об устойчивости детонационного фронта смесевых жидких вв
35
D, км/с 7.7
5 10 15 20 25 30 35 40 НБ, %
р, г/см3 1.65-
0 5 10 15 20 25 30 35 40
НБ, %
Рис. 2. Зависимости скорости детонации (а) и плотности (б) составов ТНМ-НБ от содержания нитробензола [9].
0
и в чистом ТНМ, устойчивый детонационный фронт с величиной пика Неймана, близкой к величине пика в ТНМ Р = 21.6 ГПа [3, 7]. В ряде экспериментов с составом 80/20 перед ударно-волновым скачком появляется предвестник в виде нарастания скорости в течение 3-5 нс до значений ~ 0.5 км/с.
Известно, что давление инициирующей ударной волны в ТНМ составляет 8 ГПа при давлении в состоянии Чепмена-Жуге 16 ГПа [8]. Ниже будет показано, что при содержании НБ в составе более 20% фронт волны становится неустойчивым и пульсирующим. По-видимому, в данных составах при увеличении содержания НБ растет критическое давление инициирующей ударной волны. В то же время, в соответствии с рис. 2а, растет скорость (и давление) детонации [9], плотность составов при этом уменьшается (рис. 26), однако предельные условия процесса возбуждения детонации ударной волной еще не достигаются, поэтому фронт гладкий и устойчивый. Ранее устойчивый детонационный фронт был зафиксирован также в стехиометрической смеси ТНМ-НМ (46/54, р = 1.365 г/см3, D = 6.89 км/с) [7].
2.2. Состав ТНМ-НБ (74/26)
Данный состав близок к стехиометрическому -76, 85/23, 15, имеет плотность р = 1.51 г/см3 и обладает максимальной скоростью детонации ф = 7.5 км/с) среди составов ТНМ-НБ. Р-и-диаграмма для данного состава представлена на рис. 3.
В данном составе при инициировании от электродетонатора наблюдается неустойчивый пульсирующий режим. Зарегистрированные в опытах профили иир(?) на толщине ЖВВ 2-30 мм можно разделить на три группы (рис. 4):
ударная волна (рис. 4а) - давление в ЖВВ составило 16-21 ГПа, а иир(£) = 1.4-1.7 км/с. Это соответствует области ударно-сжатого ВВ на рис. 3, где значения давления в ЖВВ близки к давлению Чепмена-Жуге (Р = 21.4 ГПа);
фронт с нарастанием и плавным спадом (рис. 46) - наблюдалось нарастание иир в течение первых 3-9 нс, а затем плавный спад. В этих опытах зафиксирован сглаженный пик. Зарегистрированная величина массовой скорости в пике в LiF для данной структуры находится в пределах 1.46-1.68 км/с (Р = 16.5-21 ГПа). Такой фронт должен реализовываться при срыве реакции и резком затухании значений параметров в ДВ, движущейся по ударно-сжатому ВВ;
фронт с быстрым нарастанием скорости и обрывом записи (рис. 4в) - на переднем фронте волны зарегистрирован быстрый рост и^ в течение первых 5-25 нс до обрыва записи. Значения
Рис. 3. Р-и-диаграмма состава ТНМ-НБ (74/26): дет. луч - детонационный луч; А - ударная адиабата состава ТНМ-НБ (74/26); LiF - ударная адиабата LiF; Ч-Ж - состояние Чепмена-Жуге; Н - состояние пика Неймана; УСВВ - область состояний ударно-сжатого ВВ; 1, 2, 3, 4 - амплитуды волн в составе ТНМ-НБ (74/26); 1, 2', 3', 4' - зарегистрированные для амплитуд 1, 2,3, 4 состояния в LiF.
иЫр, м/с
1800 г
1600 \
1400 - N
1200
1000
800
600
400
200 -
0
V, м/с 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200
V, м/с 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
20 40 60 80 100 0
20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100
г, нс
Рис. 4. Зарегистрированные типы профилей массовой скорости в составе ТНМ-НБ (74/26): а - ударная волна, б - нарастание и плавный спад скорости, в - быстрое нарастание скорости и обрыв записи.
Длина фронта, мкм
150
100
50
0
С
В
А
иЫР, км/с 2.5
10 15 20 25 г, нс
Рис. 5. Дисперсия скорости при регистрации профилей и (г) на участке фронта длиной 150 мкм.
0
5
иир в момент обрыва записи лежат в пределах от 0.5 до 3.17 км/с. Обрыв записи, в первую очередь, обусловлен кривизной пульсирующего фронта ДВ. Такая ДВ выходит на границу раздела ВВ-окно под углом, что приводит к развороту поверхности, отражающей лазерный луч. Вследствие этого луч также разворачивается и смещается со щели регистратора, а запись обрывается. В зависимости от величины угла разворота границы раздела ЖВВ-окно запись может обрываться раньше (иЫР - 0.5 км/с) или позже (ии¥ -- 3.17 км/с).
Высокие значения массовой скорости (более 3.0 км/с) можно объяснить как распространением косых ДВ, движущихся по ударно-сжатому ВВ, так и столкновением поперечных детонационных
волн во фронте волны [8, 10]. Подробно это будет обсуждаться ниже.
Максимальное давление в ЖВВ для данной структуры составляет 55 ГПа (состояние 1 на рис. 3). Такие же высокие значения давления были ранее [2] зафиксированы в ДВ, движущихся по ударно-сжатому ВВ в нитроглицерине (Р - 50 ГПа).
Эти три группы профилей регистрируются случайным образом в зависимости от того, в какую точку фронта попадет лазерный луч в данном эксперименте.
В большинстве интерферограмм при регистрации фронта с быстрым нарастанием скорости (рис. 4в) записывается дисперсия скорости. На интерферограмме (рис. 5) показаны результаты одного из экспериментов, иллюстрирующие запись дисперсии скорости. Интерференционные
Детонационная волна пик Волна Тейлора
г-* 1 N. г 5/D << tes
/ tCS t
Тепловой взрыв /| / / / / At = tes
At t 1
ULiF, М/С
2500
2000 1500 1000 500
0
H
Ч-Ж
20 40 60 80 100 120
140
t, не
Рис. 6. Аналогии взрывного превращения молекул при детонации (а) и тепловом или цепном взрыве (б) [8]; в - зарегистрированный профиль детонационной волны в составе ТНМ-НБ (74/26): т - период индукции; 8 - длительность ударно-волнового скачка; Дt - время химической реакции.
а
линии А, В и С, соответствующие разным участкам исследуемой поверхности (размером 150 мкм), пишут разные графики скорости в соответствии с рис. 5.
Из рисунка 5 следует, что линия С, по-видимому, соответствует профилю рис. 46, а линии А и В -профилю рис. 4в, но с разным темпом нарастания скорости. Таким образом, эксперименты свидетельствуют, что в пульсирующем фронте ДВ давление на разных участках может изменяться от 16 до 55 ГПа, а скорость волны, соответственно, от 5.3 до 9 км/с. В то же время средние параметры волны по фронту остаются неизменными: Р = 21.4 ГПа, D = 7.5 км/с.
При инициировании ЖВВ от пластифицированного ТЭНа толщиной 11 мм на толщине ЖВВ 50 мм была зарегистрирована нормальная детонационная волна (рис. 6в) с пиком Неймана и состоянием Чепмена-Жуге. Длительность нарастания параметров волны во фронте до пика Неймана составила 8 ~ 5 нс, длительность зоны химической реакции от пика Неймана до состояния Чепмена-Жуге - Дt ~ 13 нс. Затем на профиле регистрировалась тейлоровская волна разгрузки. По-видимому, в ЖВВ сначала реализовалась пересжатая ДВ, которая, пройдя расстояние 50 мм, ослабла до нормальной.
Давление пика Неймана в исследуемом составе составило 34 ГПа, давление состояния Чепмена-Жуге - 21.4 ГПа. Нарастание во фронте в течение 5 нс может быть периодом индукции, в соответствии с [8, 10]. На рис. 6а и 66 представлены аналогии из теории теплового взрыва, где для ДВ период индукции находится в пределах ударно-волнового скачка [8]. Из рис. 6 видно, что зарегистрированный профиль (рис. 6в) совпадает с
предсказанным (рис. 6а), но без выпуклого участка в тейлоровской волне разгрузки.
2.3. Нагружение состава ТНМ-НБ (74/26) пересжатыми ДВ
Проведено два опыта, в которых амплитуда инициирующей ударной волны в ЖВВ превышала величину состояния Чепмена-Жуге. На рис. 7 представлены результаты опыта по нагружению состава (74/26) толщиной 10 мм ударной волной от заряда толщиной 12 мм на основе октогена (давление детонации 38 ГПа). Для того чтобы в ЖВВ входила ударная, а не детонационная волна между октогеном и ЖВВ помещалась 10-мкм алюминиевая фольга. В эксперименте величина максимального давления с учетом затухания пересжа-
Рис. 7. Профиль пересжатой ДВ в составе (74/26) при нагружении его зарядом ВВ на основе октогена.
иир, м/с
г, нс
Рис. 8. Профиль пересжатой ДВ в составе (74/26) при нагружении его зарядом ВВ на основе пластифицированного ТЭНа.
той волны на толщине ЖВВ 10 мм составила 31 ГПа. Время нарастания параметров во фронте ДВ до максимального значения равнялось 90 нс. Аналогичные профили пересжатой ДВ в тротиле с нарастанием параметров волны в течение ~20 нс были зарегистрированы ранее в работе [11].
На рис. 8 представлены результаты опыта при нагружении ЖВВ пластифицированным ТЭНом толщиной 15 мм (давление детонации 25.6 ГПа). Величина давления ДВ в ЖВВ после прохождения 13 мм его толщины составила 26 ГПа, а длительность нарастания параметров во фронте Л? = = 70 нс. Мы не исключаем того, что при прохождении определенного расстояния по ЖВВ пересжатая волна может из-за затухания стать нормальной ДВ, как это было описано выше (рис. 6в). Пересжатые ДВ, по-видимому, подавляют пульсации на фронте так, что регистрируются одни и те же параметры по всему фронту.
3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
С первого взгляда трудно понять, почему в низкочувствительном ТНМ ^кр = 16 мм) детонационный фронт устойчивый и зеркальный, а в высокочувствительном составе ТНМ-НБ (74/26) ^кр = 0.05 мм) неустойчивый и пульсирующий.
На рис. 9 представлена качественная картина возникновения локальных взрывов и пульсирующей детонации [8, 10]. Из рисунка следует, что при движении детонационной волны по ударно-сжатому ВВ должны реализовываться максимальные давления и профили ступенчатого вида (сначала ударная, затем детонационная волны). Таких ступенчатых профилей в настоящей рабо-
те для состава (74/26) не зафиксировано. Это связано, в первую очередь, с тем, что толщина слоя пульсирующей детонации (~150 мкм) в настоящей работе в десятки раз меньше, чем в [2, 8, 10], и ступенчатые профили не успевают сформироваться. Период времени между срывом реакции и новым самовоспламенением для состава (74/26) также существенно меньше, чем в работах [2, 8, 10] для Нм и смесей НМ с растворителем.
Зарегистрированное нами максимальное значение скорости в ЫБ (3.2 км/с) соответствует детонационной волне в ЖВВ с амплитудой давления 55 ГПа, что в 2.5 раза выше, чем давление детонации в данном составе. По-видимому, это значение является максимальным давлением, которое может реализоваться в косой волне (2) или п
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.