Главная – Журналы – Поиск по журналам

Рассматриваются вопросы теоретического и экспериментального моделирования процесса горения высокоэнергетических материалов в технических устройствах. Формулируются требования к моделированию, критерии достоверности моделирования, а также критерии подобия условий горения. Классификация адекватности теоретического и экспериментального моделирования рассматривается с учетом особенностей внутрикамерного горения высокоэнергетических материалов в технических устройствах.

Предложен механизм возникновения отрицательного эрозионного горения (эффекта) в канале топливного заряда ракетного двигателя. Снижение скорости горения возникает вследствие падения температуры пламени за счет перехода тепла химических реакций в кинетическую энергию газа. Существует критическое значение числа Вилюнова, выше которого стационарное горение топлива невозможно. Стационарное горение возможно до уменьшения скорости горения в 1/e^1/2 раз от первоначального значения. Дано объяснение слабому проявлению отрицательного эрозионного эффекта при снижении начальной температуры топлива: уменьшение пороговой скорости возникновения положительного эрозионного горения сужает область возникновения отрицательного эрозионного горения.

Анализируются зависимости скорости горения порохов, твердых топлив и взрывчатых веществ от давления. С этой целью осуществлен поворот координат на угол, тангенс которого равен коэффициенту скорости горения в ее одночленном законе в зависимости от давления. Рассмотрены различные варианты аппроксимации и предложено выражение, наилучшим образом аппроксимирующее зависимость скорости горения от давления в интервале давления от нуля до бесконечности.

Изучены закономерности горения различных порохов с нитратом аммония (НА). Показано, что влияние НА на скорость горения зависит от теплоты горения исходного пороха, количества НА и давления, при котором происходит горение. Так, НА несколько повышает скорость горения низкокалорийных порохов и существенно уменьшает ее в случае высококалорийных составов. Показано, что с помощью комбинированных катализаторов можно значительно (до ≈ 6 раз при давлении 2 ÷ 4 МПа) увеличить скорость горения порохов, содержащих 50 ÷ 70 % НА, и снизить зависимость ее от давления.

Представлена методика исследования горения частиц титана диаметром 300 ÷ 500 мкм, полученных в результате слияния множества мелких частиц. Горящие монодисперсные частицы титана создавали посредством воспламенения помещенных в сгорающий образец миниатюрных кусочков пиротехнической композиции, содержащей 69 % порошкообразного титана. Полученные частицы-агломераты горели в условиях свободного падения в воздухе. Их движение и события эволюции, в том числе фрагментацию, регистрировали посредством видеосъемки. Также проводили гашение, отбор и изучение конденсированных продуктов горения.

Исследовано горение частиц титана в свободном падении в воздухе. Монодисперсные горящие частицы диаметром 300, 390 и 480 мкм получали в результате слияния множества мелких частиц при воспламенении миниатюрных кусочков пиротехнической композиции, содержащей 69 % порошкообразного титана. Определены параметры движения и коэффициент аэродинамического сопротивления горящих частиц. Количественно охарактеризовано явление фрагментации (момент наступления и длительность явления, динамика разлета фрагментов, функции распределения фрагментов по размерам). Для исследуемых частиц разлет фрагментов имеет вид еловой ветви: материнская частица сохраняется и отстреливает мелкие осколки. Определены дистанция и скорость движения частицы в момент наступления фрагментации и окончания горения. Приведены данные о структуре и морфологии частиц-продуктов горения, представленных остатком материнской частицы и совокупностью мелких частиц-фрагментов, а также данные об изменении размера и интенсивности свечения горящей частицы. По окончании горения от материнской частицы остается сфера, состоящая из смеси оксидов с осредненным составом TiO_2.76.

Изучены промежуточные и конечные продукты горения прессованного нанопорошка алюминия. Установлено, что основным продуктом сгорания является нитрид алюминия. На промежуточных стадиях горения на поверхности образца сначала образуются оксид (γ-Al₂O₃) и оксинитрид (Al₅O₆N) алюминия, а затем формируется нитрид алюминия. Использование скользящего (падающего под малым углом к поверхности) синхротронного излучения позволило зафиксировать с высокой точностью (по времени) последовательность стадий формирования кристаллических продуктов при горении нанопорошка алюминия.

Численно исследовано развитие детонации в системе с кинетикой экзотермической реакции, включающей зависимость от скорости изменения удельного объема. При резком сжатии вещества, например, во фронте ударной волны, такая кинетика приводит к конечным изменениям степени превращения. При существенном вкладе таких быстрых процессов получены режимы детонации, отличные от стандартного режима Зельдовича — Неймана — Дёринга. Профили волн качественно совпадают с полученными для некоторых взрывчатых веществ в экспериментах А. В. Уткина и др. Результаты моделирования подтверждают важность учета реакции во фронте волны.

Численно исследовано распространение детонационной волны в плоском канале, заполненном газовзвесью мелких частиц алюминия и инертными частицами в кислороде. Гетерогенная детонация алюминиевых частиц в кислороде распространяется в режиме Чепмена — Жуге. Выявлены два типа течения после взаимодействия детонации с облаком: непрерывное распространение с меньшей скоростью детонации, течение со срывом детонации. Выявлено влияние физических и пространственных параметров инертной составляющей облака на эти режимы, в том числе и механизм подавления гетерогенной детонации, заключающийся в отделении волны воспламенения и горения от лидирующего ударного фронта. Определены зависимости дефицита скорости от массовой концентрации и размера частиц инертной фазы.

Показана зависимость давления прижатия, приводящего к взрыву при ударном сдвиге, от площади сдвига (площади контакта взрывчатого вещества (ВВ) с металлической поверхностью). Экспериментально подтверждена зависимость вероятности взрыва ВВ (флегматизированный октоген, тэн), сжатого между двумя стальными плоскостями (торцами двух роликов), от давления прижатия и площади контакта ВВ с верхним роликом в испытаниях на чувствительность к трению при ударном сдвиге. Сдвиг верхнего ролика осуществлялся на 1.5 мм. Показано, что увеличение площади контакта ВВ с роликом при прижатии ВВ приводит к увеличению вероятности взрыва ВВ при сдвиге верхнего ролика при одних и тех же давлениях прижатия ВВ. Установлен масштабный фактор влияния площади контакта ВВ с поверхностью ролика на давление, при котором происходит взрыв ВВ при ударном сдвиге смежной с ВВ поверхности. Статистическими методами показано, что давление, приводящее к взрыву ВВ при ударном сдвиге смежной стальной поверхности относительно ВВ, распределено по двухпараметрическому закону Вейбулла.