СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ
METHOD OF DETERMINING WORKING EFFICIENCY OF EXPLOSIVES

Изобретение относится к области испытаний взрывчатых веществ (ВВ), в частности к определению работоспособности ВВ.
Аналогом предлагаемого способа является способ определения работоспособности ВВ в свинцовой бомбе, описанный в [1]. Данный способ основан на определении расширения канала бомбы продуктами взрыва заряда ВВ и распространяется на порошкообразные, гранулированные, жидкие, вязкотекучие и пластичные ВВ с критическим диаметром детонации не более 20 мм.
К недостаткам аналогичного способа определения работоспоосбности ВВ относятся:
- большие количества ВВ, используемые для испытаний, например, для проведения испытаний используют три опыта с навесками ВВ по 10 г;
- большие затраты на материалы, используемые при испытаниях, например, применяемое в способе свинцовой бомбы оборудование утилизируется после каждого испытания и повторно не используется;
- недостаточная оперативность способов.
В качестве способа-прототипа выбран способ, описанный в патенте [2]. В способе-прототипе образец ВВ с детонатором устанавливают в герметичную камеру, в корпус которой вмонтирован датчик давления. С помощью детонатора производят подрыв испытуемого ВВ и оценивают его характеристики по величине квазистатического давления в камере после взрыва.
Недостаток прототипа заключается в том, что испытания проводятся в специальной герметичной камере, усложняющей процедуру испытаний, а наличие детонатора снижает точность оценки свойств испытуемого ВВ, кроме того, для испытаний требуются образцы ВВ большой массы (30 г).
Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении точности оценки свойств ВВ, уменьшении потребного количества ВВ для испытаний, а также в упрощении процедуры испытаний.
Технический результат достигается тем, что по измеренным значениям давления среды, возникающего под действием энергии взрыва в упругой среде, рассчитывают характеристику мощности акустических колебаний, которую принимают в качестве абсолютной характеристики работоспособности взрывчатого вещества, а затем находят отношение измеренной характеристики мощности акустических колебаний исследуемого взрывчатого вещества к характеристике мощности акустических колебаний эталонного взрывчатого вещества и полученное значение принимают в качестве относительной меры работоспособности взрывчатого вещества.
Сущность заявляемого способа состоит в том, что параметры ударных волн (максимальное давление и импульс фаз сжатия и разрежения во фронте ударной волны) и звуковых колебаний определяются теми же свойствами ВВ, которые определяют их работоспособность (фугасность), включая теплоту взрыва, объем продуктов детонации и скорость детонации [3]. Работоспособность ВВ на основе анализа звука, порождаемого детонацией, предлагается рассчитывать по формуле
<mrow><mi>σ</mi><mo>=</mo><mi>max</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mn>1</mn><mi>t</mi></mfrac><mstyle displaystyle="true"><mrow><munderover><mo>∫</mo><mn>0</mn><mi>t</mi></munderover><mrow><msup><mi>s</mi><mn>2</mn></msup><mi>d</mi><mi>t</mi></mrow></mrow></mstyle></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
где s - реализация измеренного сигнала звукового давления, t - время.
На практике, при использовании аналого-цифрового преобразования сигнала звукового давления с равномерной дискретизацией и квантованием, выражение (1) преобразуется к виду (2):
<mrow><mi>σ</mi><mo>=</mo><mi>max</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mrow><mrow><mrow><mfrac><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow><mi>j</mi></munderover><mrow><msubsup><mi>s</mi><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow></mstyle></mrow><mrow><mi>j</mi><mi>Δ</mi><mi>t</mi></mrow></mfrac></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>0..</mn><mi>N</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
i
где s - значение отсчета звукового давления, Δt - интервал дискретизации сигнала звукового давления, N - номер последнего отсчета реализации сигнала.
Значения σ, рассчитанные по формуле (2), позволяют однозначно дифференцировать ВВ по их работоспособности, что обосновывает применимость данного способа.
Для создания колебаний среды с уровнями, надежно регистрируемыми измерительной аппаратурой, требуются гораздо меньшие количества ВВ (десятые и сотые доли грамма), чем в стандартных методиках испытания энергонасыщенных материалов (от 10 г до 200 г). Это позволяет предельно минимизировать количество ВВ, потребное для проведения испытаний.
Кроме того, в заявляемом способе подрыв испытуемого образца ВВ предлагается осуществлять без инициирующего ВВ (например, с помощью луча огня, ударного воздействия на копре и т.д.), что позволяет исключить из измеряемой величины звукового давления вклад инициирующего ВВ.
При этом заявляемый способ не требует дополнительного специального оборудования в виде камер, бомб и т.д., что упрощает его практическую реализацию.
Предлагаемый способ осуществляется по следующим этапам. Берут навеску испытуемого ВВ определенной массы, минимальное значение которой обусловлено критическим размером детонации, размещенную в оболочку (например, колпачок) или без оболочки (например, в виде шашки). Подвешивают образец в воздухе, таким образом, чтобы он находился на определенном расстоянии от датчика звукового давления, при условии, чтобы отраженные волны были слабее, чем прямая волна. Далее инициируют ВВ и измеряют, оцифровывают и регистрируют величину звукового давления. Затем по характеристикам измеренного сигнала рассчитывают величину абсолютной работоспособности по формуле (2). Для оценки величины относительной работоспособности дополнительно измеряют величину абсолютной работоспособности вышеуказанным способом для вещества, которое принимают за эталон (например, тротил). Затем находят отношение работоспособности испытуемого ВВ к работоспособности эталонного ВВ.
<mrow><mi>B</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mrow><msubsup><mi>s</mi><mrow><mi>x</mi><mi>i</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow></mstyle></mrow><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mrow><msubsup><mi>s</mi><mrow><mn>0</mn><mi>i</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow></mstyle></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
x
0
где s - сигнал, полученный при «пробе» вещества с искомой работоспособностью, s - сигнал, полученный при «пробе» вещества с эталонной работоспособностью (тротил).
Пример. Схема эксперимента приведена на фиг.1, где 1 - датчик звукового давления (микрофон), 2 - усилитель, 3 - источник питания и напряжения поляризации, 4 - АЦП, 5 - ЭВМ, 6 - колонна копра, 7 - груз, 8 - роликовый прибор с испытуемым образцом, 9 - наковальня.
Испытания ВВ на работоспособность, в соответствии с заявляемым способом, осуществлялись следующим образом. Для инициирования взрывчатого превращения навесок ВВ использовалось механическое воздействие падающего груза массой 10 кг с высоты 1 м. Для создания указанных ударных нагрузок использовался копер К-44-2. Отбор, подготовка и взвешивание проб осуществлялись в соответствии с методикой, описанной в ГОСТ 4545-88. При проведении опытов, навеска испытуемого вещества массой 50 мг взвешивалась на весах, обеспечивающих абсолютную погрешность не более 1 мг, и размещалась в роликовом приборе по ГОСТ 4545-88. Сигнал звукового давления, вызываемого взрывным превращением ВВ, регистрировался микрофоном свободного поля с чувствительностью 4 мВ/Па типа 40BF фирмы GRAS с предусилителем 26АА. Микрофон устанавливался по направлению на испытуемый образец на расстоянии 1 метр. Выход предусилителя соединяли со входом источника питания и напряжения поляризации типа 12AR. Выходной сигнал подвергали аналого-цифровому преобразованию с точностью, соответствующей 13 двоичным разрядам на диапазон напряжений ±10 B.
В процессе испытаний инициировали по 10 образцов тротила, ТЭНа, гексогена и тетрила. Зарегистрированные сигналы звукового давления в цифровой форме выравнивались по времени, усреднялись и определялись накопленные суммы квадратов отсчетов сигнала.
В результате обработки сигналов звукового давления по формуле (2) получили значения относительной работоспособности, нормированной по тротилу. Сравнение нормированных данных работоспособности по значению работоспосбности ТЭНа, рассчитанной в соответствии с предлагаемым способом и стандартным методом свинцовой бомбы, отображено на фиг.2.
Используемая литература
1. ГОСТ 4546-81. Вещества взрывчатые. Методы определения фугасности.
2. US Patent №7669460. Small-scale shock reactivity and internal blast test / Harold W.Sandusky, Richard H.Granholm, Douglas G.Bohl. Date of patent: Mar. 2, 2010.
3. Физика взрыва / Под. Ред. Л.П.Орленко. - Изд. 3-е, перераб. - В 2 т. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. - 832 с.