Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2005 номер 3

Рассмотрены особенности импульсного нагружения объектов, создаваемого при сильном расширении продуктов взрыва твердых взрывчатых веществ. Приведены параметры полуэмпирического уравнения состояния продуктов взрыва в ранее мало изученной области плотности. Обобщены результаты экспериментальных исследований отражения нестационарных ударных волн от жесткой стенки и их воздействия на тонкие преграды. Описаны процессы, протекающие при умеренных по интенсивности динамических воздействиях на сплошные и пористые среды: множественное соударение твердых тел с твердыми преградами; ударно индуцированная коалесценция наноалмазов; излучательные эффекты при расширении продуктов взрыва в вакуумированный объем, в воздух и в инертный газ.

Выполнен обзор результатов последних работ в области создания перспективных высокоэнергетических материалов. Особое внимание обращено на гомолептические полиазотистые соединения. Возможность существования полиазотистых соединений не только как короткоживущих промежуточных продуктов, но и в виде устойчивых отдельных молекул была предсказана во многих квантово-химических исследованиях. Несмотря на теоретические построения, в настоящее время помимо хорошо зарекомендовавшего себя иона N₃^1-, открытого почти 100 лет назад, экспериментально изучено лишь несколько полиазотистых ионов. Экстраординарная способность этих экологически безопасных молекул к выделению большого количества энергии по сравнению с гексанитрогексаазаизовюрцитаном CL-20) и октанитрокубаном (ONC), самыми мощными на данный момент и на ближайшее будущее высокоэнергетическими материалами, стимулировала воображение инженеров и технологов, специализирующихся в области ракетных топлив и взрывчатых веществ. Исследования возможности существования других перспективных полиазотистых соединений проводятся во многих научных центрах. За последнее время установлены важные ключевые синтоны/строительные блоки: Mg(N₅)₂, N₅¹⁺SbF₆^1-, N₅¹⁺SbF₁₁, N₅¹⁺, N₅¹⁺SnF₆ и N₅¹⁺Sn(CF₃)₄. После их обнаружения научное сообщество, работающее в области исследования высокоэнергетических материалов, находится на пороге открытия еще большего количества полиазотистых соединений. Во всем мире ученые строят амбициозные планы по синтезу N₆₀. В этой молекуле, если ее удастся синтезировать, будет запасена огромная энергия, при этом она будет еще и экологически безопасной.

Приведены результаты экспериментального исследования инициирования воспламенения смеси водорода и кислорода импульсным электронным пучком. Показано, что импульсное возбуждение газовой смеси электронным пучком позволяет сместить первый предел воспламенения в область температур ниже 30°С при давлении смеси 100 ÷ 120 Торр. Температурное смещение первого предела воспламенения при импульсном радиолизе значительно превосходит значения, полученные другими авторами при численном моделировании импульсного радиолиза стехиометрической смеси кислорода с водородом.

Предложена математическая модель для численного исследования гибридных волн горения в цилиндрических и сферических аппаратах. По ранее разработанному алгоритму написана программа и проведена большая серия численных расчетов. Для различных расходов газа исследованы такие характеристики процесса, как положение точки стационара, максимальная температура газа, скорость газа в точке стационара, ширина зоны горения и т. д. Проведено моделирование переходных режимов при изменении расхода газа.

Численно исследован процесс движения газовой среды, образовавшейся при испарении воды под воздействием импульсного электрического разряда большой мощности в цилиндрическом полузамкнутом объеме и истекающей в затопленное пространство. Показано существенное влияние химических реакций на структуру течения.

Приведены результаты измерений концентрации электронов в следах за алюминиевыми сферическими моделями, летящими в смесях воздуха с ксеноном со скоростями 2 ÷ 5 км/с при полном давлении в баллистической трассе 20 ÷ 100 Торр. Выполнены расчеты прогрева и уноса алюминия с поверхности моделей при их движении в баллистической трассе. Найдена константа прилипания электронов к микрочастицам и показано, что она зависит от доли ксенона в смеси. Получена зависимость коэффициента аккомодации электронов к поверхности микрочастиц от содержания ксенона в смеси, дано физическое объяснение этой закономерности.

Обобщены результаты исследований влияния 17 добавок на процесс и продукты горения сверхтонких порошков алюминия в воздухе. Показано, что добавки влияют на температуру, длительность процесса горения и состав конечных продуктов, в том числе на выход нитрида алюминия. Основным фактором, влияющим на выход нитрида алюминия, является максимальная температура, которая достигается при горении смесей сверхтонкого порошка алюминия с определенными добавками.

Проведены наблюдения поверхности горения аэрозольгенерирующего пиротехнического состава KNO₃/меламин/идитол. Измерены его эффективность при гашении углеводородного диффузионного пламени и количество остатка после сгорания. Обнаружена экстремальная зависимость пламегасящей эффективности от соотношения KNO₃

Предложена математическая модель горения предварительно активированных гетерогенных систем, включающая уравнения теплопроводности, кинетики химического превращения и динамики избыточной энергии, запасенной в конденсированных реагентах на этапе предварительной механообработки. Избыточная энергия уменьшается в результате нормализации структуры и химического превращения, энергия активации которого зависит, в свою очередь, от избыточной энергии в конденсированных реагентах. Подробно анализируется случай стационарного горения. На основе численного моделирования проанализировано влияние механоактивации на скорость волны синтеза и ее структуру. Основные выводы сопоставлены с известными экспериментальными данными.

Исследовано влияние тепловых потерь на показатели огнестойкости плоской металлической пластины при ее испытаниях в режиме стандартного пожара. Численно изучена зависимость динамики роста температуры незащищенной и защищенной покрытием пластины от теплофизических свойств изоляции при воздействии тепловой нагрузки пожара. Полученные результаты указывают на необходимость использования сопряженной постановки задачи и стандартизации типа и теплофизических свойств теплоизоляционного материала для корректного моделирования и проведения испытаний теплоогнезащиты металлической пластины, особенно малой приведенной толщины. Предложены интегральные критерии, характеризующие тепловые потери и эффективность изоляции тыльной поверхности пластины.

Исследовано влияние температуры на скорость нарастания предвзрывной люминесценции AgN₃. Экспериментально установлено, что скорость реакции взрывного разложения при температуре 300 К выше, чем при 80 К. Отсюда можно заключить, что лимитирующей стадией скорости цепной реакции является захват электрона на нейтральный центр (дивакансию). Полученные данные количественно и качественно хорошо согласуются с моделью инициирования азидов тяжелых металлов, что служит одним из доводов в пользу дивакансионной модели.

Представлены результаты расчетов задачи о подъеме пыли за проходящей ударной волной в рамках равновесной модели механики гетерогенных сред. Проведена верификация предложенной модели. Показано различие картин течения в слое с различными формами кромки и ударными волнами постоянной и переменной амплитуды. Учет турбулентности смеси приводит к возникновению на кромке слоя вблизи стенки высокоскоростной струйки, наблюдается более высокий уровень подъема частиц.

Рассмотрен процесс взаимодействия малого космического тела с атмосферой, представляемый как двухстадийный: первая стадия — фрагментация родительского тела (модель данной стадии разработана авторами ранее), вторая — распад и рассеяние его фрагментов. Предложена модель второй стадии, где распад представлен как двухфазный процесс макроперемещений фрагментов после разрушения родительского тела. В первой фазе происходит ускоренное вращение фрагментов вокруг своих центров масс при сохранении контакта между ними. К моменту прекращения контакта они приобретают поперечную скорость и наступает вторая фаза — разлет фрагментов, заканчивающийся их рассеянием на грунте. Особенностью данной модели является аэродинамический механизм распада. При анализе первой фазы распада составлена система дифференциальных уравнений кинетостатики фрагментов. Проведены расчеты на примере распада Сихотэ-Алинского метеороида в атмосфере Земли и рассеяния его фрагментов на грунте. Показано, что наряду с численным методом решения системы возможен приближенный аналитический метод. Результаты расчетов разными методами близки и удовлетворительно согласуются с данными наблюдений указанного явления.

Анализируются механизмы диссипации энергии, выделяющейся на границах частиц при компактировании металлических порошков взрывом. Для описания схлопывания предлагается одномерная модель сферически-симметричной поры. Влияние теплопроводности учитывается в уравнениях осесимметричного течения, а распределение температуры при схлопывании сферы рассчитывается конечно-разностным методом в предположении, что материал является жесткопластическим или термоупругопластическим. Результаты расчетов показывают, что влияние теплопроводности тем заметнее, чем меньше размер полости. В процессе схлопывания внутренняя поверхность переходит из упругопластического в жидкое состояние, ее температура значительно выше температуры остальной части сферы. Это способствует сохранению аморфной структуры при взрывном компактировании аморфных порошков.