Теплофизические явления в полимерных материалах при интенсивном и кр

Рис. 4.1. Зависимость плотности смеси от объемной доли ФW вольфрама: –– расчет по (3.9); ○ эксперимент (Pb + W);

+ эксперимент (Ti + W)

Рис. 4.2. Зависимость твердости смеси HBef от объемной доли ФW вольфрама: –– расчет по (3.9); ○ эксперимент (Pb + W);

+ эксперимент (Ti + W)

71

Рис. 4.3. Зависимость термического коэффициента линейного расширения αef от объемной доли ФW вольфрама: –– расчет по (3.9); ○ эксперимент (Pb + W); + эксперимент (Ti + W)

Рис. 4.4. Зависимость предела прочности σb ef смеси от объемной доли ФW вольфрама: –– расчет по (3.9); ○ эксперимент (W+Pb)

72

Сравнение экспериментальных и расчетных данных показывает следующее:

1)выражение (3.9) можно использовать не только для определения эффективных значений коэффициента диффузии, скорости реакции, упругих характеристик, но и для характеристик, рассмотренных в данном подразделе;

2)в отношении скалярных характеристик расчеты дают одинаковые результаты независимо от того, какой компонент считается матрицей – 1 либо 2;

3)расчетные данные для плотности и твердости вполне согласуются с экспериментальными в пределах ошибок последних;

4)в теории эффективных характеристик гетерогенной среды предполагается, что частицы включений имеют микроразмеры.

Вто же время размеры зерен металлических порошков являются макроскопическими (10–5–10–4) м. Тем не менее результаты расчетов по (3.9) вполне соответствуют экспериментальным данным;

5)расчетная зависимость нескалярной характеристики – прочности на растяжение – для смеси Pb + W соответствует экспериментальным результатам при значениях концентрации вольфрама менее 10 %. При больших значениях доли вольфрама эксперимент дает меньшие значения. Одной из причин может быть тот факт, что прочность пограничного слоя меньше, чем прочность материала зерна.

4.2. Проверка модели на смесевых твердых взрывчатых веществах

Проверка модели определения эффективных характеристик гетерогенных веществ проведена в сравнении с известными данными о смесевых ВВ. Модели Забабахина и Нечаева [6] имеют ограниченное применение, поскольку они позволяют вычислить только значения давления в точке Жуге и скорости детонации двухкомпонентной смеси. Изложенная выше наша модель позволяет вычислить для многокомпонентной смеси значения параметров самой различной физико-химической природы. В качест-

73

ве тестирования этой модели сравним значения некоторых параметров взрывчатой смеси тротила с гексогеном (смесь ТГ), как рассчитанные по формулам (3.7)–(3.9), так и полученные экспериментально. Результаты расчетов помещены в табл. 4.4 и 4.5 и на рис. 4.5 и 4.6. Значения параметров индивидуальных веществ тротила и гексогена взяты из работ [109–120].

Втабл. 4.4 и на рис. 4.5 помещены значения чувствительности к удару по стандартной пробе Каста. В табл. 4.5 и на рис. 4.6

помещены значения энергетических параметров: плотности ρж и скорости детонации Dж вточке Жуге, теплоты взрыва Q.

Втабл. 4.6 помещены экспериментальные значения теплоты

взрыва Qэксп смесей органических ВВ с алюминием и значения Qрасч, рассчитанные по формулам (3.7)–(3.9) (βалюм – массовая доля алюминия). Экспериментальные значения взяты из работы

[121].Значения теплоты взрыва компонентов взяты из работ [122, 123]. В табл. 4.7 помещены экспериментальные значения плотно-

сти и теплоты взрыва (ρэксп, Qэксп) смесей тротила, нитрата аммония и алюминия, взятые из работы [121]. Там же приведены зна-

чения, рассчитанные по формулам (3.7)–(3.9) (ρрасч, Qрасч).

Втабл. 4.8 приведены экспериментальные (из работы [124])

ирассчитанные по формуле (3.9) значения скорости детонации смесевых составов, содержащих октоген, магний и политетрафлюороэтилен.

Таблица 4 . 4

Чувствительность кудару (%) смесевых взрывчатых составов

Рис. 4.5. Зависимость чувствительности к удару смесевых составов тротил+гексоген от объемной доли гексогена: • данные эксперимента;

––– расчет по (3.9)

Таблица 4 . 5

Энергетические параметры смесевых взрывчатых составов

Dж

8 5

Рис. 4.6. Зависимость параметров смесевых составов тротил+гексоген от объемной доли гексогена: ––– расчет по (3.9); • эксперимент (Q); + эксперимент (Dж)

Таблица 4 . 7

Параметры смесей тротила, нитрата аммония и алюминия

Таблица 4 . 8

Параметры смесевых составов, содержащих октоген, магний и политетрафлюороэтилен (ПТФЭ)

Из данных табл. (4.4)–(4.8) следует, что расчеты параметров смесевых взрывчатых составов коррелируют с опытными данными. Относительная погрешность не превышает: для плотности – 2 %, для скорости детонации – 1 %, для калорийности – 4 %. Таким образом, данная модель может быть использована для расчета параметров смесевых взрывчатых веществ.

Следует заметить, что энергетические (например, теплота взрыва) и кинематические (например, скорость детонации) параметры сильногетерогенных систем (смесей органических ВВ с металлами и неорганическим окислителем) являются суммарными от нескольких последовательных и параллельных реакций. Химические реакции, происходящие при взаимодиффузии продуктов разложения отдельных компонентов, должны вносить свой вклад в значения параметров смеси. И хотя развитая нами модель (3.9) не отражает этих механизмов, тем не менее она дает удовлетворительные результаты.

Выполненный анализ, изложенный здесь вкратце, показывает возможность применения предлагаемой модели для расчета физико-химических характеристик смесевых взрывчатых составов по формулам (3.7)–(3.9). Различие в основном не превышает нескольких процентов. Это служит основанием для определения значений тех физико-химических характеристик, для которых другие способы являются недостаточно надежными.

4.3. Свойства суспензионного взрывчатого состава

Материал, изложенный в этом подразделе, относится к области повышения безопасности хранения и эксплуатации сложных технических средств, в частности специальных средств поражения.

Этой цели на всех этапах жизненного цикла вплоть до санкционированного срабатывания в заданной точке траектории носителя отвечает предложенный Вологжаниным способ, при котором заряд химического взрывчатого состава выносится из полос-

79

ти при эксплуатации и закачивается в полость на пассивном участке траектории непосредственно перед задействованием специального средства поражения.

Авторы [125] предусматривают, что применение жидких или суспензионных бризантных ВВ, близких по мощности к эталонным твердым ВВ, и пространственное разделение их места хранения и рабочего места позволяет:

−практически исключить вероятность аварийного или несанкционированного срабатывания технического средства при хранении и транспортировании;

−повысить общую безопасность хранения, транспортирования и эксплуатации технических средств за счет повышения «внутренней безопасности»;

−исключить особо опасные операции;

− исключить необходимость наращивания внутренней

ивнешней защиты;

−сохранить высокую готовность средства к применению;

−исключить возможность несанкционированного срабатывания средства в случае его захвата противником.

В качестве жидкого бризантного взрывчатого вещества (ЖБВВ) может быть использован нитроизобутилтринитрат глицерина (НИБТНГ), который по энергосодержанию превышает нитроглицерин на 7 % и имеет эксплуатационные характеристики, включая чувствительность к механическим воздействиям, существенно лучше, чем у нитроглицерина [126].

Суспензионное ВВ может быть изготовлено путем наполнения ЖБВВ гранулами октогена различного фракционного состава, объемная доля которого при этом ограничена только реологическими свойствами суспензии. Наполнение ЖБВВ октогеном позволяет приблизить энергетические характеристики суспензии к энергетическим характеристикам эталонных твердых бризантных ВВ.

Авторами [125] предлагается заполнение замкнутого объема взрывчатым веществом непосредственно перед подрывом заряда путем закачки взрывчатого состава в этот объем. Составы долж-

80