Lasersytytysmateriaalien kokeellinen tutkimus, syttymisen ja välittymisen mallintaminen, sekä lasersytyttimen suunnittelu
Turpeinen, Teijo (2018)
2018
Konetekniikka
Teknisten tieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2018-11-07
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201810172420
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201810172420
Tiivistelmä
Tässä työssä tutkittiin alumiini/Teflon ja magnesium/Teflon seoksien lasersytytysominaisuuksia ja soveltuvuutta diodilasersytyttimen sytytysketjun primäärisytytysmateriaaliksi. Tutkimuksessa selvitettiin alumiini/Teflon tai magnesium/Teflon seoksille paras seosuhde, jolla seos saataisiin syttymään mahdollisimman pienellä laserpulssin teholla. Näistä valittiin tulosten perusteella parhaiten lasersytytykseen sopiva vaihtoehto. Lisäksi tutkittiin hiilimustan lisäyksen sekä eri tiheyksien vaikutusta seoksien syttymiseen. Tutkimuksessa selvitettiin lisäksi valitun parhaan seoksen deflagraation välittyminen RDX-räjähdysaineeseen ja reaktiorintaman siirtyminen detonaatioksi.
Paras seossuhde löytyi kun seos muodostettiin 73 massaprosentista magnesiumia ja 27 massaprosentista Teflonia, johon lisättiin 0.5 massaprosenttia hiilimustaa (aktiivihiiltä) lisäämään laserpulssin absorptiota. Paras tiheys taas on seoksen normaalitiheys jauheena (0.602 g/cm3), pelletiksi puristaminen heikentää syttymistä. Välittyminen RDX-räjähteeseen varmistettiin kokeellisesti. Parhaalla seossuhteella saatiin RDX-räjähdysaine syttymään, kun laserpulssin energia on 32.05 millijoulea ja teho 0.32 wattia, joka vaatii noin 30 watin hetkellisen huippusähkötehon teholähteeltä ja 3 joulea pulssienergiaa laitteelta. Täten on löydetty lasersytytykseen sopiva massa, jolla saadaan RDX-pelletti syttymään normaalissa ilmakehän paineessa pienellä laserin teholla.
Tutkimusten perusteella rakennettiin malli Excel-ohjelmaa käyttäen deflagraation välittymisestä sytytysmassasta RDX:ään. Mallilla voi arvioida adiabaattista liekin lämpötilaa ja reaktio-energian vapautumista, sekä arvioida laserlaitteen tarvittavia tehoja ja energiaa. Mallilla voi arvioida sytytysmateriaalin minimimassaa, jolla välittyminen RDX-pellettiin onnistuu. Deflagraation siirtyminen RDX:ssä detonaatioksi todettiin kokeellisesti.
Työssä suunniteltiin myös sopiva sytyttimen kuorirakenne lasersytytykseen, jossa käytetään parhaalla seossuhteella tehtyä magnesium/Teflon/hiilimusta-seosta. Kuorirakenne myös testattiin käytännön testeissä ja todettiin tehtävään sopivaksi. Kuorirakenteelle suunniteltiin kuituliitäntä ja suoritettiin lujuuslaskelmat Autodesk Inventoria käyttäen.
Työn kokonaistavoite saavutettiin ja on siis kehitetty turvallinen, normaalissa ilmakehän paineessa toimiva, epäherkällä ja lyijyttömällä aloitussytytysmassalla toimiva lasersytytin.
Paras seossuhde löytyi kun seos muodostettiin 73 massaprosentista magnesiumia ja 27 massaprosentista Teflonia, johon lisättiin 0.5 massaprosenttia hiilimustaa (aktiivihiiltä) lisäämään laserpulssin absorptiota. Paras tiheys taas on seoksen normaalitiheys jauheena (0.602 g/cm3), pelletiksi puristaminen heikentää syttymistä. Välittyminen RDX-räjähteeseen varmistettiin kokeellisesti. Parhaalla seossuhteella saatiin RDX-räjähdysaine syttymään, kun laserpulssin energia on 32.05 millijoulea ja teho 0.32 wattia, joka vaatii noin 30 watin hetkellisen huippusähkötehon teholähteeltä ja 3 joulea pulssienergiaa laitteelta. Täten on löydetty lasersytytykseen sopiva massa, jolla saadaan RDX-pelletti syttymään normaalissa ilmakehän paineessa pienellä laserin teholla.
Tutkimusten perusteella rakennettiin malli Excel-ohjelmaa käyttäen deflagraation välittymisestä sytytysmassasta RDX:ään. Mallilla voi arvioida adiabaattista liekin lämpötilaa ja reaktio-energian vapautumista, sekä arvioida laserlaitteen tarvittavia tehoja ja energiaa. Mallilla voi arvioida sytytysmateriaalin minimimassaa, jolla välittyminen RDX-pellettiin onnistuu. Deflagraation siirtyminen RDX:ssä detonaatioksi todettiin kokeellisesti.
Työssä suunniteltiin myös sopiva sytyttimen kuorirakenne lasersytytykseen, jossa käytetään parhaalla seossuhteella tehtyä magnesium/Teflon/hiilimusta-seosta. Kuorirakenne myös testattiin käytännön testeissä ja todettiin tehtävään sopivaksi. Kuorirakenteelle suunniteltiin kuituliitäntä ja suoritettiin lujuuslaskelmat Autodesk Inventoria käyttäen.
Työn kokonaistavoite saavutettiin ja on siis kehitetty turvallinen, normaalissa ilmakehän paineessa toimiva, epäherkällä ja lyijyttömällä aloitussytytysmassalla toimiva lasersytytin.