Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2000 номер 6

Приведены результаты исследования взрывного разложения азидов тяжелых металлов в режиме реального времени. Описаны характеристики обнаруженных преддетонационных явлений – предвзрывных проводимости и люминесценции азидов тяжелых металлов. Полученное значение предвзрывной проводимости азида серебра свидетельствует о цепной природе процесса. Разработана модель развития взрыва азидов тяжелых металлов, включающая размножение активных частиц (дырок) по реакции первого порядка и обрыв цепи по реакции второго порядка.

Дан обзор результатов экспериментальных наблюдений, которые не могли получить удовлетворительного объяснения с позиции теории детонации Гриба—Зельдовича—Неймана—Деринга, а именно: пульсирующая детонация некоторых жидких взрывчатых веществ (ВВ); слабая зависимость времени детонационного превращения гетерогенных зарядов от их структуры размера частиц, состояния — твердого или жидкого и т. д.) при сильной зависимости критического диаметра детонации от структуры; исключительно слабая зависимость скорости детонации жидких ВВ от диаметра заряда при значительной величине критического диаметра их детонации. Показано, что эти исследования привели: 1) к обнаружению характерного для каждого гетерогенного ВВ давления ударной волны ρ^* характерной начальной плотности ρ₀^* таких, что при их меньших значениях ВВ претерпевает превращение по механизму горячих точек (зависит от структуры заряда), а при больших — по гомогенному механизму (не зависит от структуры заряда), 2) к открытию и введению в теорию детонации двух новых теоретических понятий: понятие явления срыва химической реакции во фронте ударной волны волнами разрежения и понятие "ударного скачка", которое отражает специфический характер действия ударных волн на сложные многоатомные молекулы конденсированных ВВ. Показано также, что обнаружение параметров ρ^* и  ρ₀^* и открытие явления срыва и "ударного скачка" позволили экспериментально подтвердить объяснения вышеуказанных наблюдений, несовместимых с теорией детонации Гриба—Зельдовича—Неймана—Деринга; предложить структуру фронта детонационных волн как в гомогенных (устойчивых и пульсирующих), так и в гетерогенных ВВ, главным свойством которых является превращение ВВ (частичное или полное в зависимости от его мощности и начальной плотности) еще в ударном фронте волны, а также предложить принципиально новые представления о природе критического диаметра детонации гомогенных и гетерогенных ВВ.

Путем регистрации свечения ударной волны в хлороформе, помещенном на торце заряда взрывчатого вещества (ВВ), исследованы зоны реакции нормальных и пересжатых детонационных волн в ряде твердых ВВ. Полученные данные позволили сделать некоторые выводы о закономерностях разложения ВВ в детонационной волне. Так, в мощных твердых ВВ определяющую роль в образовании химпика играет гетерогенность заряда. При этом время реакции гетерогенных ВВ коррелирует с давлением Жуге, а не с чувствительностью ВВ. Экспериментальные параметры химпика хорошо согласуются с расчетами по экстраполированной ударной адиабате ВВ. Однако это свидетельствует не о малости доли ВВ, разлагающегося непосредственно на фронте детонации, а об ее плавной зависимости от параметров фронта. В пересжатых детонационных волнах повышение давления пересжатия сопровождается увеличением доли ВВ, разлагающегося непосредственно на фронте, и при достаточно большом повышении давления химпик совершенно исчезает. В ТАТБ и ВВ на основе ТАТБ это происходит при давлении 40 ГПа.

Дан краткий обзор достигнутого уровня исследования проблемы ударно-волнового инициирования взрывчатых веществ. Отмечаются некоторые особенности как самого процесса ударно-волнового инициирования, так и явлений, его сопровождающих, а именно: влияние профиля нагружения, расходимости потока, температуры образца; указывается возможность проявления фронтальной неустойчивости при слабом инициировании.

Титановые сплавы, особенно Ti–6Al–4V, известны тем, что обеспечивают высокую массовую эффективность при воздействии кинетических ударников. Однако эффективность титана прониканию кумулятивных струй исследована еще недостаточно детально.Эксперименты проводились с толстыми цилиндрическими мишенями из сплава Ti–6Al–4V, с которыми соударялись кумулятивные струи, сформированные взрывом из 100-миллиметровых конических танталовых лайнеров с углом при вершине 42°. Эта работа является первым исследованием проникания высокоскоростной высокоплотной струи в титановые сплавы.

Рассматривается процесс движения кавитационного пузыря в вязкой тяжелой жидкости. Анализируются результаты киносъемки процесса. Описана лабораторная установка, позволяющая моделировать это явление.

Теоретически и экспериментально исследованы характеристики динамической защиты, антикумулятивный слой которой состоит из двух металлических пластин со слоем взрывчатого вещества между ними. Получены зависимости глубины проникания струи при прохождении ее через антикумулятивный слой от угла их взаимодействия и толщины слоя взрывчатого вещества.

Решалась задача получения объемных образцов путем взрывного компактирования синтетического алмазного порошка без связующих и каталитических добавок. В экспериментах использовался метод длинноимпульсного взрывного компактирования с применением многослойных зарядов взрывчатого вещества общей массой до 760 кг. Проведено подробное исследование физико-химических свойств полученных компактов. Показано, что длинноимпульсное взрывное компактирование позволяет при относительно низких давлениях нагружения достичь той же твердости образцов, какую получают при более высоких (на порядок) ударных давлениях с длительностью импульса ≈ 1 мкс. В отличие от короткоимпульсного нагружения, длинноимпульсное обеспечивает значительное снижение трещиноватости компактов.

Рассматриваются существенные подходы к определению условий формирования волнообразного профиля поверхности соединения при сварке металлов взрывом. Отмечаются ограничения гидродинамической модели явления, связанные с тем, что индивидульные свойства свариваемых тел не учитываются. Предложен новый критерий волнообразования при сварке взрывом в рамках упругопластической модели. В его основу положено условие реализации таких режимов соударения, при которых обеспечивается равенство динамических пределов текучести свариваемых металлов.

По математической модели двухфазной двухскоростной среды численно исследована детонация криогенной смеси (газообразный водород—капли жидкого кислорода) в плоском канале. Обсуждаются динамика формирования и особенности структуры двумерной зоны реакции детонационной волны. Впервые для криогенной водородокислородной газовзвеси смоделирована ячеистая структура детонации.

Представлены расчетные параметры горения и детонации смесей метан— кислород (воздух)— Н₂О и ацетилен— кислород (воздух)— Н₂О. Оценены значения критической энергии инициирования детонации применительно к гидратам метана и ацетилена.

Рассмотрены электромагнитные воздействия, позволяющие на различных стадиях функционирования кумулятивных зарядов управлять кумулятивным эффектом взрыва. Снижение пробития достигается пропусканием мощного импульса электрического тока по кумулятивной струе, созданием аксиального магнитного поля в кумулятивной облицовке непосредственно перед подрывом заряда, а также созданием поперечного к направлению движения струи магнитного поля в материале проводящей преграды. На повышение пробивной способности кумулятивной струи за счет увеличения ее предельного удлинения ориентированы варианты воздействия на струю продольного низкочастотного и высокочастотного магнитных полей, а также "мягкое" токовое воздействие. Проанализированы результаты экспериментальных и теоретических исследований различных вариантов электромагнитных воздействий и рассмотрены проявляющиеся при их реализации физические эффекты.

Рассмотрена ударно-волновая компрессия магнитного поля волнами, способными захватывать и переносить внутри своего фронта некоторый ток. Показано, что наличие такого тока экранирует поток электромагнитного излучения с фронта ударной волны и снижает эффективность магнитной компрессии. Предложена аналитическая модель, позволяющая найти величину и пространственное распределение генерируемого волной тока как для проводящих материалов, так и для материалов с переходом при ударном сжатии из непроводящего состояние в проводящее. Показано, что величина тока в проводниках определяется в основном сжимаемостью материала, а доля захватываемого тока— структурой ударной волны и зависит в первую очередь от проводимости материала, толщины фронта волны и положения точки фазового перехода внутри фронта волны. В материалах с переходом диэлектрик— проводник весь ток сосредоточен внутри ударного фронта, а величина его определена исключительно структурой ударного фронта. Показано, что генерирование тока ударной волной сопровождается появлением равного ему по величине и противоположного по направлению противотока, растекающегося по примыкающей к ударной волне поверхности проводящего материала, что приводит к ряду новых электродинамических эффектов. Рассмотрен распад токонесущей волны на границе раздела материалов, сопровождающий классический распад ударно-волнового разрыва. Проведен анализ магнитных моментов, создаваемых ударной волной токов, и показано, что при обжатии однородного магнитного поля излучение электромагнитной энергии из хорошо проводящих материалов невелико. Однако разрушение проводника в должным образом организованной волне разрежения с потерей проводимости может привести к излучению значительного запаса магнитной энергии, накопившейся в проводящем материале в процессе ударно-волновой кумуляции магнитного поля.

Получено физически корректное и математически строгое решение задачи о структуре электромагнитного поля при вхождении ударной волны в проводящее полупространство в поперечном магнитном поле. Показано, что лишь физически обоснованные граничные условия приводят к непротиворечивой картине электромагнитного поля и системы токов в проводнике. Найдены основные параметры и характерные времена, определяющие структуру токовых волн в металле. Решение в несжатой области определяется параметром R₁ = μ₀σ₁D₂t, в сжатой— R₂ = μ₀σ₂(D−U)2t (σ₁ и σ₂— электропроводность несжатого и сжатого вещества соответственно, μ₀— магнитная проницаемость вакуума, D — скорость фронта, U — массовая скорость, t — время). Параметр для сжатого вещества R₂ совпадает с полученным ранее параметром для ударно-волнового перехода диэлектрик— металл, управляющий параметр для несжатого вещества R₁ найден впервые. Асимптотики задачи для малых и больших времен, а также рассмотренный частный случай R₁ = R₂ помогают понять физический смысл найденного решения.

Рассматривается распространение плоской ударной волны постоянной интенсивности по металлической порошковой среде, находящейся в магнитном поле. Подробно исследуется процесс компрессии магнитного поля ударно-индуцированной волной проводимости в среде. Считается, что величина макроскопической электрической проводимости монотонно растет от нуля до своего максимального значения и остается постоянной за фронтом ударной волны. Решение задачи об определении магнитного поля получено в приближении, когда характерное время изменения поля много больше времен конвекции и диффузии через фронт. Определена зависимость магнитного поля от координаты и времени внутри фронта ударной волны.

Оценивается возможность реализации предложенного академиком А. Д. Сахаровым решения энергетической проблемы человечества методом взрывного термоядерного синтеза. Суть данного метода состоит в использовании энергии термоядерных взрывов низкой мощности, производимых циклически в стационарных взрывостойких камерах, оснащенных средствами отбора и утилизации тепловой энергии взрыва. При этом основной проблемой является создание герметичных камер, способных многократно выдерживать термоядерные взрывы мощностью ≈ 10 ÷ 25 кт тротилового эквивалента. Критически рассмотрены имеющиеся данные по этому вопросу. Сформулирована концепция создания надежных взрывозащитных камер для решения указанной проблемы.

Приводятся результаты трехмерного численного моделирования процесса формирования кумулятивной струи и пробивания стальной преграды зарядом со звездообразной формой облицовки. Результаты расчетов показали работоспособность использованной трехмерной численной методики ТРЭК-УП и возможность ее применения для прямого численного моделирования рассматриваемой задачи. Показана также возможность значительной оптимизации звездообразных зарядов с целью достижения большей эффективности.

Предложена численная модель для расчета сверхбыстрых химических реакций в смесях в условиях ударно-волнового нагружения. Исследовано влияние скорости соударения и скорости химических превращений в нестехиометрическом образце из малопористой смеси алюминия и серы. Расчеты проведены в диапазоне скоростей удара 1000 ÷ 2500 м/с. Представлены основные характеристики процесса. Выявлена возможность реализации течений, когда волна разгрузки от боковой поверхности образца практически останавливается.