2 3
4
вв
Интерферометр
Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 - плосковолновой генератор; 2 - алюминиевая фольга толщиной 50-200 мкм; 3 - прозрачное окно; 4 - ионизационный датчик.
тонации D, для чего использовался датчик (4) как точка отсчета времени. Вторая временная точка соответствовала началу регистрации массовой скорости интерферометром. Погрешность определения D составляла ±0.25%.
Ранее были проведены аналогичные опыты с использованием водяных окон и алюминиевой фольги толщиной 100-400 мкм [1, 12] при исследовании взрывчатого вещества TNETB. Было показано, например, что в грубодисперсном TNETB при низких (менее 1.56 г/см3) и высоких (более 1.72 г/см3) начальных плотностях в зоне реакции формируется химпик, тогда как внутри интервала он отсутствует. На рис. 2 показан типичный характер изменения скорости движения границы алюминиевая фольга-вода в опытах с грубодис-персным TNETB при переходе через нижнее значение критической плотности. При плотности 1.48 г/см3 регистрируется типичная для гетерогенных ВВ картина (рис. 2, кривая 1): после ударного скачка наблюдается спад скорости на границе фольга-вода, длительность и амплитуда которого определяются параметрами химпика в TNETB. Последующий подъем скорости обусловлен циркуляцией волн сжатия и разрежения в фольге и связан с различием жесткостей А1 и Н20. Момент выхода волны, отраженной от границы А1-ВВ, на контактную поверхность А1-Н20 определяется толщиной фольги, которая в данном случае равна 200 мкм. При плотности 1.71 г/см3 (рис. 2, кривая 2) за ударным скачком вместо химпика в зоне реакции наблюдается рост скорости, т.е. структура детонационной волны не соответствует модели ЗНД [2].
Многочисленные эксперименты показывают, что при наличии химпика в исследуемом ВВ, он регистрируется надежно даже при использовании толстой фольги (до 800 мкм). Необходимо лишь учитывать затухание пика скорости при распространении по фольге, что можно сделать, проводя опыты с фольгой различной толщины. Получаемые с помощью данной методики результаты обладают хорошей воспроизводимостью, и их достоверность не вызывает сомнения. Это подтверждается и численным моделированием течения,
возникающего в слоистой системе, приведенной на рис. 1. Результаты расчета показаны на рис. 3. Одномерный расчет выполнялся по лагранжевой схеме, аналогично тому, как это сделано в работах [13-15]. Для всех сред (ВВ-алюминий-вода) задавалось калорическое уравнение состояния. Причем уравнение состояния смеси ВВ-продук-ты взрыва (ПВ) строилось в предположении равенства давлений в компонентах, условия аддитивности удельных внутренних энергий и объемов, а также условия постоянства энтропии ВВ после ударно-волнового нагружения [15]. Для описания кинетики разложения ВВ использовалось соотношение [14], формально учитывающее очаговый механизм реакции:
dа = к(Ел - Е
Л!
е)ра'(1 - а)1 -т,
где а - концентрация ПВ, р - давление, Е5к - внутренняя энергия лагранжевой частицы ВВ после ударно-волнового нагружения, Ейге - порог иници-
Скорость, км/с 3.0
50
100
150
Время, нс
Рис. 2. Скорость движения алюминиевой фольги на границе ВВ-водяное окно в опытах с грубодисперс-ным ТКЕТБ с плотностью ниже (1, р0 = 1.48 г/см3) и выше (2, р0 = 1.71 г/см3) критической.
0
Скорость, км/с 3.5
Скорость, км/с 1.8 1.5 1.2 0.9 0.6
100 125 Время, нс
Рис. 3. Результаты одномерного расчета волновых взаимодействий в экспериментальной установке: 1 -массовая скорость в стационарной детонационной волне; 2 - скорость границы А1-вода без учета затухания импульса сжатия в фольге; 3 - расчет скорости границы А1-вода (Р0 = 1.б2 г/см3).
0.3
-50
50
100
150 200 Время, нс
Рис. 4. Скорость движения 50-мкм алюминиевой фольги на границах с LiF-окнами в опытах с плотностью TNETB ниже (1 - р0 = 1.4 г/см3) и выше (2 -р0 = 1.61 г/см3) критической.
0
ирования, k и у - константы. Параметры уравнений состояния и кинетики считались совпадающими с соответствующими величинами для гексогена [14]. Например, у = 0.15, k = 0.8 • 10-9 кг/(с • Дж • Па), пороговая энергия Е1кге рассчитывалась по минимальной величине давления ударно-волнового инициирования, которое принималось равным 0.5 ГПа. В расчете учитывались также упруго-пластические свойства алюминия, поскольку это приводит к более быстрому, по сравнению с гидродинамическим приближением, затуханию импульсов сжатия.
Для доказательства того факта, что химпик не может полностью затухнуть при прохождении по алюминиевой фольге толщиной 200 мкм, сделано предположение, что в ТКЕТВ при плотности 1.61 г/см3 существует химпик. В этом случае в исследуемом ВВ устанавливается профиль массовой скорости, с характерной длительностью зоны реакции около 20 нс и отношением параметров в химпике к параметрам Чепмена-Жуге равным 1.5 (кривая 1 на рис. 3). Штриховой линией показан характер изменения скорости на границе 200-мкм алюминиевой фольги с водой, рассчитанный с использованием ударных адиабат А1, воды и детонационной адиабаты ВВ, т.е. без учета затухания пика скорости в фольге. Рассчитанная по одномерному коду, скорость границы А1-вода показана зависимостью 3. Видно, что амплитуда пика скорости уменьшается в два раза, но регистрируется он достаточно надежно. Следует отметить также, что длительность пика скорости не изменилась и осталась равной 20 нс. Это означает отсутствие заметного влияния ударной волны, отраженной от алюминиевой фольги, на распределение массовой скорости в химпике, несмотря на
сильное влияние давления на макрокинетику разложения ВВ. Таким образом, достоверность методики не вызывает сомнения, и факт отсутствия химпика в ТКЕТВ (кривая 2 на рис. 2) обусловлен не его затуханием по мере распространения по фольге, а физической природой явления.
Некоторое усовершенствование схемы эксперимента может быть достигнуто при использовании более жестких, чем вода, оконных материалов, например, из LiF. При использовании окон из LiF исчезает граница А1-окно, так как LiF имеет жесткость, близкую к А1. Следовательно, дополнительное отражение волн пропадает, и картина течения оказывается более наглядной, чем в опытах с водяными окнами. Кроме того, LiF-окна удобны тем, что при их использовании из-за большей, чем у воды, жесткости можно брать более тонкую фольгу.
Примеры измеренных профилей скорости в стационарной детонационной волне при различных начальных плотностях для грубодисперсного ТКЕТВ приведены на рис. 4. В данном случае, в отличие от проведенных ранее исследований, использовались LiF-окна. Это позволило уменьшить толщину алюминиевой фольги до 50 мкм. При плотности 1.40 г/см3 в зоне реакции формируется химпик, т.е. структура детонационной волны соответствует классической модели. При увеличении начальной плотности до 1.61 г/см3 химпик исчезает, и в зоне химической реакции наблюдается нарастание скорости. Отсутствие химпика нельзя объяснить его затуханием по мере прохождения по фольге, поскольку, как показывают оценки, для затухания в 50-мкм фольге длительность химпика должна быть порядка 1 нс,
Время, не
Рис. 5. Скороеть движения границы алюминиевая фольга - водяное окно в опытах е мелкодиепереным ТОЕТВ е плотноетью ниже (1) и выше (2) критичеекой.
Время, не
Рис. 6. Скороеть движения границы алюминиевая фольга - водяное окно в опытах е мелкодиепереным (1: Ро = 1.68 г/ем3, 2: р = 1.61 г/ем3) и грубодисперс-ным (3: р0 = 1.61 г/ем3) ТЖТВ.
что невозможно, так как сопоставимо с шириной ударного екачка. Одна из целей проведенных эке-периментов еоетояла в выборе наименьшей толщины фольги, при которой можно получить воепро-изводимые результаты. Оказалоеь, что иепользо-вать фольгу толщиной менее 50 мкм нельзя, поекольку ее толщина становится еравнимой ео ередним размером зерна, и воепроизводимоеть результатов резко енижаетея. Тем не менее применение LiF-окна позволило добитьея уменьшения толщины фольги, по крайней мере, в 2 раза по еравнению е опытами е водяным окном [1].
ВЛИЯНИЕ ДИСПЕРСНОСТИ ИСХОДНОГО ПОРОШКА ВВ НА СТРУКТУРУ ВОЛНЫ
Диапазон начальных плотноетей, в котором отсутствует химпик, определяется кинетикой разложения ВВ, поэтому можно было ожидать зави-еимоеть границ этого диапазона от диепереноети исходного порошка ВВ. Для проверки этого предположения были приготовлены образцы различной начальной плотноети из мелкодиепереного Т№ЕТВ е характерным размером чаетиц ~5 мкм, который был получен раетворением штатного ВВ (е характерным размером чаетиц 80 мкм) в горячем епирте е поеледующим оеаждением его в воду. Экеперименты проводилиеь е иепользова-нием водяных окон при толщине алюминиевой фольги 200 мкм.
Результаты опытов показаны на рие. 5 и 6, где приведены профили екороети движения границы алюминиевая фольга-вода при различной начальной плотноети заряда. Видно, что характер изменения параметров в зоне реакции етационарной
детонационной волны еущеетвенно завиеит от плотноети заряда. В чаетноети, при р0 = 1.23 г/ем3 (кривая 1 на рие. 5) поеле ударного екачка наблюдается пик екороети е амплитудой 250 м/е и дли-тельноетью 30 не, что еоответетвует модели ЗНД. Однако уже при плотноети 1.33 г/ем3 (кривая 2 на рие. 5) за ударным екачком региетрирует-ея облаеть постоянных параметров, тогда как в грубодиепереном составе в этом случае наблюдается химпик (кривая 1 на рие. 2). Т.е. в мелкодисперсном Т№ЕТВ нижняя граница начальной плотноети, при которой химпик исчезает, равна примерно 1.30 г/ем3, что на 20% ниже, чем в грубодиепереном. Максимальная начальная плотность, которую удалось получить без использования растворителей, составляет 1.68 г/ем3 (рие. 6, кривая 1). Видно, что при увеличении начальной плотноети изменение параметров в зоне реакции оказывается несколько сложнее, чем в грубодиепереном Т№ЕТВ, где скорость монотонно возрастает (рие. 6, кривая 3). В мелкодисперсном Т№ЕТВ поеле ударного сжатия наблюдается роет екороети с поеледующим формированием пологого максимума (кривые 1, 2 на рие. 6). Такой характер изменения параметров по-прежнему не еоответетвует модели ЗНД, и можно утверждать, что вплоть до плотноети 1.68 г/ем3 химпик в мелкодисперсном Т№ЕТВ отсутствует.
ЗАВИСИМОСТЬ СКОРОСТИ
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.