Determination of the Firing Pin Critical Velocity and the Critical Power in the Percussive Initiation of Primer Caps

• Autorzy: Faryński A. , Długołęcki A. , Dębiński J. , Słonkiewicz Ł.

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0009.5019

Warianty tytułu

PL

Wyznaczanie krytycznej prędkości iglicy i mocy krytycznej przy uderzeniowym pobudzaniu spłonki

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This work involved testing of the probability of initiating a KWM-3 type of primer cap as a function of the firing pin velocity upon impact. The tested firing pin was accelerated to the required velocity by a falling mass. The measurements under this work were made with a measurement system and methodologies developed at Air Force Institute of Technology (AFIT) in Warsaw (Poland). The percussive pulse velocity and power was altered by modifying the percussive mass to keep the initiating pulse energy constant at two levels: E_we = 272 mJ and 343 mJ. The firing pin velocity values estimated by experimental data to bring a 50% probability of percussive primer cap initiation were within the interval v_i50% = 0.34÷0.51 m/s. It was found that the mean primer cap ignition delay rose from approx. 0.7 ms at a percussion velocity of 1.5 m/s to 6 ms at 0.17 m/s. The experimental data suggest the values of E_we × v_i50% = 0.136. A simplified model was proposed for the deformation of the primer cap base and compressed pyrotechnical mixture shape. The model served to determine the approximate time trend for the penetration of the primer cap by the firing pin, including velocity, power and emitted energy, by assuming a complete energy transfer from the percussive mass to the primer cap. The mean initiating pulse power calculated from the model at the v_i50% interval was P_avg = 120÷180 W, whereas the maximum initiating pulse power was P_max = 170÷250 W. The calculated time values for firing pin penetration were very close to the aforementioned primer cap ignition delays at the respective velocity and percussive mass values. This indirectly indicates nearly complete energy transmission from the percussive masses to the primer caps. A location was identified within the compressed pyrotechnical mixture shape volume which could form the hot spot for initiation of the explosive reaction. Based on the calculation results using the simplified model, and assuming that the energy and diffusive heat flux output to and from the explosive reaction initiation hot spot were equivalent, the expression of E_we × v_i50% derived from the result was approx. 0.18. This means that the two critical parameters of primer cap initiation: (i) velocity, which can be identified with v_i50% (and the respective power) and (ii) E_we50%, i.e. the energy threshold below which the probability of primer cap initiation is less than 0.5, are interrelated. Aside from the initiation mechanism proposed and applied to calculate the firing pin critical velocity, this work discusses several other initiation mechanisms, all of which were ruled out during the testing process.

PL

W pracy przeprowadzono badania prawdopodobieństwa pobudzenia spłonki typu KWM-3 w funkcji prędkości uderzającej iglicy. Prędkość nadawała iglicy spadająca masa. Pomiary prowadzono za pomocą układu i metod opracowanych w ITWL. Prędkość i moc impulsu uderzeniowego zmieniano poprzez zmianę masy uderzeniowej tak, aby zachować stałość energii impulsu inicjującego na dwóch poziomach: E_we = 272 mJ i 343 mJ. Oszacowane na podstawie danych doświadczalnych prędkości iglicy, dla których występuje 50% prawdopodobieństwo pobudzenia mieszczą się w przedziale v_i50% = 0,34÷0,51 m/s. Stwierdzono, że średnia zwłoka czasowa zadziałania spłonki rosła od ok. 0,7 ms przy prędkości uderzenia wynoszącej 1,5 m/s do 6 ms przy 0,17 m/s. Dane doświadczalne sugerują E_we × v_i50% ≈ 0,136. Zaproponowano uproszczony model deformacji dna spłonki i sprasowanej kształtki mieszaniny pirotechnicznej, za pomocą którego przy założeniu całkowitego przekazania energii spłonce przez masę uderzeniową wyznaczono w sposób przybliżony przebiegi w czasie zagłębiania iglicy w spłonkę i jego prędkości, mocy i wydzielanej energii. Obliczona na podstawie modelu średnia moc w czasie impulsu inicjującego dla podanych v_i50% wynosi odpowiednio P_avg = 120÷180 W, natomiast moc maksymalna P_max = 170÷250 W. Otrzymane w wyniku obliczeń czasy zagłębiania iglicy są bardzo bliskie wyżej wymienionym czasom zadziałania spłonek dla odpowiednich prędkości i mas uderzeniowych, co pośrednio świadczy o niemal całkowitym przekazaniu przez te masy energii spłonkom. Wskazano miejsce w kształtce mieszaniny pirotechnicznej, które może być ogniskiem inicjowania reakcji wybuchu. Na podstawie wyników obliczeń opartych o ten model, przyjmując równość mocy doprowadzania energii i dyfuzyjnego odprowadzenia strumienia ciepła do i z ogniska w temperaturze inicjacji, wyprowadzono wyrażenie na E_we × v_i50% , które dało wartość ok. 0,18. Świadczy to o tym, że dwa parametry krytyczne pobudzenia spłonki – prędkość, którą można utożsamić z v_i50% (i odpowiednia moc) oraz E_we50% – energia, poniżej której prawdopodobieństwo pobudzenia spłonki spada poniżej 0,5, są związane ze sobą. Oprócz mechanizmu pobudzenia zaproponowanego i użytego do obliczenia prędkości krytycznej dyskutowano inne mechanizmy, które wykluczono.

Słowa kluczowe

EN

mechanics; percussive primer cap initiation; critical power; time delay; ignition probability

PL

uderzeniowa inicjacja spłonki; moc krytyczna; zwłoka czasowa; prawdopodobieństwo zapłonu

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 7, Nr 4 (26)
• Strony: 33--66
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., il., tab., wykr.

Twórcy

autor

Faryński A.

• Air Force Institute of Technology 6 Księcia Bolesława Street, 01-494 Warsaw, Poland

autor

Długołęcki A.

• Air Force Institute of Technology 6 Księcia Bolesława Street, 01-494 Warsaw, Poland

autor

Dębiński J.

• Air Force Institute of Technology 6 Księcia Bolesława Street, 01-494 Warsaw, Poland

autor

Słonkiewicz Ł.

• Air Force Institute of Technology 6 Księcia Bolesława Street, 01-494 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Dębiński Jarosław, Andrzej Długołęcki, Andrzej Faryński, Edward Olejniczak, Andrzej Żyluk. 2013. „Pomiary parametrów spłonek uderzeniowych”. Problemy mechatroniki. Uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa – Problems of Mechatronics. Armament, Aviation, Safety Technology 4 (2) : 43-52.
• [2] Bielajew Mikołaj Michajłowicz, 1956. Wytrzymałość materiałów, Warszawa: Wydawnictwo MON.
• [3] Dębiński Jarosław, Andrzej Długołęcki, Andrzej Faryński. 2013. „Model numeryczny uderzeniowego pobudzenia spłonki w urządzeniu testowym ITWL”. Problemy mechatroniki. Uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa – Problems of Mechatronics. Armament, Aviation, Safety Technology 4 (4) : 41-52.
• [4] SWW 1333 marketing brochure published by “MESKO”.
• [5] Janus Elżbieta (ed.). 1981. Poradnik warsztatowca-mechanika. Warszawa: WNT.
• [6] Mizerski Witold, (ed.). 2002. Tablice fizyczno-astronomiczne. Warszawa: Adamantan.
• [7] Knoepfel Heinz, 1972. Sverkhsilnye impulsnye magnitnye polya (Russian language). Moskva: Mir. (see also Pulsed High Magnetic Fields, North Holland, Amsterdam-London 1970).
• [8] Faryński Andrzej, Roman Kamiński, Zbigniew Ziółkowski, 2004. Elektryzacja drobin piasku w procesie ich mechanicznego kruszenia. EL-TEX 2004 – VI Międzynarodowe sympozjum „Pola elektrostatyczne i elektromagnetyczne – nowe materiały i technologie”. Łódź. 25–26 November 2004.
• [9] Winterberg Friedwardt, 1974. Poluchenye plotnoi termojadernoi plazmy pri pomoshchi intensivnykh relativistskikh elektronnykh puchkov. W Fizika vysokikh plotnostei energii (Russian language). ed. P. Caldirola & H. Knoepfel. Moskva: Ed. Mir.

Uwagi

EN

This work has been compiled from a paper presented during the 10th International Armament Conference on “Scientific Aspects o f Armament and Safety Technology”, Ryn, Poland, September 15–18, 2014.