Диссертация (Математическое моделирование детонации алюминизированных взрывчатых веществ), страница 2

Результаты исследований докладывались нанаучно-технических конференциях: «Проектирование систем» в МГТУ имН Э Баумана, г Москва в4,«Современныероектированияметоды,6 гг ; на научной конференцииартиллерийского вооружения», г Саров виотработки3,ракетно-гг ; на Всероссийскойнаучно-технической конференции «Проектирование систем вооружения иизмерительных ком лексов», гМеждународнойконференцииг Снежинск,4г ,Нижний Тагил,«Забабахинские3,4 гг;научныеначтения»,на конференции «Харитоновские тематическиенаучные чтения», г.

Саров,гПубликации. Основные результаты диссертации о убликованы вработах, включаястатей в журналах, входящих в еречень ВАК, и встатьях и тезисах докладов в материалах тематических конференцийЛичный вклад. Соискательринимал не осредственное участие вроведении экс ериментальных работ о данной тематике и ком ьютернойобработкеолученных результатов; висследованийразработкероведении расчетно-теоретическихо о ределению основных закономерностей взрыва АВС; вфизико-математическихмодифицированныхуравненийэнерговыделение АВС; вмоделейсостояния,иметодик,олученииучитывающихвторичноероведении численных расчетов, моделирующихвторичное энерговыделение АВС ри рохождении детонационных волн.10Структура и объем работы.

Работа состоит из введения, трехразделов, заключения и с иска ис ользованной литературы из2наименований, изложена на 91 стр , иллюстрируется 45 рисунками, содержиттаблицГлава 1. Обзор литературы по теме детонации взрывчатых веществ салюминием.1. 1 Основные этапы развития взрывчатых веществ.Исторически ервым и наиболее ростым о химическому составуметательным взрывчатым веществом (ВВ), изобретенным в Средневековье вКитае, состоящим из трех ком онентов - селитры, древесного угля и серы,стал дымный орох Появление дымного ороха датируется самое озднееХII векомИзобретениеПервые 4ороха исовершенствованиюлетрименялся только в военных целяхрименение его в военных целях с особствоваливооружения( оявлениюушекиружей)стимулировало возникновение новых химических ремесел:Эториготовлениеселитры и ороха Рас ространение этих ремесел оказало большое влияниена совершенствование естественнонаучных знаний, философских систем идаже развитие цивилизации По мнению Дж Мэйоу, «селитра произвелатакой же шум в философии, как и на полях сражений».

До XIX века дымныйорох был единственным ВВ Следующим важным эта ом в развитиивзрывчатых веществ явилосьсильномнагревеилиудареолучение гремучей ртути вгремучаяг Придетонирует,особенночувствительна она в сухом состоянии В84 - 846 гг былиолученынитроглицерин и нитроцеллюлоза86 х годах Нобель изобрелА вртуть8детонатор на основе гремучей ртути и динамит,диатомит,редставляющий из себяро итанный нитроглицерином Также Нобелюоткрытие бездымногоринадлежитороха (баллистита), который состоял из равныхчастей ороха и нитроглицерина А озднее Баллистит был модифицированФредериком Абелем и Джеймсом Дьюаром в новый состав, названный11кордит Он также состоит из нитроглицерина и ороха, но ис ользует самуюнитрированную разновидностьороха, нерастворимую в смесях эфира ис ирта, в то время как Нобель ис ользовал растворимые формыВеществом, ришедшим на смену динамиту и вытеснившим его, сталтротил (тринитротолуол, тол) Йозеф Вильбранд, химик из Германии, в 863году занимался изучением свойств толуола, обочного родукта коксованияугля и крекинга нефти Ученый одверг толуол обработке азотной кислотой,чторивело к образованию нескольких нитро соединений толуола, средикоторых рисутствовал тринитротолуол (С6Н (NO )3СН3) Первое времямногие ученыеодвергали сомнению его возможность взрываться Дажевыстрел из винтовки о этому веществу не риводил к взрыву И толькоис ользование детонаторов оказало истинную мощь нового соединения Соявлением тротила началась новая э оха развития ервичных и вторичныхвзрывчатых веществ: 1900- 93 гг электродетонатор и детонирующий шнурримакорд и кордо;9- 93ггромежуточные детонаторы дляинициирования нечувствительных вторичных ВВ; разработкаервыхвзрывчатых смесей нитро-карбо-нитратов - нитрамон ( 93 г Керст, Вудберни Маккой), нитрамон А ( 938г Кук); 94 г миллисекундное замедление,взрывание с ис ользованием электродетонаторовЭто далеко не весьеречень сделанных с начала века открытий1.2.

О детонации смесей взрывчатых веществ с алюминиемКонденсированные взрывчатые вещества (ВВ) с металлическимидобавками являются важным классом взрывчатых материалов Интерес ктакимсоставамобусловленвозможностьюувеличенияметательногодействия ВВ С точки зрения фундаментальной науки смеси ВВ-металлинтересны какример неидеальной детонацииДля таких составоввзаимодействие между ком онентами может родолжаться в фазе сильногорасширенияродуктов детонацииПервые работыо изучению ВВ,содержащих алюминий, относят к работам о изучению взрывчатых свойств12аммоналов Р Эскалесом и Г Кастом в899- 9годах Аммонал –разновидность ромышленных веществ (ВВ) Представляет собой аммонит сдобавлением алюминияК настоящему времени нако лен огромныйэкс ериментальныйтеоретическийиматериалосвойствамидетонационным характеристикам смесей на основе различных ти овконденсированных ВВ и алюминия [1 - 13].

Однако и сегодня существуютразные точки зрения на механизм и время взаимодействия металла иродуктов детонацииИс ользование смесевых и, в ервую очередь, алюминизированных ВВимеют явноереимуществоо суммарнойэнергоемкости составаКоличественно энергоемкость или энергетический отенциал ВВ выражаетсячерез величину те лоты взрыва Q.

Для сравнения экс ериментальноеизмеренное значение те лоты взрыва для октогена5400 кДж/кг, а для смеси ОК скДж/кгриблизительно равно% алюминия о массе уже достигает 7Повышение те лоты взрываоложительно сказывается наработос особности ВВ (его фугасного действия), тогда как скоростьдетонации, давлениеродуктов детонации (ПД) влоскости Че мена-Жуге(Ч-Ж) и бризантное действие снижаются [13] Введение алюминия всостав ВВ может снижатьараметры детонации сильнее, чем инертныедобавки, такие как NaCl, SiCb, LiF, тальк и др [1,3,5], [7 - 13] Этиособенности относятся к мощным бризантным ВВ, однако, стоит сразуотметить, что для неорганических веществ, с оложительным кислороднымбалансом, таких как аммиачная селитра (АС или нитрат аммония — AN),нитрат гидразина (НГ), а также ерхлораты аммония и калия, наблюдаетсяовышение (или как минимум сохранение) скорости детонации, а такжесущественное овышение работос особности [1,2,7,14]Относительнорименительносуществуют рядкже эффективности алюминизированныхметательнойс особности,средиротиво оложных мнений Так, кразныхВВ,авторовримеру, авторы [15]олностью отрицают возможность овышения МС взрывчатым составом ри13введении в его состав алюминия Другие авторы указывают на овышениеМС всего на несколькорасширенияроцентовродуктоври относительно высоких сте еняхдетонации [16]Вработеэкс ериментальные результаты, свидетельствующиеовышение скоростирадиальногометанияририводятся[17]о значительном15%-омсодержанииалюминия в октогене или гексогенеРазличие в наблюдаемых результатах можно объяснить тем, что разныеавторы ис ользуют различные с особы регистрациироцесса метания иметоды математической обработки данных Кроме того,од скоростьюметания одни авторы онимают радиальную скорость оболочки, другие жереальную скорость с учетом угла разворота оболочки Это риводит к тому,что разброс данных о МС для аналогичных составов в литературе можетсоставлять несколькороцентов и быть со оставимым с наблюдаемымэффектом от введения добавкиОдно можно утверждать точно, чтомаксимальное выделение энергии, связанной с окислением Al, а вместе с нейи трансформацией волезную работу взрыва,роисходитри некоторойсте ени расширения ПД В частности, для ком озиций с алюминиемметанииластиныо методике М-4характернымрина конечном участке регистрации скоростиявляетсяеёоложительныйградиентЭтосвидетельствует о том, что энергетические возможности таких составов кконечной базе ещё не исчер аны [18].Интересным является во росовышения метательной с особностивзрывчатых веществ за счет добавки металлического горючего разнойдис ерсности, а также кислородный баланс ВВ-основы Среди разныхавторов в данном во росе также существуют серьезныеротиво оложныеточкизренияоерс ективеротиворечияиис ользованиянанодис ерсного алюминия в составах метательного действияВ[18]исследовали влияние добавок Al разной дис ерсности на метательнуюс особность взрывчатого состава Размер сферических частиц орошков Alсоставлял , ;7;15;4 мкм Смесь с наноалюминиеммкм о метательной14с особности усту ает составам с частицами алюминия размером 7 и 4 мкмв экс ериментах о методикам М-4 и Т-В других исследованиях былооказано, что составы с наноалюминием неревосходято метательнойс особности составы с частицами алюминия размером 3,6 мкм В [19]оказано, что ричина низкой эффективности составов с наноалюминиемзаключается в более высокой концентрации оксида Al в исходном орошке ввиде оксиднойленки,окрывающей частицыВ статье [20]риводятданные о измерениям те лоты взрыва и расчетам метательной с особностиалюминизированных ком озиций, содержащихерс ективное взрывчатоевещество CL-20 Показано, что такие смеси о те лоте взрыва и метательнойс особности значительноотмечается,чторевосходят аналоги на основе ОК В работесозданиеалюминизированныхнаноком озитовдляовышения метательной с особности целесообразно лишь в случае, когдасодержание оксиднойминимума вследствиеленки ворошке наноалюминия сведено доокрытия частиц защитным слоем из активногоматериала Наноком озит, содержащий CL-20 и о исанный в литературе nAlти а "Alex" с частицами, окрытыми диборидом алюминия, ревосходит ОКо МС на%Сложности в со оставлении результатов различных авторов такжесвязаны с тем, что часто в статьях не указан размер самих зерен ВВ Каквидно из экс ериментов [18], в случае с более мелким ВВ МС выше на 3%.Понять ричины, о которым не олучается реализовать на рактикеовышение детонационных характеристик мощных ВВ, имеющих в своемсоставе алюминий, а также объяснить несоответствия между фугасными ибризантными формами работы взрыва алюминизированных ВВ, включая ихметательное действие, весьма трудно из-за невозможностинаблюдения зароцессом окисления алюминиярямогородуктами детонацииконденсированных ВВ, а также сложности теоретического о исания физикохимических роцессов ри детонации гетерогенных металлизированных ВВ15Вследствие чего в литературе существует множество ги отез, связанных сроцессом окисления алюминия в родуктах детонации (см [1, 21], [3]-[13]).Расчёты детонационных свойств алюминизированных ВВ в большинствелитературныхисточников[14,сделаны22-29],термодинамического о исания состояния ПД внаосновелоскости Ч-Ж и неучитывают реального механизма взаимодействия алюминия с ПДОткрытым также остается во рос об о ределении механизма и временивзаимодействия металлической добавки с ПДВ настоящее времясуществуют разные точки зрения [5,7,8,9,11,13, 28 - 37]Большинствоисследователей считают, что добавка реагирует в фазе сильного расширенияродуктов детонацииПодтверждением этой точки зрения являетсянаблюдаемый в экс ерименте рирост скорости метания ластин [8,9] Хотяне исключено, что алюминий может росто высту ать как катализатор илиросто менять ход реакции Существует иряморотиво оложная точказрения, суть которой в том что алюминий реагирует ( о крайней мере,частично) в зоне химической реакции ВВ [14, 27, 30, 34,36] Чтобыроанализироватьоведениедобавкивзонехимическойреакции,со оставляются экс ериментальные данные с результатами теоретическихрасчетов араметров смеси в ред оложении различного механизма влияниядобавки Возможности такого одхода ограничены, оэтому не удивительно,что в разных источниках можно видеть существенно различающиесязначения % [33], 3÷% [31] , 40% [29], 70%[28] Для выяснения данногово роса и составления достоверных моделей, необходима регистрация, каквсего ком лекса детонационных характеристик, относящихся к состояниюЧ-Ж, так и болееоздних стадий разлета ПД Такоголана работыредставлены в следующей литературе [10, 11] и [13,19, 38].Большая работа в этом на равлении былароделана в ИХТ РАН влаборатории «Физика конденсированных систем» [16, 38, 33, 39] В этихработахбылроведенком лексныйорошкообразного алюминия на основныеанализвлияниядобавокараметры ВС: скорость16детонации, рофили давления и тем ературы ( оследняя является наиболеечувствительным из досту ных для измеренияреакции), а также данныеараметром химическойо МС и те лоте взрывчатогоревращения взависимости от размера, формы и массового содержания частиц алюминияИз этих работ можно выделить основные результаты Реакция алюминия сПД ОК начинается сразу за фронтом волны, иревышающих орядки микросекундчастиц, однакородолжается до времен,Существует зависимость от размерао мере уменьшения размеров частиц навыходит содержание именно активного алюминияервую рольДобавление А к ОКснижает скорость детонации, особенно для наночастиц А .