Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2020 номер 6

Экспериментально определены теплота сгорания и энтальпия образования 7,7'- бис(терфуразан[3,4-b:3,4'-d:3",4"-f]азепина (I) и 1,1'-диоксид-7,7'-бис(терфуразан[3,4-b:3,4'-d:3",4"-f]азепина (II), проведен рентгеноструктурный анализ продукта I и определены кристаллографические характеристики. Проанализирована эффективность использования соединений I и II в качестве компонентов смесевого твердого ракетного топлива и найдено, в каком типе композиций они оказываются более эффективными, чем октоген.

Исследовалось горение паров горючей жидкости, температура которой ниже температуры вспышки. В этом случае пламя распространяется вдоль поверхности жидкости вследствие ее нагрева продуктами горения. Были измерены скорости окислителя, движущегося навстречу пламени, которое распространялось со скоростями, сравнимыми с нормальной скоростью предварительно перемешанных углеводородных пламен. Измерения показали, что течение газа - ламинарное. Установлена корреляция между температурой вспышки горючей жидкости и скоростью распространения пламени. На основе полученных данных сделано предположение, что основной механизм образования горючей смеси перед фронтом горения - диффузионный.

Предложена подсеточная модель горения REDIM-DTF, сочетающая в себе модель горения динамически утолщенного пламени (DTF) с химической таблицей многообразия реакция - диффузия (REDIM). Новая модель использована для расчета двух перемешанных бедных закрученных пламен в реакторе PRECCINSTA. Проанализированы радиальные профили скорости, температуры и концентрации компонентов смеси, а также площадь фронта пламени и вихревая структура. Результаты расчетов согласуются с соответствующими экспериментами, и производительность модели REDIM-DTF близка той, что дает модель DTF. Предсказанные профили массовых концентраций CO, тем не менее, показывают относительно большое различие между моделью DTF и предложенной моделью REDIM-DTF, что можно объяснить различными механизмами реакций, которые используются в этих моделях. Поскольку в модели REDIM-DTF решается меньшее число уравнений переноса компонентов смеси, она на 15 % эффективнее исходной модели DTF.

Проведено исследование структуры и фазового состава материала, полученного методом СВС в режиме горения из порошковой смеси 87 % Ti + 13 % B, в том числе с добавкой Si₃N₄. Обсуждается механизм фазообразования в рассматриваемой системе. Установлено, что материал содержит 64 % фазы TiB с орторомбической структурой и 36 % фазы твердого раствора бора в титане - α-Ti[В]. Содержание бора в α-Ti существенно превышает его равновесное содержание по диаграмме состояний. При горении смеси 87 % Ti + 13 % B с 5 % Si₃N₄ конечный продукт содержит фазы TiB, α-Ti[B], TiB₂ и Ti₅Si₃. Фаза TiB присутствует в виде двух модификаций - орторомбической и кубической. Полнота структурного перехода кубической модификации TiB в орторомбическую определяется скоростью охлаждения образца. Высказано предположение, что при горении смеси с добавкой Si₃N₄ образуются дисперсные выделения TiN, являющиеся центрами кристаллизации кубического TiB.

Для предельных C _n H_{2 n + 2} (от метана ( n = 1) до эйкозана ( n = 20)) и непредельных C _n H_{2 n} (от этилена ( n = 2) до эйкозена ( n = 20)) углеводородов, метанола и этанола как основных компонентов "биотоплива", а также монотоплив как источника бифуркационных структур многофронтовой детонации представлены данные о важнейших параметрах горения и детонации: волновых скоростях, давлениях и температурах продуктов, удельном энерговыделении смеси. Приведены также данные о критических энергиях инициирования как мере взрывоопасности горючих систем: чем меньше энергия, тем более опасна смесь. Данные получены для смесей каждого индивидуального углеводорода с кислородом и воздухом в широком диапазоне изменения начальных параметров: давления, температуры, концентрации топливного компонента и его фазового состояния.

На вертикальной ударной трубе исследованы процессы горения, взрыва и детонации в гибридных системах: газовые смеси CH₄/Air, CH₄/O₂, O₂ с взвесями частиц каменного угля размером до 200 мкм и среднеобъемной плотностью до 700 г/м³. Проанализированы рентгенограммы исходного угольного порошка и образцов угля, подвергшихся воздействию высокотемпературных волн. Получены данные о структуре и параметрах волн в гибридных смесях и в тех же смесях газов без угольной взвеси. Показано, что в гибридных системах взвесь угля слабее влияет на параметры волн горения и детонации, чем метан, при этом метан в этих волнах химически активнее угольной пыли.

В плоскорадиальной камере с истечением к периферии, с внутренним диаметром 100 мм и наружным 300 или 200 мм впервые реализованы режимы непрерывной спиновой и непрерывной многофронтовой детонации газокапельной смеси газообразный водород - жидкий кислород. Высота детонационного фронта газокапельной смеси больше, чем газовой, что обусловлено критическим размером существования детонации. Центробежные силы, действующие на продукты за фронтом детонационной волны, способствуют более быстрому наполнению плоскорадиальной камеры свежей смесью и увеличивают высоту детонационного фронта.

Из сферического алюминиевого порошка с помощью специальной мельницы с двумя вращающимися в противоположных направлениях элементами получен чешуйчатый алюминиевый порошок. Далее эти два типа алюминиевого порошка использовались для приготовления смесевых модифицированных двухосновных топлив на основе перхлората аммония. С целью сравнения эффективности топлив выполнено комплексное изучение их характеристик, которое включало в себя проведение экспериментов по термическому разложению, а также измерение механической чувствительности и скорости горения. Результаты показали, что температура экзотермического пика ниже в случае топлива с чешуйчатым алюминием. При замене сферического алюминия на чешуйчатый чувствительность топлива к удару и трению снизилась на 12 и 187 % соответственно. Кроме того, скорость горения топлива с чешуйчатым алюминием оказалась выше на 5.5 %.

Детонацию октогена можно инициировать взрывом проволочки. Прямого инициирования электрической дугой в литературе не обнаружено. В настоящей статье показано, что ударная волна от тока наиболее опасной молнии (200 кА и 500 нс фронт нарастания импульса) может вызвать инициирование детонации октогена стандартной плотности при повышенных температурах (т. е. октогена в наиболее чувствительной d-фазе при температуре выше 177 °С) и что ударная волна от импульса тока амплитудой 200 кА с фронтом нарастания 100 нс могла бы инициировать детонацию октогена при комнатной температуре. Эти утверждения основаны на двух необходимых условиях детонации. Соответствующая pop-plot диаграмма для детонации октогена стала основой для формулировки эмпирического критерия детонации, применимого для взрывчатых веществ, подверженных воздействию ударных волн переменного давления. В качестве другого критерия использовался минимальный размер пятна детонации, полученный из литературных данных по детонации. PBX-9501 и LX-04 имеют pop-plot диаграммы детонации, похожие на аналогичные графики для октогена, и, таким образом, результаты по октогену применимы напрямую. PBX-9404 и PBX-9407 производятся на основе октогена, тем не менее на pop-plot диаграммах детонации давление для этих ВВ несколько ниже, чем у октогена, и по сравнению с ним они более чувствительны к воздействию ударной волны, инициированной электрической искрой. Теплопроводность октогена низкая, и фазовый переход может протекать медленно, поэтому шанс получить достаточное количество октогена, преобразованного в d-октоген, во время аварии мал и, следовательно, угроза его детонации при ударе молнией минимальна. Рекомендовано проводить для d-октогена испытания с использованием имитации молнии. Следует отметить, что молния может привести к воспламенению октогена и тем самым к детонации посредством перехода горения в детонацию.

При исследовании структуры зоны реакции в детонационной волне мощных взрывчатых веществ обычно измеряются механические характеристики течения - распределения массовой скорости, давления или плотности. Опыт показывает, что на таких профилях достаточно трудно выделить зону химической реакции. Сами распределения, как правило, искажаются при взаимодействии течения с измерительными узлами. В работе рассмотрены перспективы альтернативного метода электропроводности, в значительной степени свободного от указанных недостатков и обладающего рядом преимуществ. Путем сравнения результатов, полученных традиционными методами, и профилей электропроводности обоснована корреляция области высокой электропроводности и зоны реакции.

С помощью радиоинтерферометрического, электронно-оптического (НАНОГЕЙТ-22) методов и метода с применением ПВДФ-датчика давления исследована детонация смесей высокодисперсного тэна с гидрокарбонатом натрия с массовой долей последнего до 90 %. Полученные экспериментальные результаты указывают на возможность существования различных режимов детонации в смесях. При массовой доле NaHCO₃ ≤ 85 % распространение детонационной волны в основном обусловлено ударным сжатием. При большем содержании NaHCO₃ (90 %) агентом распространения преимущественно являются струи продуктов взрыва.

При создании взрывозащитных камер больших размеров используют цилиндрические оболочки, изготовленные из листопроката путем вальцевания и сварки с выполнением продольных и кольцевых швов. При этом часто возникает вопрос о выборе марки стали с повышенными значениями прочности или пластичности. В связи с этим в данной работе приведены результаты исследования реакции таких оболочек из стали марок 10ХСНД и 09Г2С на динамическое нагружение.

Создана сложная модель, описывающая систему ТНТ - воздух - плита при помощи программного обеспечения LS-DYNA для нелинейного явного динамического анализа методом конечных элементов. Модель основана на усовершенствованной технологии численного моделирования, методике больших смещений и механизме взаимодействия жидкость - твердое тело в сочетании с эффектом скорости деформации для бетона и стали. Методом численного моделирования проведена серия оценок свойств ударной волны в области за железобетонной плитой. Кратко описаны типичные характеристики ударных волн перед плитой и за ней. Установлены соотношения между набегающей и отраженной, а также между отраженной и преобразованной волнами путем изучения влияния плиты соответственно на свойства отраженной волны в области перед плитой и на изменение преобразованной волны в области за плитой. Приведен алгоритм прогнозирования свойств преобразованной волны с учетом влияния бетонной плиты. Анализ конкретного случая показывает, что предложенный метод может правильно и эффективно предсказать свойства преобразованной волны в области за железобетонной плитой.

Предлагается новая характеристика детонирующих ВВ - кривая торможения химпика. Приведен пример построения такой кривой по экспериментальным данным ВНИИТФ для детонирующего пластифицированного ТАТБ.