The authors would like to thank the Future Requirement of Enhanced Energetics for Decisive Munitions (FREEDM) Program for funding, Mike Van De Waal and Gerard Gillen for their assistance in testing, Paula Cook for formulations assistance, and Ralph Acevedo and Brian Travers for pressing of the samples.

זְהִירוּת! העיבוד, הטיפול, והבדיקה של חומרי נפץ (Hazard החטיבה Class 1 חומרים) צריכה להתבצע רק על ידי צוות מיומן ומוסמך. חומרי נפץ רגישים השפעה, חיכוך, פריקה אלקטרוסטטית, והלם. רק להשתמש במתקני המחקר ופיתוח שאושר שיכולים לטפל בכמויות גדולות של חומרי Class 1. 1. ARDEC סיבים אופטיים מבחן פיצוץ Velocity <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Cut-סיב אופטי באורך באמצעות חותכי סיבים אופטיים ולאגד בקבוצות של חמישה כבלים. בהתבסס על גיאומטריות חדר בדיקה באתר ספציפי, 15 מטר אורך משמש בדרך כלל. רצועה קט כבל חומר בחזרה 15 מ&quot;מ בצד אחד של צרור ו -5 מ&quot;מימ על הקצה השני של הצרור. ללטש את קצות החתך של הסיבים האופטיים עם נייר זכוכית חצץ P800 כדי להסיר כל קוצים. הערה: בשל אופייה ההרסני של מבחן זה, סיבים אופטיים פלסטיק עדיף. תכונות סיבים אופטיים הם כדלקמן; Polymethyl Methacrylate שרף(PMMA) חומר ליבה (980 מיקרומטר קוטר), חומר חיפוי פולימר מכיל פלואור (1,000 מיקרומטר קוטר), 1.49 מקדמת שבירת ליבה, 0.5 צמצם מספרי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד מדגם והרכב מבחן בקטרים ​​גלולים A-3 Type II מגבר, אורכים, והמוני באמצעות קליפר ואיזון דיוק גבוה. הערה: בעוד המבחן הטיפוסי משתמש בקוטר 1.905 סנטימטר על כדורי אורך 2.54 סנטימטר, הליך בדיקה ניתן להשתמש עם כל גלולה בגודל ספק את מתקן הפלסטיק מחזיק את כבל הסיב האופטי התרכז כל גלולה. עבור בדיקות במחקר זה, את כדורי בקוטר 1.905 ס&quot;מ שימשו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען את כדורי הנפץ, אחד אחרי השני, לתוך מתקן הפלסטיק באמצעות הרחבת הקוטר הפנימי של הצינור באמצעות חטטניות החריץ פתוח. מספרי ומיקומי שיא גלולים נפץ הנורה. לאחר מכן טען את גלולה המאיץ לתוך הצינור מהחלק העליון של הנורה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח בעל נפץ אקריליק על גבי הגלולה המאיצה. הערה: RP-502 מתפוצץ Bridgewire נפצים(EBWs) משמש בדרך כלל. נפצים אחרים לא יוכל להחליף, למרות הכיול מחדש של מבחן יהיה צורך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס את הקצוות חשופים הקצרים (5 מ&quot;מ) של הסיב האופטי לתוך חורי שני התערבו והתקן מדידת מהירות ההתפוצצות. הערה: חורי שני שלבים להבטיח שיש מספיק אוויר עבור יינון על מעבר של חזית הפיצוץ אשר מוביל איתות חזקה. החורים עבור הנורה צריכה להיות בקוטר 0.021 אינץ &#39;על ידי חור 0.020 אורך פנימי נגד נפץ חור בקוטר 0.042 אינץ&#39; עבור החדרת סיב אופטי. אם סיבי פלסטיק משמשים, מלטש לאור הקוטר החיצוני של הסיבים האופטיים עשוי להיות נחוץ תלוי הן אבזר בקוטר הסיבים ולבדוק עמידות. ודא כי סיב אופטי הוכנס במלואו (יושב על המדרגה בבור שני-צעד). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דבק / אפוקסי הסיבים במקום. השתמש אפוקסי 5 דקות עבור פרוטוקול זה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר אפוקסי מחזיק הסיבים ריפא לגמרי, מקם את אקרילic שפופרת המכיל את כדורי הנפץ על גבי צלחת עד פלדה. אבטח את מתקן טקסט הפלדה עם או משקולת על גבי זה או קלטת. ודא כי אין פער אוויר בין המשטח התחתון של הגלולה האחרונה נפץ צלחת עד פלדה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אפוקסי 360 ° סביב מתקן הבדיקה, דבקות אותו לצלחת העד. לאחר אפוקסי ריפא לחלוטין, למקם את הנפץ במחזיק הנפץ הוא בראש והתקן המדידה ומאובטח אותו במקום עם קלטת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הובלה ותקן המדידה אל חדר הבדיקה וכנס קצוות נותרים חשופים למשך (15 מ&quot;מ) של הסיב האופטי לתוך תיבת מסכם photodiode. חבר את תיבת המסכם פוטודיודה, או שיטת הרכישה נתונים אחרים, על פי הצורך, כדי אוסצילוסקופ (רוחב פס GHz 1 הוא יותר מהדרוש). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר בקו אש כדי נפץ RP-80. סגור את כל הנדרש דלתות / יציאות / וכו &#39;ולבצע פעולות נעילה באזור לכל מבחן נפץ של מתקן ירי (יםנהלי עבודת tandard) נהלים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אשר אוסצילוסקופ הדק, מתח / חלוקה, זמן / גדרות חלוקות. חבר את ההדק מתוך fireset המתח הגבוה עם סף הדק של 3.0 V לערוץ אחד על האוסילוסקופ. חבר את תיבת מסכם פוטודיודה לערוץ שני על האוסילוסקופ. גדר בשני ערוצים עד 5 V / חטיבה ואת timebase עד 5 μsec / חלוקה, עם הגדרת עיכוב של -20 μsec. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפוצץ את הפריט באמצעות fireset אנרגיה גבוהה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את הפסגות המתאימות לעת מהפלט של תיבת סיכום photodiode. מעקב המסך אוסצילוסקופ, השתמש מתח שיא לקבוע בזמנים מסוימים, אם כי העלייה ראשונה עשויה להיות אינדיקטור טוב יותר בהתאם לציוד המשמש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חישוב מהירות התפוצצות מחמש נקודות זמן רכש האוסילוסקופ. מאז רווחים של כל סיבים אופטיים ידוע, לחשב את מהירות התפוצצות על ידי חלוקת המרחק בין כל סיכה לפי הזמן בין שיא כל (diעמדה / זמן = מהירות). הממוצע וסטיית התקן הן מדווחות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חשב את עומק שקע צלחת עד הפלדה על ידי צבת נושאות פלדה מכוילות את הפגיעה כדי למצוא את רמת המינימום, ולאחר מכן מד עומק משמש כדי לקבוע את העומק. </li></ol> 2. תמונה דופלר velocimetry <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מכונת חלון PMMA בגודל לקוטר של מטען כ 6.5mm עבה. ודא שהחלון ברור אופטית וללא פגמים עיבוד. כדי להשיג זאת לקחת גיליון ברור אופטית של אקריליק יצוק עיבוד מתוך הדיסקים באמצעות מכשיר חיתוך בלייזר או תהליך עיבוד דומה. לאחר מכן, לנצל סילוני מים כדי להשיג משטח ברור אופטי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא כי עובי רדיד האלומיניום אינו עולה על 0.005 &quot;לכל מפרט יצרן. אם לסכל את פני השטח הוא בתולים (מחזירי אור), להתגלגל על ​​פני השטח עם מיסבים כדוריים נירוסטה שייפו. תוצאות משטח מפוזרות ב BAC הליזר האופטימליהשתקפות k, גם כאשר היישור מעט מעל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בסרט הדבקה דקה, ברור אופטי, מבוסס אקריליק לצרף את רדיד האלומיניום לחלון PMMA. ודא שאין בועות אוויר בין PMMA ואת האלומיניום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את בקטרים ​​גלולים נפץ בדיקת דגימה, האורכים, והמוני. השתמש מחוגה דיוק גבוהה ואיזון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להטביע את כדורי מדגם בדיקת הנפץ זה לזה כדי ליצור מטען רציף, לרבות כל מאיצים (במידת צורך). למרוח משחה בכל ממשק נפץ במהלך עצרת לצמצום פערי אוויר בממשקים גלולים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סיכות מהירות התפוצצות הר לתוך גוף אקריליק. אלה עשויים להיות סיבים או אופטיים או סיכות פיזואלקטריים. המיקומים של סיכות עם לגבי האישום חייב להיות ידוע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הצמד את בעל פיני מהירות התפוצצות אקריליק להאשמה. סרט הוא מספיק כדי להחזיק בעל פינים אקריליק להאשמה. בדרך כלל, במקומות סיבים / סיכה הם קרובים ביותר בתחתית ch נפץARGE כך פיצוץ מצב יציב אפשר לראות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף את הנפץ להאשמה. הפוך את התשלום התאסף ולייצב אותו בכיוון הזה כדי להתכונן הדבקת חלון PMMA. מניחים כמות קטנה של שומן על הפנים חומר נפץ כדי למנוע בועות אוויר על הממשק אלומיניום / נפץ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הצמד את רדיד צדי חלון PMMA אל המטען. אם החלון ולחייב הם בעלי מרכז משותף, להשתמש בקלטת circumferentially. אם לא, קלט את הציר של מטען החבלה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר חלון PMMA מחובר היטב את המטען, לצרף את מחזיק בדיקת PDV אקריליק לחלון PMMA עם קלטת. הכנס את חללית PDV לתוך מחזיק בדיקת PDV. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יישר את החללית PDV במחזיק עם מד גב השתקפות. מכשיר זה פלטי קרן לייזר בעוצמה נמוכה מודד את המשרעת-השתקפות בחזרה. גב-השתקפות של -10 DBM ל -20 DBM רצויה. אפוקסי חללית PDV במקום פעם ההשתקפות חזרה נקבעה להיותאוֹפְּטִימָלִי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח את הפריט הבדיקה בתא ולצרף שני החוטים מהירות התפוצצות (סיבים אופטיים או פיזואלקטריים) של סיבים PDV. חבר בקו האש כדי נפץ RP-80. סגור את כל דלתות נדרשו / יציאות / etc. ו לנהל פעולות נעילה באזור לכל נהלי ירי מבחן נפץ של המתקן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אשר אוסצילוסקופ הדק, מתח / חלוקה, זמן / גדרות חלוקות. אשר הגדרות מערכת PDV. שימו לייזר האות ואמפליטודות לייזר התייחסות ולשנות לפי הצורך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפוצץ את הפריט באמצעות fireset אנרגיה גבוהה. שמור עקבות אוסצילוסקופ הוא נתוני PDV ונתוני מהירות התפוצצות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנתח את נתוני PDV בתכנית ניתוח נתונים רלוונטיים. אות PDV הגלם חייב להיות מעובד באמצעות פורייה מהירה Transform (FFT) חבילת ניתוח מבוססת. הערה: על ידי הסתכלות על תוכן תדירות אות גלם זה, ולדעת התדירות הראשונית של מקור אור (1,550 ננומטר), חבילת הניתוח FFT מייצרת ספקטרוגרמה מהירה שהחלקותהמהירות רשמה כפונקציה של זמן. במקרה זה, PlotData, מחלקת ארצות הברית קניינית האנרגיה ממשק המשתמש הגרפי (GUI), משמש יחד עם תוכנת LabVIEW לבצע את FFT. עם זאת, רבות זמינות מסחרי חבילות ניתוח קיימות כי הם המסוגלים לבצע משימות אלה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חישוב מהירות התפוצצות מחמש נקודות זמן רכש האוסילוסקופ. מאז רווחים של כל סיבים אופטיים כידוע, מהירות התפוצצות מחושב על ידי חלוקת המרחק בין כל סיכה על ידי הזמן בין כל שיא (מרחק / זמן = מהירות). סטיית הממוצע ורמת מדווח. </li></ol>

<ol>
	<li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Title+10,+Chapter+141,+Section+2389.">Title 10, Chapter 141, Section 2389.</a> United States Code. , (2001).</li><li>Anderson, P. E., Cook, P., Davis, A., Mychajlonka, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Effect+of+Binder+Systems+on+Early+Aluminum+Reaction+in+Detonations.">The Effect of Binder Systems on Early Aluminum Reaction in Detonations.</a> Propellants, Explosives, and Pyrotechnics. 38 (4), 486-494 (2013).</li><li>Trzcinski, W. A., Cudzilo, S., Paszula, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studies+of+Free+Field+and+Confined+Explosions+of+Aluminum+Enriched+RDX+Compositions.">Studies of Free Field and Confined Explosions of Aluminum Enriched RDX Compositions.</a> Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 32 (6), 502-508 (2007).</li><li>Volk, F., Schedlbauer, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Products+of+Al+Containing+Explosives+Detonated+in+Argon+and+Underwater.">Products of Al Containing Explosives Detonated in Argon and Underwater.</a> , (1995).</li><li>United Nations. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Recommendations on the Transport of Dangerous Goods—Tests and Criteria, revisions adopted by reference (A.1), ST/SG/AC.10/11. , (2013).</li><li>Cooper, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Explosives Engineering. , (1996).</li><li>Chapman, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+rate+of+explosion+in+gases.">On the rate of explosion in gases.</a> Philosophical Magazine Series 5. 47 (284), 90-104 (1899).</li><li>OT, S. t. r. a. n. d., Goosman, D. R., Martinez, C., Whitworth, T. L., Kuhlow, W. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Compact+system+for+high-speed+velocimetry+using+heterodyne+techniques.">Compact system for high-speed velocimetry using heterodyne techniques.</a> Review of Scientific Instruments. 77 (8), (2006).</li><li>Manner, V. W., Pemberton, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+Aluminum+in+the+Detonation+and+Post-detonation+expansion+of+Selected+Cast+HMX-Based+Explosives.">The role of Aluminum in the Detonation and Post-detonation expansion of Selected Cast HMX-Based Explosives.</a> Propellants, Explosives, and Pyrotechnics. 37 (2), 198-206 (2012).</li><li>Baker, E. L., Stiel, L., Balas, W., Capellos, C., Pincay, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combined+Effects+Aluminized+Explosives.">Combined Effects Aluminized Explosives.</a> , (2008).</li><li>Stiel, L. I., Baker, E. L., Capellos, C., Furnish, M. D., Elert, M., Russell, T. P., White, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Study+of+Detonation+and+Cylinder+Velocities+for+Aluminized+Explosives.">Study of Detonation and Cylinder Velocities for Aluminized Explosives.</a> Shock Compression of Condensed Matter - 2005. AIP Conference Proceedings. 845, 475-478 (2006).</li></ol>

חלוקה: שאושרו על ידי הציבור; הפצה בלתי מוגבלת. החוקרים אין לי מה לחשוף.

שימו לב להבדלים בלחץ מחושב בין שני הניסוחים נפץ. מייצגי הנפץ מצופים האלומיניום פחות לחץ, בין השאר בגלל פחות nitramine (HMX) טוען, אלא גם בגלל האלומיניום מגיב עם חמצן בגזי הפיצוץ מתרחב, שתוצאתה שקע קטן מלחץ פיצוץ נמוך. PBXN-5 מפעיל לחץ פיצוץ גבוה בשל תכולת הגז הגבוהה שלה על פיצוץ לעומת PAX-30 (36.2 שומות / קילו עבור PBXN-5 לעומת 33.1 שומות / קילו עבור PAX-30). עוד משוואות מתקדמות של המדינה (EOS) הנגזר ממדידות מהירות קיר משמשות כדי לתאר את תנאי מוצרי הנפץ בטמפרטורות ולחצים קיצוניים כאלה. 10,11 זה יהיה נושא של כתבי יד בעתיד. היה ברור שכאשר תגובה מוקדם של מתכת חומר נפץ מתרחשת, מהירויות ההתפוצצות זוהו היא נמוכה יותר מאשר אם המתכת אינה מגיבה. זה מעט לאינטואיציה; אֶחָדהיה לצפות את מהירות להגדיל אם פיקדונות יותר אנרגיה לתוך החלק הקדמי פיצוץ הרחבת עקב תגובה של אלומיניום אקסותרמית. הקיטון מהיר התפוצצות נובע פתרונות Hugoniots לחץ בצפיפות. ההיקף המסוים (הצפיפות הפוכה) -pressure isentrope מציין שינויים כמוצרים מן הפיצוץ להרחיב (מהשמאל לימין באיור 9). 6 isentrope ההרחבה מייצג אותם מוצרי פיצוץ כי יכולים להיוצר מבחינה תרמודינמית ולהרחיב לאורך עקומת נפח לחץ ספציפי . במהלך של התרחבות, אם אלומיניום מגיב ליצירת מינים חמצון, התוצאה היא ירידה כללית צפיפות של גז מוביל מהירות נמוכה. זה בא לידי ביטוי isentrope רחבה מתחת פתרון האלומיניום הלא מגיב (איור 9). מאז מהירויות ההתפוצצות הוא המשיק מצטלב isentrope מן הצפיפות המוצא על ציר ה- x, נראה נ הפיצוץelocity חייב לרדת כאשר האלומיניום בניסוח מגיב. לסיכום, מח&#39; ההגנה של ארצות הברית ממשיכה לעסוק במחקר ואפיון שימושיים הפעילה של חומרים אנרגטיים חדשים עם שתי בטכנולוגיות מסורתיות רומן. במקרה של PDV, זה הוא כלי רב ערך מאפיינת נפץ עם דיוק קיצוני ומספק חוקרים עם תובנה חשובה באשר לאפקטיביות הנפץ. מחזור בדיקה מהירה זו פוחתת העלות באופן משמעותי את הזמן הנדרש לצורך אימות אופטימיזציה ודרישות ניסוח.

An erratum was issued for <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/video/52950/research-and-development-of-high-performance-explosives">Research and Development of High-performance Explosives</a>. The abstract, introduction, protocol, representative results, and acknowledgments sections were updated.
The Abstract was updated from:
Developmental testing of high explosives for military applications involves small-scale formulation, safety testing, and finally detonation performance tests to verify theoretical calculations. small-scale For newly developed formulations, the process begins with small-scale mixes, thermal testing, and impact and friction sensitivity. Only then do subsequent larger scale formulations proceed to detonation testing, which will be covered in this paper. Recent advances in characterization techniques have led to unparalleled precision in the characterization of early-time evolution of detonations. The new technique of photo-Doppler velocimetry (PDV) for the measurement of detonation pressure and velocity will be shared and compared with traditional fiber-optic detonation velocity and plate-dent calculation of detonation pressure. In particular, the role of aluminum in explosive formulations will be discussed. Recent developments led to the development of explosive formulations that result in reaction of aluminum very early in the detonation product expansion. This enhanced reaction leads to changes in the detonation velocity and pressure due to reaction of the aluminum with oxygen in the expanding gas products.
to:
Developmental testing of high explosives for military applications involves small-scale formulation, safety testing, and finally detonation performance tests to verify theoretical calculations. For newly developed formulations, the process begins with small-scale mixes, thermal testing, and impact and friction sensitivity. Only then do subsequent larger scale formulations proceed to detonation testing, which will be covered in this paper. Recent advances in characterization techniques have led to unparalleled precision in the characterization of early-time evolution of detonations. The new technique of Photonic Doppler Velocimetry (PDV) for the measurement of detonation pressure will be shared and compared with traditional fiber-optic detonation velocity and plate-dent calculation of detonation pressure. In particular, the role of aluminum in explosive formulations will be discussed. Recent developments led to the development of explosive formulations that result in reaction of aluminum very early in the detonation product expansion. This enhanced reaction leads to changes in the detonation velocity and pressure due to reaction of the aluminum with oxygen in the expanding gas products.
The Introduction's second to last paragraph was updated from:
In order to calculate the CJ pressure of a new explosive, a PDV system can be used to measure the particle velocity between the explosive and a polymethyl methacrylate (PMMA) window. A very thin foil, usually aluminum or copper, is placed at this interface to act as a reflective surface. In these studies, copper was used. This foil should be thin enough to prevent significant shock wave attenuation while being thick enough to prevent detonation light from passing through. Typically, a foil thickness of 1,000 angstroms is ideal for most experimental setups. Given the particle velocity in the PMMA and the detonation velocity of the explosive, the detonation pressure can be calculated with Hugoniot shock matching equations.6
to:
In order to calculate the CJ pressure of a new explosive, a PDV system can be used to measure the particle velocity between the explosive and a polymethyl methacrylate (PMMA) window. A very thin foil, usually aluminum or copper, is placed at this interface to act as a reflective surface. This foil should be thin enough to prevent significant shock wave attenuation while being thick enough to prevent detonation light from passing through. Typically, a foil thickness of 1,000 angstroms is ideal for most experimental setups. Given the particle velocity in the PMMA and the detonation velocity of the explosive, the detonation pressure can be calculated with Hugoniot shock matching equations.6
Step 2.1 in the Protocol was updated from:
Machine a PMMA window sized to the diameter of the explosive charge approximately 6.5mm thick. Ensure that the window is optically clear and free of any machining defects. To accomplish this take an optically clear sheet of cast acrylic and machining out the disks using a laser cutter or similar machining process. Then, utilize water jets to obtain an optically clear surface.
to:
Machine a PMMA window sized to the diameter of the explosive charge approximately 6.5mm thick. Ensure that the window is optically clear and free of any machining defects. To accomplish this take an optically clear sheet of cast acrylic and machining out the disks using a laser cutter or similar machining process. Then, polish the PMMA to obtain an optically clear surface.
In the Representative Results Figure 3&#39;s capation was updated from:
Figure 3. PDV setup (close view). The PDV setup at the base where the flyer plate is located.
to:
Figure 3. PDV setup (close view). The PDV setup at the base.
In the Representative Results, the paragraph between table 1 and figure 7 has been updated from:
The output from the PDV trace of the flyer plate from the bottom of the explosive charge of Figures 2-3 is shown in Figure 7. The oscillations arise from the ringing in the plate from the rapid acceleration to nearly 4-5 km/sec. The CJ pressure is calculated from modeling the product gas Hugoniot with Cooper&#8217;s approximation,6 and then extrapolating the CJ point once the aluminum-explosive Hugoniot is matched. A typical screen print from such a calculation is shown in Figure 8. The technique still has some limitations since the calculations assume a linear acceleration extrapolation from the beginning of the flyer velocity. This results in slightly underestimating the pressure, as evidenced by the results (Table 1). Work is ongoing to develop new equations to fit the early acceleration of the flyer plate.
to:
The output of the PDV trace from the bottom of the explosive charge of Figures 2-3 is shown in Figure 7. The CJ pressure is calculated from modeling the product gas Hugoniot with Cooper&#8217;s approximation,6 and then extrapolating the CJ point once the PMMA-explosive Hugoniot is matched. A typical screen print from such a calculation is shown in Figure 8. The technique still has some limitations since the calculations assume a linear extrapolation from the beginning of the window velocity trace. This results in slightly underestimating the pressure, as evidenced by the results (Table 1).
In the Representative Results Figure 7 and its caption were updated from:
<img alt="Figure 7" src="/files/ftp_upload/52950/52950fig7old.jpg" />
Figure 7. Plate velocity as a function of time for the measurement of CJ pressure in the PBXN-5 explosive. Note the excellent agreement between two different shots, where the traces practically fall on one another.
to:
<img alt="Figure 7" src="/files/ftp_upload/52950/52950fig7new.jpg" />
Figure 7. Window velocity as a function of time for the measurement of CJ pressure. Note the excellent agreement between the different shots, where the traces practically fall on one another.
Also in the Representative Results, Figure 8 had its caption update from:
Figure 8. Calculation of the CJ pressure from the copper flyer plate data on the PDV experiment. Note that the extrapolation assumes a linear acceleration in the initial push of the flyer plate which currently leads to an underestimation of the CJ pressure.
to:
Figure 8. Calculation of the CJ pressure from the PDV experiment. Note that the extrapolation assumes a linear acceleration in the initial push of the window which currently leads to an underestimation of the CJ pressure.
The Acknowledgments section was updated from:
The authors would like to thank the Future Requirement of Enhanced Energetics for Decisive Munitions (FREEDM) Program for funding, Mike VanDeWal and Gerard Gillen for their assistance in testing, Paula Cook for formulations assistance, and Ralph Acevedo and Brian Travers for pressing of the samples.
to:
The authors would like to thank the Future Requirement of Enhanced Energetics for Decisive Munitions (FREEDM) Program for funding, Mike Van De Waal and Gerard Gillen for their assistance in testing, Paula Cook for formulations assistance, and Ralph Acevedo and Brian Travers for pressing of the samples.

Several corrections were made to: Research and Development of High-performance Explosives

Erratum: Research and Development of High-performance Explosives

פיתוח של חומרי נפץ לשימוש צבאיים כרוך בשיקולי בטיחות נרחבות והגבלת משאבים עקב דרישות מתקן בדיקה. באותו מחקר חימוש הצבא ארה&quot;ב ופיתוח והנדסת הפיקוד (ARDEC), Picatinny Arsenal, חומרי נפץ מוערכים מרמת המחקר באמצעות ניטור ופירוז מחזור חיים מלאים. חומרי נפץ חדשים כי הם בטוחים יותר עבור טיפול, אחסון, וטעינה מוערכים ברציפות במאמץ לספק תחמושת יעילה ובטוחה עבור Warfighter. החוק האחרון מכתיב כי בכל הזדמנות האפשרית, תחמושת רגישות (IM) הנחיות ודרישות הן אחריו. לכן, בכל פעם נפץ חדש מסונתז וגבש, בדיקות ביצועים הוא בעל חשיבות עליונה כדי להבטיח שהן עומדות בדרישות המשתמש. בהקשר זה, מדידת נכסי פיצוץ PAX-30 החדש שפותח מושווה עם PBXN-5, חומר נפץ ביצועים מסורתי גבוהים. בפרט, מדידת velo הפיצוץ שלהלחץ עיר פיצוץ, אשר חשובים לצורך אימות של מודלים תיאורטיים חישובי ביצועים, היא משותפת. PAX-30 פותח כדי להחליף חומרי נפץ מורשת כגון PBXN-5 באמצעות אלומיניום תגובתי. אלומיניום בעל אנתלפיה גבוה של חמצון כמו אלומיניום על בסיס לכל טוחנת: 2Al + 3/2 O 2 -&gt; אל 2 O 3 (1,670 kJ / mol) על ידי הוספת אלומיניום במקום מרכיבי הנפץ הרגישים בהלם, ניסוח מוצג יותר בטוח עלבונות הלם מפגע חיצוניים. זה למעשה מסייע למלא תחמושת רגישות (IM) דרישות האו&quot;ם בעוד באותו הזמן לשמור על ביצועים דרושים עבור יישומים צבאיים. 2,3.4 המתקנים לבדוק פריטים כאלה הם ייחודיים מאוד מיוחדים. כמה בדיקות ראשוניות מבוצעות להקרין נפץ לפני טיפול בכמויות גדולות. Tבדיקות hese כוללים אפיון תרמית עם סריקה calorimetry דיפרנציאלי (DSC) וההשפעה ובדיקות חיכוך. עבור בדיקות DSC, מדגם הבדיקה קטן מחומם בקצב קבוע באווירה אינרטי, ואת הסכום ואת הכיוון של זרימת החום מנוטר. עבור בדיקות השפעה והחיכוך, מדגם הוא עלבונות מן המשקל נופל טופל (Bundesanstalt הפרווה Materialprufung, או השפעת BAM), ועבור בדיקת חיכוך סיכת קרמיקה סטנדרטית צלחת (Bundesanstalt הפרווה Materialprufung, או חיכוך BAM). 5 לאחר הניסוחים נחשבים בטוחים לטיפול, נוסף בהיקף של עד מושגת על ידי טכנולוגיות ערבוב קניינים. בקיצור, חומרי נפץ מתחלקים לשלוש קטגוריות: ממסים יצוקים, שבו קלסר הוא חומר להמס פאזיים כמו שעווה, trinitrotoluene (TNT), dintroanisole (DNAN), או חומר מָסִיס אחר. מוצקים אנרגטיים או דלק יכולים להיות משולב עם שיקול דעת מעמיק של נקובגודל ותאימות ticle. תרופת עופרת, שבו קלסר הוא פולימר ניתן ליציקה, כגון polybutadiene הסתיים הידרוקסיל (HTPB), polyacrylate, או פלסטיק אפוקסי-סוג אחר כי הוא נוזל במצבו unreacted, אלא על ייזום מבצר למוצק. מוצקים ישולבו מטריקס במהלך במצב הנוזלי שלה. לחוץ, שבו טעינת מוצקים מאוד גבוהה, לעתים קרובות מתקרב כמעט 95% לפי משקל, עם קלסר בו מתווסף מעיל מוצקים באמצעות תהליך לכה או שחול. ברגע לחוץ או יצוק, החומרים במכונה באמצעות מתודולוגיות תקן להשיג גיאומטריה נכונה למבחן רצוי. במאמר זה, PAX-30 ו PBXN-5 הם בעלי ביצועים גבוהים לחוץ נפץ. הניסוחים מבוצעים באמצעות תהליך slurry-ציפוי, שבה גבישי nitramine אנרגטיים (HMX, RDX, או CL-20) וחלקיקי אלומיניום מושעים בתמיסה מימית. לכה עם i קלסר קנייניתים ואז הוסיף. עם תוספת לכה, המעילים פולימר גבישי הנפץ, ההשעיה מחוממת תחת ואקום ולסלק את הממס, לבין חלקיקים מסוננים אז מיובש. חלקיקי הגרגר דמוי אז נלחצים לתצורה הרצויה. מהירות התפוצצות על מנת לקבוע את מהירות ההתפוצצות, אחד חייב לפקח על ההגעה של חזית הפיצוץ בחומר. פיצוץ מוגדר כעלייה מיידית עצמית לקיום בלחץ וטמפרטורה כי הוא מהר יותר ממהירות הקול בחומר. זה יהיה בר קיימא פעם הטמפרטורה ולחץ מספיקים כדי לספק תגובות אקסותרמית מאחורי חזית תגובת הפצה. התנהגות כזו מתממשת על ידי שילוב moieties חמצון כגון קבוצות ניטראט בחומרים מסוימים של ההיווצרות. שתי דוגמאות המכונה RDX (סיקלו-1,3,5-trimethylene-2,4,6-trinitramine) ו HMX (cyclotetramethylenetetranitramine) מוצגים in איור 1, אשר על פי רוב הם החומרים האנרגטיים ביותר בשימוש בארה&quot;ב DoD (משרד ההגנה). הערת איזון החמצן של המולקולות, שתוצאתה התגובה אקסותרמית הפצה העצמית מאחורי בהלם לחזית. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/52950/52950fig1.jpg" /> איור 1. RDX (סיקלו-1,3,5-trimethylene-2,4,6-trinitramine, משמאל) HMX (cyclotetramethylenetetranitramine, מימין). <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52950/52950fig1large.jpg" target="_blank">נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> דרך אחת כדי לקבוע את המהירות של חזית הפיצוץ היא לפקח עמדתה כפונקציה של זמן. סיבים אופטיים מהיר התפוצצות (FODV) בדיקות מתבצעות על מנת לקבוע את מהירות ההתפוצצות של חומר נפץ. מקבע אקריליק נועד להחזיק מדגם הנפץ, ולאתר את אופטייםסיבי במרחקים ידועים לאורך תשלום. המבחן סטנדרטי משתמש אינץ 5-ארוך על ידי מדגם נפץ בקוטר 0.75 אינץ &#39;עם חמישה סיבים אופטיים הכוללים; הסיב התחתון ממוקם 0.50 אינץ &#39;מתחתית האישום וכל סיבים רצופים ממוקם 1 אינץ&#39; מעל הבא. חורים שנקדחו ב הנורה אקריליק חורים שני-צעד. החור בקוטר הגדול יותר הוא בגודל כדי להתאים את הליבה והחיפוי של הסיבים האופטיים ואת החור בקוטר הקטן משמש במרחב אווירי מוגבל. כמו פיצוץ התקדמות דרך מדגם הנפץ, גל הלם מיוצר מלהיב את המרחב האווירי המוגבל לייצר הבזק קצר, בהיר שניתן לצפות עם הסיבים אופטיים. הסיבים האופטיים המשמש לבדיקה זו יש גרעין פלסטיק זול. בשל אופייה ההרסני של הבדיקה ואת העקביות של לבולם, סיבים באיכות גבוהה יותר לא נמצאו להיות נחוץ כדי לשמור נתונים מהירים באיכות גבוהה. מתקן הבדיקה Picatinny ארסנלמשתמש photodiodes סיכם לתרגם בין האור ובין פיצוץ לתוך מתח. משרעת של ספייק מתח הוא חסר חשיבות לצורך בדיקה זו. אוסצילוסקופ 1-GHz מחוברת תיבת סיכום פוטודיודה, למרות קצב הדגימה כי הוא הרבה מעבר לנדרש עבור בדיקה זו. הסיב האופטי &quot;פסגות&quot; יכול להיקבע על סמך העלייה הראשונה של ערכי אות או שיא. בהינתן המרחק בין סיבים אופטיים הפרש השעות בין ההגעה פיצוץ, מהירות התפוצצות נקבע אז. לחץ פיצוץ לחץ פיצוץ מוערך על ידי מדידת עומק השקע בתוך כתוצאת צלחת פלדה רגילה מן הפיצוץ של הנפץ. במעמקי דנט מתואמים היטב ערכי לחץ ידוע עבור מגוון רחב של תרכובות נפץ. בדרך כלל, שכן רוב חומרי הנפץ לספק את צ&#39;פמן-Jouguet (CJ) כתנאי פיצוץ להתרחש, לחץ הפיצוץ מכונה בדרך כללכמו CJ לחץ, וזה יהיה מכאן ולהבא במאמר זה. עצרת התשלום מושמת על גבי צלחת פלדה, שנקראה &quot;צלחת עד&quot;, ותוצאות הפיצוץ בתוך שקע הצלחת. עומק שקע בבית בקוטר תשלום 0.75 אינץ &#39;סטנדרטי עבור חומרים רבים נפץ עם לחצים פיצוץ ידוע אז מושווית עומק שקע הבדיקה. לחץ פיצוץ ידי שקע הצלחת היא שיטה אמינה עם שנים רבות של נתונים מתועדים עבור מתאמים מקובלים. עם זאת, פיצוץ הוא תגובה כימית דינמי, מהיר, ובשנים האחרונות זה הפך להיות רצוי לנצל כלים עם רזולוציה גבוהה יותר להתבונן בהיסטוריה לחץ-זמן. כדי למדוד את לחץ הפיצוץ ישירות של חומר נפץ, פוטוניים דופלר velocimetry (PDV) יכול לשמש גם. מערכת אינטרפרומטר לייזר זו פותחה על ידי המעבדה הלאומית לורנס ליברמור ו מנצל 1,550 מקור לייזר CW ננומטר. על-ידי הכוונת לייזר בכל מטרה נעהד איסוף דופלר העביר אור, את תדירות הדופק וכתוצאה מכך ניתן לנתח לספק עקבות מהירות של היעד. שלא כמו טכניקות צילום במהירות גבוהה המסורתית, עקבות מהירות אלה מספקים תיעוד רציף של מהירות של היעד כפונקציה של זמן. שיטת המדידה זה זכה לתשומת לב משמעותית בשנים האחרונות והוא הופכת נפוצה ב DoD ואת מחלקת האנרגיה (DOE) מעבדות אפיון נפץ. על מנת לחשב את הלחץ CJ של חומר נפץ חדש, מערכת PDV ניתן להשתמש כדי למדוד את מהירות החלקיקים בין נפץ וחלון polymethyl methacrylate (PMMA). רדיד דק מאוד, בדרך כלל אלומיניום או נחושת, מושם על הממשק הזה לפעול כמשטח רעיוני. במחקרים אלה, נחושת הייתה בשימוש. רדיד זה אמור להיות רזה מספיק כדי למנוע הנחתת גל הלם משמעותי בעת היותו עבה מספיק כדי למנוע מאור הפיצוץ מן העובר. בדרך כלל, עובי רדידשל 1,000 אנגסטרם הוא אידיאלי עבור setups הניסיוני ביותר. בהינתן מהירות חלקיקי PMMA ואת מהירויות ההתפוצצות של חומר נפץ, לחץ הפיצוץ ניתן לחשב עם משוואות התאמת הלם Hugoniot. 6 בעוד מבחן FODV ברמה של 0.75 &quot;קוטר תשלום הנו התקן הוקם ב ARDEC, בדיקות מבוססות PDV עוברות עידון רף. בהתאם לניסוח הנפץ, אחד או בדיקות שניהם יכולים לשמש כדי לאפיין מהירות התפוצצות ולחץ פיצוץ.

<table><tbody><tr><td>cylcotetramethylenetetranitramine</td><td>BAE</td><td>Class 5</td><td>1.1D, High Explosive</td></tr><tr><td>Aluminum</td><td>Valimet</td><td>Proprietary</td><td></td></tr><tr><td>Viton</td><td>3M</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Grease</td><td>Dow Corning</td><td>Sylgard 182</td><td>Gap sealer</td></tr></tbody></table>

research and development of high-performance explosives

בדיקות התפתחותיות של חומרי נפץ גבוהים עבור יישומים צבאיים כרוכות ניסוח בקנה מידה קטנה, בדיקות בטיחות, ולבסוף בדיקות ביצועי פיצוץ לאמת חישובים תיאורטיים. בקנה מידה קטן על ניסוחים חדשים שפותח, התהליך מתחיל עם תערובות בקנה המידה קטן, בדיקות תרמיות, והשפעה ורגישה חיכוך. רק אז לעשות ניסוחים מידה עוקבות גדול להמשיך בדיקות פיצוץ, אשר יכוסו במאמר זה. התקדמות טכניקות אפיון הובילה דיוק ללא תחרות באפיון של תחילת אבולוציה בזמן של פיצוצים. הטכניקה החדשה של velocimetry צילום דופלר (PDV) למדידת לחץ פיצוץ ומהירות ישותף ולעומת מהירות התפוצצות סיבים אופטיים מסורתיים חישוב צלחת-שקע לחץ פיצוץ. בפרט, תפקיד אלומיניום בניסוחי נפץ יידון. ההתפתחויות האחרונות הוביל לפיתוח של f נפץormulations שתוצאתן התגובה של אלומיניום מוקדם מאוד בהרחבת מוצר פיצוץ. תגובה משופרת זה מוביל לשינויים המהירים ההתפוצצות והלחץ עקב תגובה של האלומיניום עם חמצן מוצרי הגז מתרחב.

התקנה אופיינית עבור PDV מוצגת איורים 2 ו -3, ואילו התקנת FODV מוצגת באיור 4. לאחר הפיצוץ, צלחות שקע הנובע יריות FODV מסורתיות מוצגות באיור 5, עם העמדה / תוצאות הזמן של PAX-30 ו PBXN-5 באיור 6. שני החומרים בעלי מהירויות פיצוץ דומה (שיפוע של הקו), עם PAX-30 ~ 0.4 μsec / מ&quot;מ איטי. למרות שזה אולי לא נראה שיש הבדל משמעותי, הוא אכן לאור העובדה PAX-30 בעל כמעט 20% פחות על ידי מילוי במשקל נפץ. מהירויות התפוצצות אינה המבחן החותך לכמת את תגובת אלומיניום או מייד לאחר כניסת הפיצוץ, אבל זה יכול לתת הערכה ראשונית של תגובת אלומיניום. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/52950/52950fig2.jpg" /> איור 2.<html> התקנת PDV טיפוסית. כדורי הנפץ או מקלות casted נערמים. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52950/52950fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/52950/52950fig3.jpg" /> איור 3. התקנת PDV (מבט מקרוב). התקנת PDV בבסיס שבו צלחת העלון ממוקמת. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52950/52950fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/52950/52950fig4.jpg" /> איור 4. FODV התקנה. מקל epoxied על צלחת עד פלדה כדי להבטיח איש קשר מוצק יציב זקוף במהלך ההתקנה. הנפץ ואת המאיץ הם בחלק העליון של המקל.<html> = &quot;Https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52950/52950fig4large.jpg&quot; target = &quot;_ blank&quot;&gt; לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/52950/52950fig5.jpg" /> איור 5. דנט ממבחן FODV. את הפגיעה נמדדים עם מד עומק מכויל או profilometer. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52950/52950fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 6" src="/files/ftp_upload/52950/52950fig6.jpg" /> איור 6. חישובי שיעור פיצוץ. כל נקודת נתונים הוא מהפינים המבוססים על הסיבים אופטי התקנת FODV. PAX-30 R 2 = 0.999717, RMSE (שורש טעות ריבועית ממוצעת) = 0.519693; PBXN-5 R 2 = 0.998778, RMSE = 1.342272.om / קבצים / ftp_upload / 52,950 / 52950fig6large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> חומר נפץ </td><td> n </td><td> פיצוץ מהירות (מ&quot;מ / μsec) </td><td> CJ לחץ (GPA, שקע פלייט) </td><td> CJ לחץ (GPA, PDV) </td></tr><tr><td> PBXN-5 </td><td> 3 </td><td> 8.83 ± 0.12 </td><td> 37.9 ± 1.4 </td><td> 34.7 ± 0.0 </td></tr><tr><td> PAX-30 </td><td> 3 </td><td> 8.48 ± 0.04 </td><td> 32.3 ± 1.3 </td><td> 30.5 ± 0.3 </td></tr></tbody></table> טבלה 1. נתוני ביצועים מניסויים. N הוא המספר הכולל של בדיקות, כל אחד עם 5 סיכות סיבים אופטיים. לחץ PDV CJ מורכב מבחן יחיד. <html> פלט מעקב PDV של צלחת העלון מהעומק של המטען של דמויות 2-3 מוצג באיור 7. התנודות נובעות צלצולי הצלחת מן האצה לכמעט 4-5 קילומטר / sec. לחץ CJ מחושב דוגמנות Hugoniot גז המוצר עם הקירוב של קופר, 6 ולאחר מכן אקסטרפולציה נקודת CJ פעם Hugoniot האלומיניום-נפץ משתווה. הדפס מסך טיפוסי מחישוב כזה מוצג באיור 8. הטכניקה עדיין יש מספר מגבלות מאז החישובים מניחים אקסטרפולציה תאוצה לינארית מתחילת מהירות העלון. התוצאה היא להמעיט את הלחץ מעט, כפי שמעידים תוצאות (טבלה 1). עבודה נמשך עד לפתח משוואות חדשות כדי להתאים את ההאצה מוקדם של צלחת העלון. להעלות / 52,950 / 52950fig7.jpg &quot;/&gt; איור 7. מהירות פלייט כפונקציה של זמן לשקילת CJ לחץ PBXN-5 נפץ. הערת ההסכם המצוין בין שתי יריות שונות, שבו העקבות ולמעשה נוחתות על אחד אחרת. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52950/52950fig7large.jpg" target="_blank">נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של נתון זה.</a> <img alt="איור 8" src="/files/ftp_upload/52950/52950fig8.jpg" /> חישוב איור 8. לחץ CJ מהנתונים צלחת עלון נחושת על ניסוי PDV. ראוי לציין, כי אקסטרפולציה מניחה תאוצה לינארית ב הדחיפה הראשונית של צלחת העלון שמוביל כיום הערכה נמוכה מדי של לחץ CJ. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52950/52950fig8large.jpg" target="_blank">נא ללחוץ כאן לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. &lt;</a>/ A&gt; <img alt="איור 9" src="/files/ftp_upload/52950/52950fig9.jpg" /> איור 9. תיאור של isentropes הרחבה עבור אלומיניום הגיב unreacted במוצרי הפיצוץ. הקווים ישרים והכחולים הם הפתרונים משיקים כי הם יחסי המהירות ההתפוצצות. הערת הפתרון אל המוצרים הגיב לאלץ את מהירות ההתפוצצות להיות נמוך יותר מאשר הפתרון אל unreacted. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52950/52950fig9large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Research and Development of High-performance Explosives at JoVE.com

Research and Development of High-performance Explosives

Developmental testing of high explosives for military applications involves small-scale formulation, safety testing, and finally detonation performance tests to verify theoretical calculations. This paper will share typical development tests associated with the measurement of detonation velocity and detonation pressure.

מחקר ופיתוח של חומרי נפץ ביצועים גבוהים

Developmental testing of high explosives for military applications involves small-scale formulation, safety testing, and finally detonation performance ...

research-and-development-of-high-performance-explosives

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Engineering

17.4K Views.  US Army ARDEC, Picatinny Arsenal. Developmental testing of high explosives for military applications involves small-scale formulation, safety testing, and finally detonation performance tests to verify theoretical calculations. This paper will share typical development tests associated with the measurement of detonation velocity and detonation pressure.

Video: Research and Development of High-performance Explosives

Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary interiors, design materials with novel properties, understand the mechanical behavior of materials exposed to very high stresses as in explosions or impacts. Synthesis and structural analysis of materials at extreme conditions of pressure and temperature entails remarkable technical challenges. In the laser heated diamond anvil cell (LH-DAC), very high pressure is generated between the tips of two opposing diamond anvils forced against each other; focused infrared laser beams, shined through the diamonds, allow to reach very high temperatures on samples absorbing the laser radiation. When the LH-DAC is installed in a synchrotron beamline that provides extremely brilliant x-ray radiation, the structure of materials under extreme conditions can be probed in situ. LH-DAC samples, although very small, can show highly variable grain size, phase and chemical composition. In order to obtain the high resolution structural analysis and the most comprehensive characterization of a sample, we collect diffraction data in 2D grids and combine powder, single crystal and multigrain diffraction techniques. Representative results obtained in the synthesis of a new iron oxide, Fe4O5 1 will be shown.

The laser heated diamond anvil cell combined with synchrotron micro-diffraction techniques allows researchers to explore the nature and properties of new phases of matter at extreme pressure and temperature (PT) conditions. Heterogeneous samples can be characterized in situ under high pressure by 2D mapping and combined powder, single-crystal and multigrain diffraction approaches.

סינתזה וMicrodiffraction בלחצים וטמפרטורות קיצוניים

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary ...

Quantitative Detection of Trace Explosive Vapors by Programmed Temperature Desorption Gas Chromatography-Electron Capture Detector

The direct liquid deposition of solution standards onto sorbent-filled thermal desorption tubes is used for the quantitative analysis of trace explosive vapor samples. The direct liquid deposition method yields a higher fidelity between the analysis of vapor samples and the analysis of solution standards than using separate injection methods for vapors and solutions, i.e., samples collected on vapor collection tubes and standards prepared in solution vials. Additionally, the method can account for instrumentation losses, which makes it ideal for minimizing variability and quantitative trace chemical detection. Gas chromatography with an electron capture detector is an instrumentation configuration sensitive to nitro-energetics, such as TNT and RDX, due to their relatively high electron affinity. However, vapor quantitation of these compounds is difficult without viable vapor standards. Thus, we eliminate the requirement for vapor standards by combining the sensitivity of the instrumentation with a direct liquid deposition protocol to analyze trace explosive vapor samples.

Trace explosive vapors of TNT and RDX collected on sorbent-filled thermal desorption tubes were analyzed using a programmed temperature desorption system coupled to GC with an electron capture detector. The instrumental analysis is combined with direct liquid deposition method to reduce sample variability and account for instrumentation drift and losses.

כמותי איתור של אדי נפץ Trace ידי טמפרטורת מתוכנת Desorption גלאי גז לכידת כרומטוגרפיה-אלקטרונים

The direct liquid deposition of solution standards onto sorbent-filled thermal desorption tubes is used for the quantitative analysis of trace explosive ...

Chemistry

A Method for Studying the Temperature Dependence of Dynamic Fracture and Fragmentation

The dynamic fracture of a body is a late-stage phenomenon typically studied under simplified conditions, in which a sample is deformed under uniform stress and strain rate. This can be produced by evenly loading the inner surface of a cylinder. Due to the axial symmetry, as the cylinder expands the wall is placed into a tensile hoop stress that is uniform around the circumference. While there are various techniques to generate this expansion such as explosives, electromagnetic drive, and existing gas gun techniques they are all limited in the fact that the sample cylinder must be at room temperature. We present a new method using a gas gun that facilitates experiments on cylinders from 150 K to 800 K with a consistent, repeatable loading. These highly diagnosed experiments are used to examine the effect of temperature on the fracture mechanisms responsible for failure, and their resulting influence on fragmentation statistics. The experimental geometry employs a steel ogive located inside the target cylinder, with the tip located about halfway in. A single stage light gas gun is then used to launch a polycarbonate projectile into the cylinder at 1,000 m/sec-1. The projectile impacts and flows around the rigid ogive, driving the sample cylinder from the inside. The use of a non-deforming ogive insert allows us to install temperature control hardware inside the rear of the cylinder. Liquid nitrogen (LN2) is used for cooling and a resistive high current load for heating. Multiple channels of upshifted photon Doppler velocimetry (PDV) track the expansion velocity along the cylinder enabling direct comparison to computer simulations, while High speed imaging is used to measure the strain to failure. The recovered cylinder fragments are also subject to optical and electron microscopy to ascertain the failure mechanism.

Fracture and fragmentation are late stage phenomena in dynamic loading scenarios and are typically studied using explosives. We present a technique for driving expansion using a gas gun which uniquely enables control of both loading rate and sample temperature.

שיטת לימוד התלות בטמפרטורה של דינמי שבר ופיצול

The dynamic fracture of a body is a late-stage phenomenon typically studied under simplified conditions, in which a sample is deformed under uniform ...

Preparation and Reactivity of Gasless Nanostructured Energetic Materials

High-Energy Ball Milling (HEBM) is a ball milling process where a powder mixture placed in the ball mill is subjected to high-energy collisions from the balls. Among other applications, it is a versatile technique that allows for effective preparation of gasless reactive nanostructured materials with high energy density per volume (Ni+Al, Ta+C, Ti+C). The structural transformations of reactive media, which take place during HEBM, define the reaction mechanism in the produced energetic&#160;composites. Varying the processing conditions permits fine tuning of the milling-induced microstructures of the fabricated composite particles. In turn, the reactivity, i.e., self-ignition temperature, ignition delay time, as well as reaction kinetics, of high energy density materials depends on its microstructure. Analysis of the milling-induced microstructures suggests that the formation of fresh oxygen-free intimate high surface area contacts between the reagents is responsible for the enhancement of their reactivity. This manifests itself in a reduction of ignition temperature and delay time, an increased rate of chemical reaction, and an overall decrease of the effective activation energy of the reaction. The protocol provides a detailed description for the preparation of reactive nanocomposites with tailored microstructure using short-term HEBM method. It also describes a high-speed thermal imaging technique to determine the ignition/combustion characteristics of the energetic materials. The protocol can be adapted to preparation and characterization of a variety of nanostructured energetic composites.

This protocol describes the preparation of gasless nanostructured energetic materials (Ni+Al, Ta+C, Ti+C) using the short-term high-energy ball milling (HEBM) technique. It also describes a high-speed thermal imaging method to study the reactivity of mechanically fabricated nanocomposites. These protocols can be extended to other reactive nanostructured energetic materials.

חומרים אנרגטיים הכנה ותגובתיות של Gasless Nanostructured

High-Energy Ball Milling (HEBM) is a ball milling process where a powder mixture placed in the ball mill is subjected to high-energy collisions from the ...

Blast Quantification Using Hopkinson Pressure Bars

Near-field blast load measurement presents an issue to many sensor types as they must endure very aggressive environments and be able to measure pressures up to many hundreds of megapascals. In this respect the simplicity of the Hopkinson pressure bar has a major advantage in that while the measurement end of the Hopkinson bar can endure and be exposed to harsh conditions, the strain gauge mounted to the bar can be affixed some distance away. This allows protective housings to be utilized which protect the strain gauge but do not interfere with the measurement acquisition. The use of an array of pressure bars allows the pressure-time histories at discrete known points to be measured. This article also describes the interpolation routine used to derive pressure-time histories at un-instrumented locations on the plane of interest. Currently the technique has been used to measure loading from high explosives in free air and buried shallowly in various soils.

This protocol details the use of Hopkinson pressure bars to measure reflected blast loading from near-field explosive events. It is capable of interpolating a pressure-time history at any point on a reflective boundary and as such can be used to fully characterize the spatial and temporal variations in loading produced.

פיצוץ כימות באמצעות מוטות לחץ הופקינסון

Near-field blast load measurement presents an issue to many sensor types as they must endure very aggressive environments and be able to measure pressures ...

Minimum Burning Pressures of Water-based Emulsion Explosives

This manuscript describes a protocol to measure the minimum pressure required for sustained burning of water-based emulsion explosives. Pumping water-based emulsion explosives for blasting applications can be very hazardous, as demonstrated by a number of pump accidents around the globe in the last decades, including some that resulted in fatalities. In Canada, the recognition of this hazard has led to the development of pumping guidelines that were endorsed by both the explosives industry and the Explosive Regulatory Division of the Canadian government. In these guidelines, it was noted that the minimum burning pressures (MBP) measured in a laboratory would provide a good guide to characterize the behaviour of these products in pumping systems. The same guidelines also call for the design of pump systems that prevent, whenever possible, pressures from exceeding the MBP of the product being pumped. At the time of publication of these guidelines, a methodology existed for measuring such MBP values but it had never been validated to measure the MBP of ammonium nitrate water-based emulsions (AWEs). AWEs are now used much more widely than any other water-based explosives and precursors in on-site bulk loading operations.
The Canadian Explosives Research Laboratory (CanmetCERL) has been conducting research over the last ten years to develop a validated testing protocol to measure and interpret representative MBP values for AWEs. The test, as it is performed today, will be described and the critical components will be justified by reference to recent published data. Results of MBP measurements, for a range of AWE products, will be presented. Inclusion of the MBP test in the test standards for the authorization of high explosives in Canada will also be discussed.

We present an apparatus based on hot-wire ignition in a pressurized enclosure and an associated methodology to measure the minimum pressure required to induce sustained combustion in water-based emulsion explosives. This method improves product characterization to allow one to use them more safely during pumping and mixing operations.

מינימום שריפת לחצים של חומרי נפץ אמולסיה על בסיס מים

This manuscript describes a protocol to measure the minimum pressure required for sustained burning of water-based emulsion explosives. Pumping ...

Standardized Method for Measuring Collection Efficiency from Wipe-sampling of Trace Explosives

One of the limiting steps to detecting traces of explosives at screening venues is effective collection of the sample. Wipe-sampling is the most common procedure for collecting traces of explosives, and standardized measurements of collection efficiency are needed to evaluate and optimize sampling protocols. The approach described here is designed to provide this measurement infrastructure, and controls most of the factors known to be relevant to wipe-sampling. Three critical factors (the applied force, travel distance, and travel speed) are controlled using an automated device. Test surfaces are chosen based on similarity to the screening environment, and the wipes can be made from any material considered for use in wipe-sampling. Particle samples of the explosive 1,3,5-trinitroperhydro-1,3,5-triazine (RDX) are applied in a fixed location on the surface using a dry-transfer technique. The particle samples, recently developed to simulate residues made after handling explosives, are produced by inkjet printing of RDX solutions onto polytetrafluoroethylene (PTFE) substrates. Collection efficiency is measured by extracting collected explosive from the wipe, and then related to critical sampling factors and the selection of wipe material and test surface. These measurements are meant to guide the development of sampling protocols at screening venues, where speed and throughput are primary considerations.

Optimized sampling protocols and the development of new wipe materials can be facilitated by standardized measurements of collection efficiency from wipe-sampling. Our approach for sampling trace explosives uses an automated device to control speed, force, and distance during wipe-sampling followed by extraction of collected explosives.

שיטה סטנדרטית למדידת יעילות גבייה נגב-דגימה של חומרי נפץ Trace

One of the limiting steps to detecting traces of explosives at screening venues is effective collection of the sample. Wipe-sampling is the most common ...

Nanothermite with Meringue-like Morphology: From Loose Powder to Ultra-porous Objects

The goal of the protocol described in this article is to prepare aluminothermic compositions (nanothermites) in the form of porous, monolithic objects. Nanothermites are combustible materials made up of inorganic fuel and an oxidizer. In nanothermite foams, aluminum is the fuel and aluminum phosphate and tungsten trioxide are the oxidizing moieties. The highest flame propagation velocities (FPVs) in nanothermites are observed in loose powders and FPVs are strongly decreased by pelletizing nanothermite powders. From a physical standpoint, nanothermite loose powders are metastable systems. Their properties can be altered by unintentional compaction induced by shocks or vibrations or by the segregation of particles over time by settling phenomena, which originates from the density differences of their components. Moving from a powder to an object is the challenge that must be overcome to integrate nanothermites in pyrotechnic systems. Nanothermite objects must have both a high open porosity and good mechanical strength. Nanothermite foams meet both of these criteria, and they are prepared by dispersing a nano-sized aluminothermic mixture (Al/WO3) in orthophosphoric acid. The reaction of aluminum with the acid solution gives the AlPO4 &#34;cement&#34; in which Al and WO3 nanoparticles are embedded. In nanothermite foams, aluminum phosphate plays the dual role of binder and oxidizer. This method can be used with tungsten trioxide, which is not altered by the preparation process. It could probably be extended to some oxides, which are commonly used for the preparation of high performance nanothermites. The WO3-based nanothermite foams described in this article are particularly insensitive to impact and friction, which makes them far safer to handle than loose Al/WO3 powder. The fast combustion of these materials has interesting applications in pyrotechnic igniters. Their use in detonators as primers would require the incorporation of a secondary explosive in their composition.

This manuscript describes the synthesis of combustible aluminophosphate matrices by the reaction of orthophosphoric acid (H3PO4) with aluminum nanopowder. When this reaction is carried out with excess aluminum in the presence of tungsten trioxide nanopowder, it leads to a solid, porous nanothermite foam.

Nanothermite עם מרנג דמוי מורפולוגיה: מאבקה לאובייקטים אולטרה נקבובי

The goal of the protocol described in this article is to prepare aluminothermic compositions (nanothermites) in the form of porous, monolithic objects. ...

Processing of Bulk Nanocrystalline Metals at the US Army Research Laboratory

Given their potential for significant property improvements relative to their large grained counterparts, much work has been devoted to the continued development of nanocrystalline metals. Despite these efforts, the transition of these materials from the lab bench to actual applications has been blocked by the inability to produce large scale parts that retain the desired nanocrystalline microstructures. Following the development of a method proven to stabilize the nanosized grain structure to temperatures approaching that of the melting point for the given metal, the US Army Research Laboratory (ARL) has progressed to the next stage in the development of these materials - namely the production of large scale parts suitable for testing and evaluation in a range of relevant test environments. This report provides a broad overview of the ongoing efforts in the processing, characterization, and consolidation of these materials at ARL. In particular, focus is placed on the methodology used for producing the nanocrystalline metal powders, in both small and large-scale amounts, that are at the center of ongoing research efforts.

This paper provides a brief overview of the ongoing efforts at the Army Research Laboratory on the processing of bulk nanocrystalline metals with an emphasis on the methodologies used for the production of the novel metal powders.

עיבוד מתכות תכונות בצובר במעבדה לחקר צבא ארה ב

Given their potential for significant property improvements relative to their large grained counterparts, much work has been devoted to the continued ...

Conducting Elevated Temperature Normal and Combined Pressure-Shear Plate Impact Experiments Via a Breech-end Sabot Heater System

A novel approach for conducting normal and/or combined pressure-shear plate impact experiments at test temperatures up to 1000 &#176;C is presented. The method enables elevated temperature plate-impact experiments aimed towards probing dynamic behavior of materials under thermomechanical extremes, while mitigating several special experimental challenges faced while performing similar experiments using the conventional plate impact approach. Custom adaptations are made to the breech-end of a single-stage gas-gun at Case Western Reserve University; these adaptations include a precision-machined extension piece made from SAE 4340 steel, which is strategically designed to mate the existing gun-barrel while providing a high tolerance match to the bore and keyway. The extension piece contains a vertical cylindrical heater-well, which houses a heater assembly. A resistive coil heater-head, capable of reaching temperatures of up 1200 &#176;C, is attached to a vertical stem with axial/rotational degrees of freedoms; this enables thin metal specimens held at the front-end of a heat-resistant sabot to be heated uniformly across the diameter to the desired test temperatures. By heating the flyer plate (in this case, the sample) at the breech-end of the gun-barrel instead of at the target-end, several critical experimental challenges can be averted. These include: 1) severe changes in the alignment of the target plate during heating due to the thermal expansion of the several constituents of the target holder assembly; 2) challenges that arise due to the diagnostics elements, (i.e., polymer holographic gratings, and optical probes) being too close to the heated target assembly; 3) challenges that arise for target plates with an optical window, where crucial tolerances between the sample, bond layer, and window become increasingly difficult to maintain at high temperatures; 4) in the case of combined compression-shear plate impact experiments, the need for high-temperature resistant diffraction gratings for the measurement of transverse particle velocity at the free surface of the target; and 5) limitations imposed on the impact velocity necessary for unambiguous interpretation of the measured free surface velocity versus time profile due to thermal softening and possibly yielding of the bounding target plates.By utilizing the adaptations mentioned above, we present results from a series of reverse geometry normal plate impact experiments on commercial purity aluminum at a range of sample temperatures. These experiments show decreasing particle velocities in the impacted state, which are indicative of material softening (decrease in post-yield flow stress) with increasing sample temperatures.

Here, we present a detailed protocol of a new approach for conducting elevated temperature reverse normal plate impact, and combined pressure-and-shear plate impact. The approach involves the use of a breech-end resistive coil heater to heat a sample held at the front-end of a heat-resistant sabot to the desired temperature.

ניצוח גבוהות בטמפרטורה רגילה, בשילוב לחץ-הטיה צלחת ההשפעה ניסויים באמצעות מערכת החימום Sabot עכוז-end

A novel approach for conducting normal and/or combined pressure-shear plate impact experiments at test temperatures up to 1000 &#176;C is presented. The ...