水中爆発 による爆薬エネルギーの精密測定

水中爆発 による爆薬エネルギーの精密測定

田中寛巳書 ,古田正典+ ,米田国昭' + ,水島容二秘' ++

水中船脚 こよって生ずる衝撃波 とバ7' I L ･ パルスによる糠薬のエネルギーの鰍 ま

の理由 により求められるが今 までは水冊の形状による効果や水中爆発によ り衝撃波エネルギーの消波 の織緋が不明であったため美点位の発破等の英醇の場合‑の応用 には不充分である｡ここT･ は 水中発破によるエネJ L ' ギー,特に術牢エネルギーの軸定法の改良 と大轟丑の妙合のバブI L ･ Jl ' ル スによるガスエネルギーの評価を供みた｡典故は

y

. アイ レマイ トスラ t )

‑, コー*マイ ト? . 号について行った｡その結果ボンベ熱丑肝や計辞 による樟発熱が水中爆発 によって も抑定できた｡また池の形状による補正 も可能 とな･ ?た｡

1 ̲ 挿 管

従来からビAツヘル輸血計や野道振子,弊並日向に よ り爆薬 のエネルギーが河定されている｡しか しこれ らによ り潤定されたエネルギー と発鼓等兎用の際に放 出 され るエネI L ･ ギー配か こついては必ず しも明 らかで はない｡周田へ放出 される爆薬のエネルギーを大別す ると 敢 1 00マイクt )秒 で放出され る衝撃エネルギーと ガスの膨弧 による仕

エネルギーと衝撃加熱や熱伝導 による戎官エネルギ‑と過装苑の時にみられる爆轟ガ

スの突出等による81 失エネルギ‑に分けられる｡

水中爆発によって爆薬のエネルギーを耐定 しようと いう拭みは簸多 くなされていたが抑 圧栂によるエン トt ,ビ｢相加に起因する熱エネルギー等の評価が不充 分であった｡また熔非のエネI L ･ ギーを取 られた大 きさ の水肝で判定する敬合 どうして も81 失エネルギ丁が大 きくなって輔宙な抑定が･ できない｡スラl J一爆非のよ うに轟且を多 くしないと軸 的な糠轟 をおこ し1 こくい ものへの適用は困軽である｡帝 に水中爆発によって生 ずる地盤振動 は周田‑多大の迷惑 を与 えるので大茶色 の夷敦 を行 える幼所は国内では非常に少ない｡それで も水中爆発によるエネI L ･ ギーP] 定は従来のボ ンベ熱血 計等 による方法 と

り衝撃波のもつ動的エネルギーと

+化学我滞研究所

〒3 砺 茨城恥免波亦谷田廊町東 1‑ 1

0298‑ 5

+ + 東京大学工学部反応化学科

〒

文京区本

内線

■ ' 書 現来港大学梅洋学郎

〒

0q

ガス伽 による静的エネルギーを同時に評価 できると い う利点がある｡そこで従来 日本では少丑 (‑1 0 0g)

‑ C行われていたエネルギ‑油定 を大 燕 庇で･ も可位 にす るための検討 を行 った｡典故は中国化萌群馬県吉井工 場において

年

月 27日か ら29日の

日間行なわ れた｡

2.

現槍 と解析方法

非圧相性流体の運動方亀式 よ り無限水中においでは 爆発生成 ガス球の放大槻 半径は

I によれば

川

で与えられ る｡

ここで

はベータ閑掛 こよ･ ･ )で決 まり

8‑8(i,i)

=2.

2 405 である｡

Po,pw

,Tbはそれぞれ静水圧.水の癖虎,バブル JSル スの周期である｡ガス球のもつ臓 のエネJ t ' ギー E bは無 限水中では

E･‑

右

‑hP告T.3pが

^{1 2 )}

である ｡k は定款である.

爆薬の爆掛 こ伴 って放出 され る水中衝撃波のエネル ギー

,は音 響 近似 を用いると

Kagy 呑 Kayak L

.1 9 81

E･‑4RR2r^{opupdL‑# 1..p2d‑ 3･}

で求められる ｡C pは水の音速

は爆疎からの銀牌 PはRにおける圧力, Oは衝草薮の特攻時網 を示す｡

しかし爽取の場合では 無限水中という条件 を沸足 するgf は四位である｡そのため葉虫が多いほどJ 8位質 点当 りのガスエネルギー

BI ま水面からの希帝政や浮 力効果によるガスの浮上のために低 くなる｡また

紘 多少距離による減衰があるため小薬丑では低めになる｡

このような効県によるエネルギーの損失 を補正する手 段 として

l tらDは次のような方法 を投薬 した｡

バブI レパルスの時間開帳は理想的 には轍 の立方根 に比例するが実際には英掛 こ用いた水槽 の効果がある｡

このため,用いられる水掛 こ対 し,静水圧

oを一定 にとった場合のバブI L ･ J l ' I レス噂 が毒見に対 して

T^{b'=QW113+bp1213}

=klEL′3+h2El/3 ^14I

で衷わされるとする｡ここで

a ,hl ,hI は使用 し た水槽 と水砕噂の爽験条件に国有の定故である｡

失政においてはその時の気象条件等により静水圧 を 一定にとることは由梓なため

^才は

^{式 より蜘定時の}

静水圧 P o Tとその時潤定された T . Iを補正 し求められ るものとする｡

T

^{言 =}

^;

h

IはEb

V3

の場合の

bとEe

の の比でこれは無限水中の場合 相当するか ら( 2 ) 式より

である

に比例するので仙 式より

h2=A守b/02 (7I

となる

式 と

式より.

oなので

の粂 件を用いて

E

b =盲

i

C‑b/02

が得 られる｡

次に成句エネルギー E ,について考えてみる｡一般 に衝撃庄椿はエントt lL = ' ‑増加 を伴 うためエネルギー 吸収の方が帝王ンい,ビー膨萩によるエネルギー放出 より大 きいため,爆源近 くの水は衝撃圧力がP f ) 放 され て再び大気圧になって も温度は初温より高 くなったま まになっている｡この温度は顔留温度 と呼ばれるが術 筆圧が高い軽高 くなる｡この効果は

a ) 式に含 まれてお らず,また爆源 とビエ ･ /ゲージの岡にある政令エネル ギー伍は池全件の水温の変化の溺定を行わなければ符

られないので不可能であろう｡しか し

, は

にはば 比例 しその比例系Fl ま樺轟圧

Jに関す る丑 と推定 される

l

は

E,‑ (p‑I)E,

t 9) とした｡そ うすると放出された金工ネI L , ギ

L は

EI.I‑Eb+E.+E,

=Eb+FEE, 脚

となる

^{. Il} まボンベ熟丑計で測 られるいわゆる爆発

精 しいので

,

JがL わか った 爆薬より L Jを

Jの関数 として衷わす碑ができる｡

Bjamho

l Lの集散伍から政小自乗法によ り近似式

ll 33 2 8

+1.2594xlOーIPcJ3

^脚

を求めた｡但 し P

Jはどの爆薬 も

o D2 / 4

とした｡pol ま爆薬の密度で D は爆速である.

以上の鹿島は球面爆善政 を仮定 しているが実際には 爆薬丘が小 さいので完全な球面波はできない｡そこで

の軽重に基いて爆薬の形状系

/を導入

して

EL

. I(

4 2

とする.我 々の集魚条件では

/は1

3.

実 験

使用 した爆薬

m ( 粉状).

(鋳造) ,テト l JI L ･( 圧墳) ,コーズマイ ト

号 ( 砂状) ,アイレマイ ト スラl )‑である ｡TNT とテ トl Jルのべレ･ Jトの直径 は薬長 と同色度にとった

とテ トリルはシー ト 爆薬を伝称美 として適丑使用 し他の爆薬は雷管一本で 起爆 した｡

測定は

1に示すようにして行 った｡爆薬と圧力 計は池の中心 より各々反対方向に 1m 離 して設置した 水深は

にとった｡圧力8 t ･ は

de r社 の

7l レスケールの圧力

s i . 感度

のビエ･ /トロンでカプラー

を通 して7･ Jィジタルメモ t )‑ (岩崎通借換杜) とオシ ロスコープの各々に入力 した｡ピエゾは

に示す ようにして防水 した

トl )ガ一入カは起爆 した時の雷管にまきつけたェナ メI t ･ 線の塩掛 こよる

回路の放屯パルスを用いた｡

7 ‑ ‑ィジタルメモ l )‑

の ものでサン 7'l Jング間隔は

L l S C Cである｡ ビエ･ /ト｡ンか らの 圧力波倍号はディジタルメモ リーで

または

V の屯田で放任化される｡7･ 1 ‑‑タはインターフェイス

牡) により親テープに′ . ' ンチ して紀録 した｡同 時にバブルバJ レスの時開閉解 もオシロスコープにより 潤定 した｡オシt ,スコ17' の線引速度は

で改正 した｡

I2

40‑ エ藁 火薬協会誌

Fig.

1 D

5.Papertapepuncher

‑･･岩ヨ基 一 ム ーo lt . I . J .L I J .

‑

Tめ (o1 Sutnm肝yOF比perinentd condidonsandresults. DAtAillPrenthesisAreprcSStJmed vduedueb unknowndensityolexp)osives. Alldata aLremeauSUred atthedepth oE2m. Intheinitiatorsyst甘n,lc'me&nstheNo.6detonAtorAndlc+5g'mcw the No.6deton8tOrplus5gboosterchzLrge. Chqgeweightdocsnotincludetheweight oLdctondorAndbooster.S‑1aJldS‑2slurryAreWater‑gdscontainedHydrAZincNitrde.

No.Explosive WeChaightrge DeCh打gensity ⅠSysnitiatetOr Dem Vetonlocatiiton Bubbly Pulse Pre PccAkSS T

e m

c ns

e s

nS e c

A h ) ( ℃)

( d d ( ℃ )

22.2 19.7 21.0 1.001 752.8 19.0 2 Sheet 3010

(

2 4595.0 16 96 19.6 .0C0o4l 750.2 118.8.22

3

4 叩 l

5^{PETN 10}

(

45.6 21.0 1.001 752.8 19.0

6 10 C 9

1.2 52.8 19.6 1.∝川 750.2 18.2 7 (pOwdeT) 30 C 94.3 19.6 1.001

7

5

仙 150.5 17.0 ll 130 C 150.4 152

.7 20.2 1.001 752.8 19.0 12 22

0

)3

2 2 0

20.2 1.001 753.9 10.5 14 350 ￠ 208,8 199.3

19.6 I.004 747.8 18.2 15 Tetryl 10 1.60

C

4 47.6 20.2 1.001 753.9 20.5 16 9.8 1.59 C+2g

7.18 55.7 51.8 19.6 1.^{001 750.5 17.0}

17 (prcsScd) 30.1 1.61 C+3g 7.19 77.9 63.1 20.2 1.001 753 .9 20.5 18 30.3 1.61 C+3g 7.19

7

04 750.5 17.0 19 70 1.6^{0 C+5g 7.18 103.9 75.6 20}

.2 1.001 753.9 20.5

20 130 1.60 C+5g 7.18 128.9

139.8 20.2 I.^{001 753.9 20.5}

21 220.3 1.58 C+log

7.18 154.4 168.2 20.2 1.^{001 753.9 20.5}

22 340.6 1

.58 C+log 7.18 181.3 196.1 19.6 1.^{の4 747.8 18.2}

24 TNT 10.5 1.54 C+3g 6,75 47.7 40.4 19.6 1.004750.5 17.0

2

45.6 20.2 1.001 153.5 18.5

2 6 ( c as t )

54

6.75 63.0 43.5 20.2 1.00ー1 753.9 20.5 27 69.7 1.56 C+3.3g 6.81 90.1 43.5 20.2 1.001 753.5 18.5 28

29 16295..91 11..5658 ^C+6C+3^gg ⁶⁸6.8¹7 ^{849 4}84.2 456 196 1仙 7505 170 6.6 20.2 I^.仰1

⁷

30 124.9 1.54 亡+llg 6.75 103.6 49.2 20.2 I^{.仰1 753,9}

20.5

3 2

1 0g

113.9 20.2 1.001 7弘 9 20.5 33 Iーemite 30 (1.08)C (3

.8) 67.1 54.9 19.6 1.仙 747.8 20.5

3

19.6 1.仙 750.2 18.2

3

1.∝h 750.2 18.2

36 104 C 100.8

68.3 19.6 1.004 750.6 17.0 37 200 ^{C 143.9 142.3}

大気圧は水銀気圧計 により温度 と盃力効果に対する 補正 をして測定 した｡抑値 は午前 と午後各一回待った

が気圧変動は

軽度であった｡

水の癒度 仲 はポーメの比盤計によった｡

ガスエネルギー

の約定 柿度はt

式 よ り

豊 ‑2･5豊 ･3響

+

i i ♪Ⅳ

となる｡したがって静水圧.水の密度 は

の誤差 であるが時間溺定帝度は統み取 り辞差のため

軽 度 と考えられ

抹±2% 軽度の誤差があると予耕 さ れる｡

衝撃波エネI t ' ギー

bの測定 に寄与する鼠垂にはデ ィジタルメモ t J‑のサンプ I Jング間隔が長いことによ るピ ー ク圧力の過少評価 とサンビリングデータの

款の不足による誤差がある

式において

. , i .I

e

‑e lとす ると

4

E! ^. =

となる ｡

" は

気圧 軽度 と考 えられ るのでピ ー ク圧 が低い所 ほど誤藍が大 きい

の薬血で2 0%.

350g

で

程度 と考 えられ る｡E.は換井B E挺(Wi n

の0. 05から

乗に比例 して減少す るの で小薬 丘での夙蓮は大 きい｡共助条件 とバ1/ レパJ レス. ビー

ク圧力の測定値 を

lに示す｡

4.

央験結果の解析

各爆薬についてのガスエネルギ ‑E

とガスエネI t ' ギ

6,につ いての測定籍集 には雷管 と伝職 に使用 したシー ト糠

とテ トl )ル) のエネルギーが

t l V J pq

Fig

.3 Pqim

cas

h

u

t2

J m ) .

KagybKaỳlku.Vol.42.No.4.1981

o

〇 ･ 一 ^{. . ,}

･60, lh;･0 1･O

Fig.4 The丘rstbubblepulsepqi

odvschJt･

geweightmeas

ureda 2m depth OE wat

er(PETN)

含 まれているので予め部定 した雷管 と伝爆薬

のエネル ギーを各部定結果 から差 し引いた｡ ( 4 ) 式の補正

系 散

は一連の

につ い ての 結果か ら求め られた

Fig.3

に示すように/ {プル′ モ ル スの時間間

bは薬且が増大す引 こつれて直孜性

か ら外れて くる.

nと

3をナ t ,

･ Jトす る と

に示すようにな りこれよ り

式の定

款q b

は

ecルgL/J)

b=‑2.220xl

O 2土0.404×102(see/kgyB)

が得

られる｡これか ら

式によ り他の爆薬のガスエネ ルギー

E^b

が求 められる｡係争bl ま水深 が洗い程大 き

い ^{衝撃エネルギー} ｡ ^{E .はデ ィジタI L ･ メモ リ‑か ら紙}

テ ープ をミニコンピュー

ターにかけて求めた｡水中衝撃 波のデー タは

T l ‑ィ デ'タル Jモ I J‑が

あた り

bi

l

で敢伍化されているが実際に使用するのは

ぐらいであ り各圧力は 1から

の亜

欺伍 として紀録

され

Tablo2 SummaryoEeBGmAtCdenergies.Tb'iscorrectedbubblepulseperiodbyeq.(6日0760 mmHgAtJnOBPhericpressure,Valt)eofEbAndE.docsnotincltJdctheenergyoLde

b‑

nAtOrZLndboosterdlargC.

Explosive

〟

(

BJ/g) (%) DctonAtOr 22.2

271.5 233,3

‑

92.0 211.8 690.5 42.3 expI○Sive

72.7 341.4 174.3 676 50.5 PETN 1.

66 8

.5 1246 57.5 (powder) 93.

0 730.3 119.9 681.0 2

13.0 1109 61.4 149.0 723

.9 356̲2 1410 51.3 175.

6 715.7 321.6 1340 53.4 26.8 73

9.2 333.8 1387 53.3 Tctryl 2.

091

2 (pressed) 74.7 371.7

176.7 793 46.9 100.9 40

2.0 162一7 794 50.6 1払 4

4344

2 5

l ら

44.7 TNT 39.2 256.4 196

.8 418.9 61.2 57.3 166.2

61.25 308.8 53.8

恥

356.8 55.2 98.3 208.0

93.I 421.6 49.3 136.9 361.2 114.4 631.1 57.2 bemite I.460 65.3 346.9 1

39.8 483 51.2 84.8 320.3 99.9 499 64. 29772B O.1256.4100.0

456 61∝l..24 99.3

96.8 426 142.1404.0219.

0 774.4 52.2

165.2 431.4 183̲2 747.8 57.7 Lor1detonA

ter5

7 91 3 4 1 1

1 Iou AccuracyOE

E.duetolow

pressure 15

17 19

劫21 2

low accrACyOfE,due tolow pressure

and incomp

letedetonation

別

認

知3 lncompJ

elcdetonAliondue toweakiniddion

33

糾

)I;:low AprccersACysureaOEE.duend

t o

inco

E E L ‑

S‑ISlu汀y 1.57Dl

11

6

0.4 60.5 KohJimite 1.694 117.7 492.8 169.9

一 氾

59.0 161.3 618.6

2

1131.1 54.7

各 々の爽故 で

得 られ た衝撃 エネルギー

とガスエ ネルギー

及 び全エネルギー

. ,を

に示す｡

E

I . ,はく

)

式 よ り求 めた ものであ る｡

PETN

のEbは

g

か ら

まで比較的一定の伍 と なってい る. しか し

は前述 のように 1

0

以下 では 低 い伍 になっている

では ど‑ ク圧 力 P . .

nl と 換昇搾取 の関係 は

に示 され るよ う

に

P ,加 ‑712(WLJ3/

J O

となった｡ここで

. 叫,は

t J n .W は

.R は 7 nであ る｡全 エ ネルギーに 占める

の羽 合 は

前後 とな った

の場 合 の衝撃波形 と研革エ ネルギー

の時

問変化 を

に示す

l hi .cd

.I :. .,

.

Fig.6 P

e a kpr

tion.

Asoムdlineandad

ashedlineOsh仰 rcsults

oEhydr王 odynBmiccaJcuhtion.

)oo 1■

○

I

^し

L

■

l

に示 されるように美浜 とよく合 う.また圧力波形 数 当な ものであると考 えら とよく合った｡この解析 からピエ ゾによる測定は昇 も実

れる

の

の水 中 爆 轟 にお い て放 出 され るエ

ネルギー は(

I 式で教わ されている

I 式 の

左i Z Z の式は水 の圧椿性 を考慮 した ものであるが解

析伍は倖疎から5 0Qnの ところで 66

cat/g

右辺の音稀近似

で

のところで 同 じく

と

/

のところで

cal

/g

^と

とな り,糠疎から離れるにつれて通過 する衝撃エネルギーは急激 に減少する｡また解析 によ ると系全体で放出され るエネルギーは木原一疋田式で は

に示すように

であるが,爆敵役

で の系 の放出エネルギーは水の加熱 に使わ れた倣失エネルギ‑が

/

,有効エネルギー

であ る運動エネルギーは

al/g

で給

ど ( 可 能 な エネルギーのうちの

になる ｡ したがって水

中 爆発では有効エネルギーの割合は

とがわかる ｡ 英敦でも

,

とな

て いる｡空に解析結果より

の衝撃エ ネJL･

tr

̲

〇

り○ ■

o

O

1

lt)

Fi g.6 So払dctlryesshow pr6Sureandsh

ockenqgypro丘Ics obsqved At2m awayiron antJ

nderwatq detoTution oEPETN (

p o =

)&t2m depth oLwater OhotNo,14).A dashedcur

veshowsACalculatedrcsuLt byonedimens