Жуков Б.П. - Энергетические конденсированные системы (1044938), страница 45
Текст из файла (страница 45)
В свозо очередь, часть высвобожденпой энергии расходуется па поддержание дальнейшего движения ударной волны. Существует стационарная скорость самоподдерживаюгцейся детонации, которая не зависит от иициирующего импульса н определяется только энергией, выделяющейся при химической реакции ктеплотой взрыва), и уравнением состояния продуктов детонации, Структура плоской детоиациощюй волны показана на рнс. $. Детопациоппый комплекс включает в себя ударпыи скачок, зону 204 Детонация аз ыачатых веществ Ряс д; л- дпатранна состояпнй н плоскости давление, Р-уде.
льный ооьсн, т'„ОА'А — ударная злнабзта ВВ, бд — детонацнонная адпабзта, тз -топ~а Чецнена — Жуте; о-структура стзцпопарной детонацноцной полны, ОАС- зона реакцнн (екпнпяке), тли — зон* разлета продуктов взрыва. химической реакции (ехнмцикь) постоянной ширины и нестацнонарную область расширяющихся нродуктов взрыва. В конце зоны реакции выполняется условие равенства скорости потока вещества относительно фронта детонационной волны и местной скорости звука (условие Ченмеиа — Жуге), Лвижепие вещества в области разлета продуктов взрыва является сверхзвуковым относительно детонационной волны, цоэтому возмущения из этой области не проникают в зону реакции н не могут оказывать влияние на скорость детонации. Внутри зоны реакции имеет место дозвуковое течение, чем обеспечивается цостунление выделяющейся энергии на фронт ударной волны.
Современная эксцернментальная техника позволяет проводить измерения структуры детоиационных волн нри длительностях процесса взрывчатого превращения в десятки наносекунд н более. В таблице суммированы некоторые результаты измерений параметров детонации конденсированных взрывчатых веществ. При уменыпснни плотности заряда ВВ и соответствующем уменьшении давления детонации время реакции в детонационном режиме возрастает. При практически равных нараметрах в плоскости Ченмена — Жугс время реакции в дстонационной волне зависит от структуры взрывчатого вещества, что видно иа примере литого и прессованного тротила.
Существуст критический диаметр заряда ВВ, такой, что заряды меньшего диаметра оказываются неспособными к самоподдерживающейся детонации (см. Критический диаметлр детонации). Объяснение этому явлению было дано )О,Б.Харитоном ца основании того факта, что для завершения энерговыделения в детонацнонной волне необходимо определенное время. Согласно нриицнпу Харитона Детонация ва мвчатъж вегцеетв критические условия детонации определяются равенством времени реакции сжатого вещества и времени его бокового разлета, Скорость и давление детонации уменьшаются с приближением диаметра заряда твердого взрывчатого вещества к критической величине.
Исследования прекращения детонации в зарядах малого диаметра гомогепных (жидких или газообразных) и негомогенных взрывчатых веществ продемонстрировали качественное различие в механизмах явления для этих двух типов ВВ. Вследствие сильной зависимости времени реакции от температуры ударного сжатия в гомогснпых ВВ наблюдаются явления срыва реакции вблизи критического диаметра заряда.
В негомогенных ВВ изменение параметров детонации с уменьшением диаметра заряда происходит более плавным образом. Критический диаметр детонации негомогенпых ВВ зависит от нх физической структуры и плотности. Увеличение плотности однокомпонептных молекулярных ВВ и, соответственно, давления детонации приводит к уменьпсепию критического диаметра детонации. Критический диаметр смссевых промышленных ВВ, напротив, возрастает с увеличением их плотности. Сведения о критическом диаметре детонации некоторых ВВ приведены в таблице. Твердые ракетные топлива в определенных условиях способны к детонации.
Критический диаметр детонации современных СРТТ, в состав которых входят молекулярные взрывчатые вещества, составляет десятки сантиметров и более. Установлению стационарной детонации предшествует процесс ее инициирования. Хотя нннцииру>ощий импульс может иметь различную природу, формирование детонационной волны происходит путем образования ударной волны сжатия. В результате химической реакции в ударно-сжатом ВВ интенсивность ударной волнгя возрастает по мере распространения, н ударная волна трансформируется в детонациопную.
В гомогспных взрывчатых веществах инициирование детонации ударной волной происходит по механизму здиабатичсского теплового взрыва. Под действием ударного сжатия температура ВВ повышается, что возбуждает экзотермическую химическую реакцию. В адиабатических условиях выделяющееся тепло расходуется на нагревание реагирующего вещества, что приводит к ускорению реакции. Таким образом, скорость процесса экспоненцнально возрастает — происходит тепловой взрыв.
В результате, по нрошсствни времеви индукции, давление резко вгхзрастаст, в сжатом веществе формируется волна сжатия, которая затем нагоняет фронт иннциируннцей ударной волны и далее распространяется по несжатому веществу в виде стационарной детоиациоюгой волны. 206 йстаяяаяя вя ыячатых веществ Механизм гомогенного теплового взрыва разумно согласуется с экспериментальными данными для жидких взрывчатых веществ, но не объясняет закономерности инициирования детонации твердых ВВ. Так, например, при давлении в ударной волне 5,5 ГПа время разложения флегматнзированного гексагена составляет величину порядка микросекунды, хотя его температура составляет лишь примерно 1 10'С.
Это на сто градусов ниже температуры вспьппки гсксогсна при пятиминутной экспозиции в нормальных условиях. Дело в том, что твердые взрывчатые вещества, как правило, ие являются гомогенными и содержат разнообразные дефекты — поры, трещины, включения, границы зерен и микродефекты кристаллической структуры.
Физическая неоднородность приводит к неравномерному распределению энергии прн быстром сжатии взрывчатого вещества ударной волной. Часть энергии ударной волны локализуется в отдельных егорячих точкахь, что приводит к возбуждению в них экзотермической реакции (см. Горячие точки при инициировании детонации ударнымн волнами). Тепло, выделяющееся при развитии химической реакции, частично отводится в окружаюгцее вещество, а частично остается в очаге, увеличивает сто температуру и тем самым ускоряет процесс эиерговыделения. Если преобладает тепловыделенне, то возникает прогрессивный рост тсмнературы очага и скорости реакции — происходит тепловое самовоспламенение.
Менее нагретая масса ВВ сгорает затем в волнах горения, распространяютцихся нз очагов. После объединения разгорающихся очагов наступает дегрессивная стадия горения. Так как теплопотери пропорциональны площади поверхности очага, а количество выделяющейся энергии — его температуре и объему, то ясно, что вспышки возможны в тех очагах, размеры которых выше некоторого предельного для данной температуры.
Чем меньше температура очага, тем болыне должны быть его размеры, чтобы обеспечить устойчивое воспламенение ВВ. С увеличением амплитуды ударной волны температура очагов возрастает. Следовательно, за фронтом более сильной ударной волны образуется большее количество очагов, способных воспламенить окружающее ВВ. Размеры горячих очагов в ударно-сжатом веществе пропорциональны размерам исходных неоднородностей. Поэтому крупнозернистые ВВ имеют менее высокий порог инициирования, чем мелкодисперспые. Однако, поскольку концентрация очагов выше в мелкодисперсиом ВВ, после инициирования реакции переход в детонацию происходит в нем быстрее.
Гомогениэация ВВ в слабых ударных волнах снижает сто чувствительность к последумцим более сильным Детонация ва ывяатыв вопкств 207 ударно-волновым воздействиям Эксперименты показывают также, что инициирование реакции подавляется размытисм волны сжатия. Зависимость длительности химпика детонационной волны и критического диаметра детонации от структуры ВВ свидетельствует о том, что процесс энерговыделения имеет гетерогенную, очаговую природу ие только в инициирующих ударных волнах, но и в условиях детонации. Гипотеза инициирования взрыва в очагах была выдвинута и обоснована Ф.П.Боудеиом и А.Д.Иоффе при исследованиях возбуждения взрыва конденсированных ВВ механическим ударом. В качестве возможных механизмов формирования вгорячих точекв в процессе ударного сжати» обсуждаются эффекты микрокумуляцин на жестких примесных частицах и в порах, пластическая работа иа периферии поры, трение между частицами, растрескивание зерен ВВ прн уплотнении, адиабатическое сжатие газовых включений и другие.
Наибольший прогресс в теоретическом анализе механизмов образования огорячих точекв достигнут в расчетах вязкопластичсского разогрева вещества в окрестности схлопывающейся сферической поры. Наличие спектра очагов качественным образом изменяет динамику ударно-волнового инициирования детонации иегомогениых ВВ. В твердых взрывчатых веществах не наблюдается выраженный период индукции, инициирукццая ударная волна переходит в детонационпую относительно плавно, без скачков и пересжатий. Пример трансформации ударной волны в детонационную представлен на рис.2. развитие процесса химического превращения приводит к росту давления за скачком и непрерывному усилению ударной волны вплоть до выхода па детонационный режим. К настоящему времени предложены стандартизованные схемы ударно-волнового на- Д15 гружения, обеспечивающие получение интсгра- и м10 льных характеристик в чувствительности ВВ.
В ф частности, строятся за- сц 5 висимости порогового 3 5 8 10 13 давления ударно-волнового инициирования дс- О 1 2 3 4 тонации от длительно- Время, мкс сти инициирун!Шеро им- рно 2 выцооцня профилей аввлоння прн нннцннпульса. Характер рованнн летонвцнн в янгон тротнле. ЗОВ Детонация вз ыввзтыв вс1неств Р5 изменения нптенснвности ударной волны в зависимости от длительности воздействия показан качествентю на рис.З. Короткие импульсы нагрузкн затухают, не вызвав заметного взрывного процесса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
