книги / Химия и технология баллиститных порохов, твердых ракетных и специальных топлив. Т. 1 Химия

Рис. 33. Структура детонационной волны:

а — диаграмма состояний в плоскости давление Р — удельный объем V; ОА'А — ударная адиабата ВВ, 08 — детонационная адиабата, О — точка Чепмена »— Жуге; б — структура стационарной детонационной волны; ОАО — зона реакции («химпик»), 08 — зона разлета продуктов взрыва

ряющихся продуктов взрыва. В конце зоны реакции имеет ме­ сто равенство скорости звука (местной) и скорости потока вещества относительно фронта детонационной волны (условия Чемпена — Жуге). Внутри зоны реакции скорость продуктов дозвуковая, а в области разлета продуктов — сверхзвуковая от­ носительно детонационной волны, поэтому возмущения в этой области не проникают в зону реакции и не могут ока­ зывать влияния на скорость детонации.

Рассматривая П и ТРТ баллиститного типа как ЭКС, в ко­ торых химическое превращение может осуществляться по ме­ ханизму детонации, целесообразно сравнить их по параметрам процесса с различными взрывчатыми материалами.

По восприимчивости к детонации следует различать три типа ВВ:

—инициирующие, например, азид свинца, РЪ (^)2 и гре­ мучая ртуть Н§(СМО)2;

—бризантные (дробящие), например, тротил, гексоген;

—метательные — пороха и твердые ракетные топлива. Инициирующие ВВ отличаются не только высокой чувстви­

тельностью к ударной волне, но и практически мгновенным переходом при зажигании горения в детонацию. Причем дето­ нируют даже мизерные количества ВВ (мг). Именно на основе инициирующего ВВ делаются капсюли-детонаторы (КД), со­ стоящие из небольших зарядиков пиротехнического состава

и инициирующего ВВ. Один и тот же капсюль-детонатор мо­ жет вызвать взрыв заряда вторичного ВВ любой величины.

Вторичные (бризантные) ВВ могут подвергаться химиче­ ским превращениям, как, впрочем, и П и ТРТ, тремя различ­ ными способами:

—сравнительно медленное термическое разложение при длительном выдерживании при относительно невысокой тем­ пературе;

—горение параллельными слоями с относительно невысо­

ше, может вызвать только достаточно сильная волна, генери­ руемая инициирующим ВВ. Если, например, вызвать детона­ цию в тротиле малой плотности, то эта ударная волна не вы­ зовет детонацию в высокоплотном литом тротиле. Тротил не детонирует даже при простреле пулей, имеющей скорость не­ сколько сотен метров в секунду.

Пороха и твердые ракетные топлива, в первую очередь баллиститные, в плотном состоянии по детонационным харак­ теристикам близки к бризантным ВВ. Отличие их от послед­ них состоит в более низкой чувствительности к ударной вол­ не. Детонация штатных БРТТ, не содержащих в составе вто­ ричных ВВ или твердых высокоплотных добавок (действие которых будет описано ниже), не возбуждается стандартным капсюлем-детонатором (№ 8). Для генерации ударной волны в таких БРТТ требуется промежуточный усилитель из вторич­ ного ВВ.

Однако современные БРТТ для повышения энергетических и улучшения баллистических характеристик все в большей степени наполняются мощными ВВ и катализирующими металлорганическими добавками, повышающими чувствитель­ ность топлив к ударной волне. В табл. 9 представлены некото­

Важнейшими параметрами, характеризующими детонаци­ онные свойства ВВ, являются критический диаметр детонации с!кр и критическое давление возбуждения детонации Ркр.

Критический диаметр детонации есть наименьший диаметр цилиндрического заряда конденсированного ВВ, при котором возможен самоподдерживающийся ударно-волновой процесс. Заряды меньшего диаметра не способны к самоподдерживающейся детонации. Объяснение сущности этого явления было дано Ю. Б. Харитоном [35]: процесс выделения энергии в де­ тонационной волне имеет определенное время, которое долж­ но быть меньше времени бокового разлета реагирующего ве­ щества.

Таким образом, бкр определяется соотношением скоростей двух конкурирующих процессов — скорости образования про-_ дуктов реакции в детонационной волне и скорости падения давления у боковых границ этой волны вследствие бокового разлета реагирующего вещества, вызывающего энергетические потери.

В случае конденсированных ВВ, таких как П и ТРТ, энер­ гетические потери обусловлены расширением реагирующего вещества в стороны от оси заряда. Наличие оболочки, затруд­ няя такое расширение, приводит к уменьшению с!кр. Решаю­ щее значение имеет здесь, как будет показано в разделе тех­ нологии, масса оболочки, оказывающей динамическое сопро­ тивление разлету вещества.

Применительно к БРТТ обширные исследования провели И. Я. Петровский и Л. В. Волков [36, 37], показавшие, что детонация в наполненных составах БРТТ происходит по, так называемому, центровому механизму, являющемуся разновид­ ностью ударного механизма: химические реакции возникают

Механизм влияния плотных добавок, становящихся цен­ трами реакции, заключается в относительной разнице скоро­ стей пластифицированной части ВВ и плотных частиц.

Ц\Р\ = игРг, откуда 1)Х- Щ = 1!х{\ - р х/р2),

где {У, — скорость перемещения пластифицированной части за фронтом волны, 1]г — скорость перемещения плотных частиц, Р\. Р2 — соответственно плотность пластифицированной части и плотность частицы.

При плотности добавок, близкой к плотности основы БРТТ, они не должны становиться центрами детонационной реакции. Фактическое критическое значение плотности доба­ вок находится на уровне —2,8 г/см3. Это значение зависит от размеров, формы частиц и их твердости, так как ударная вол­ на, уплотняясь, приобретает дополнительно относительную скорость.

Итак, детонация БП с твердыми плотными добавками про­ исходит по центровому механизму, но и в отсутствии твердых добавок детонационная реакция БРТТ также осуществляется по центровому механизму, так как сказывается наличие всяко­ го рода дефектов структуры, неоднородностей, минеральных добавок и кристаллических ВВ. Тем не менее влияние плот­ ных добавок (типа соединений свинца и меди — состав РСТ-4К) на с!кр весьма ощутимо. Поэтому повышение бкр с целью обеспечения безопасности переработки может быть достигнуто за счет ввода катализирующих и стабилизирующих процесс горения добавок с малыми плотностью и твердостью.

Критический диаметр детонации является одним из двух основных параметров, характеризующих восприимчивость к детонации ВВ и П и ТРТ. Чувствительность к ударной вол­ не, как правило, определяется по величине критического дав­ ления (Ркр) инициирования, которое является минимальным давлением в инициирующем импульсе, вызывающем устойчи­ вую детонацию. Критическое давление характеризует мини­ мальную интенсивность инициирующего взрывного импульса. Эта характеристика оценивается, кроме того, по расстоянию передачи детонации от стандартного заряда (1„еред).

БРТТ по энергетическому признаку разделяются на груп­ пы, которые отличаются содержанием высокоэнергетических компонентов, существенно влияющих на детонационные свой­

Взрывчатые характеристики БРТТ

Критические диаметр и давление возбуждения детонации при увеличении содержания в составе НГЦ, ВВ, высокоплот­ ных добавок представлены в табл. II [32, 36, 37].

Таблица 11

Детонационные характеристики топлив различных химических составов

Методы определения критических параметров детонации баллиститных П и ТРТ[38]

Определение критического диаметра детонации произво­ дится путем подрыва цилиндрических зарядов испытуемого ВВ. Образцы из БП вытачиваются на токарном станке, обо­ лочки для них не требуется. Изготовленные образцы имеют различные диаметры, а длину — по 10 диаметров. Их уклады­ вают последовательно торцами впритык один к другому, в по­ рядке уменьшения диаметра, на пластину — свидетель из мяг­ кого металла (свинец, латунь, алюминий). Если ожидаемое значение критического диаметра БП меньше 20 мм, из него вытачивают ступенчатый заряд. Самый толстый образец под­ рывают заведомо достаточным инициатором, для последующих образцов инициаторами служат предыдущие. Для БП в качест­ ве инициатора используют шашку того же диаметра, что и за­ ряд, длиной 1,5 диаметра, выточенную из БП, способного де­ тонировать от капсюля. На пластине — свидетеле после взры­ ва остается отпечаток — углубление с резкими краями длиной во весь заряд, если детонация прошла до конца, и длиной ко­ роче заряда — если она затухла. Устанавливают минимальное значение диаметра заряда, при котором детонация еще проис­ ходит (с1+Кр) и максимальное из тех значений, при которых она затухает (б_кр), подтверждая эти результаты пятью повтор­ ными опытами. Разность диаметров соседних испытуемых об­ разцов обычно принимают равной 10% от большего диаметра.

Минимальную интенсивность инициирующего взрывного импульса оценивают по расстоянию передачи детонации от стандартного заряда или по давлению в инициирующей удар­ ной волне.

Расстояние передачи детонации через воздушный проме­ жуток определяют следующим образом. Два заряда диаметром 40 мм и длиной 100 мм соединяют соосно бумажной труб­ кой, фиксируя заданное расстояние между ними, и устанав­ ливают их вертикально на стальную плиту. Верхний (актив­ ный) заряд изготовлен из стандартного ВВ, нижний (пассив­ ный) заряд — из испытуемого ВМ. Устанавливают расстояние передачи детонации от активного заряда, инициируемого электродетонатором, к пассивному заряду во всех пяти опы­ тах (1+п), а также при отказе передачи детонации в пяти опы­ тах (1_п) с шагом 20%. При передаче детонации на поверхно­ сти стальной плиты образуется углубление (отпечаток) с рез­ ко очерченными краями.

вом раскаленных газовых струй продуктов реакции, прони­ кающих в воздушные промежутки между частицами порошка. Поэтому в мелкодисперсных порошках вследствие сильно раз­ витой поверхности детонация должна распространяться значи­ тельно лучше, чем в сплошных средах.

Аналогичные различия детонационных характеристик в за­ висимости от физического состояния наблюдаются и у других ВМ. По баллиститным П и ТРТ обширные исследования про­ ведены Л. В. Волковым [36]. Им детально исследованы осо­ бенности детонации рыхлых структур при различной насып­ ной плотности, в том числе и в заряде с нарастающей плот­ ностью. Следует заметить, именно в измельченном состоянии полуфабрикат БП на фазах производства в аварийных ситуа7 циях представляет опасность как продукт, способный детони­ ровать. Более того, просто загорание, которое в производстве весьма вероятно, может переходить самопроизвольно в детона­ цию. Поэтому изучение всех факторов, связанных с детонаци­

лые структуры (полуфабрикат) детонируют по баллистическое му механизму: с низкой (1000...4500 м/с) скоростью детона­ ции.

Однако полуфабрикат некоторых составов БРТТ способен детонировать с аномально высокой скоростью (7000...7500 м/с). Рассматривая полуфабрикаты всех составов БП с точки зрения детонационных параметров, следует подразделить их на два класса:

—структуры первого класса отличаются тем, что размер гранулы (зерна) меньше с!кр плотного пороха. Отдельные зерна не способны детонировать, а могут детонировать только в об­ щем фронте детонационной волны, причем, с низкой скоро­ стью;

—рыхлые структуры второго класса состоят из зерен, раз­ мер которых больше с!кр плотного пороха. Такие гранулы могут детонировать по центровому механизму каждая в отдельности

вобщем фронте детонационной волны. Поэтому рыхлые структуры второго класса даже при насыпной плотности спо­ собны детонировать как по режиму низкой скорости (балли­

стический механизм), так и высокой (центровой механизм) в зависимости от условий инициирования. Причем, есть важ­ ная особенность детонации такого полуфабриката: если ско­ рость достигает величины 3000 м/с, то она скачкообразно воз­