ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Уравнения макрокинетики разложения твердых взрывчатых веществ в ударных волнах из "Ударно-волновые явления в конденсированных средах " Проблемы развития теории ударно-волнового инициирования гетерогенных взрывчатых веществ типичны для математического описания явлений, в основе которых лежит динамика разнообразных микродефектов. Основная трудность заключается в недостатке информации о микроскопических свойствах веществ и многообразных типов дефектов. Тем не менее, даже оценочный анализ возможных механизмов возникновения очагов и распространения реакции в объем несомненно полезен для более полного понимания явления. Правильного выбора основных параметров состояния, контролирующих процесс, их функциональной связи и тенденции их изменения при варьировании физической структуры зарядов взрывчатого вещества. [c.299] Следует отметить, что даже в нормальных условиях термическое разложение твердых веществ носит негомогенный характер. Процесс инициируется на структурных неоднородностях и развивается путем роста ядер реакции [57]. В качестве возможных механизмов формирования горячих точек в процессе ударного сжатия обсуждаются эффекты микрокумуляции на жестких примесных частицах и в порах, пластическая работа на периферии поры, трение между частицами, растрескивание зерен ВВ при уплотнении, адиабатическое сжатие газовых включений и другие. [c.300] Гидродинамический механизм образования горячих точек при схлопывании микропустот или при взаимодействии ударной волны с жесткими включениями проанализирован в [3] путем численного моделирования этих явлений. Расчеты распространения ударных волн в объеме жидкого нитрометана, содержащим одну или несколько неоднородностей в виде замкнутых полостей, либо металлических частиц, продемонстрировали реалистичность такого механизма. Взаимодействие ударной волны с разрывами плотности вызывает образование областей повышенного давления и температуры, где возможна быстрая реакция. В случае сферической полостя размер горячего пятна близок к ее начальному диаметру. Эффективность образования горячих точек на пустотах выше, чем на металлических частицах. [c.300] Имеются экспериментальные указания на то, что критическая массовая скорость и за фронтом инициирующей ударной волны очень слабо зависит от начальной плотности ВВ [64]. [c.300] Прямое фотографирование горячих точек в РВХ-9404 при давлении ударного сжатия 2 ГПа осуществлено, в частности, в [87]. По результатам регистрации температура очагов оценивается как 1500° С. [c.301] Наибольший прогресс в теоретическом анализе механизмов образования горячих точек достигнут в расчетах вязкопластического разогрева вещества в окрестности схлопывающейся сферической поры [44 — 46, 88, 89]. Проведенные расчеты показали, что разогрев вещества в ударных волнах с давлением 1 ГПа даже для- пор микронных размеров может достигать 1000 К и более, причем эффективный объем образующейся горячей точки достаточен для воспламенения окружающего вещества по механизму очагового теплового взрыва с задержкой менее 10 с. Чем ниже давление ударного сжатия, тем больше размер пор, обеспечивающих воспламенение ВВ в инициирующей ударной волне. Некоторая неясность модели связана с плавлением вещества при столь значительных разогревах и связанным с ним падением сопротивления деформированию. [c.301] Начиная с работ Ф.П.Боудена по инициированию взрыва механическим ударом [40], в литературе обсуждается механизм возбуждения взрыва в результате зажигания ВВ адиабатически сжатым газом в порах. Реалистичность этого механизма подтверждена экспериментами с гексогеном [94], где наблюдалось зажигание ВВ адиабатически сжатым аргоном, воздухом или пропаном, заполняющим пору с размером 1 мм. Сжатие образца с порой осуществлялось ударными волнами с амплитудой 0,1 —0,5 ГПа, задержки воспламенения при этом составляли 10—100 мкс. Адиабатическое сжатие газовых включений в более сильных ударных волнах не влияет, как показано в [95, 96], на динамику инициирования детонации. [c.302] Неравновесный ударно-волновой разогрев вещества в окрестности мельчайших флуктуаций плотности анализировался в [99] методами молекулярной динамики. Этот механизм возбуждения реакции может играть заметную роль в сильных ударных волнах, когда ширина ударного перехода сравнима с межатомными расстояниями. [c.302] Таким образом, имеется целый ряд реалистичных механизмов образования очагов реакции при ударно-волновом воздействии на взрывчатые материалы. Исследования образцов ВВ после обработки ударными волнами малой интенсивности [97, 98] позволили выявить следы разложения на трещинах, дефектах отливки, на зазорах у стенок контейнера и вблизи краев кристаллитов, однако не дали достаточных оснований для выбора доминирующего механизма образования очагов. Вероятно, следует предполагать возможным одно-времерное действие нескольких механизмов. Тем не менее, результаты исследований позволяют сформулировать основные качественные особенности очагового разложения взрывчатых веществ за фронтом ударной волны. [c.302] Очаги реакции образуются в результате неупругой деформации в окрестности неоднородностей, главным образом пор, практически всегда присутствующих в реальных зарядах твердого взрывчатого вещества. Следовательно, существует порог ударно-волнового инициирования, который превышает динамический предел упругости данного материала. [c.302] Основной причиной возникновения быстрой реакции в очаге является локальный разогрев вещества. Поскольку имеет место конкуренция двух процессов — рост температуры очага в результате неупругой деформации и ее снижение в результате теплоотвода в окружающее холодное вещество, то возможность образования определенного количества эффективных очагов реакции возрастает с увеличением скорости сжатия. Так как максимальная скорость сжатия достигается в ударных волнах, именно в них генерируется основная масса очагов реакции, участвующих в дальнейшем развитии процесса. [c.303] Вероятность зажигания очагом окружающего вещества возрастает с увеличением его размеров и температуры. Размеры горячих очагов в ударно-сжатом веществе пропорциональны размерам исходных неоднородностей. Поэтому крупнозернистые ВВ имеют менее высокий порог инициирования, чем мелкодисперсные [64]. Вместе с тем мелкодисперсные ВВ в исходном состоянии содержат большее число неоднородностей, поэтому при достаточно высоком давлении ударного сжатия в них образуется больше очагов, чем в крупнозернистом ВВ. [c.303] Многообразие возможных механизмов неравновесных локальных разогревов вещества на неоднородностях в ударной волне и наличие в исходном веществе пор, трещин и других дефектов структуры различного типа и размеров приводят к тому, что в ударной волне образуется спектр горячих точек , различающихся как размерами, так и температурой. В соответствии с этим за фронтом ударной волны имеется спектр периодов индукции возникновения реакции в очагах, что в результате усреднения воспринимается в экспериментах как отсутствие выраженного периода индукции вообще. Тем не менее, при построении макрокинетических моделей следует учитывать разновременность стартов быстрых реакций в очагах. Более резкий переход инициирующей ударной волны в детонационную имеет место в мелкодисперсных ВВ, где спектр очагов сужен. [c.303] При прочих равных условиях температура в горячих точках возрастает с увеличением интенсивности ударной волны. Кроме того, чем выше давление ударного сжатия, тем большее количество механизмов локального разогрева принимает участие в образовании горячих точек . В результате количество эффективных очагов реакции, способных воспламенить окружающее вещество, возрастает с увеличением интенсивности ударной волны. [c.303] Наиболее крупные несплошности в исходном веществе ликвидируются уже при относительно низких давлениях ударного сжатия при этом только часть их образует очаги реакции. Гомогенизация ВВ в слабых ударных волнах снижает его чувствительность к последующим более сильным ударно-волновым воздействиям. Вообще говоря, этот эффект зависит от интервала времени между предварительным и последующим воздействиями. Медленная реакция на неоднородностях с повышенной температурой, неспособная воспламенить основную массу ВВ, может, тем не менее, привести к росту пор, растрескиванию вещества и образованию промежуточных продуктов с высокой чувствительностью [97, 98]. [c.304] Описание макрокинетики очагового разложения твердых взрывчатых веществ в ударных волнах осуществляется как путем построения последовательных моделей процесса с различной степенью детализации, так и отысканием эмпирических зависимостей. [c.304] Первый подход реализован в работах [44, 45, 100], где на основе механизма вязкопластического образования горячих точек и предположения о развитии химической реакции в форме горения по поверхности воспламенившихся сферических пор, удалось сформулировать замкнутую модель ударно-волновых преддетонационных процессов в высокоплотных твердых ВВ. Расчеты продемонстрировали реалистичность и плодотворность модели, однако ее практическое применение сопряжено с необходимостью определения ряда механических и теплофизических характеристик ударно-сжатого вещества, которые, обычно, достоверно не известны. Необходимость учета наличия спектра очагов резко увеличивает объем вычислений. [c.304] Перегруженность не вполне определенными чсонстантами материала даже при упрощенной физической постановке является общим недостатком разрабатываемых замкнутых физических моделей [44, 45, 100—103]. В любом случае требуется экспериментальная проверка моделей и уточнение используемых в них параметров. [c.305] Трудности построения, и практического использования замкнутых моделей процесса стимулируют поиск эмпирических формально-кинетических зависимостей, пригодных для расчета процессов инициирования и детонации в широком диапазоне условий. Функциональный вид эмпирических формально-кинетических соотношений выбирается на основе самых общих и упрощенных представлений о механизме явления, а входящие в них макрокинетические характеристики материала находятся эмпирическим путем. Естественно, диапазон применимости эмпирических соотношений, вообще говоря, ограничен диапазоном состояний, имевших место в экспериментах. [c.305] Вернуться к основной статье