Initiation of explosion by high voltage discharge of pressed mixtures of sevilene with ammonium perchlorate and nitrate with addition of powdered aluminum

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The use of a high-voltage discharge to initiate an explosion is justified when strict synchronization of actions is required. A typical working process, which is excited by a discharge, is detonation where high-power blasting explosives with the addition of nanodispersed metals are used to reduce the discharge voltage and increase the initiation stability. However, there are technical areas (here, one can mention the use in elements of dynamic protection of tanks and in promising hypersonic accelerators of the “blast wave accelerator” type) where nanodispersed metals are unacceptable due to their low stability and high cost and instead of normal detonation, softer explosive processes are required to exclude unnecessary blasting effect on the elements of the devices. In this work, the initiation of an explosion by a high-voltage discharge in pressed mixtures of ammonium perchlorate and ammonium nitrate with sevilene with additives of various metals has been investigated. Sevilen is a thermoplastic adhesive, a copolymer of ethylene and vinyl acetate, has excellent adhesion to all components of the studied mixtures, and provides excellent conditions for pressing samples. The best result: reliable explosions in a wide range of sample porosities up to a sample with a porosity of 1% at a threshold voltage of 5.5 to 1.5 kV were obtained using mixtures of ammonium perchlorate with the addition of 20% aluminum powder with a particle size of 10 m. The replacement of ammonium perchlorate with ammonium nitrate also demonstrates good results and with the addition of other metals (copper, iron, and zinc were studied), explosions were practically absent up to the maximum voltage of 12 kV used in the present work. The most probable reason: vigorous exothermic interaction of the aluminum melt formed during electrical breakdown with ammonium perchlorate. One can try to use this effect to replace nanodispersed aluminum with a powder with micron-sized particles during high-voltage initiation of detonation of powerful secondary explosives, if a certain amount of ammonium perchlorate is introduced into the mixture.

About the authors

Alexey G. Rebeko

N. N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: alex@akmeon.com

research scientist

Russian Federation, 4 Kosygin Str., Moscow 119991

Boris S. Ermolaev

N. N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics of the Russian Academy of Sciences

Email: boris.ermolaev44@mail.ru

Doctor of Science in physics and mathematics

Russian Federation, 4 Kosygin Str., Moscow 119991

References

  1. Romanov, D. I., and V. V. Sten’gach. 1972. Sensitivity of petn to an electric spark. J. Appl. Mech. Tech. Ph. 13(6):891–893.
  2. Andreev, V. V., and L. A. Luk’yanchikov. 1974. Low-speed detonation machanism in a petn powder with spark ignition. Combust. Explo. Shock Waves 10(6):818–823.
  3. Andreev, V. V., A. P. Ershov, and L. A. Luk’yanchikov. 1984. Two-phase low-speed detonation in a porous explosive. Combust. Explo. Shock Waves 20(3):330–333.
  4. Luk’yanchikov, L. A. 2000. Initiation systems using secondary explosives. J. Appl. Mech. Tech. Ph. 41(5):806–817.
  5. Danilenko, V. V. 2010. Vzryv — fizika, tekhnika, tekhnologiya [Explosion — physics, engineering, technology]. Moscow: Energoatomizdat. 40 p.
  6. Bragin, V. A., S. A. Dushenok, V. G. Kulikov, G. G. Savenkov, and G. V. Semashkin. 2012. Influence of metal nanopowders on the sensitivity of explosives to a high-voltage electric discharge. A fractal-percolation approach. Russ. J. Phys. Chem. B 6(3):390–396.
  7. Rashkovskii, S. A., and G. G. Savenkov. 2013. Initiation of detonation by a high-voltage discharge in powdered explosives with nanosize inert admixtures. Tech. Phys. 58(4):511–522.
  8. Tarasenko, A. A. 2007. Kompleksnaya zashchita bronetankovoy tekhniki [Complex protection of armored vehicles]. Tekhnika i vooruzhenie [Technics and Weapons] 2:10.
  9. Wilson, D., Z. Tan, and P. L. Varghese. 1996. Numerical simulation of the blast-wave accelerator. AIAA J. 34(7):1341.
  10. Ermolaev, B. S., A. A. Belyaev, A. V. Roman’kov, V. E. Khrapovskii, A. A. Sulimov, and A. G. Rebeko. 2019. Behavior of low-velocity detonation in stoichiometric mixture of ammonium perchlorate and polyamethyl methacrylate. Russ. J. Phys. Chem. B 13(4):646–656.
  11. Ermolaev, B. S., B. A. Khasainov, A.-N. Prel, P. Vidal, and A. A. Sulimov. 2005. Nizkoskorostnaya detonatsiya v nitrate ammoniya i smesyakh na ego osnove [Low-speed detonation in ammonium nitrate and mixtures based on it]. 13th All-Russian Symposium on Combustion and Explosion. Chernogolovka. Report No. 155 (electronic version).
  12. Khrapovskii, V. E., B. S. Ermolaev, A. A. Sulimov, A. A. Belyaev, and V. A. Foteenkov. 2007. Convective burning of pressed aluminum–ammonium perchlorate charges. Russ. J. Phys. Chem. B 1(1):27–38.
  13. Khudaverdiyev, V. G., A. A. Sulimov, and V. E. Khrapovskii. 2014. O perekhode goreniya v detonatsiyu v melkodispersnykh smesyakh perkhlorata ammoniya s alyuminiem [Deflagration-to-detonation transition in fine mixtures of aluminum with ammonium perchlorate] Goren. Vzryv (Mosk.) — Combustion and Explosion 7:395–399.
  14. Kryzhanovsky, V. K., V. V. Burlov, A. D. Panimatchenko, and Yu. V. Kryzhanovskaya. 2003. Tekhnicheskie svoystva polimernykh materialov [Technical properties of polymeric materials]. St. Petersburg: Publishing House “Profession.” 34 p.
  15. Rebeko, A. G. 2015. Sposob izgotovleniya zaryada RDTT iz smesevogo raketnogo topliva [A method of manufacturing a solid propellant rocket charge from a composite rocket fuel]. Patent RF No. 2626353.
  16. Nelson, L. S., M. J. Eatough, and K. P. Guay. 1989. Why does molten aluminum explode at underwater or wet surfaces? Light Met. 3:1057.
  17. Nelson, L. S., S. R. Hogelandb, and T. C. Roth. 1999. Aluminum-enhanced underwater electrical discharges for steam explosion triggering. Albuquerque, NM: Sandia National Labs. Report No. SAND99-0796. 45 p.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».