ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Инициирование детонации ударной волной из "Ударно-волновые явления в конденсированных средах " Многочисленные экспериментальные данные показывают, что основные особенности механизма взрывчатого превращения в ударных волнах обусловлены исходной неоднородностью твердых ВВ. Локализация энергии ударных волн на неоднородностях приводит к образованию так называемых горячих точек , в которых и происходит первоначальное инициирование реакции. Образование горячих точек —существенно неравновесный эффект, присущий только динамическим условиям нагружения. Хотя в экспериментах с ударными волнами пока не удается выявить все детали механизма образования и эволюции очагов реакции, полученная информация допускает усредненное эмпирическое описание кинетики процесса. Измерения ударных и детонационных адиабат, а также кривых изэнтропической разгрузки, дают основу для построения уравнений состояния ВВ и продуктов взрыва. [c.271] Исследования уравнений состояния и кинетики разложения твердых взрывчатых веществ в ударных и детонационных волнах ведутся широким кругом исследователей. Полученные результаты отчасти обобщены в известных монографиях [1—3] и обзорах [4 — 6]. В данной главе основное внимание уделено систематизации фактического материала, необходимого для построения расчетных моделей процессов инициирования и действия взрыва. Здесь не рассматривается ряд дискуссионных вопросов таких, как специфическое действие ударных волн на вещество и процессы, протекающие непосредственно во фронте ударной волны, которые в настоящее время еще не имеют достаточно четкой постановки. [c.271] Существование химпика детонационной волны в твердых взрывчатых веществах подтверждено многочисленными измерениями [1, 2]. Конкретная структура зоны реакции определяется кинетикой превращения исходного ВВ в продукты взрыва. [c.272] Измерения волновых профилей стационарных детонационных волн дают сведения о скорости взрывчатого превращения, а также опорные точки для определения ударной сжимаемости исходного ВВ и уравнения состояния продуктов взрыва. Для этих целей используются различные варианты магнитоэлектрического метода измерения скорости вещества, метод манганиновых датчиков давления, лазерные доплеровские интерферометрические измерители скорости, а также методы, основанные на регистрации затухания ударной волны, возбуждаемой в эталонной преграде детонацией исследуемого ВВ. Более подробно физические принципы и конструкционные особенности методов измерений параметров ударных и детонационных волн описаны в гл.2. [c.272] Магнитоэлектрические методы измерения профилей массовой скорости в диэлектрических материалах [2, 8 —10] основываются на регистрации ЭДС магнитной индукции, появляющейся в проводнике при его движении в магнитном поле. Разрешающая способность датчика определяется материалом и толщиной фольги, из которой он изготовлен, размерами чувствительного элемента (обьино 1 см), а также качеством контакта датчика с образцом. Хотя при использовании фольги толщиной 20 мкм удавалось довести разрешающую способность до 10 НС [10], более реальной представляется характерное значение этой величины на уровне 50 не [9]. [c.273] Метод манганиновых датчиков основывается на использовании зависимости удельного электросопротивления манганина от давления [И, 12]. Подобно магнитоэлектрическим датчикам, фольговые манганиновые датчики размещаются внутри образа. Вследствие необходимости изолирования датчика от электропроводных продуктов взрыва разрешающая способность этого метода при проведении измерений непосредственно в детонирующем ВВ несколько хуже, чем для магнитоэлектрического метода. Лучшие результаты дает регистрация профилей давления в преграде из диэлектрического материала вблизи поверхности ее раздела с образцом исследуемого ВВ. Пример таких измерений показан на рис.8.2, где приведен профиль давления на границе между детонирующим образцом тротила с плотностью 1,06 г/см и преградой из фторопласта. [c.273] Разрешающая способность яркостного метода [20] ограничивается временем образования слоя непрозрачного материала за фронтом ударной волны в преграде-индикаторе и улучшается с ростом давления ударного сжатия. Кроме того, временное разрешение улучшается с уменьшением размеров контролируемой области на ударном фронте вследствие снижения роли перекоса и искривления ударной волны. Суммарная разрешающая способность метода при измерениях структуры детонационных волн оценивается в 5—10 нс. Примеры применения метода яркостного индикатора приведены на рис.8.5. [c.275] Из таб.п.8.1 следует, что при практически равных параметрах в плоскости Чепмена— Жуге время реакции в детонационной волне зависит от структуры взрывчатого вещества, что видно на примере литого и прессованного тротила. При уменьшении плотности заряда ВВ и соответствую щем уменьшении давления детонации время реакции в детон ационком режиме возрастает. [c.277] Сущест-вует критический диаметр заряда ВВ, такой, что заряды меньшего диаметра оказываются неспособными к самоподдерживающейся детоиации. Объяснение этому явлению было дано Ю.Б.Харитоном на основании того факта, что для завершения энерговыделения в детонационной волне необходимо определенное время. Согласно принципу КЭ.Б.Харитона [24], критические условия детонации определяются равенством времени реакции сжатого вещества и времени его бокового разлета. Следовательно, величина критического диаметра непосредственно связана с кинетикой процесса взрывчатого превращения. [c.277] Инициирование детонации ударной волной по механизму адиабатического теплового взрыва наблюдается в гомогенных взрывчатых веществах [2, 31]. Ударная волна нагревает ВВ и вызывает в нем относительно медленную реакцию разложения. Так как процесс протекает практически в адиабатических условиях, вблизи границы заряда, где вещество наибольшее время находится в ударно-сжатом состоянии, развивается тепловой взрыв. В результате, по прошествии времени индукции, давление у границы заряда резко возрастает, в сжатом веществе формируется детонационная волна, которая затем нагоняет фронт инициирующей ударной волны и далее распространяется по несжатому веществу (рис.8.10). [c.280] Измерения времени задержки инициирования детонации удар-но-сжатых гомогенных В В используются для определения констант термической кинетики разложения веществ в ударных волнах [32—34]. С этой целью определяется зависимость времени задержки от интенсивности инициирующей ударной волны, затем с привлечением уравнения состояния вещества рассчитывается температура ударного сжатия и на основании теории адиабатического теплового взрыва по (8.3) определяются искомые константы. Результаты такого анализа для нитрометана [32, 33] и ТЭНа [34] приведены в табл.8.2. Там же указаны соответствующие константы, измеренные в изотермических условиях при атмосферном давлении. [c.280] Р и Г—диапазон давлений и температур, в котором приведены эксперименты. [c.281] Большинство практически важных взрывчатых веществ не являются гомогенным и содержит разнообразные дефекты — поры, трещины, включения, границы зерен и дефекты кристаллической структуры. Физическая неоднородность приводит к неравномерному распределению энергии при деформации взрывчатого вещества ударной волной. Ударное сжатие негомогенных ВВ сопровождается образованием так называемых горячих точек или очагов, в которых зарождается реакция разложения [39]. Менее нагретая масса ВВ сгорает затем в волнах реакции, распространяющихся из очагов. [c.282] Гипотеза инициирования взрыва в очагах была выдвинута и обоснована Ф.П.Боуденом и А. Д.Иоффе при исследованиях возбуждения взрыва конденсированных ВВ механическим ударом [40]. К основным механизмам образования очагов при ударе они относили адиабатическое сжатие газовых включений, трение между частицами вещества и частицами примесей, вязкостный нагрев взрывчатого вещества при высокоскоростном деформировании. Необходимость введения понятия горячих точек в описание процесса инициирования негомогенных ВВ ударной волной обусловлено тем фактором, что в инициирующих ударных волнах среднеобъемная температура взрывчатого вещества оказывается слишком низкой, чтобы вызвать наблюдаемое быстрое разложение. Очаговый характер процесса не исключает, разумеется, вклад гомогенного разогрева в объемное разложение ВВ, однако для большинства твердых взрывчатых веществ в режиме инициирования гомогенный разогрев, по-видимому, не является определяющим. [c.282] Важные результаты получены при исследовании влияния скорости нагрузки на процесс инициирования твердых ВВ [49 — 52]. На рис.8.12 сопоставляются волновые профили при инициировании детонации взрывчатого состава РВХ-9404 ударной и размытыми волнами сжатия [51 ]. Эксперименты показывают, что инициирование реакции подавляется размытием волны сжатия. Четких признаков энерговьщеления не наблюдается до момента образования ударного скачка. После образования ударной волны происходит ее усиление, но переход в детонацию существенно задержан по сравнению со случаем инициирования ударной волной. [c.285] Влияние скорости нагрузки на процессы инициирования РВХ—9404 [51]. а—профили инициирующих импулыюв б—профили скорости на расстоянии 3 мм от Поверхпости образца. [c.285] Изучение иницийрования детонации серией ударных волн возрастающей амплитуды [39] показало, что предварительное воздействие слабым импульсом сжатия приводит к уменьшению скорости разложения вещества в более мощной инициирующей ударной волне. Эффект объясняется повышением однородности вещества при его уплотнении в слабых волнах сжатия, дезактивацией части очагов и, как результат, снижением температуры и размеров горячих точек , образующихся в инициирующей ударной волне. [c.286] Таким образом, интенсивность ударной волны является одним из основных факторов, определяющих среднюю скорость энерговыделения в сжатом веществе. Исследование закономерностей инициирования детонации ударными волнами позволяют характеризовать чувствительность ВВ к такого рода воздействиям, получить информацию о макроскопической кинетике очагового разложения ВВ и влиянии на процесс различных структурных и термодинамических факторов. [c.286] Вернуться к основной статье