Отдел горения и взрыва ИХФ РАН

Главная

Лаборатории

Конференции

Публикации

Авторефераты

Форум

Объявления
Лаборатория взрывных процессов в конденсированных средах (1316)


Заведующий лабораторией: к.ф.м.н. Ермолаев Б. С.
 Тел. +7-495-939-7231, мест. 72-31;
Эл. почта: 
bse@center.chph.ras.ru

Ведущие сотрудники лаборатории:

Главный научный сотрудник

д.ф.м.н., проф.

Сулимов А. А.

Старший научный сотрудник

к.ф.м.н.

Комиссаров П. В.

Старший научный сотрудник

к.ф.м.н.

Храповский В. Е.

Старший научный сотрудник

 

Худавердиев В. Г.

Научный сотрудник

 

Ребеко А. Г.

Младший научный сотрудник

 

Соколов Г. Н.

 

 

 

 

 

 

 

 

Научное направление

Фундаментальное исследование механизмов и закономерностей конвективного горения, низкоскоростной детонации и перехода горения в детонацию в пористых энергетических материалах.

Краткая историческая справка. Лаборатория 1316 была организована в 1978 году путем деления лаборатории взрывных процессов, которой руководил до своей кончины в 1967 г. профессор А.Ф.Беляев, крупнейший советский ученый в области физики горения и взрыва в конденсированных системах. Были созданы два научных подразделения: лаборатория взрывных процессов в конденсированных средах (лаб. 1316), которую до 2008 г. возглавлял ученик А.Ф.Беляева – профессор А.А.Сулимов, и лаборатория взрывных процессов в газовых и двухфазных системах (лаб. 1313) под руководством известного специалиста в данной области – профессора А.А.Борисова. Обе лаборатории дружно и плодотворно взаимодействовали и продолжают сотрудничество. В настоящее время группа  А.А.Борисова успешно работает в составе лаборатории детонации, руководимой талантливым ученым – профессором С.М.Фроловым. Все эти годы лаб. 1316 успешно развивает научное наследие А.Ф.Беляева в части, касающейся исследований взрывных превращений в пористых энергетических материалах. В составе лаборатории вплоть до кончины плодотворно работали доктор ф.-м. наук А.И.Коротков,  к. ф.-м. наук В.Ф.Дубовицкий и  к. ф.-м. наук  В.А.Фотеенков. В 1983 г. была создана лаборатория горения гетерогенных конденсированных систем (1315), которую успешно возглавляет другой ученик А.Ф. Беляева - профессор Ю.В.Фролов.

В 1973 г. была опубликована монография А.Ф.Беляева, В.К.Боболева, А.И.Короткова, А.А.Сулимова, С.В.Чуйко. Переход горения конденсированных систем во взрыв. // М., Наука, 1973, 293 с. (zip) , в которой впервые в мировой практике были изложены в систематизированном виде физические воззрения на переход горения конденсированных (твердых и жидких) веществ во взрыв и детонацию.

На данной странице сайта представлены исследования, выполненные в лаборатории 1316 ИХФ РАН после выхода монографии (за период 1973-2015 г.г.) В них в обобщенном виде рассмотрены современные представления о взрывных процессах в пористых энергетических материалах, изложенные в виде статей, опубликованных в различных отечественных и зарубежных изданиях.



Сотрудники лаборатории 1316 (справа налево) на фоне взрывной камеры 3-го корпуса:
М. К. Сукоян, Б. С. Ермолаев,  В. Е. Храповский, А. А. Сулимов, А. В. Романьков


Взрывные процессы в пористых энергетических материалах 

(Сборник основных публикаций сотрудников лаборатории 1316 за 1973-2015 г.)

Авторы: Б.С.Ермолаев, А.А.Сулимов, А.А.Борисов, Б.А.Хасаинов, В.Е.Храповский, А.И.Коротков, М.К.Сукоян, В.А.Фотеенков, В.Ф.Мартынюк, В.Ф.Дубовицкий, А.В.Романьков, А.А.Беляев, В.А.Окунев, В.Г.Худавердиев, П.В.Комиссаров, Г.Н.Соколов.

Материалы cборника  подготовил А.А.Сулимов.


Содержание

В соответствии с тематикой публикации разбиты на семь разделов:

1) Переход горения в детонацию, развитие взрыва, взрывобезопасность [1-13]

2) Конвективное горение порохов и ВВ, в том числе конвективное горение в зарядах с низкой пористостью [14-24]

3) Конвективное горение - перспективный рабочий процесс для ствольных и сопловых устройств.  Высокоплотные заряды конвективного горения (ВЗКГ) [25-31]

4) Конвективное горение смесевых композиций, содержащих окислитель  (перхлорат или нитрат аммония) и горючее разных типов [32-39]

5) Неидеальная (в том числе, низкоскоростная) детонация твердых ВВ и смесей [40-55]

6) Вязко-пластический механизм ударно-волнового инициирования детонации конденсированных ВВ [56-61]

7) Управление неидеальными взрывными процессами в высокоплотных высокоэнергетических смесевых составах, обогащенных алюминием. Взрывные волны [62-67]

По ссылкам доступны для просмотра полные тексты статей. Для просмотра может требоваться установка следующих приложений:

PDF - программа Adobe Reader (
скачать бесплатно)

ZIP - программа 7ZIP (
скачать бесплатно)

DJVU - программа WinDjView (
скачать бесплатно)



Загрузить список публикаций в формате DOC



Методология исследования и измерительный комплекс


Суть методологического подхода, который мы последовательно применяем в наших исследованиях по переходу горения в детонацию, состоит в выделении и раздельном изучении промежуточных стадий этого процесса: конвективного горения и низкоскоростной детонации и определении критических условий, при которых происходит смена стадий, и условий, в которых эти стадии могут быть стабилизированы.

Экспериментальные исследования проводятся во взрывной камере 3-го корпуса ИХФ РАН, рассчитанной на взрыв 5 кг тротила (это была первая камера подобного типа, построенная в СССР в 1948 г.). Исследования включают совместные фотографические и пьезометрические измерения параметров переходных взрывных процессов. Для скоростной фотографии распространения фронта реакции  применяются ждущие фоторегистраторы ФР-11, ЖФР-3 и ждущая лупа времени ЖЛВ-2. Опыты проводятся в специально сконструированных прозрачных камерах высокого давления. Для регистрации распространения фронтов реакции используются также ионизационные, оптико-волоконные и фотодиодные датчики. Для измерений давления,  которое проводится в нескольких точках по длине заряда, использовались высокочастотные пьезокварцевые датчики собственной конструкции и датчики типа «Kistler»(AVL, Т-6000) с регистрацией на диалоговой и цифровой аппаратуре. Измерительный комплекс позволяет регистрировать процессы, протекающие с временами от долей сек до долей мкс и давлениями от нескольких атмосфер до 8–10 тысяч атм. Путем обработки результатов измерений определяли скорость распространения пламени, скорость движения горящих частиц вблизи фронта пламени, пространственный профиль давления для различных моментов времени, длину участка перехода горения в нормальную и низкоскоростную детонацию.

Для проведения исследований по внутренней баллистике применяются модельные ствольные установки и ракетные импульсные двигатели, снаряжаемые зарядами нового типа  - пористыми блочными зарядами, сгорающими в режиме конвективного горения или низкоскоростной детонации. Для измерений тяги двигателя имеется маятник 4-м длины. Для изучения структуры волн низкоскоростной детонации используется электромагнитная методика измерения массовой скорости.

Эксперименты проводятся совместно с теоретическими исследованиями. Разработаны компьютерные программы, позволяющие в квазиодномерном приближении анализировать конвективное горение, неидеальную (в том числе, низкоскоростную) детонацию и переход горения в детонацию в порохах, твердых взрывчатых веществах и смесевых композициях на основе окислителя (перхлората или нитрата аммония) и алюминия с добавками (ВВ, органических горючих)  и проводить расчеты по внутренней баллистике с пороховыми высокоплотными зарядами конвективного горения (ВЗКГ).


Темы исследований лаборатории с краткими резюме к разделам и основными публикациями за период 1973-2015 г.  К отдельным публикациям даны аннотации.

1) Переход горения в детонацию, развитие взрыва, взрывобезопасность

Переход горения в детонацию - сложный, многостадийный процесс, который мы детально исследовали на различных энергетических материалах (дисперсные и прессованные ВВ, пороха и смесевые композиции). Опыты проводились на цилиндрических зарядах с использованием комплексной экспериментальной методики, позволяющей одновременно регистрировать светящиеся фронты реакции и изменение давления во времени в нескольких точках по длине заряда. Теоретическое исследование включало аналитические методы и численное моделирование в квазиодномерном приближении в рамках механики двухфазных реагирующих сред. Рассмотрены все фазы процесса развития взрыва, начиная с возникновения конвективного горения и заканчивая формированием стационарной детонационной волны; изучены пространственная структура, свойства и эволюция во времени волн конвективного горения в зарядах различной пористости; определены критические условия и механизмы, вызывающие последовательную смену стадий процесса (от послойного горения к конвективному горению и низкоскоростной детонации). Особенно подробно изучен переход горения в детонацию в ВВ (тэне, гексогене и др.) и зерненных пироксилиновых порохах в классической постановке (прочная цилиндрическая оболочка с инициированием горения от закрытого торца заряда), рассмотрено влияние размера зерна, начальной пористости заряда, наличия ингибирующей добавки.
Показано, что по внешним признакам переходной процесс может быть отнесен к одному из двух типов: (1) процесс, когда детонационная волна возникает на фронте волны конвективного горения (или несколько впереди его), детонация возбуждается ударной волной, которая образуется в результате сложения волн сжатия, иницируемых фронтом горения т.е. по классическому «поршневому» механизму; (2) переход в детонацию с формированием вторичной волны давления позади фронта конвективного горения. Подробно изучен второй тип перехода, выделены условия, в которых происходит формирование вторичной волны, измерены ее характеристики и рассмотрены механизмы, определяющие зарождение и развитие вторичной волны. 

Детально рассмотрены механизмы переноса энергии из зоны химического превращения к исходному веществу по газовой и твердой фазам и определен вклад этих механизмов на различных стадиях переходного процесса. В основе механизма конвективного горения - опережающая фронт пламени фильтрация газообразных продуктов горения в поры заряда. Показано также, что разогрев газа, фильтрующегося в поры, под действием работы сжатия и трения о стенки пор (так называемый, газокомпрессионный механизм) может при определенных условиях обеспечить зажигание пороха и контролировать распространение и ускорение волны реакции не только на стадии конвективного горения, но и при переходе на стадию низкоскоростной детонации.

Отличительная особенность аварийных взрывов, вовлекающих большие массы дисперсных ВВ, состоит в том, что развитие горения в очаге уже на начальной фазе взрывного процесса испытывает сильное воздействие разгрузки, вызванной разлетом слоев ВВ, окружающих очаг. С помощью модельного подхода, воспроизводящего эту особенность и получившего название «метод критической высоты слоя», проведено систематическое изучение критических условий перехода горения во взрыв для ряда типичных ВВ в зарядах диаметром от 16 мм до 1 метра. Параметры, определяемые в критических условиях (критическая высота слоя и критическое давление в очаге) дают реалистическую оценку склонности ВВ к переходу горения во взрыв. Рассмотрена теоретическая модель процесса, в которой учтены переход от послойного горения в очаге к конвективному горению и эффекты, связанные с разгрузкой очага.

По результатам исследования оформлены два патента на способ определения склонности порошкообразных ВМ к переходу горения во взрыв в больших объемах.

1. А.Ф.Беляев, В.К.Боболев, А.И.Коротков, А.А.Сулимов, С.В.Чуйко. Переход горения конденсированных систем во взрыв // М., Наука, 1973, 293 с. (zip);  A.F. Belyaev, V.K. Bobolev, A.I. Korotkov, A.A.Sulimov, S.V.Chuico. Transition from deflagration to detonation in condensed phases // Translated from Russian by Israel program of scientific translation. - Jerusalem. - 1975. (NTIS TT 74-50028) 245 p. (pdf)

Монография, в которой впервые в мировой практике  изложены в систематизированном виде физические воззрения на переход горения конденсированных веществ во взрыв и детонацию. Авторы продуктивно использовали научный подход, который опирается на выделение и раздельное изучение основных промежуточных стадий ПГД (конвективного горения и низкоскоростного режима детонации) и определение критических условий, при которых происходит смена стадий. Этот подход позволил получить полную картину развития взрыва от послойного кондуктивного горения до детонации и провести детальное изучение переходных стадий в наиболее простых (стабилизированных) условиях. Монография переведена на английский язык и получила широкую известность.  Основу книги составили результаты экспериментальных и теоретических работ, выполненных в ИХФ РАН до 1973г. Детально изучены типичные представители основных классов энергетических материалов: бризантные твердые и жидкие ВВ, пороха, взрывчатые смеси и твердые ракетные топлива. В разделе, посвященном переходу горения во взрыв в твердых пористых веществах, рассмотрено влияние, которое оказывают на характеристики промежуточных стадий и перехода горения в детонацию в целом как свойства энергетического материала (размеры пор, частиц и дефектов материала, начальная пористость и газопроницаемость, физико-механические свойства, реакционная способность),  так и внешние условия (прочность и другие свойства оболочки, условия газоотвода, мощность инициирующего воздействия, геометрические размеры заряда). Показаны возможности стабилизации этих процессов в диапазоне скоростей распространения от 1 до 3000 м/с. Приведены обширные данные по влиянию различных факторов на длину преддетонационного участка.

2. A.A.Sulimov, B.S.Ermolaev, A.A.Borisov, A.I.Korotkov, B.A.Khasainov, V.E.Khrapovsky. On the mechanism of deflagration to detonation transition in gas-permeable explosives // V1 Symposium (Int.) on Detonation: Proceedings. Coronado, USA, 1976, ACR-221, ONR, Arlington. P.250–257 (
pdf)

3. Б.С.Ермолаев, А.А.Сулимов, В.А.Окунев, В.Е.Храповский. О механизме перехода горения взрывчатых систем в детонацию // Журнал «Физика горения и взрыва», 1988, №1, с.65-68 (
pdf)

4. A.A.Sulimov, B.S.Ermolaev, V.E.Khrapovsky.  Mechanism of deflagration to detonation transition in high-porosity explosives  // Progress in Astronautics and Aeronautics. Dynamics of Explosions, 1988, V. 114, AIAA, Washington, P. 322-330 (
pdf)

5. Е.П.Беликов, В.Е.Храповский, Б.С.Ермолаев, А.А.Сулимов. Особенности развития взрыва в порошкообразной модельной смеси перхлорат аммония – полистирол // Журнал «Физика горении и взрыва», 1990, № 4, с. 101–105 (
pdf

6. Б.С.Ермолаев, В.А.Фотеенков, Б.А.Хасаинов, А.А.Сулимов, С.Е. Малинин. Критические условия перехода горения во взрыв в зерненных взрывчатых материалах // Журнал «Физика горения и взрыва», 1990, № 5, с. 102–110 (
pdf)

7. Б.С.Ермолаев, С.Е.Малинин, А.А.Сулимов, В.А.Фотеенков. Способ определения склонности порошкообразных ВМ к переходу горения во взрыв // Патент РФ № 1790760 от 22.09.92 (
pdf)

8. Б.С.Ермолаев, С.Е.Малинин, А.А.Сулимов, М.К.Сукоян, В.А. Фотеенков. Способ определения склонности порошкообразных ВМ к переходу горения во взрыв в больших объемах // Патент РФ № 2037814 от 18.06.95 (
pdf)

9. В.Е.Храповский, А.А.Сулимов, Б.С.Ермолаев. Переход горения в детонацию в пористых энергетических материалах, связанный с формированием вторичной волны давления //  Журнал «Химическая физика», 1997, т.16, № 11, .99–113 (
pdf)

10. A.A.Sulimov and B.S.Ermolaev. "Control of predetonation explosion processes in propellants", in the book "Gaseous and heterogeneous detonations: science and applications" // Selected papers presented at the Internal Colloquium on Advanced Experimentation & Computation of Detonations, 14–17 Sept. 1998, St-Petersburg, Russia, edited by G.D. Roy et al, 1999, pp.241–254, ENAS Publishers, Moscow, Russia (
pdf)

11. B.S.Ermolaev and A.A.Sulimov. Advances and problems in DDT in solids // Proceedings of Fifth Int. Symposium High Dynamic Pressures, 23–27 June 2003, Saint-Malo, France, V.1, p. 15–26 (
pdf)

Обзор, содержащий обобщение и критический анализ существующих представлений о  механизмах, типах и основных стадиях перехода горения во взрыв и детонацию в твердых энергетических материалах различного типа. Рассмотрены основные результаты экспериментальных и теоретических исследований, выполненных к 2003 г., и направления дальнейших работ.  

12. Б.С.Ермолаев, А.А.Беляев, А.А.Сулимов Численное моделирование перехода горения в детонацию в пироксилиновых порохах // Журнал «Химическая физика», 2004, т.23, № 1, с.67-77 (
pdf)

13. Ермолаев Б.С., Сулимов А.А., Борисов А.А., Корсунский Б.Л., Сукоян М.К. и др. Самопроизвольный взрыв аммиачной селитры в контакте с органическим соединением, выделяющим активный хлор // Журнал «Химическая физика», 2007, т.26, № 7, с.60–67 (
pdf)

Изучены физическая картина и последствия взаимодействия аммиачной селитры с химически несовместимым веществом, органическим соединением дихлоризоциануратом натрия, выделяющим активный хлор при растворении в воде. Образцы массой от долей грамма до 25 кг готовили из исходных гранулированных, или из измельченных порошков в виде смеси или в виде раздельных слоев, уложенных один на другой. Увлажнение образцов приводило к самопроизвольным экзотермическим реакциям и разогреву. Во многих опытах наблюдались взрывы разной интенсивности, в том числе с параметрами, соответствующими низкоскоростной детонации. Отличительными особенностями процесса  являются низкая энергия активации экзотермических реакций и образование малостойкого газа-трихлорида азота, разлагающегося со взрывом при температуре выше 115С. Рассмотрено влияние, которое оказывают на интенсивность реакций и их последствия изменение условий экспериментов, в том числе содержание влаги и способ введения воды в образцы, начальная температура, дисперсность компонентов и масса образцов. Однако даже в максимально благоприятных условиях низкоскоростная детонация не переходит в нормальную детонацию.


2) Конвективное горение порохов и ВВ, в том числе конвективное горение в зарядах с низкой пористостью 


Теоретически и экспериментально изучены закономерности распространения конвективного горения в зарядах насыпной плотности, изготовленных из зерненных одноканальных пироксилиновых порохов и помещенных в замкнутые прочные цилиндрические оболочки. Оболочки имели продольную щель, закрытую окном из плексигласа, для фотографической регистрации процесса и ряд отверстий для пьезоэлектрических датчиков давления. В опытах определяли траекторию и скорость распространения фронта пламени, скорость движения воспламенившихся зерен пороха,  диаграммы давление–время в нескольких точках по длине заряда, пространственные профили и размеры характерных зон волны давления, длину участка перехода конвективного горения к низкоскоростной детонации. Изучено влияние размера порохового зерна и наличия ингибитора-флегматизатора, снижающего скорость послойного горения наружных слоев порохового зерна. Экспериментальные данные сопоставлены с результатами численного моделирования; получено согласие по всей совокупности измеренных характеристик.

Проведены эксперименты, которые показали, что в зарядах низкой пористости (около 5–10 %), изготовленных прессованием из крупно-зерненных энергетических материалов, при определенных условиях можно реализовать конвективное горение в квазистационарном пульсирующем режиме, распространяющееся без заметного ускорения при контролируемых скоростях и давлениях. Проведен цикл экспериментальных и теоретических исследований, которые позволили сформулировать представления о механизмах стабилизации конвективного горения, выделить контролирующие параметры и получить массив данных по характеристикам стабилизированного конвективного горения, покрывающим диапазон скоростей 1–200 м/с при давлениях от нескольких десятков до нескольких сотен МПа. Показано, что ингибирование пороховых зерен полимерной пленкой оказывает значительное воздействие на характеристики конвективного горения и скорость химического превращения в зоне горения. Разработана теоретическая модель, учитывающая ингибирующие эффекты полимерной пленки, и проведено численное моделирование конвективного горения моноблочных зарядов применительно к условиям замкнутой цилиндрической оболочки. Получено хорошее согласие расчетов с экспериментом, и проведен анализ влияния основных параметров заряда на характеристики волны конвективного горения.

Полученные данные заложили научную основу для управления параметрами стабилизированного конвективного горения в широком диапазоне характеристик процесса и для его использования в различных технических устройствах.

14. Б.С.Ермолаев, Б.А.Хасаинов, А.А.Борисов, А.И.Коротков, А.А.Борисов. К  теории стационарного конвективного горения // Журнал »Физика горения и взрыва», 1977, № 2, с.169-176 (pdf)

15. Б.С.Ермолаев, А.А.Сулимов, В.А.Фотеенков, В.Е.Храповский, А.И. Коротков, А.А. Борисов. Природа и закономерности квазистационарного пульсирующего конвективного горения // Журнал »Физика горения и взрыва», 1980, № 3, с.24–34 (pdf)

16. Б.С.Ермолаев, В.С.Посвянский, А.А.Сулимов, Б.А.Хасаинов. Результаты качественного анализа уравнений нестационарного конвективного горения пористых систем // Журнал» Физика горения и взрыва», 1983, № 4, с.52-55 (pdf)

17. Б.С.Ермолаев, Б.В.Новожилов, В.С.Посвянский, А.А.Сулимов. Результаты численного моделирования конвективного горения взрывчатых веществ при возрастающем давлении // Журнал »Физика горения и взрыва»,  1985, т.21, № 5, с.3–12 (zip)

18. А.А.Сулимов, Б.С.Ермолаев, А.И.Коротков, В.А.Окунев, В.С.Посвянский, В.А.Фотеенков. Закономерности распространения волн конвективного горения в замкнутом объеме  // Журнал »Физика горения и взрыва», 1987, т.23, № 6, с.9–16 (pdf)

19. В.Е.Храповский, А.А.Сулимов. О механизме конвективного горения пористых  систем // Журнал »Физика горения и взрыва»,  1988,  № 2, с.39-44 (pdf)

20. А.В.Романьков, А.А.Сулимов, М.К.Сукоян, М.С.Бирюков. Структура волны давления при конвективном распространении пламени в зарядах с различной пористостью // Журнал «Химическая физика», 1992, т.11, № 7, с.983–990 (pdf)

21. А.А.Сулимов, Б.С.Ермолаев. Квазистационарное конвективное горение в энергетических материалах с низкой пористостью (Часть 1) // Журнал «Химическая физика», т.16, № 9,    с.51–72 (pdf)

В статье обобщены результаты экспериментальных исследований по стабилизации конвективного горения в энергетических материалах (ВВ и порохах) с низкой пористостью, составляющей 2-15%. Рассмотрены механизмы и условия стабилизации, приведены обширные экспериментальные данные по характеристикам квазистационарного конвективного горения, выделены факторы, позволяющие эффективно воздействовать на устойчивость и скорость распространения конвективного горения.
 
22. А.А.Сулимов, Б.С.Ермолаев. Квазистационарное конвективное горение в энергетических материалах с низкой пористостью (Часть 2) // Журнал «Химическая физика», 1997,  т.16,   № 10, с.77-97,  (pdf)

Обобщены результаты теоретического моделирования квазистационарного конвективного горения в энергетических материалах с использованием численных и аналитических методов. Рассмотрены пространственная структура волны конвективного горения, механизмы стабилизации, характеристики квазистационарного конвективного горения и факторы, позволяющие эффективно воздействовать на скорость распространения конвективного горения и интенсивность химического превращения в зоне горения. Дан анализ ингибирующего действия добавок  связующего.  Результаты  расчетов  сопоставлены  с  экспериментальными  данными.
 
23. Б.С.Ермолаев, А.А.Сулимов, А.А.Беляев, А.В.Романьков, В.С.Посвянский. Моделирование конвективного горения ингибированных энергетических материалов     // Журнал “Химическая Физика”, 2001, т.20,  № 1, с.84–93 (pdf)

Разработана теоретическая модель горения высокоплотных зарядов, изготовляемых из пороховых зерен, ингибированных полимерной пленкой. Дан анализ экспериментальных данных, необходимых для определения входных параметров задачи, обсуждаются результаты расчетов, анализируется влияние определяющих параметров, проводится сравнение расчетов с результатами измерений.

24. А.А.Сулимов, Б.С.Ермолаев, В.Е.Храповский, М.К.Сукоян.  Конвективное горение литьевых смесевых композиций // 5-я Всероссийская конференция «Энергетические конденсированные системы», Черноголовка, 2010г с.62-63 (pdf)

Впервые показана возможность существования конвективного горения в топливе (НТБС), изготовленном  по литьевой технологии.


3) Конвективное горение — перспективный рабочий процесс для ствольных и сопловых устройств.  Высокоплотные заряды конвективного горения (ВЗКГ)

Фундаментальные исследования механизмов, способов регулирования конвективного горения и внутрибаллистического процесса высокоплотных пороховых зарядов, заложили научную основу для использования конвективного горения в качестве перспективного рабочего процесса в ствольных системах и в импульсных ракетных двигателях. Применительно к ствольным системам, ВЗКГ обеспечивают высокую прогрессивность горения в сочетании с высокой плотностью заряжания. Соответствующие работы проводились совместно с ЦНИИТОЧМАШ (г. Климовск) и ИПХФ РАН (г.Черноголовка).

По результатам исследований был предложен и запатентован новый класс высокоплотных прогрессивно-горящих метательных зарядов блочной конструкции для унитарных патронов ствольного оружия. Метательный заряд дает существенное (до 20 %) и стабильное увеличение начальной скорости снаряда (пули) без увеличения максимального давления выстрела. Заряд состоит из двух компонентов. Первый компонент выполнен в виде блока, спрессованного из пороховых зерен, на поверхность которых нанесено ингибирующее покрытие (бронирующее пленочное или флегматизирующее), пористость блока составляет 5–25 %, а вес блока равен 75–95 % от полного веса заряда. Второй компонент – зерненный бездымный порох в виде россыпи; его доля определяется требованием обеспечить стабильное воспроизводимое воспламенение заряда при увеличенной плотности заряжания. Блок может быть выполненным вкладным или запрессованным в гильзу. Вкладной блок может быть составлен из нескольких шашек и иметь центральный канал.

Использование ВЗКГ позволяет решать две задачи повышения баллистической эффективности выстрела: повышение начальной скорости пули (снаряда) за счет получения при выстреле кривой давления платообразной формы и сокращение габаритов боеприпаса. Для патронов стрелкового оружия, имеющих бутылочную форму, оптимальны запрессованные заряды переменной плотности. Показана возможность создания нового винтовочного патрона, имеющего габариты,уменьшенные на 40%, при плотности заряжания 1.18v1.23г/см3.

Экспериментально изучено конвективное горение малопористых блочных зарядов в импульсных сопловых устройствах с коротким временем работы. В опытах использовали заряды с относительной плотностью 0.9–0.95, изготовленные прессованием из зерненного пироксилинового пороха или смесевого пороха на основе перхлората аммония. Показано, что с помощью блочных зарядов конвективного горения можно получать диаграммы давления различного вида: длительностью 1–5 мс пикообразной формы и длительностью от 10 мс и более платообразной формы.

25. А.А.Сулимов, М.К.Сукоян, Ю.М.Михайлов, В.П.Королев и др. Метательный заряд //  Патент РФ на изобретение № 2153144 от 20 июля 2000 г. (
pdf)

26. Б.С.Ермолаев, А.А.Сулимов, А.В.Романьков. Численное моделирование баллистического эксперимента  с высокоплотным зарядом конвективного горения // Журнал “Химическая Физика”, 2002, т.21,  № 7, с.79–87 (
pdf)

Разработана теоретическая модель, предназначенная для анализа конвективного горения ВЗКГ в условиях выстрела, и на ее основе создана компьютерная программа для расчета внутрибаллистических параметров. Тестирование программы проведено сравнением расчетов с экспериментами, которые были выполнены в лабораторной ствольной установке при изменении в широком диапазоне параметров установки, веса и свойств ВЗКГ. Анализ обнаружил высокую прогрессивность горения ВЗКГ, которая приблизительно в равной мере обеспечивается за счет постепенности воспламенения заряда в режиме конвективного горения и постепенности охвата горением воспламенившегося порохового зерна, покрытого пленкой ингибитора.

27. А.А.Сулимов, Б.С.Ермолаев, В.П.Королев, Ю.М.Михайлов и др. Исследования конвективного горения и внутрибаллистического процесса высокоплотных пороховых зарядов в ствольных установках // Материалы 2-й Всероссийской конференции «Энергетические конденсированные системы», Черноголовка, 2004, с.226–228 (pdf)

Рассмотрены экспериментальные данные по конвективному горению и внутрибаллистическому процессу применительно к ствольной системе с ВЗКГ, состоящим из зерен пироксилинового пороха, ингибированного пленочным полимерным покрытием из поливинилбутираля. Рассмотрена модель конвективного горения ВЗКГ в условиях выстрела и компьютерная программа расчета внутрибаллистических параметров. Установлена высокая прогрессивность ВЗКГ. При использовании ВЗКГ в модельной ствольной установке впервые получены экспериментальные кривые давление – время платообразной формы, соответствующие горению пороха в идеально-прогрессивном режиме. Высокая прогрессивность и плотность ВЗКГ позволяют при неизменном максимальном давлении выстрела существенно (до 30 %) увеличить концентрацию энергии в зарядной камере и наивыгоднейшую плотность заряжания до 1.25 г/см3.
 
28. В.П.Королев, А.А.Сулимов, Ю.М.Михайлов, В.И.Зубачев. Особенности баллистики высокоплотных зарядов конвективного горения // Материалы 2-й Всерос. конференции “Энергетические конденсированные системы”, Черноголовка, 2004, с.43–44 (pdf)  

В патронах стрелкового оружия были использованы два типа ВЗКГ (прогрессивно горящие метательные заряды, обеспечивающие плотность заряжания 1.1 – 1.4 г/см3): вкладные блоки, имеющие постоянную плотность, и блоки, запрессованные непосредственно в гильзу и имеющие переменную плотность, уменьшающуюся от дна пули к дну гильзы. Для патронов, имеющих бутылочную форму, наиболее оптимальны запрессованные заряды переменной плотности. Разработан  винтовочный патрон, имеющий габариты, уменьшенные на 40%, при плотности заряжания 1.18 – 1.23 г/см3.

29. А.А.Сулимов, Б.С.Ермолаев, В.Е.Храповский. Конвективное горение малопористых блочных зарядов в импульсных сопловых устройствах // Журнал «Химическая физика», 2007, т. 26, № 11, с.47–56 (pdf)

Проведено экспериментальное изучение конвективного горения малопористых блочных зарядов в импульсных сопловых устройствах(ИРД) с коротким временем работы. Измерения включали фотографическую регистрацию скорости распространения фронта реакции, пьезометрическую регистрацию диаграмм давление-время в двигателе и определение удельного импульса тяги для контроля полноты горения с помощью баллистического маятника. В опытах использовали заряды с относительной плотностью 0.9–0.95, изготовленные прессованием из зерненного пироксилинового пороха или смесевого пороха на основе перхлората аммония. Исследование показало, что с помощью высокоплотных зарядов конвективного горения можно получать диаграммы давления длительностью 1–5 мс пикообразной формы и длительностью от 10 мс и более платообразного вида с воспроизводимыми баллистическими характеристиками при удельном импульсе тяги выше 200 сек и плотностях заряжания до 0.8–1.2 г/см3. По результатам опытов обсуждаются приемлемые условия работы соплового устройства, режимы и скорости конвективного горения, способы регулирования баллистических характеристик и полноты горения.

30. Б.С.Ермолаев, А.А.Сулимов, А.В.Романьков и др. Конвективное горение и внутренняя баллистика моноблочных зарядов из крупных зерен пороха, ингибированных поливинилбутиралем // Сб. « Горение и взрыв» выпуск 3, 2010, М., ТОРУС ПРЕСС с.189-194 (pdf)

Показано, что потенциальные возможности ВЗКГ сохраняются в широком диапазоне размеров порохового зерна: даже 7-канальное зерно, которое само по себе обладает высокой прогрессивностью горения, может быть использовано для изготовления ВЗКГ и дать прирост дульной скорости по сравнению с зарядом насыпной плотности. Численное моделирование конвективного горения и баллистических характеристик выстрела с ВЗКГ из крупных зерен находится в хорошем согласии с результатами измерений. После некоторых улучшений модели, численное моделирование может быть использовано для предсказания характеристик горения в устройствах различного типа с ВЗКГ.

31. Б.С.Ермолаев, А.А.Сулимов, В.Е.Храповский, А.В.Романьков, М.К.Сукоян. Присоединенный заряд: результаты исследования // Сб. « Горение и взрыв» выпуск 4, 2011, М., ТОРУС ПРЕСС, с.255-261 (pdf)

Применение ВЗКГ из пироксилинового пороха в нетрадиционной схеме выстрела с присоединенным зарядом дает дополнительный прирост дульной скорости на уровне 15 %.


4) Конвективное горение смесевых композиций, содержащих окислитель  (перхлорат и нитрат аммония) и алюминий

Смеси мелкоизмельченного перхлората аммония с порошками полимерного горючего и алюминия обладают высокой взрывоопасностью. Исследование, проведенное на прессованных зарядах перхлората аммония с алюминием в манометрической бомбе и в установке с соплом, показало, что при пористости 7–10 % возникающее конвективное горение распространяется вдоль заряда без существенного ускорения, с умеренными скоростью и темпом роста давления в бомбе. Изучены основные закономерности и определены факторы, позволяющие эффективно воздействовать на характеристики конвективного горения.

Разработана теоретическая модель конвективного горения пористых многокомпонентных смесевых зарядов, включающих дисперсный окислитель и алюминий. Рассмотрены двойные смеси перхлората и нитрата аммония с алюминием и смеси этих веществ с добавками нитрометана, тротила и органического горючего применительно к условиям манометрической бомбы и горению удлиненных зарядов. Для каждой указанной композиции вначале проводили предварительные расчеты, с тем, чтобы уточнить набор входных параметров задачи, добиваясь наилучшего согласия расчетной и экспериментальной диаграммы давление–время для выбранного базового опыта в манометрической бомбе. Затем в рамках выбранных входных данных проводили серийные расчеты, с тем, чтобы рассмотреть влияние, которое оказывают на характеристики горения свойства системы, варьируемые в эксперименте. Получен обширный материал, на основе которого удалось выделить ключевые особенности пространственной структуры волны конвективного горения в смесях с алюминием, связать структуру волны с режимом и скоростью распространения, дать объяснение закономерностям, наблюдаемым в эксперименте, и наметить пути дальнейших исследований.

Исследованные составы и полученные результаты представляют интерес для разработки зарядов конвективного горения к импульсным двигателям, термо- и газогенераторам различного назначения со временами работы в диапазоне от миллисекунд до нескольких десятков миллисекун, а также- с позиций проблем техники безопасности при производстве и обращении с порошкообразными высокоэнергетическими материалами смесевого типа.

32. В.А.Фотеенков, А.И.Коротков, Б.С.Ермолаев, А.А.Сулимов. Распространение конвективного горения в зарядах насыпной плотности   // Журнал»Физика горения и взрыва», 1982,  № 2, с.137-139 (pdf)

33. Б.С.Ермолаев, А.А.Беляев, А.А.Сулимов. Численное моделирование конвективного горения пористых смесевых систем на основе мелкодисперсных алюминия и перхлората аммония // Журнал «Химическая физика», 2005, т. 24, № 1, с.79-89 (pdf)

Развитие взрыва при горении смесей перхлората аммония (ПХА) с тонкодисперсным алюминием до сих пор было предметом лишь экспериментальных исследований. Данная статья посвящена разработке теоретической модели и анализу результатов численного моделирования конвективного горения в двухкомпонентной смеси ПХА + алюминий. Модель получена путем модификации модели, использованной нами ранее для анализа конвективного горения и перехода горения в детонацию в однородных ВВ, и включает две экзотермические химические реакции (горение ПХА и горение алюминия в продуктах горения ПХА). Скорости реакций выражаются с помощью феноменологи-ческих законов горения. Модель формально может быть расширена на тройные смеси ПХА + полимерное горючее + алюминий. Для этого композицию ПХА + полимерное горючее следует принять в качестве монотоплива и использовать ее характеристики вместо соответствующих характеристик ПХА. Расчеты проведены применительно к горению в условиях стандартной манометрической бомбы. По результатам расчетов рассмотрены особенности конвективного горения смесевых систем на основе ПХА и алюминия и проанализировано влияние основных свойств системы на характеристики горения. Результаты расчетов качественно воспроизводят имеющиеся экспериментальные наблюдения.
 
34. A.A.Borisov, B.S.Ermolaev, P.V.Komissarov, at al. “Convective Burning of Ternary Aluminium – Ammonium Perchlorate – Nitromethane Mixtures” // in “Pulsed and Continuous Detonations”, Edited by G.Roy, S.Frolov, J.Sinibaldi, Torus Press, Moscow, 2006, p.91–103 (pdf)

35. В.Е.Храповский, Б.С.Ермолаев, А.А.Сулимов, А.А.Беляев, В.А.Фотеенков. Конвективное горение прессованных зарядов из смесей алюминия и перхлората аммония //  Журнал “Химическая Физика”, 2007, т. 26, № 1, с.35–47 (pdf)

Изучено конвективное горение смесей перхлората аммония (ПХА) с алюминием в зарядах пористостью 7-18%, изготовленных прессованием. Эксперименты проводились при давлениях до 300 МПа в манометрической бомбе с записью кривой давление-время и в установке с соплом, в которой использовались фотографическая и пьезометрическая методики регистрации. Показано, что в отличие от зарядов насыпной плотности, которые обладают повышенной взрывоопасностью, конвективное горение прессованных зарядов из смесей ПХА с алюминием распространяется без существенного ускорения, с умеренными скоростью и темпом роста давления в бомбе. Изучены основные закономерности и определены факторы, позволяющие эффективно воздействовать на характеристики конвективного горения. К ним относятся форма частиц алюминия (при замене порошка с частицами сферической формы на пудру с частицами в форме тонких чешуек с близкой удельной поверхностью скорость конвективного горения снижается более чем на порядок), соотношение компонентов смеси и пористость заряда. Среди других факторов изучено влияние размера частиц перхлората аммония, введения добавок органического горючего и мощности воспламенителя. Для анализа полученных данных использованы результаты численного моделирования. Расчеты проводились с помощью компьютерной программы, разработанной ранее на основе модели конвективного горения смесей алюминия с ПХА в манометрической бомбе. Результаты расчетов нахо-дятся в качественном согласии с экспериментальными данными и позволяют дать объяснение основным закономерностям, наблюдаемым на опыте. Исследованные составы и полученные результаты представляют интерес для разработки зарядов конвективного горения к импульсным двигателям, термо- и газогенераторам различного назначения с временами работы в диапазоне от миллисекунд до нескольких десятков миллисекунд.
 
36. В.Е.Храповский, В.Г.Худавердиев.  Возникновение и развитие конвективного горения в высокопористых зарядах перхлората аммония и его смесях с алюминием // Журнал «Химическая физика» 2010, т.29, № 1, с.39–48 (pdf)

Изучено возникновение и развитие конвективного горения в зарядах с высокой пористостью из мелкодисперсного перхлората аммония и его смесях с алюминием АСД_4. Эксперименты проводили в манометрической бомбе с записью кривой давление–время и в щелевой оболочке, позволяющей одновременно осуществлять фотографическую и пьезометрическую регистрацию процесса.

Особое внимание уделено смесям с повышенным содержанием алюминия. Найдены минимальные длины образцов, при воспламенении которых развивается конвективное горение или взрывной режим. Определена зависимость этих длин от концентрации алюминия в смеси. Показана возможность конвективного горения и низкоскоростной детонации в перхлорате аммония без горючей добавки. Показано, что введение алюминия вызывает воспламенение диспергируемой взвеси за фронтом конвективного горения с образованием ярко светящейся области повышенного давления (вторичной волны), которая интенсивно расширяется в обе стороны (вверх и вниз) от места возникновения. После достижения вторичной волной фронта конвективного горения возникает низкоскоростная детонация. Полученные результаты представляют интерес для обеспечения взрывобезопасности смесей перхлората аммония с алюминием и для создания генераторов высокотемпературных взвесей с частицами алюминия

37. В.Е.Храповский, В.Г.Худавердиев, А.А.Сулимов. О конвективном горении смесей перхлората аммония с алюминием // Журнал «Физика горения и взрыва», 2011, т.47, №4,  с.1-8 (pdf)

38. Б.С.Ермолаев, А.А.Сулимов, В.Е.Храповский, В.А.Фотеенков. «Начальная фаза развития взрыва в нитрате аммония и порошкообразных смесях на его основе» // Журнал «Химическая физика», 2011, т.30, №8 с.34-43 (pdf)

Данная работа посвящена изучению конвективного горения и начальной фазы перехода горения во взрыв в сухих и увлажненных смесях нитрата аммония с различными, прежде всего горючими, добавками. Опыты проводились на зарядах насыпной плотности в манометрической бомбе и по методу критической высоты слоя с регистрацией диаграммы “давление–время” пьезокварцевым датчиком. Использовался нитрат аммония двух разных марок: в виде гранул или в измельченном виде. В качестве горючих добавок рассмотрены древесный уголь и алюминиевая пудра, а в качестве добавок, подавляющих горение нитрата аммония, опробованы вода и однозамещенные соли фосфорной кислоты. Кроме того, изучалась тонкоизмельченная смесь четырех компонентов: нитрата аммония, алюминиевой и сахарной пудры и тротила в соотношении 76/8/12/4. Эксперименты в манометрической бомбе дополнены численным моделированием, которое позволило получить более полное представление о конвективном горении исследуемых смесей и оценить возможности использования манометрической бомбы для сбора количественной информации об интенсивности горения смеси на начальной фазе развития взрыва.
 
39. В.Е.Храповский, В.Худавердиев, А.А.Сулимов. Конвективное горение смесей нитрата аммония    с древесным углем // Сб. « Горение и взрыв», 2011, выпуск 4,М., ТОРУС ПРЕСС, с.172-175 (zip)


5)  Неидеальная (в том числе, низкоскоростная) детонация твердых ВВ и смесей

Способность твердых взрывчатых материалов детонировать со скоростями, в несколько раз меньшими, чем скорость нормальной детонации, механизм и закономерности этого процесса, особенности пространственной структуры детонационной волны, влияние оболочки заряда, начальной плотности заряда и природы взрывчатого материала явились предметом наших исследований. Измерены профили массовой скорости и давления в волнах низкоскоростной детонации в зарядах бризантых ВВ, пироксилиновых порохов и смесей окислитель – горючее; получены зависимости скорости детонации от диаметра заряда, диаметра, толщины и материала оболочки, размера частиц и начальной плотности  взрывчатого материала. При теоретическом моделировании низкоскоростная детонация рассматривается как разновидность неидеальной детонации, исключительные свойства которой определяются сравнительно низкой скоростью химического превращения вещества, осуществляющегося в режиме «взрывного горения», слабой зависимостью этой скорости от параметров волны и действием боковой разгрузки. В отсутствие надежных данных по скорости химического превращения решалась «обратная» задача:  определить значения коэффициентов закона скорости химического превращения (взрывного горения),  при которых достигается наилучшее согласие результатов численного моделирования с экспериментальными данными.

Теоретически рассмотрены причины, в силу которых зависимость скорости детонации от диаметра заряда D(d), включающая данные по нормальной и низкоскоростной детонации для бризантных ВВ, распадается на две раздельные ветви. (Имеется интервал диаметров заряда, в котором в зависимости от мощности инициирующей волны можно получить две разных скорости детонационной волны)  Показано, что зависимость D(d) с раздельными ветвями получается при условии, что скорость химического превращения в детонационной волне может быть выражена в виде функции от давления, состоящей из двух степенных слагаемых. Первое слагаемое, ответственное за взрывное горение при давлениях, типичных для низкоскоростной детонации (1–4 ГПа), имеет показатель степени по давлению около 1. Второе слагаемое с показателем степени 2.5–3 контролирует скорость химического превращения при давлениях нормальной детонации. Данные по скоростям превращения при давлениях в рассматриваемом диапазоне представляют интерес для понимания переходных процессов инициирования и затухания детонации. Проведенный нами анализ позволил численно воспроизвести условия и картину инициирования детонации с аномально большими задержками, что, в частности, может быть полезно для объяснения так называемой «delayed detonation», наблюдаемой при инициировании высокоплотных ВВ.

Аналогичный анализ проведен применительно к экспериментальным данным по неидеальной детонации нитрата аммония и смесей нитрата аммония с алюминием, для которых наблюдается единая монотонная зависимость D(d) (каждому диаметру заряда отвечает одна скорость детонации, независимо от способа инициирования). Определены скорости превращения нитрата аммония в рассматриваемых условиях в зависимости от марки продукта (пористая гранулированная или кристаллическая селитра), получена оценка диаметра заряда нитрата аммония, способного детонировать без оболочки, рассмотрено влияние добавки алюминия на скорость превращения нитрата аммония в детонационной волне и оценена скорость горения частиц алюминия в продуктах разложения нитрата аммония в зависимости от размера частиц и концентрации.

40. Б.А.Хасаинов, Б.С.Ермолаев, А.А.Борисов, А.И.Коротков. Низкоскоростная детонация высокоплотных взрывчатых веществ  // Материалы 5-го Всесоюзного симпозиума по горению и взрыву, Одесса, 1977, «Химическая физика процессов горения и взрыва. Детонация», Черноголовка, с.79-83 (pdf).

41. А.А.Сулимов, Б.С.Ермолаев. Низкоскоростная детонация твердых взрывчатых веществ // Материалы 5-го Всесоюзного симпозиума по горению и взрыву, Одесса, 1977, «Химическая физика процессов горения и взрыва. Детонация», Черноголовка, с.20–28 (pdf)

42. B.A.Khasainov, B.S.Ermolaev, A.A.Borisov, A.I.Korotkov. Effect of exothermic reactions downstream of the C-J plane on detonation stability // Acta Astronautica, 1979, v.6, р.557–568 (pdf)

43. В.Ф. Мартынюк, А.А. Сулимов, В.Ф. Дубовицкий. Закономерности распространения и структура волны неидеальной детонации в прессованных смесевых составах // Журнал «Физика горения и взрыва», 1981, № 4, с.136-140 (pdf)

44. В.Ф.Мартынюк, А.А.Сулимов, В.А.Чамров, В.Ф.Дубовицкий, М.К.Сукоян. Структура детонационного фронта смесей окислитель - инертное горючее // Журнал «Химическая физика», 1983, № 10, с.1435-1439 (pdf)

45. Б.С.Ермолаев, А.А.Сулимов, В.А.Окунев, Б.А.Хасаинов. О механизме НСД в крупно-зерненной нитроклетчатке // Фундаментальные проблемы физики ударных волн. Материалы всесоюзной конференции, т.1, ч.1, 1987, с.40–42 (pdf)

46. Б.А.Хасаинов, А.А.Борисов, Б.С.Ермолаев. Развитие очага реакции в пористых энергетических материалах // Физика горения и взрыва, 1988, т.7, № 7 ,с.989-998 (pdf)
                                      
47.В.Ф.Мартынюк, А.А.Сулимов, С.В.Чеканов, М.К.Сукоян. Cтруктура волны низкоскоростной детонации в пироксилиновых порохах // Журнал «Химическая физика», 1992, т11, № 7, с.977-982 (pdf)

48. Б.С.Ермолаев, Б.А.Хасаинов, Ж.Боден, А.-Н. Прель. Поведение алюминия при детонации вторичных ВВ. Сюрпризы и интерпретации // Журнал «Химическая физика», 1999, т.18, № 6, с.60–69 (pdf)
 
Дан анализ особенностей неидеального поведения детонации ВВ с добавками алюминия, связанных с тем, что повышение энергии в результате окисления алюминия сопровождается образованием продуктов, которые обладают меньшей способностью превращать энергию в работу. Предложена теоретическая модель, в которой потребление алюминия в детонационной волне контролируется процессом смешения. Результаты расчетов сопоставляются с имеющимися экспериментальными данными и оценками других авторов.

49. B.A.Khasainov, B.S Ermolaev, H.-N.Presles, and P.Vidal. “Numerical Modeling of Nonideal Detonations in Ammonium Nitrate/Aluminium Mixtures and Their Blast Effect”// Proceedings 12th Int. Detonation Symposium, 11 – 16 August 2002, San Diego, Ca. (pdf)
 
50. Б.С.Ермолаев, Б.А.Хасаинов, А.-Н.Прель, П.Видаль, А.А.Сулимов. Низкоскоростная детонация в нитрате аммония и смесях на его основе // 13-й Всероссийский симпозиум по горению и взрыву, 7 – 11 февраля 2005, Черноголовка, МО, доклад № 155, (электронная версия) (pdf)
  
51. B.S.Ermolaev, B.A.Khasainov, H.-N.Presles, and P.A.Vidal. A Simple Approach for Modelling Reaction Rates in Shocked Multi-Component Solid Explosives // Proceedings of the European Combustion Meeting (ECM2005), Lourain-la-Neuve, Belgium, April 3-6, 2005, р.1-6 (pdf)
  
52. B.S.Ermolaev, B.A.Khasainov, and H.-N.Presles. A generalized dependence of detonation velocity on charge diameter including low velocity detonation // Proceedings of Europyro 2007 - 34-th IPS, Broune, France, Oct. 2007, V.1, p. 323–337 (pdf)
  
53. P.V.Komissarov, B.S.Ermolaev, B.A.Khasainov, and H.-N.Presles. Formal characteristics of aluminium burning rate law in non-ideal detonations of ammonium nitrate based mixtures // Proceedings of Europyro 2007 - 34-th IPS, Oct. 2007, V.2, p.707–723 (pdf)
     
54. Б.С.Ермолаев, А.А.Беляев, С.Б.Викторов, К.А.Слепцов, С.Ю.Жарикова. Неидеальные режимы дефлаграции и детонации дымного пороха // Журнал «Химическая физика», 2011, т.29, № 5, с.1–13 (pdf)

По своим взрывчатым и дефлаграционным свойствам дымный порох разительно отличается от современных порохов и композиций на основе нитрата или перхлората аммония. Обладая хорошей горючестью, дымный порох способен поддерживать устойчивое горение с высокими скоростями в самых разных оболочках, будь то прочные стальные оболочки или тонкостенные трубки из пластика, при этом горение не переходит в детонацию. Очень трудно вызвать детонацию дымного пороха каким-либо другим способом, даже используя мощный промежуточный детонатор. До сих пор эти особенности поведения дымного пороха не имели теоретического объяснения. В статье приводятсярезультаты численного моделирования ряда ключевых экспериментов по конвективному горениюи взрывному инициированию дымного пороха, которые опубликованы в литературе. Расчеты проводились с помощью модели, которая была создана ранее в квазиодномерном приближении для изучения конвективного горения и перехода горения в детонацию в пироксилиновых зерненныхпорохах и в которую применительно к дымному пороху были внесены небольшие изменения. Теплофизические свойства продуктов горения и детонации дымного пороха и коэффициенты уравнения состояния определялись по результатам термодинамических расчетов. Получено хорошее согласие между численным моделированием и экспериментом. По результатам моделирования анализируются особенности волновых процессов и их связь со свойствами дымного пороха  и условиями опытов. Показано, что в основе наблюдаемых эффектов лежит слабая зависимость скорости горения дымного пороха от давления.  
     
55. Б.С.Ермолаев, Б.А.Хасаинов, К.А.Слепцов. Численное моделирование режимов горения и детонации водородо-воздушных смесей в пористой среде в рамках механики двухфазных реагирующих сред // Журнал «Химическая физика», 2011, т.30, № 2, с.1–12 (pdf)

Проведено численное моделирование волн горения и детонации, распространяющихся по неподвижной газовой смеси в пористой инертной засыпке. Расчеты выполнены в одномерном приближении с помощью компьютерной программы EFAE, разработанной в рамках механики многофазных реагирующих сред. Химическое превращение газа моделируется одностадийной реакцией Аррениусова типа с константами, которые подбирались исходя из имеющихся экспериментальных данных по задержкам воспламенения за отраженными ударными волнами. Расчеты проведены для водородо-воздушных смесей с 35 и 15% водорода и сопоставлены с литературными экспериментальными данными, в которых варьировалось начальное давление и диаметр частиц засыпки. С помощью численного моделирования удалось получить все 3 режима горения (медленное, быстрое и сверхзвуковое), которые наблюдаются в эксперименте, а также прекращение горения при условиях ниже пороговых. Кроме того, расчеты качественно воспроизводят экспериментальные данные по изменению режима горения при переходе от стехиометрии к бедной смеси, а также по зависимости скорости волны горения, предельных условий смены режима горения и погасания от начального давления и размера частиц засыпки. Показано, что сверхзвуковые волны, распространяющиеся со скоростью ниже 1100 м/с, не имеют поверхности Чепмена–Жуге в конце зоны реакции и, очевидно, их нельзя относить к детонации, как это делается в цитируемой литературе.
 

6) Вязко-пластический механизм ударно-волнового инициирования детонации конденсированных ВВ

Механизм разогрева вещества  при вязкопластическом схлопывании пор в настоящее время рассматривается в качестве одного из основных механизмов образования «горячих точек» при ударно-волновом инициировании взрывчатых материалов. Сотрудники нашей лаборатории явились участниками основополагающих работ, в которых были заложены основы теоретических моделей и рассмотрены свойства этого процесса.

56. Б.А.Хасаинов, А.А.Борисов, Б.С.Ермолаев, А.И.Коротков. Вязко-пластический механизм образования «горячих» точек в твердых гетерогенных ВВ // 1980, В сб. Химическая физика процессов горения и взрыва. Детонация.- Черноголовка, с.19-22 (pdf)   

57. B.A.Khasainov, A.A.Borisov, B.S.Ermolaev, A.I.Korotkov. Two-phase visco-plastic model of shock initiation of detonation in high-density pressed explosives // Y11 Symposium (Int.) on Detonation: Proceedings, 1981, Annapolis, USA, NSWC MP 82-334, P.435–447 (pdf)

58. B.A.Khasainov, A.V.Attetkov, A.A.Borisov, B.S.Ermolaev, V.S.Soloviev. Critical condition for hot spot evolution in porous explosives // Progress in Astronautics and Aeronautics. Dynamics of Explosions, 1988, V. 114, AIAA, Washington, P.303–321 (pdf)

59. Б.А.Хасаинов, Б.С.Ермолаев. Возбуждение химической реакции при ударноволновом сжатии жидких ВВ, содержащих стеклянные микросферы // Химическая физика, 1992, т.11, № 11, с.1588–1600 (pdf)

60. H.-N.Presles, P.Vidal, J.C.Gois, B.A.Khasainov, B.S.Ermolaev. Influence of glass microballoon size on the detonation of nitromethane based mixtures // Shock Waves, 1995, V.4, p.325–329 (pdf)

61. B.S.Ermolaev, B.A.Khasainov, H.-N.Presles, P.Vidal. On the critical detonation diameter of nitromethane sensitized by glass microballoons // IY Symposium on High Dynamic Pressures, 1995, CEA, Paris, p.65–70 (pdf)     


7) Управление неидеальными взрывными процессами в высокоплотных высокоэнергетических смесевых составах, обогащенных алюминием. Взрывные волны.

Исследована детонационная способность и разработаны методы управления неидеальной детонацией в смесевых высокоплотных составах на основе алюминий – перхлорат аммония. Предложен и запатентован новый класс высокоплотных высокоэнергетических взрывчатых составов перхлоратного типа, обогащенных алюминием. Показана их высокая эффективность для генерирования воздушных взрывных волн. Экспериментально и численным моделированием показано, что 4-х компонентные составы из перхлората аммония, высококалорийного горючего (Al) с небольшими (около 20%) добавками гексогена в качестве сенсибилизатора и углеводородного горючего (в качестве газпровайдера) обладают высокими плотностями, до 2 г/см3 и энергией, превышающей до 2 раз энергию тротила. Детонация составов генерирует воздушные взрывные волны с высоким тротиловым эквивалентом на уровне 2-3 по давлению и импульсу волны в практически важном диапазоне избыточных давлений. Полученные результаты представляют интерес для создания  изделий повышенного фугасного действия.

62. А.А.Сулимов, М.К.Сукоян, А.А.Борисов, Б.С.Ермолаев, П.В.Комиссаров, Ю.М.Михайлов. Энергетические высокоплотные смесевые составы для генерации эффективных взрывных волн в открытом пространстве и каналах // Труды 3-й Всероссийской конференции «Энергетические конденсированные системы», Черноголовка, 2006, с.118-119 (pdf)  

63. А.А.Сулимов, М.К.Сукоян, А.А.Борисов, Б.С.Ермолаев и др. Взрывчатый состав для скважин // Патент РФ № 2190585 от 10 октября 2002 г. (pdf)  

64. А.А.Сулимов, М.К.Сукоян, А.А.Борисов, Б.С.Ермолаев, В.П.Королев. Взрывчатый состав и заряд из него // Патент РФ на изобретение №  2215725 от 10 ноября 2003 г. (pdf)  

65. А.А.Сулимов, А.А.Борисов, Б.С.Ермолаев, М.К.Сукоян и др. Генерирование взрывных волн в канале детонацией высокоплотных смесевых составов, обогащенных алюминием // Журнал «Химическая физика», 2009, т.28, № 9, с.70-79 (pdf)

Излагаются результаты экспериментальных исследований неидеальной детонации высокоплотных высокоэнергетических составов алюминий – перхлорат аммония – органическое горючее – ВВ ивоздушных взрывных волн, возбуждаемых ею в канале. Составы, обогащенные алюминием, обладают высокими плотностями (до 2 г/см3) и расчетной теплотой взрыва, почти вдвое превышающей соответствующую величину для тротила. Исследования проводились с целью разработки научных основ управления неидеальной детонацией и изучения возможности создания новых высокоэнергетических высокоплотных смесевых составов для повышения фугасного действия взрыва. Определены факторы, позволяющие управлять неидеальной детонацией таких зарядов. Показано, что при содержании гексогена выше 15% по аналогии с мощными бризантными ВВ скорость детонации линейно возрастает с ростом плотности, а критический диаметр детонации уменьшается. Путем изменения плотности, содержания ВВ, соотношения компонентов смеси удается регулировать скорость детонации высокоплотных зарядов в широком интервале: 4–7 км/с. Результаты измерений сопоставлены с термодинамическими расчетами скорости идеальной детонации. Для исследуемых композиций измерены профили давление–время взрывных волн, создаваемых в цилиндрической трубе расширяющимися продуктами детонации на различных расстояниях от заряда. Результаты измерений сопоставлены с аналогичными данными, полученными в тех же условиях при детонации зарядов тротила равной массы (100 г). По параметрам взрывных волн исследуемые составы значительно превосходят тротил: высокие значения на уровне 1.5–2, а в некоторых случаях и выше получены как для давления на фронте волны и импульса давления относительно тротила при равных расстояниях от заряда, так и для тротилового эквивалента взрыва при давлениях в волне 30–60 атм. Тротиловые эквиваленты взрыва по давлению и импульсу изменяются с увеличением расстояния немонотонным образом, однако механизм, ответственный за такое поведение, остается не ясным. Показано, что в канале вклад реакции избыточного горючего с воздухом при расширении продуктов детонации во взрывную волну незначителен.  
  
66. А.А.Борисов, А.А.Сулимов, М.К.Сукоян и др. Взрывные волны в открытом пространстве при неидеальной детонации высокоплотных смесевых составов, обогащенных алюминием // Журнал «Химическая физика», 2009, т.28, № 11, с.59-68 (pdf)

На примере детонации высокоплотных составов перхлорат аммония + алюминий + парафин + гексоген плотностью 1.8 г/см3 показана высокая работоспособность исследуемых композиций в открытом воздушном пространстве, в диапазоне амплитуд давления 0.3 – 7 атм. Давление и импульс взрывных волн, отнесенные к аналогичным величинам для зарядов тротила равной массы, составили значения 1.3–2.4. Тротиловые эквиваленты взрыва по давлению и импульсу изменяются с увеличением расстояния немонотонно и лежат в диапазоне значений 1.4–2.8. Высокие характеристики взрывной волны были получены в полигонном опыте, который был проведен с зарядом массой 1.42 кг. Измерения, проведенные в диапазоне амплитуд взрывной волны от 1 до 20 атм, дали тротиловый эквивалент по давлению, достигающий 3, и тротиловый эквивалент по импульсу в диапазоне 1.3-1.8. Высокие параметры взрывных волн в открытом пространстве обусловлены как высокой энергетикой исследованных систем, так и процессом дожигания избытка алюминия кислородом воздуха. Для выяснения степени участия реакции избыточного металлического горючего с кислородом воздуха проведено численное моделирование генерации взрывных волн при различных скоростях смешения продуктов детонации и воздуха на границе раздела. Рассмотрены основные составляющие механизма процессов, контролирующих эффективность взрыва систем с распределенным в пространстве и времени тепловыделением. Сделан вывод о том, что оптимальным режимом генерации взрывных волн, обеспечивающим замедленный спад амплитуды волны с расстоянием, является режим низкоскоростной детонации заряда.

67. П.В.Комиссаров, Г.Н.Соколов, Б.С.Ермолаев, А.А.Борисов. Конвективное горение и детонационная способность смесей перхлорат аммония – алюминий – нитрометан, богатых алюминием // Журнал «Химическая физика», 2011, т.30, № 6, с.61-71 (pdf)

Экспериментально исследованы инициирование и распространение низкоскоростной детонации в смесях перхлорат аммония (ПХА) – алюминий с добавками нитрометана (НМ) с отношением ПХА/Alот 1/1 до 1/2.5 и пористостью от 40 (10 вес.% НМ) до 0% (40 вес.% НМ) в прочных стальных оболочках на воздухе и в пластиковых оболочках под водой. Определены оптимальные содержания компонентов, обеспечивающие надежное инициирование стационарной детонации (со скоростями от 2 до 5 км/с) слабыми взрывными источниками в смесях с отношением ПХА/Al = 1 : 1 и выше. Выбранные смеси воспроизводимо детонируют в пластиковых оболочках, окруженных слоем воды толщиной 30 см со скоростями, несколько меньшими, чем в прочных стальных оболочках на воздухе.

 

2012 г.

68. А. А. Сулимов, Б. С. Ермолаев, М. К. Сукоян. Взрывные волны в цилиндрическом канале при неидеальной детонации смесевых высокоплотных составов алюминий–тефлон–гексоген // Журнал «Химическая физика», 2012, т. 31, № 6, с. 16-22. (pdf)

69. Б. С. Ермолаев, П. В. Комиссаров, Г. Н. Соколов, А. А. Борисов. К теории неидеальной стационарной детонации тройных смесей нитрометан + перхлорат аммония + алюминий // Журнал «Химическая физика», 2012, том 31, № 9, с. 55–67. (pdf)

70. А. В. Аттетков, Б. С. Ермолаев, Е. В. Пилявская. Математическое моделирование процесса межфазного теплообмена при наличии расплавленных зон в ударно-сжатом пористом материале // Журнал «Тепловые процессы в технике», 2012, т. 4, № 8,  с.363 – 368. (pdf)

71. Б. С. Ермолаев, Б. А. Хасаинов, К. А. Слепцов. Анализ режимов горения и детонации газовых смесей в пористой среде. // Сб. « Горение и взрыв», 2012, вып. 5, М., ТОРУС ПРЕСС с. 130–135. (pdf)

72. Б. С. Ермолаев, В. С. Посвянский, А. А. Беляев, С. М. Фролов, И. В. Семенов. О моделях горения частицы нитроэфирного пороха с глобальной кинетикой химических реакций, предназначенных для анализа нестационарных эффектов. // Сб. « Горение и взрыв», 2012, вып. 5, , М., ТОРУС ПРЕСС, с. 234–237. (pdf)

73. А. А. Сулимов, Б. С. Ермолаев, М. К. Сукоян. Генерирование взрывных волн в цилиндрическом канале неидеальной детонацией высокоплотных смесевых составов алюминий–тефлон–гексоген. // Сб. « Горение и взрыв», 2012, вып. 5, М., ТОРУС ПРЕСС,  с. 355–359. (pdf)

74. Б.С.Ермолаев, А.А.Сулимов, А.В.Романьков. Присоединенный высокоплотный заряд конвективного горения в комбинированной схеме выстрела. // 6-я Всероссийская конференция «Энергетические конденсированные системы», Черноголовка-Дзержинский, 2012г, с. 37-41. (pdf)

75. В.Е.Храповский, В.Г.Худавердиев, А.А.Сулимов. «Конвективное горение и переход во взрыв в мелкодисперсных смесях аммиачной селитры с алюминием» // 6-я Всероссийская конференция «Энергетические конденсированные системы», Черноголовка-Дзержинский, 2012г, с.98-100. (pdf)

76. А.А.Сулимов, Б.С.Ермолаев. Управляемое конвективное горение в пористых энергетических материалах // Сб. « Горение и взрыв» , 2012, вып. 5, М., ТОРУС ПРЕСС,  с. .393-394. (pdf)

 

2013 г.

77. А.А. Сулимов. Научное наследие профессора А.Ф.Беляева. // Сб. «Горение и взрыв», 2013, вып. 6, М., ТОРУС ПРЕСС,  с. 345-364. (pdf)

78. Б. С.Ермолаев, А. А.Сулимов, А. В.Романьков. Присоединенный высокоплотный заряд конвективного горения в комбинированной схеме выстрела: новые результаты. // Сб.« Горение и взрыв», 2013, вып. 6, М., ТОРУС ПРЕСС, с.206–210. (pdf)

79. В.Е.Храповский, В.Г. Худавердиев, А.А.Сулимов. Конвективное горение и переход во взрыв в смесях аммиачной селитры с алюминием. // Сб. « Горение и взрыв» , 2013,вып. 6, М., ТОРУС ПРЕСС, с.211-213. (pdf)

 

2014 г.

80. Б.С. Ермолаев, В.Ф. Мартынюк, А.А. Беляев, А.А. Сулимов. Низкоскоростные режимы детонации зерненного пироксилинового пороха. // Журнал «Химическая физика», 2014,  т. 33,  № 6, с. 64-72. (pdf)

81. B.S.Ermolaev,  A.V.Romankov, A.A. Sulimov, A.B. Crowley. Compacted modified propellant blocks as traveling charge of the hybrid shot scheme. // J. Propelants Explos. Pyrotech.,2014, V39, issue 6, p.881-889 (pdf)

82. Б.С.Ермолаев, А.А.Сулимов, А.В.Романьков, М.К.Сукоян. Импульсное устройство с отстрелом массы, работающее в режиме низкоскоростной детонации. // Сб. « Горение и взрыв» , 2014, вып. 7, М., ТОРУС ПРЕСС, с.369-373. (pdf)

83. А.А. Сулимов, Б. С. Ермолаев, С. Б. Турунтаев, А. А. Борисов, М. К. Сукоян.  Детонация взрывного проппанта – гексогенсодержащего водонасыщенного песка. // »Журнал «Химическая физика», 2014, т.33, №5, с.1-7. (pdf)

84.А. А. Сулимов, Б. С. Ермолаев, С. Б. Турунтаев, А. А. Борисов, М. К. Сукоян.  Детонация гексогенсодержащего водонасыщенного песка. // Сб. « Горение и взрыв», 2014, вып. 7, М., ТОРУС ПРЕСС, с.400-404. (pdf)

85. В.Г. Худавердиев, А.А. Сулимов, В.Е. Храповский. О переходе горения в детонацию в мелкодисперсных смесях перхлората аммония с алюминием» // Сб.« Горение и взрыв» , 2014, вып. 7, М., ТОРУС ПРЕСС, с.395-399. (pdf)

86. B.S. Ermolaev, A.A. Sulimov, B.L. Korsunskii, H.-N. Presles, B.A. Khasainov,  V.F Martynyuk.
Spontaneous explosion of ammonium nitrate in a contact with an active chlorine-containing  organic   substance. // «J. Science and Technology of Energetic Materials» Vol.75, No 1 (2014), p.8-13. (pdf)

87. Б. С. Ермолаев, В. Е. Храповский, В.М.Шмелев. О конвективном горении смеси алюминия с водой. //»Журнал «Химическая физика», 2014, т.33, №9, с. 44-51. (pdf)

88. П.В.Комиссаров, А.А.Борисов, Г.Н.Соколов. Снижение параметров воздушной ударной волны с помощью добавок, химически связывающих газообразные продукты детонации бризантных взрывчатых веществ до конденсированного состояния.  // Сб. « Горение и взрыв», 2014, вып. 7, М., ТОРУС ПРЕСС, с.155-164. (pdf)

89. П.В.Комиссаров, А.А.Борисов, Г.Н.Соколов. Локализация действия взрывной волны в воздухе путем механического воздействия на расширяющиеся продукты детонации конденсированных взрывчатых веществ в ближней зоне от заряда. // Сб. « Горение и взрыв», 2014, вып. 7, М., ТОРУС ПРЕСС, с.165-169. (pdf)

90. В.А.Теселкин, П.В.Комиссаров, Г.Н.Соколов «Инициирование. взрыва ударом пастообразных смесей, обогащенных высокопрочной инертной добавкой // Сб. « Горение и взрыв», 2014, вып. 7, М., ТОРУС ПРЕСС, с.411-414. (pdf)

 

2015 г.

91. Б. С. Ермолаев, А. А. Сулимов, А. В. Романьков, В. Е. Храповский, А. А. Беляев, А.Б. Кроули. Конвективное горение блочных зарядов из семиканальных пороховых зерен, ингибированных поливинилбутиралем // Журнал «Химическая физика»,  2015, т. 34, №5, с.47-57. (pdf)

92. Б.С.Ермолаев, В.Г. Худавердиев, А. А. Беляев. Численное моделирование развития взрыва в мелкодисперсных смесях нитрата аммония с алюминием в манометрической бомбе. /Журнал « Горение и взрыв» ,2015, т. 8, №2 М., ТОРУС ПРЕСС, с.67-74. (pdf)

93. А.А.Сулимов. Взрывные волны, генерируемые неидеальной детонацией высокоплотных перхлоратных составов, обогащенных алюминием. // Журнал « Горение и взрыв», 2015, т.8, №1, М., ТОРУС ПРЕСС с. 237-240. (pdf)

94. Б.С.Ермолаев. О неидеальной (низкоскоростной) детонации твердых взрывчатых веществ. // Сб. « Горение и взрыв», 2015, т. 8, №1,М., ТОРУС ПРЕСС, с.234-237. (pdf)

95. Б.С. Ермолаев, В.Ф. Мартынюк, А.А. Беляев. О низкоскоростной детонации зерненных пироксилиновых порохов. // Журнал « Горение и взрыв» 2015, т.8, №2, М., ТОРУС ПРЕСС, с.151-159. (pdf)

96.В.Г. Худавердиев, А.А. Сулимов, Б.С.Ермолаев, В.Е. Храповский. Переход горения в детонацию в мелкодисперсных смесях перхлората аммония с субмикронным алюминием. // Журнал «Химическая физика», 2015 (принята в печать) (pdf)

97. H.N. Presles, B. Khasainov, P. Vidal,V. Montassier, B.S. Ermolaev, A.A. Sulimov. Phenomenological description of the spontaneous detonation mechanism in moistened ammonium nitrate and sodium dichloroisocyanitrate mixture //Труды 15 симпозиума по детонации. США, 2015 (принята в печать).

Главная Лаборатории Конференции Публикации Авторефераты Форум Объявления
Лаборатория детонации (1313)
Лаборатория горения (1311)
Лаборатория физики горения твердых топлив (1312)
Лаборатория горения гетерогенных конденсированных систем (1315)
Лаборатория взрывных процессов в конденсированных средах (1316)
Лаборатория термодинамики высокоэнергетических систем (1322)