Методы экспериментального исследования процессов зажигания и горения высокоэнергетических материалов разных классов

1.

МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ЗАЖИГАНИЯ
И ГОРЕНИЯ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ РАЗНЫХ КЛАССОВ
1. Проводятся экспериментальные исследования по кондуктивному зажиганию образцов ВЭМ
(баллиститы и смесевые топлива, пиротехнические составы) на нагретом блоке при различных
температурах нагрева блока и начальных температурах образцов.
Компонентные составы модельных конденсированных систем
Состав
A1
А2
А3
ПХА
69.0
74.0
71.4
Содержание компонентов, мас. %
НА
УС
АС
Наполнитель
−
16.0
−
15.0
Al
−
11.0
−
15.0
В
−
13.6
−
15.0
AlB2
Характеристики зажигания модельных конденсированных
систем на металлическом блоке
Блок-схема установки кондуктивного
нагрева:1 - стабилизатор напряжения,
2 - автотрансформатор, 3 - измеритель
мощности, 4 - потенциометр, 5 - термопара
Температура
блока, К
644
650
661
680
692
Е, кДж/моль
Q, Дж/г∙с
Время задержки зажигания, с
А1
А2
А3
25.0 1.0
24.6 0.8
30.7 3.5
20.2 1.0
19.3 1.8
24.0 0.4
14.3 1.0
12.25 1.5
15.2 0.6
7.4 0.3
6.3 1.4
8.3 2.4
5.0 0.2
4.3 0.2
4.9 0.2
130
163
142
25.3∙1011
15.5∙1014
27.2∙1012
В результате проведенных исследований
получены кинетические константы
процесса зажигания (энергия активации
и предэкспоненциальный множитель) на основе соответствующей обратной задачи химической кинетики:
1. Архипов В.А., Жуков А.С., Кузнецов В.Т., Золоторёв Н.Н., Осипова Н.А., Перфильева К.Г.
Характеристики зажигания и горения конденсированных систем с энергетическими наполнителями //
Физика горения и взрыва. 2018. Т. 54, № 6, С. 68–77.

2.

МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ЗАЖИГАНИЯ
И ГОРЕНИЯ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ РАЗНЫХ КЛАССОВ
2. Проводятся экспериментальные исследования по зажиганию образцов ВЭМ интегральным
лучистым тепловым потоком (установка «Уран 1»).
Фотография и схема установки «Уран-1»
Зависимости времени задержки
зажигания модельных образцов
от плотности теплового потока
при лучистом нагреве
В результате проведенных исследований получены зависимости времени задержки зажигания
исследуемых композиций ВЭМ от плотности теплового потока при лучистом нагреве:
1. Архипов В.А., Жуков А.С., Кузнецов В.Т., Золоторёв Н.Н., Осипова Н.А., Перфильева К.Г.
Характеристики зажигания и горения конденсированных систем с энергетическими наполнителями //
Физика горения и взрыва. 2018. Т. 54, № 6, С. 68–77.
2. Архипов В.А., Басалаев С.А., Кузнецов В.Т., Порязов В.А., Федорычев А.В. Моделирование
процессов зажигания и горения борсодержащих твердых топлив // Физика горения и взрыва. 2021. Т.57,
№3. С. 58–64.

3.

МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ЗАЖИГАНИЯ
И ГОРЕНИЯ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ РАЗНЫХ КЛАССОВ
3. Проводятся экспериментальные исследования по зажиганию образцов ВЭМ
монохроматическим лучистым тепловым потоком (установка «РЛС-200» на основе
СО2-лазера с длиной волны излучения 10.6 мкм).
Время задержки зажигания
составов в зависимости
от плотности теплового
потока
Схема и фотография СО2-лазера
1 – CO2-лазер; 2 – полупрозрачное зеркало; 3 – измеритель
мощности излучения; 4 – затвор; 5 – линза; 6 – образец;
7 – фотодиоды; 8 – измеритель реактивной силы; 9 – АЦП;
10 – ПК; 11 – видео (тепловизионная) камера
В результате проведенных исследований получены
характеристик зажигания исследуемых композиций
ВЭМ от плотности теплового потока при лучистом нагреве:
1. Коротких А.Г., Сорокин И.В., Теплов Д.В., Архипов В.А. Характеристики горения
высокоэнергетического материала, содержащего дисперсный алюминий, бор и бориды алюминия //
Физика горения и взрыва. 2023. Т. 59, № 4. С. 52–59.

4.

МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ЗАЖИГАНИЯ
И ГОРЕНИЯ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ РАЗНЫХ КЛАССОВ
4. Проводятся экспериментальные испытания по определению характеристик степенного закона
скорости
горения
ВЭМ
в
манометрической
бомбе
для
диапазона
давлений
2÷8 МПа.
Манометрическая бомба
Зависимость стационарной скорости горения от давления
для смесевых композиций без катализаторов с добавлением
порошка алюминия разной дисперсности:
A1 – 20% АСД-6; А2 – 10 % АСД-6 и 10% Alex; 3 – 20% Alex
В результате проведенных исследований определены основные показатели закона скорости горения
различных образцов ВЭМ:
1. Коротких А.Г., Сорокин И.В., Теплов Д.В., Архипов В.А. Характеристики горения
высокоэнергетического материала, содержащего дисперсный алюминий, бор и бориды алюминия //
Физика горения и взрыва. 2023. Т. 59, № 4. С. 52–59.

5.

МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ЗАЖИГАНИЯ
И ГОРЕНИЯ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ РАЗНЫХ КЛАССОВ
5. Проводятся экспериментальные исследования по определению
нестационарного горения образцов ВЭМ при сбросе давления в камере сгорания.
Схема и фотография экспериментальной установки
характеристик
Результаты измерения
нестационарной скорости горения
гомогенного твердого топлива
ОЗВБ-методом: p0 = 6.07 МПа,
|dp/dt|max = 430 МПа/с
(гашение – повторное
воспламенение)
1 – камера сгорания; 2 – передняя крышка; 3 – задняя крышка; 4 – диафрагма;
5 – электрокапсюльный инициатор; 6 – воспламенитель; 7 – основное сопло;
8 – дополнительное сопло; 9 – сгорающая пробка; 10 – датчик давления;
11 – заряд исследуемого ВЭМ
В результате проведенных исследований получены оценки
критического значения скорости сброса d p*/dt давления на
затухание образцов ВЭМ, определено влияние начальной
температуры образцов ВЭМ на критическое значение dp*/dt,
а также определены значения нестационарной скорости
горения образцов ВЭМ в процессе сброса давления
методом решения обратной задачи внутренней баллистики:
1. Архипов В.А., Басалаев С.А., Бондарчук С.С., Глотов О.Г., Порязов В.А., Дубкова Я.А.
Экспериментальное исследование нестационарной скорости горения высокоэнергетических материалов
при сбросе давления // Физика горения и взрыва. 2023. Т. 59, № 2. С. 133–140.

6.

МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ЗАЖИГАНИЯ
И ГОРЕНИЯ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ РАЗНЫХ КЛАССОВ
6. Проводятся экспериментальные исследования высокочастотной неустойчивости горения
образцов ВЭМ с использованием методики, основанной на двусторонней Т-камере сгорания.
Виды исследуемых
образцов
Общий вид экспериментальной установки
В результате проведенных исследований определены
значения частот колебаний и акустической проводимости
поверхности горения исследуемых образцов ВЭМ.
Результаты
исследований
позволяют
определить
зависимость компонентного состава образцов ВЭМ на их
склонность
к
высокочастотной
неустойчивости
(вибрационному горению) в камере сгорания:
1. Архипов В.А., Бондарчук С.С., Жуков А.С.
Нестационарные режимы горения конденсированных
систем. Учеб. Пособие. – Томск: Изд-во ТГУ, 2017.
Зависимость акустической проводимости от
частоты для исследованных составов ССТ
(А1 – 17.5 % АСД-4; А2 – 3.0 % АСД-4;
А3 – 16.0 % АСД-4):
1 – А1, p0 = 2.3 МПа; 2 – А1, p0 = 3.7 МПа;
3 – А1, p0 = 6.0 МПа; 4 – А2, p0 = 2.3 МПа;
5 – А3, p0 = 2.3 МПа