1 влияние относительной плотности и температуры на величину

ВЛИЯНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ И ТЕМПЕРАТУРЫ
НА ВЕЛИЧИНУ КРИТИЧЕСКОГО СЕЧЕНИЯ ДЕТОНАЦИИ ВВ
НА ОСНОВЕ ТАТБ
Б.Г. Лобойко, В.П. Филин, О.В. Костицын, Ю.А. Беленовский, Е.Б. Смирнов, А.В. Вершинин,
А.А. Никулин, В.А. Пестречихин, К.М. Мирошкин, К.М. Просвирнин.
ФГУП РФЯЦ-ВНИИТФ им. акад. Е.И.Забабахина, Россия, Снежинск, [email protected]
Критическое сечение детонации – одна из важных характеристик взрывчатых веществ (ВВ),
характеризующая его детонационную способность. Величину критического сечения необходимо учитывать при
конструировании изделий, содержащих относительно тонкие слои ВВ, а также зарядов ВВ сложной
конфигурации, в которых детонационному фронту приходится поворачиваться, огибая выпуклые поверхности.
Критическое сечение детонации - величина не постоянная и зависит от различных факторов, связанных как с
технологией изготовления, так и с условиями применения ВВ.
Исследование критических условий распространения детонации, в том числе критического сечения
детонации, кроме прагматического интереса имеет важное фундаментальное значение. В области
околокритических условий распространения детонации, реализующихся при приближении к критическому
сечению детонации, в значительной степени проявляются факторы, определяющие кинетику протекания
химической реакции в детонационной волне [1, 2]. Влияние этих факторов и их роль легче всего
обнаруживается для взрывчатых веществ, обладающих большим критическим сечением детонации. Яркими
представителями таких взрывчатых веществ являются ВВ на основе ТАТБ. В данной работе исследовалось
влияние относительной плотности и температуры на величину критического сечения детонации ВВ на основе
ТАТБ.
Определение критического сечения детонации ВВ, осуществлялось по методу продольного клина.
Схема экспериментального узла приведена на рисунке 1:
Рисунок 1 – Схема экспериментального узла
По данной схеме инициирование клиновидного образца (3) из исследуемого ВВ шириной 30 мм
осуществлялось от узла инициирования (2), содержащего заряд из мощного ВВ на основе октогена.
Применяемый узел обеспечивал надежное инициирование ВВ на основе ТАТБ. Детонация в исследуемом ВВ
распространялась по клиновидной детали с непрерывно меняющимся сечением и прекращалась при
достижении сечением критического значения. Наиболее простой и целесообразной регистрацией места
прекращения детонации является использование отметчика. С использованием отметчика по оставленному
отпечатку легко может быть определена граница прекращения детонации. По найденной границе определяется
длина продетонировавшей части и соответствующее ей сечение, являющееся собственно критическим сечением
детонации. В качестве материала плиты-отметчика использовался алюминий.
Предварительно проведенные обмеры и определенная после эксперимента длина продетонировавшей
части клиновидного образца по схеме, представленной на рисунке 2, позволяют рассчитать толщину клина,
соответствующую границе прекращения детонации.
1
H и h – максимальная и минимальная толщины клина;
L – длина грани клина между точками измерения максимальной и минимальной толщины клина и при
сборке контактирующей с плитой-отметчиком;
Х – длина продетонировавшей части клина определенная по отпечатку на плите-отметчике;
hкр – критическая толщина, рассчитываемая для исследуемого ВВ.
Рисунок 2 – Схема определения критической толщины
Исходя из измеренных величин H, h, L и X критическая толщина hкр определялась по формуле:
hкр = H −
X ⋅ (H − h )
L
Исследование влияния относительной плотности на величину критической толщины детонации ВВ на
основе ТАТБ проводилось при постоянной температуре, составляющей 20±2°С. Относительная плотность
рассчитывалась по формуле:
ρ отн =
где:
ρ пр − ρ
,
ρ
ρ пр - расчетная предельная плотность исследуемого ВВ,
ρ - фактическая плотность исследуемого ВВ.
Требуемая плотность деталей достигалась с помощью прессования.
Влияние температуры на величину критической толщины детонации проводилось в диапазоне от -90°С
до +70°С. Клиновидные образцы для исследований изготавливались из ВВ на основе ТАТБ. Исходная
относительная плотность деталей составляла 0,0078…0,0084.
Полученные результаты зависимости критической толщины от относительной плотности приведены на
рисунке 3, а от температуры hкр (T ) на рисунке 4.
2
Рисунок 3 – Зависимость критической толщины от относительной плотности
Рисунок 4 - Зависимость критической толщины детонации от температуры
3
Анализируя полученную зависимость критической толщины от относительной плотности,
приведенную на рисунке 3, можно обнаружить, что в исследованном диапазоне критическая толщина
практически линейно уменьшается с увеличением относительной плотности. При этом увеличение
относительной плотности на 0,01 приводит к уменьшению hкр на 10%.
Анализ зависимости критической толщины от температуры, приведенной на рисунке 4, показывает, что
в исследованном диапазоне изменения температур критическая толщина возрастает с уменьшением
температуры. В диапазоне температур от +70°С до -50°С уменьшение температуры на 10°С приводит к
увеличению hкр приблизительно на 10%. Дальнейшее уменьшение температуры от -50°С до -90°С слабее
сказывается на изменении величины критического сечения детонации.
Отметим, что при изменении температуры приращение критической толщины происходит как за счет
⎛ ∂h ⎞
⎛ ∂h ⎞
изменения плотности (объема), так и температуры: dhкр = ⎜ кр ⎟ dT + ⎜ кр ⎟ dρ . Значительный интерес
⎜ ∂ρ ⎟
⎜ ∂T ⎟
⎠T
⎝
⎠ρ
⎝
представляет собой оценка изменения критической толщины вызванного собственно изменением температуры
при неизменной плотности. Для проведения такой оценки были рассчитаны величины относительной
плотности исследуемого ВВ на момент проведения испытания. Расчет проводился исходя из анализа
имеющихся данных по величине линейного коэффициента теплового расширения ВВ на основе ТАТБ в
предположении его изотропности. Учитывая, что по определению объемный коэффициент теплового
расширения есть
αV =
1 ⎛ дV ⎞
⎜
⎟ , для объема можем получить:
V ⎝ дT ⎠ ρ
T
V = V0 ⋅ exp ∫ α V dT
T0
где
V = 1 / ρ - объем ВВ на основе ТАТБ;
V0 = 1 / ρ 0 - объем ВВ на основе ТАТБ при температуре T0 =293,15°К;
Т – фактическая температура.
Все данные по влиянию относительной плотности и температуры на величину критической толщины
детонации обобщены на трехмерной диаграмме hкр (ρ отн , T ) приведенной на рисунке 5.
Приведенные на диаграмме данные были аппроксимированы аналитическим выражением:
hкр = С 0 + С1T + C 2 ρ отн
Данная зависимость является линейной относительно температуры и относительной плотности. В
результате были получены значения коэффициентов C0= 8,0495; C1= - 0,0128; C2= - 65,7758.
4
Рисунок 5 - Диаграмма изменения критической толщины в зависимости от относительной плотности и температуры.
На основе полученной зависимости можно сделать вывод, что общее изменение критической толщины
hкр (T ) в тепловых опытах приблизительно наполовину определяется изменением температуры и наполовину
изменением относительной плотности при изменении температуры.
Список литературы:
1 И.Ф. Кобылкин, В.С. Соловьев, М.М. Бойко «Природа критического диаметра стационарной детонации в
конденсированных ВВ» Труды МВТУ № 387. Механика импульсных процессов. М.: Изд-во. МВТУ, 1982г.
2 И.Ф. Кобылкин, В.С. Соловьев «Критические условия распространения детонационных процессов» М.: Изд-во. МГТУ,
1991г.
5