爆発チ ャンバー内における爆風圧計測実験

技 術 報 告 日日日日日H l 日 日 日 日 日 日 l

爆発チ ャンバー内における爆風圧計測実験

松永猛裕暮 ,青地忠括' ,田名網 解け,飯 田光明●

宮本健 一暮 ,三宅浮巳♯,小川郷繁巾

本報告では.物質研内にある爆発チャンバーを用いて,常時.小規模の爆風圧を計軌できるような 体制を整愉することを目的として,基準 となる爆風庄計測実験を行った｡その結果,爆発チャンバー 内で適正な爆風圧計測を行 うための技術指針が得 られた｡また,ベン トライ トおよび雷管の爆風パ ラ メータから,ピーク過圧と換募インパルスに関する基準曲線を得た｡更に,得 られた基準曲線を含水 爆薬に適用 し,その有効性を検討 した｡

1.

は じめに

爆発からの被香を調べる実験として爆風圧計測実験 は有用である｡筆者らは昭和

年からはじまった通産 省主催の火薬類の野外大爆発実験において,様々な爆 発源か ら発生す る爆 風 を計測す る実験 を行 ってき た

｡ こうした実規模に近い実験は,爆発被害の理論 的な予測ができない以上 重要である｡ しか しなが ら,実験場 ･人員の破保.費用等を考えると,実験回 数は限定され.火薬類の種類や実験条件等を変えた詳 細な検討はできない｡特に,煙火原料のように.その 種類が非常に多く,すべてを大量に実験できない場合 や,発生する爆風圧が,密閉度などの条件により変化 す る場合には,少丑での詳細な実験は不可欠 と思わ れ る｡

ここでは,物質研内にある爆発チャンバーを用い て,常時,小規模の撤風圧を計測できるような体制を 整臨することを目的 として.基畔となる爆風庄計測実 験を行った結果を報告する｡

2.

莫 験

実験方法

実験は,工裳技術院物質工学工業技術研究所内にあ る爆発チャンバー( 通称,大ピット)にて行った｡ この 爆発チャンバーは.

1に示すように縦に細長い球

1999

年 11 月

日受理

● 物質工学工兼技術研究所極限反応都

〒305‑8565

茨城県つくば市

FAj(0298‑6卜4783

● ● 横浜国立大学工学部物質工学科

〒240‑8501

横浜市保土ヶ谷区常盤台

FAX045‑3391JIOII

ト

一一斗

Fig.1Theex

DC‑4kV Exp一osion

Ch a

FIerSm lContPutJ,r OV;ndoyrs95)

LbbVieySh

Fi

ing8y8tem

付けることにより.位凧を固定

した｡

圧力センサーは,爆薬からなるべく同 じ雄 ( 約

になるように

方向に設思 した, これは

,爆風圧 力の方向性を調べるためである｡爆薬 と圧力

センサー との距離は,爆薬の大きさのため,正確に

は決められ ない｡ここでは,爆薬の中心と圧力センサー

の受任面 の中心

との距離 を計測 した｡圧力計測は.圧力セン サーを直径

10cm

の整流板中央に取 り付けた上で.側 圧を計測 した｡

Fig.2

に計測 システム図を示す｡まず,圧力セン サー

社製

か らの信号を定砥流確淑

(PCB

杜恥

で屯任倍号に変換 し,長距 戯転 送す るためにバ ッファーアンプ ( ヤ トロ奄子製 YH

‑

を介する｡そ して.変換 された奄圧信号は

,屯滋 ノイズから守 られたシール ドルーム内で

変換器に より,デジタル信号に変換 した後,コンピュ

ータに取 り込んだ｡また,予め.ケーブル長による屯圧減束な どの効果を補正するために,圧力センサーの代わ りに センサーシミュレーター

社製

を用

いて 基準風圧を入力することにより,

屯圧値の校正を行っ た｡時間の基準には,' #管

に油屯 した信号を分岐 して

2

用いた｡

^用い

た爆薬

燦風圧計測により柑ようとする爆発威力は通常 TNT と比較する債.すなわち. TNT 換算値で .

ある｡

しか しなが ら. TNT は 1

以下の少丑では, 完全

に燦 ごうせず,本丸 イ(している爆発威力を示 さな

｡粉 状TN Tのプ レス成型品を用いた予備実験にお いても倍額性の高い爆風圧力は得 られなかった｡そこ で,B; ･

聯 となる爆薬には ,TNT よ り爆発性の高いベ ン トライ ト ( TNT

0

%)を用いた｡ま た.譜骨のみの燦風圧 も計測 した｡ベン トライ ト紙料

丑は

とした｡形状は.なるべく薬径/ 燕長比 が等 しくなるように調整 した｡起

爆は,線爆発タイプ の雷管

t 判.

0

1 )を用い.

以上を適確す ることにより起爆

した｡

ベン トライ トおよび雷管から得 られ

る換葬式の性質 を調べるために,含水爆薬の爆風庄計測も行

2.3

瀬見パラメ‑タの基準値への変換 った｡

爆風パラメータは

hBのスケール則により.

穀 理 した･ V ｡ この場合,実験場の空気の密度,圧九

音 速は,雰P f l 斌温度,大気圧により変化する｡

従って.

突刺された爆風庄データを一定の基準に従って標準化 する

必要がある｡ ここでは,広く用いられている海抜

での大気

.および,

標準温度

( 1 5 ℃) における値‑換辞 した｡換葬式は以下の通 りで ある｡

･換界距離

l/3]

2‑R/IW'/3(pC/P,.)I/･'')

( I )

･ピーク過 托

p

‑ I

･換算インパルス

･S/kgln]

こ●

' /

(

/r b )

ば u M M は ｡ 胡 4

︻tFd

s

︼巴 nS S

Z と5 3 33

1 4

Time S

lms]

(a)PentolitewithaPVC tube

(Sampleweight:10.21g)はuM

M は ｡ 胡 刊 ︻q

︼巴 n S S

巴

d 2 25 3

3 J B l

Timelms]

(b)Pentolitewitho

utve⁸8el (Saznpleweight:

10.90g)

Fi

B u

tech rge8

ここで,用いた記号は

以下の通 りである｡

R:

爆源

か らの距離

W:爆薬丑( 雷管分 も

含めて)

pD:

実験場で

の大気圧

1 ,

海抜

×105pa), P.Z

, u:ピ

ー ク過庄【

′ ◆ :正相インパ

ル ス【

℃ :実験

場での雰囲気温度,

標準温度

K)

3.

結果 と考察

爆発に伴 うノ

イズの除去について 燦風圧を計測する上で,技術的

にもっとも雌 しかっ たのは.ノイズの除去であった｡

金属製の床をは じめ とし,ほ とん どの計測器具類は

金属でできているた め.爆発による振動が伝わ りやす

い｡また.線爆発型 雷管は

とい う高取正で起爆

す るため.それか ら のノイズも考えられ る｡ このため,

実数初期には

比の悪い圧力波形 しか得 られなか

った｡そこで,圧力 センサー取 り付け部をは じめとし

,考えられる限 りの 箇所に,スポンジや硬質発泡材を

施 し,振動を畦減 し た｡また,起爆 ラインは.金属テ

ープによりシール ド した｡ これ により,ノイズのほと

ん どを除去すること ができた｡ しか し,裸薬状の爆発

では ノイズの少ない 爆風波形が得 られ るのに対 し

(a)

に示す よ う に塩 ビ管に入ったベ ン トライ ト

の波形は ノイズが多 く,また, ピー ク付近が乱れた

波形であることが多 かった｡そこで,塩 ビ管な どの容

器のないベン トライ トで実験 した ところ,Fi

に示す ように良好な 波形を得ることができた｡爆風到

達以前の ノイズは塩 ビ管だけの要因とは考えられない

が. ピー ク付近の乱

れは塩 ビ管に詰められたことによるものと想われる｡ これ らの検討により,基準爆薬

として用いるベン ト ライ トは製造が容易な塩 ビ管入 り

ではなく.塩 ビ管に 溶填 した後,その塩 ビ管を外 した

裸薬を用いるのが望 ま しいこ

とがわかった｡

3.2

ベン トラ

イ ト基準曲線の導出

lにベ ン トライ ト裸薬に

ついての結果をまと めた｡ これ らの結果か ら, ピーク

過圧,および,換葬 インパルスを換弄距離の関数 とし

て近似することによ り,基準曲線を得ることができる

｡ よく用い られてい るK n酢 r yの基準曲鰍 ま, ピー ク

過圧.および,換罫 インパルスの対数を換井距贋の対

数の多項式 として衷 しているや ｡また,筆者 らがこれ

まで用いてきた基準 曲線は,実利値を平滑化スプライ

ンフイッ トして得 ら れた ものであるS ' ｡本実験で得 ら

れた実測値を,いく つかの近似式でフイッ トした結凪

2

次式で十分に近 似できることがわかった｡以下にそ

の近似式を示す｡

･

ピー ク圧力について

45log(a) +3.1977 (R‑0.99

66) (4)

･換界

インパルスについて

log((I)ニー0.26893110g(a)I2‑0.612

38log(a) +2.1156 (R‑0.991

6) (5) 2

次式で近似できたことは,ベ

ン トライ ト換許率を 得るために都合がよい｡ ピーク過

圧.あるいは,換罫 インパルスか ら,解析的に換芽距

離を求めることがで きるか らである｡適用範囲は.換芽胞 牡

で

税 度であ り,外挿は しない方がよい

｡筆者 らが,今後.

本爆発チャンバー内で適用を予定

している煙火組成物 や爆発性危険物の最大実験虫は Ik

g短度であ り.この 適用範開内であると考えてい

‑)

る｡

Table1TheblastparametersforpentoliteanddetonatOr(Rp‑50

I )

weight

lγ

【g]

Di8tane

e

R

【m】

Rp‑5011^I.391

S(汲led d

i e

Z

[m/kg

l /

18.34 1 1.574 20.76 1.439 18.99 Rp‑501i 1.433 18.90 1.549 20.44 10.i i 1.366

1.496

10･90 F l･431 6･385 1.JI36 6.407 11･19 1･439 6･365 1.435 6.347 I.435 6.347

読 一ー

■‑■ 1.376 4 .408 1.J185 4

.757 1.434 1 4.5

92 1.422

4.553 1.Jl

34 t 4.503‑ 592

･ 9 8 ･

3 4 4

一164一一744454一LLL一L

L L

l･434 t 3･078

1.422 3.052 Peak

OVerPre88ure

P[kPa︼

4.46叩丁‑‑

‑ト

25,0.546r4･51トo･52559502221.8

5.

97 26.6 22.1 6.24 27.8 20.3 5.53

24.2 15.7 3 21.3

38.5

39.7 38.3

4

1 .8

0 86.3

72.9 t26.9

77.8 …30.7 24 .5 25.4 25.1 J3138..9

5 38.JI 40.2

L I

37.7 63.

2 57.9 65

.8 85.7 27.8 59

.7

83.0 27.6

L LI35 . 3.080 j 80.0 2

7.0 100.94

11.44 5j3.1

0 0

42 4.一

2 0 2 2

2 3 3

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328

316

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S

e l

m

gl J 3 J F i

seⅦ .Scaleddistance 3.3

ベン トライ ト換井か らTNT換井への変換につ

2.2

に記 したように,本実験では直接,比政できる いて よ うな

の実験を行 うことができなかった｡ しか し,爆発威力の基

準 としては

換募金が広 く用 いられ

る｡ したがって,従来の結果 と比故する場合 には,何

らかの基準で

に換芳 しなければな ら ない｡ 爆発威

力は,評価する試験法により異なる｡爆風圧 に関する実測

のデータでは,ベン トライ トの

比

er7'),111%(

ピー ク過凪 米国陸

り, および

107%(

インパルス.米 国陸貯 ' )と

い う値が報告されている｡

爆風庄計

測以外のベン トライ トの

比に関 して は

らがまとめてお

り.弾劾臼砲就敦で1

%, トラウズル鉛筒試験で1

22%,デン ト試験で108

%,および.計募債で

る6 ' ｡

抑8600 40 20 1

【

% ]IUa l!e^nb 山ta

〓

J 圭● 轟 享¹⁰⁰ 子

1000

Samp一eVeidltlg】 (a)Obtainedfrompeak

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100

SampleWeidltlg】 1ODD (b)Obtainedfr

om虻aleditnpul9e Fie.6 PentoliteequivalentofSl

urryexplosivev8.

8am

pleweight

いずれのベ ン トライ ト比 も

よ り大きいが,そ の値には差がある｡ここでは,今後

,行 う爆発チャン バー内での爆風圧実験における爆発

威力を以下のよう に取 り扱 うことにしたい｡すな

わち,爆発チャンバー 内での爆風圧実験に関する限り,爆

発威力は今回のベ ン トライ ト基執 地線に基づいてベン

トライ ト比に換昇 する｡また,従束の

との比較を行 う

場合には.

暫定的に K inne

らが示す1

とい う値でベン トライ ト比から

比に換算 し直す｡もちろん,今後,爆

発チャンバー内で信頼性の高い できれば

の爆風圧を計軌

,TNT

比の昇山方法を再検討す る｡

Fig.4

に今回,得られたデータと

た.Fig.6(b)に,換昇イ ンパルスに関す る同様のプ ロッ トを示す｡図中の点は

,F

3点での最大値 と最′ト値 を示 してい る｡

得 られた含水爆薬のベン トライ ト換算率は, ピー ク 過圧か らの井出では45‑60%である｡ これは,これ ま でに試料虫500kgの野外実験91で得 られた値(60‑85

%)に比べて低 い｡ この差が有意であるか,試料生の 違いによるか.あるいは,実験条件の違いであるかは 今後の検討を要する｡ また,実験 した試料畳の範囲内 で,得 られたベ ン トライ ト換算率は試料畳に依 らず, ほぼ一定の値になった｡ このことは,ベン トライ ト基 準曲線が妥当であ り,かつ,実験 した範囲内で,含水 爆薬が一定の爆発威力であった ことを示 している｡

各実験におけるベ ン トライ ト換算率平均値のば らつ きは,ピーク過圧か ら求めた値 とインパルスからの値 とで差はあま りなかった｡一方,一回の実験で3方向 の圧力波形か ら得 られ るベン トライ ト換芽率のば らつ き,すなわち,図中のエラーバーはピー ク過圧か らの 方が大きかった｡ これは.爆源か ら計測点までの距離

( 約

も,ば らつ きの原 因 と思われ る｡

これよ り,ベン トライ ト換算率は, 3点の井出結果 の平均値 とすること.および, ピーク過圧 とインパル スの両方か ら募出 して検討す ることが望ま しい｡

4.結 富

木研究では,物質研内にある爆発チャンバーを用い て,常晩 小規模の爆風圧を計軸できるよ うな体制を 整備す ることを 目的 として,基準 となる爆風庄計測実 験を行った｡その結果.以下に示す知見が得 られた｡

･爆発チャンバー内での爆風庄計測はノイズが発生 し 易いため,徹底 した ノイズ除去対策が必要である｡

また.ベ ン トライ トは裸薬を用いるのが良い｡

･ベ ン トライ トお よび雷管の爆風パ ラメー タか ら.

ピー ク過圧 と換芽イ ンパル スに関す る基準 曲線 を 得た｡

･本実験で井出する爆発威力はベ ン トライ ト比 とす る こと,また

,TNT

し

い｡

･ベ ン トライ ト換募率は,3方向での爆風計測か ら得 られ る債の井出結果の平均値 とす ること,および, ピーク過圧 とインパルスの両方か ら芽出 して検討す ることが望ま しい｡

文 献

1 )石川昇 ,

)

,

2)全国火薬類保安協会

,r

3)Sach8,P.G.,BR

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dumReport,No.1518(1964)

5)中山良男他,工業火薬,50

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&

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7)BakerW,釈,̀̀Explosion8inAir",U

n

8)m SReport,AD‑A123340,1982

9)通商産業省鼠

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