Экспериментальные исследования детонации ВВ

2.5.1. Оптический метод определения скорости детонации

Основными приборами, используемыми для оптических исследований, являются фоторегистраторы с зеркальной разверткой – СФР; оптическая принципиальная схема приведена на рис.9. С помощью СФР свечение, сопровождающее детонацию заряда ВВ, записывают на неподвижную фотопленку, на которую оно отбрасывается плоским вращающимся зеркалом. Количество фиксируемых на пленке кадров достигает 2-х млн. в секунду. Обычно заряд ВВ взрывают в бронекамере, имеющей щель, через которую и проникает свечение. Изображение на пленке получается уменьшенным по отношению к действительным размерам заряда.

Практическое использование СФР возможно в нескольких режимах:

- съемка с боковой поверхности заряда ВВ (в этом случае на фотопленке фиксируется временная развертка распространения зоны свечения – фронта ударной волны, детонационной волны или пламени при горении ВВ – по длине заряда. Данная постановка эксперимента позволяет регистрировать и переход ные процессы, т.к. изображение на пленке является аналогом t,x-диаграммы);

- съемка с торцевой поверхности заряда (данная постановка применима для регистрации скорости детонационной волны);

- покадровая съемка (в этом случае перед фотопленкой устанавливается линзовая вставка, позволяющая получать покадровое изображение процесса со скоростью до 2-х миллионов кадров в секунду; щелевая диафрагма при данной съемке отсутствует).

Типичная картина покадрового изображения развития высокоскоростного процесса показана на рис.10.

Рис.9 Принципиальная оптическая схема зеркальной развертки: 1 – заряд ВВ, расположенный перпендикулярно к плоскости чертежа; 2 – объектив; 3 – щелевая диафрагма; 4 – объектив; 5 – вращающееся зеркало; 6 – фотопленка; 7 – направление вращения зеркала; 8 – направление перемещения изображения.

Рис.10 Серия последовательных кадров светящихся продуктов взрыва заряда аммонита 6ЖВ: 1 – электродетонатор; 2 – заряд ВВ; 3 – картонное основание.

2.5.2 Метод ионизационных датчиков

Данный метод измерения скорости детонации основан на ионизации продуктов взрыва за фронтом детонационной волны. Как было установлено при детонации зарядов ВВ могут возникать высокие напряжения. Например, между двумя проводниками, идущими от электродетонатора №8, получены сигналы величиной 2 кВ. Более высокие значения (20 кВ) зафиксированы в зарядах, покрытых оболочкой из поваренной соли. Эти наблюдения послужили причиной исследований как ионизированного состояния в бризантных ВВ во время детонации, так и связи детонации с ионизацией. На основании многочисленных экспериментов было установлено, что высокая степень ионизации в зоне реакции детонационной волны является уникальной особенностью детонации конденсированных ВВ.

Электрическое сопротивление продуктов взрыва составляет от нескольких единиц до нескольких десятков Ом на миллиметр. Помещая в заряд ВВ на некотором расстоянии друг от друга искровые промежутки (ионизационные датчики), к которым приложено некоторое напряжение, можно во время детонации фиксировать возникающий в цепи электрический импульс. На рис.11 показана схема измерения скорости детонации с помощью ионизационных датчиков.

Рис.11 Постановка метода ионизационных датчиков:

1 – заряд ВВ; 2 – лепестки датчиков.

Ионизационные датчики помещаются в заряд ВВ, лепестки которых

включаются в цепь осциллографического измерителя времени. Таким образом с помощью осциллографа измеряется временной промежуток (t) прохождения детонационной волны участка L -- D_ВВ=L/t. Для данного метода DD_ВВ/D_ВВ»±0,5%.

Кроме метода ионизационных датчиков в экспериментальных исследованиях широко используются электромагнитный метод регистрации массовой скорости за фронтом ударных и детонационных волн, метод измерения скорости детонации с помощью реостатного датчика. В последние годы разработаны способы измерения скорости детонации с помощью световодов, основанные на передаче свечения детонационной волны к фотоприемникам. Методика измерения по своей сути близка к методу измерения электроконтактными датчиками. Отличается тем, что к регистрирующим приборам по световодам передается свечение детонационной волны.

Метод Дотриша

Для контроля качества ВВ на полигонах наиболее простым и доступным способом определения скорости детонации является хорошо испытанный метод Дотриша, рис.12. С боковой стороны заряда испытываемого ВВ длиной 300 мм (или другой длины) вводят отрезки детонирующего шнура (ДШ) длиной от 1,5 до 3-х метров. Расстояние между точками А и Б в зависимости от длины патрона должно быть 200 – 300 мм. Расстояние между точками и длину детонирующего шнура тщательно измеряют, при этом скорость детонации ДШ должна быть известна до проведения опыта. Свободный отрезок ДШ укладывают на металлическую пластину толщиной не менее 2–4 мм и длиной 300–400 мм. На середине пластины отмечают участок (точка О) между равными отрезками: АО=АБ+БО.

Электродетонатор устанавливают как показано на схеме рис.12. Во время взрыва заряда ВВ детонационная волна, дойдя до точки А, возбуждает детонационную волну в отрезке АО детонирующего шнура, которая пойдет по ДШ в сторону точки О. Продолжая движение по заряду ВВ, детонационная волна дойдет до точки Б и возбудит детонацию в отрезке БО детонирующего шнура. Таким образом, детонационные волны в отрезках АО и БО будут двигаться навстречу друг другу и в какой-то момент встретятся, например, в точке В. Если скорость детонации заряда ВВ будет меньше скорости детонации ДШ, то столкновение двух волн произойдет справа от точки О. Если же скорость детонации заряда ВВ окажется больше, чем детонирующего шнура, то столкновение двух волн произойдет слева от точки О. Результатом "лобового" столкновения детонационных волн, идущих по отрезкам ДШ, будет скачкообразное повышение давления и образование двух симметричных газовых струй, направленных перпендикулярно к оси ДШ. Высокое давление газов создаст характерное углубление на поверхности металлической пластины.

Время, в течение которого фронт детонации пройдет от точки А к точке В, будет равно

Время, затраченное фронтом детонации в заряде ВВ на прохождение участка от точки А к точке Б (расстояние b), определяем из выражения

,

а время прохождения ДВ по шнуру от точки Б к точке В легко находят из выражения

Поскольку детонационные волны, распространяющиеся в отрезках (АО + а) и (БВ – а) детонирующего шнура, встречаются в точке В, то очевидно, что t₁=t₂+t₃:

или

Рис.12 Схема определения скорости детонации по Дотришу:

1 – электродетонатор (или капсюль-детонатор); 2 – заряд ВВ; 3 – ДШ; 4 – металлическая пластина; DДШ – скорость детонации ДШ; DВВ – скорость фронта детонационной волны в заряде ВВ. Стрелками указано направление движения фронта детонационной волны в заряде ВВ и в детонирующем шнуре.

Используя начальное условие, при котором АО=b+БО, произведем замену в последнем уравнении и получим:

Окончательно будем иметь

(1.23).

Ошибка в измерениях, как показала многолетняя практика, не превышает 3-5%.