Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2021 номер 6

Представлены результаты изучения горения керосина в псевдоскачке при изменении температуры и скорости на входе в модель камеры сгорания (КС) СПВРД. Термодинамические оценки показали, что возможно сохранение сверх- либо трансзвукового течения по тракту КС при параметрах потока, соответствующих числу Маха на входе в двигатель М₀ ≈ 4.5. В эксперименте изучалась возможность осуществления псевдоскачкового режима горения в секции постоянного сечения КС для случая, когда число Маха после воздухозаборника (на входе в КС) М_c > 1. Определены условия инициирования и развития такого режима горения при импульсно-периодическом воздействии на течение.

С использованием предварительной механической активации (МА) в энергонапряженной планетарной шаровой мельнице реализован эффект Хедвала при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе (СВС) в двух низкокалорийных составах TiNi + 1.1C и Ni₃Al + 1.2Si. Получены зависимости температуры инициирования и максимальной температуры реакции от времени МА. Определены режимы МА, обеспечивающие твердофазный режим самораспространяющейся реакции. Приведены результаты рентгенофазового и электронно-микроскопичекого исследования продуктов МА и СВС.

Описана методика получения крупных горящих монолитных частиц титана. Исследовано горение частиц диаметром 120 ÷ 540 мкм в свободном падении в воздухе при атмосферном давлении. В результате обработки видеозаписей горения более 250 частиц определено время горения, а также характерное время начала и окончания фрагментации в зависимости от диаметра частиц. Описаны два режима фрагментации. Установлено, что их реализация зависит от диаметра горящей частицы. Определен граничный размер частицы, разделяющий режимы. Показано, что закономерности фрагментации и характерные времена для титановых агломератов и монолитных частиц указанных размеров отличаются незначительно.

Исследовано влияние предварительной механической активации (МА) и содержания Ti на максимальную температуру и скорость горения, размер композитных частиц и выход смеси после МА, удлинение образцов в процессе горения, фазовый состав и морфологию продуктов горения в системе Ni-Ti-Al. Предварительная МА смеси Ni + Al + Ti расширила предел содержания титана, при котором возможно реализовать горение образцов без предварительного подогрева, с 17 до 59 % (по массе). После МА уменьшается количество фаз в продуктах и возрастает скорость горения, максимальная температура синтеза уменьшается. Увеличение содержания Ti в смеси Ni + Al + Ti приводит к уменьшению скорости и максимальной температуры горения как исходной, так и МА смеси. Кроме того, с увеличением содержания титана уменьшается средний размер композитных частиц и возрастает выход активированной смеси. При горении МА-смесей с высоким (24 ÷ 52 %) содержанием титана в продуктах преобладают фаза Ti₂Ni и фаза Гейслера Ni₂TiAl, визуально наблюдаются следы плавления. В активированной смеси Ni + Al + Ti установлено содержание Ti, при котором содержание фазы Гейслера в продуктах горения максимально. Для большинства наблюдаемых зависимостей предложено объяснение.

Экспериментально исследовано горение в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза реакционных лент системы Ti + 1.7B, полученных прокаткой из порошковой смеси. Выявлены зависимости скорости распространения волны горения в реакционных лентах от приложенного давления. Показано, что скорость горения лент слабо зависит от давления сжатия в пределах 0.001 ÷ 4 МПа. При давлении сжатия выше 0.5 МПа при горении лент появляются непрореагировавшие области. Определено предельное значение давления, при котором горение прекращается, - 12 МПа.

Детонационные наноалмазы (ДНА) являются уникальным материалом, сочетающим в себе свойства достаточно пассивного алмазного ядра с активной углеродной оболочкой. Исследовалось воздействие на скорость горения пастообразного ракетного топлива дезагрегированных ДНА (Т-ДНА) и детонационного углерода (алмазной шихты (Т-АШ)), полученных взрывом тетрила (2,4,6-тринитро-N-метил-N-нитроанилин) и предварительно осажденных на гранулы перхлората аммония в процессе его кристаллизации. Т-ДНА предварительно выдерживали при 430 °C в течение 2 ч. В работе использовался метод химического высаживания (принудительной кристаллизации) перхлората аммония из насыщенного водного раствора, содержащего также Т-ДНА или Т-АШ, изопропанолом в соотношении 1 : 2. Определены зависимости скорости горения составов от давления в диапазоне до 1 200 атм. Показано, что использование детонационных алмазов и алмазной шихты приводит к увеличению скорости горения топлива на ≈26 и ≈15 % соответственно, при этом температура продуктов сгорания падает на ≈240 °C при 100 атм.

Изучалось влияние ориентации частиц окислителя на скорость горения гетерогенных твердых топлив на основе перхлората аммония. Мезомасштабное численное моделирование проводилось для частиц окислителя, имеющих форму эллипсоида и различную ориентацию относительно поверхности горения. Установлено, что угол ориентации частиц существенно влияет на скорость горения топлива. Скорость горения может меняться на 5 ÷ 10 % в зависимости от аспектного отношения частиц и их содержания в топливе. Частицы, расположенные по нормали к поверхности горения, горят быстрее частиц, расположенных параллельно поверхности горения. Такое сильное влияние ориентации частиц на скорость горения может помочь объяснить хорошо известный, наблюдаемый в твердотопливных двигателях эффект "горба".

Приведены результаты численного исследования прерывания распространения детонационных волн в газовзвесях унитарного топлива слоем неоднородных инертных частиц. Показано, что диаметр, длина слоя и неоднородность инертных частиц влияют на этот процесс. Установлено, что при фиксированной общей массе взвеси детонационные волны лучше ослабляются слоем с линейно убывающей концентрацией инертных частиц, чем с линейно возрастающей и однородной.

Инкапсулированные в углерод наночастицы кобальта Co-C синтезированы при детонации смеси бензола с кислородом с использованием ацетилацетоната кобальта (III) в качестве прекурсора. Исследовано влияние термообработки на физические свойства получаемого вещества. Результаты экспериментов показали, что после тепловой обработки степень кристаллизации и графитизации наночастиц Co-C сильно увеличилась, при этом согласование импедансов также значительно улучшилось. Коэффициент поглощения электромагнитного излучения увеличился более чем в шесть раз, а минимальные потери, связанные с отражением, составили -17.5 дБ на частоте 16.98 ГГц. Несовпадение импедансов стало главной причиной плохого поглощения волн исходными наночастицами Co-C. Важную роль в согласовании импедансов и степени поглощения волн играет температура. Термическая обработка может способствовать ослаблению несогласования импедансов наночастиц Co-C, полученных при помощи газовой детонации.

Представлены экспериментальные данные по параметрам формирования детонационного процесса в образцах флегматизированного октогена в зависимости от скорости и размера сферических ударников. Получены данные по пороговой скорости ударника, приводящей к инициированию детонации, и по длине преддетонационного участка в диапазоне скоростей 882 ÷ 1 333 м/с. Проведено сравнение полученных результатов с имеющимися в литературе экспериментальными данными по протяженности преддетонационного участка для плоских ударных волн. Показана информативность радиоинтерферометрической методики регистрации развития взрывного процесса при воздействии ударника.

Измерена скорость детонации и метательная способность алюминизированного эмульсионного взрывчатого вещества, сенсибилизированного полимерными микробаллонами Expancel. Плотность исследуемых взрывчатых составов 0.2 ÷ 1.4 г/см³, массовое содержание алюминиевого порошка 0 ÷ 0.29. Для измерения метательной способности использовался метод метания цилиндрической оболочки.

Предложен метод оценки скорости детонации любых органических и неорганических взрывчатых веществ. Отличительной особенностью метода является использование единого уравнения для всех веществ. Состав продуктов детонации взрывчатого вещества оценивается с помощью некоторого разумного набора правил, которые учитывают содержание кислорода в исходном веществе, а также количество тепла, выделяющегося при разложении. Результаты, полученные с помощью нового метода, хорошо согласуются с данными имеющихся экспериментов, с результатами расчета скорости детонации по модели BKWN с помощью компьютерной программы EXPLO5, а также с результатами расчетов другими методами. Новая модель оказалась надежной для оценки скорости детонации стандартных органических взрывчатых веществ и взрывчатых веществ низкой плотности. Полученные значения показали минимальное отклонение от экспериментальной скорости детонации по сравнению с другими подобными эмпирическими моделями. Поэтому предложенный метод расчета скорости детонации может выступать альтернативой дорогостоящим компьютерным программам при прогнозировании скорости детонации любых новых взрывчатых веществ.

Пирометрическим методом измерена яркостная температура полиметилметакрилата, нагруженного ударной волной, отраженной от прозрачного окна из LiF или сапфира. Диапазон давления в первичной волне составлял 20 ÷ 40 ГПа, а в отраженной - 30 ÷ 78 ГПа. При интенсивности первичной ударной волны в диапазоне низких давлений (19.2 ÷ 20.8 ГПа) значения температуры в отраженной волне лежат на однократной ударной адиабате в пределах экспериментальной ошибки, в отличие от того, что можно было ожидать, исходя из газодинамического расчета для случая нагружения двумя ударными волнами. С ростом давления в первичной ударной волне до 38 ÷ 41 ГПа значения температуры в отраженной волне ((2.4 ÷ 2.6)×10³ K) становятся меньше, чем на однократной ударной адиабате (3.1×10³ K), но остаются бóльшими, чем рассчитанные по уравнению состояния (2.3×10³ K) в предположении инертности состава полиметилметакрилата. Сделан вывод, что подобный характер температурной зависимости связан с деполимеризацией и последующим разложением полиметилметакрилата.

Представлены результаты измерения скорости звука в природном уране при его высокоскоростной деформации в областях α- и γ-фаз, а также в области плавления на фронте ударной волны. Регистрация процессов осуществлялась по методике манганинового датчика (диапазон 20 ÷ 110 ГПа) и индикаторной методике (диапазон 70 ÷ 260 ГПа). В области твердой фазы урана вдоль его ударной адиабаты определены изменения коэффициента Пуассона, модуля Юнга, модуля объемного сжатия и модуля сдвига.

Исследовано влияние контролируемых возмущений на процесс потери устойчивости конических облицовок при их взрывном обжатии. При этом на внутренней поверхности облицовок возникают складки, ориентированные вдоль образующей конуса. Установлено, что с увеличением числа Рейнольдса при сохранении геометрических размеров экспериментальных сборок количество складок растет. Показано, что нанесение рисок на внутреннюю поверхность облицовки позволяет управлять процессом потери ее устойчивости.