Убедиться, что блок-контакт, расположенный над дверью, сработал. 11. Разомкнуть закороченную цепь подрыва путем опускания вниз до упора ручки рубильника. 12. Удалить всех из здания. Закрыть двери на засов. 13. Подготовить измерительную схему к работе. Для этого нажать последовательно на кнопку «ПУСК» частотомера 43-34 и кнопку «ОБРОС» на приборной стойке. 14. Вставить ключ в подрывной пульт и повернуть его, вставить вилку-перемычку в разблокированные гнезда. 15. Включить тумблер «СЕТЬ». Должны загореться лампы «СЕТЬ» и «КЛЮЧ». 16. Включить переключатель «ЛИНИЯ П». 17. Нажать кнопку «ПИТАНИЕ». Ждать пока не загорится лампа «ЛИНИЯ П». Пульт готов к подрыву. 18. Нажать кнопку (красную) «ВЗР.», после чего, произойдет подрыв. 19. Поставить все тумблеры пульта в положение «ВЫКЛ». 20. Вынуть вилку-перемычку, повернуть ключ и вынуть его из гнезда. |