Импульсное лазерное зажигание смесей перхлората аммония с алюминием

ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 12
1.1. Общие сведения о процессах горения и взрыва 12
1.2. Инициирование ВВ лазерным излучением 18
1.2.1. Лазерное воздействие на инициирующие ВВ 19
1.2.2. Лазерное инициирование вторичных ВВ 22
1.3. Горение чистого и алюминизированного ПХА 24
1.4. Лазерное зажигание смеси ПХА/Al 28
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАЖИГАНИЯ СМЕСИ ПХА/Al ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ЛАЗЕРНОГО ИМПУЛЬСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ 30
2.1. Методические подходы 30
2.2. Лазерное оборудование 34
2.3. Подготовка образцов 40
2.4. Лазерное зажигание смесей ПХА/Al с открытой облучаемой поверхности в атмосфере воздуха 43
2.5. Лазерное зажигание смесей ПХА/Al с закрытой прозрачным диэлектриком поверхности 45
2.6. Зажигание смесей ПХА/Al различной дисперсности компонентов с закрытой прозрачным диэлектриком поверхности 50
2.7. Зависимость чувствительности к лазерному излучению состава ПХА/НП Al различной плотности 52
2.8. Лазерное зажигание образцов с открытой поверхности в атмосфере инертного газа 57
2.9. Зажигание состава ПХА/НП Al серией импульсов 58
2.10. Основные выводы по второй главе 61
ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
СМЕСИ ПХА/Al 62
3.1. Определение показателя поглощения и рассеяния ПХА 64
3.2. Математическое моделирование оптических характеристик ПХА методом Монте-Карло 72
3.2.1. Определение оптических характеристик полубесконечного слоя ПХА 76
3.2.2. Определение оптических характеристик слоя чистого ПХА конечной толщины 80
3.3. Дополнение к методике определения оптических характеристик ПХА 82
3.4. Оптические характеристики порошков алюминия 84
3.4.1. Методические подходы к определению показателя ослабления порошка НП Al 89
3.4.2. Лазерный абляционный метод измерения показателя ослабления НП Al 91
3.5. Оптические характеристики смеси ПХА/Al 91
3.6. Модель взаимодействия лазерного излучения со смесью ПХА/НП Al 95
3.7. Основные результаты и выводы по третьей главе 101
ГЛАВА 4. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАДАЧИ РАЗОГРЕВА СМЕСИ ПХА/НП Al ИМПУЛЬСОМ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 102
4.1. Описание феноменологической модели зажигания смеси ПХА/НП Al лазерным излучением 106
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 109
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 112
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 113

Весь текст будет доступен после покупки

Актуальность работы
Перхлорат аммония (ПХА) широко применяется в качестве окисляющего компонента твердых ракетных топлив (ТРТ) и пиротехнических смесей. В различных составах с ПХА в качестве горючего используются порошки металлов, например, титана, магния, но чаще – бора или алюминия. Как и чистый ПХА двухкомпонентная смесь ПХА и Al является энергетическим материалом, способным к горению и взрыву. По этой причине стоит рассматривать такой состав в качестве самостоятельного взрывчатого вещества (ВВ), крайне стабильного и безопасного при изготовлении и хранении. Помимо этого, свойства ПХА и порошков Al по отдельности довольно подробно описаны в литературе, что позволяет использовать смеси на их основе в качестве модельных объектов в изучении поведения металлизированных пиротехнических составов.
Среди многочисленных методов инициирования горения и взрыва энергетических материалов (ЭМ) наиболее перспективным представляется лазерный метод, который начал привлекать интерес исследователей еще с 70-х годов прошлого века по причине присущих ему преимуществ перед традиционными [1]. Перспективным направлением применения лазерных систем инициирования является ракетно-космическая отрасль, в том числе для бортовых исполнительных систем – зажигание топлива, приведение в действие пиропатронов и др. Такие системы имеют в своем составе закрытые оптоволоконные тракты доставки излучения до целевого вещества. Отсюда следуют физические ограничения спектрального состава лазерного излучения (ЛИ) по причине оптической прозрачности материалов волокон в строго определенном диапазоне длин волн.

Весь текст будет доступен после покупки

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Общие сведения о процессах горения и взрыва
Горение – сложный физико-химический процесс превращения исходных веществ в продукты сгорания в ходе экзотермических реакций, сопровождающийся интенсивным выделением тепла [24]. Исходные вещества должны иметь молекулярный контакт для начала взаимодействия. Однако только лишь контакта молекул недостаточно, они должны находиться в особом возбужденном энергетическом состоянии и в некотором количественном соотношении [25]. При этом зачастую горение веществ происходит не в одну стадию реакции между начальными молекулами исходных веществ, а с дополнительными стадиями, в процессе которых происходит преобразование исходных молекул. Такой механизм горения называют цепным. В разработке данного механизма огромную роль сыграли работы Н.Н. Семёнова [26].
Химические реакции горения различаются по многим параметрам, но основные различия заключаются в степени перемешивания и особенностях теплопередачи. Рассмотрим далее основные виды горения. По скорости развития процесса горение можно разделить на дефлаграцию и детонацию. Фронт дефлаграционного горения движется с дозвуковой скоростью, а прогрев вещества осуществляется в основном теплопроводностью. Детонационный фронт продвигается со скоростью выше звуковой, при этом ударная волна поддерживает химическую реакцию реагентов за счет нагрева, создавая устойчивое распространение фронта [27, 28]. В некоторых случаях дефлаграционное горение может переходит в детонацию, в зарубежной литературе этот переход называется deflagration-to-detonation transition (переход дефлаграции в детонацию).
Медленное горение подразделяется на ламинарное и турбулентное соответственно характеру течения смеси [28]. В детонационном горении течение продуктов всегда турбулентное.
Ламинарное горение – вид горения, характеризуемый газодинамически невозмущенным фронтом пламени, а также скоростью распространения пламени, не превышающей несколько метров в секунду. Процесс ламинарного горения заключается в передаче в свежую горючую смесь тепла и активных частиц, обеспечивающих распространение пламени [29].
Турбулентное горение – горение в турбулентных потоках смеси горючего с воздухом (кислородом), характеризующееся неупорядоченным, пульсирующим движением малых объёмов таких смесей. Смешение компонентов при турбулентном горении происходит более интенсивно, чем при ламинарном горении, вследствие чего скорость турбулентного горения превышает скорость ламинарного горения [30].
Процесс горения классифицируют и по способу подвода окислителя. В случае если компоненты смеси находятся в одинаковом агрегатном состоянии, то такое горение относят к гомогенному. Гетерогенным называется тип горения, при котором горючее и окислитель находятся изначально в разном агрегатном состоянии, но по причине образования газообразных продуктов испарения/разложения основная фаза реакции – газовая. Если компоненты реакции не перемешаны и их взаимодействие происходит в узкой области, куда компоненты поступают за счет диффузии, такое горение называют диффузионным. Противоположностью является случай предварительного перемешивания компонентов [31].

Весь текст будет доступен после покупки

1. Разин, А. В. Многоканальная лазерная оптоволоконная система инициирования / А. В. Разин, Р. Г. Ахметшин, В. А. Овчинников, А. С. Скрипин,
Г. В. Мурастов // Космическое приборостроение: сборник научных трудов III Всероссийского форума школьников, студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием – 2015. – С. 135–137.
2. Коротких, А. Г. Исследование зажигания высокоэнергетических материалов с бором и диборидами алюминия и титана / А. Г. Коротких,
В. А. Архипов, К. В. Слюсарский, И. В. Сорокин // Физика горения и взрыва. – 2018. – Т. 54, № 3. – С. 109–115.
3. Зенин, А. Макрокинетические характеристики двухосновных порохов при зажигании CO2-лазером / А. Зенин, К. Дзанотти, П. Джулиани // Горение и взрыв. – 2010. – № 3. – С. 140–146.
4. Способ определения характеристик зажигания образцов высокоэнергетических материалов лучистым тепловым потоком: пат. 2569641 Рос. Федерация: МПК G01N 25/50, G01N 33/22 Архипов В. А., Зарко В. Е.,
Коротких А. Г., Кузнецов В. Т., Раздобреев А. А.; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский государственный университет», – № 2014127962/28; заявл. 08.07.2014; опубл. 27.11.2015.
5. Price, D. Explosive behavior of aluminized ammonium perchlorate / D. Price, A. R. Clairmont Jr, J. O. Erkman // Combustion and Flame. – 1973. – V. 20, No. 3. –
P. 389–400.
6. Zarko, V. E. Study of the combustion behavior of solid propellants containing ultra fine aluminum / V. E. Zarko, O. G. Glotov, V. N. Simonenko, A. B. Kiskin // CD Proc. of Int. Conf. on Combustion and Detonation. Zel'dovich Memorial II. Moscow. – 2004.

Весь текст будет доступен после покупки