Возбуждение и распространение взрывных превращений в
реклама
И.Ф. Кобылкин, В.В. Селиванов Возбуждение и распространение взрывных превращений в зарядах взрывчатых веществ УДК 532.5, 539.5 ББК 2454 К55 Ре ц ен зе н ты : первый вице-президент − главный ученый секретарь РАРАН, д-р техн. наук, профессор А.А. Каллистов; зав. кафедрой «Молекулярная физика» Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова д-р физ.-мат. наук, профессор Н.Н. Сысоев К55 Кобылкин, И. Ф. Возбуждение и распространение взрывных превращений в зарядах взрывчатых веществ / И. Ф. Кобылкин, В. В. Селиванов. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015. — 354, [6] с. : ил. ISBN 978-5-7038-4007-8 Изложены результаты исследований процессов возбуждения и распространения взрывных превращений в зарядах взрывчатых веществ и пороховых зарядах, возникающих при интенсивных локальных воздействиях металлических кумулятивных струй и высокоскоростных ударников, в том числе и формируемых взрывом. Основное внимание уделяется установлению механизмов, закономерностей и критериев возбуждения и распространения в зарядах взрывчатых веществ, заключенных в оболочки, и пороховых зарядах, составленных из артиллерийских порохов, необходимых режимов взрывного превращения, позволяющих, с одной стороны, обеспечить их надежное возбуждение и распространение при штатном функционировании, а с другой – предотвращение или снижение их интенсивности при незапланированных видах воздействия. Предложен и обоснован метод взрывного разминирования оболочечных взрывных устройств без возбуждения детонации в их снаряжении с помощью малогабаритных кумулятивных зарядов. Для научных работников, инженеров, аспирантов и студентов, специализирующихся в области исследования физики горения и взрыва, теории взрывчатых веществ и прикладных вопросов безопасного применения взрывчатых веществ и порохов. УДК 532.5, 539.5 ББК 2454 ISBN 978-5-7038-4007-8 © Кобылкин И.Ф., Селиванов В.В., 2015 © Оформление. Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015 Оглавление Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Глава 1. Физические основы анализа процесса распространения ударных волн в неоднородных реагирующих средах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1. Термодинамическое описание реагирующей среды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.1. Взаимосвязь между давлением и объемом в реагирующей среде . . . . . . 1.1.2. О возможности протекания твердофазной детонации в конденсированных взрывчатых веществах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2. Эволюция ударных волн в реагирующих средах. Влияние кривизны фронта ударной волны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3. Кинетика разложения взрывчатых веществ в ударных волнах . . . . . . . . . . . . . 1.3.1. Теоретический подход к построению кинетических уравнений . . . . . . . 1.3.2. Построение кинетических уравнений с использованием экспериментальных данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4. Поведение зарядов взрывчатых веществ под действием слабых ударных волн . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.1. Критические условия возбуждения низкопорядковых взрывных процессов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.2. Кинетика разложения зарядов взрывчатых веществ в слабых ударных волнах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5. Возбуждение низкопорядковых взрывных процессов при динамическом деформировании зарядов взрывчатых веществ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.6. Критические условия возбуждения детонации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.7. Поведение зарядов взрывчатых веществ при последовательном нагружении их несколькими ударными волнами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 12 12 12 14 17 23 24 28 34 35 42 48 54 59 Глава 2. Критические условия распространения стационарных детонационных волн в зарядах конденсированных взрывчатых веществ . . . . . 74 2.1. Теории критического диаметра детонации неоднородных зарядов взрывчатых веществ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 2.1.1. Неидеальная детонация неоднородных зарядов взрывчатых веществ . . . 74 2.1.2. Критический диаметр стационарной детонации неоднородных зарядов конденсированных взрывчатых веществ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 2.2. Влияние оболочки на величину критического диаметра детонации . . . . . . . . 85 2.2.1. Влияние оболочки на величину критического диаметра заряда взрывчатого вещества. Скорость детонации больше скорости звука в материале оболочки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 2.2.2. Влияние оболочки на величину критического диаметра заряда взрывчатого вещества. Скорость детонации меньше скорости звука в материале оболочки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 2.3. Предел распространения детонации в тонких слоях взрывчатых веществ . . . 93 2.4. Распространение детонационных волн в зарядах взрывчатых веществ с угловыми границами. Дифракция детонационных волн . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 3 Оглавление 2.5. Примеры практического применения теории критического диаметра . . . . . . . 2.5.1. Критический диаметр малочувствительных взрывчатых составов . . . . . 2.5.2. Критический диаметр детонации зарядов промышленных взрывчатых веществ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6. Взаимосвязь критических диаметров зарядов взрывчатых веществ с характеристиками их ударно-волновой чувствительности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7. Распространение детонации в зарядах взрывчатых веществ конечного диаметра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7.1. Зависимость скорости детонации от диаметра заряда взрывчатого вещества . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7.2. Уравнение формы фронта неидеальной детонационной волны и структура течения в зоне химической реакции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Глава 3. Механизмы и критерии возбуждения взрывных процессов в зарядах взрывчатых веществ при воздействии кумулятивных струй 3.1. Общая характеристика проблемы. Классификация схем воздействия кумулятивных струй на заряды взрывчатых веществ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2. Схемы и методы экспериментального исследования и используемые кумулятивные заряды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3. Феноменологическая классификация режимов ответной реакции зарядов взрывчатых веществ на воздействие кумулятивных струй . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4. Механизмы возбуждения детонации в открытых зарядах взрывчатых веществ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.1. Анализ особенностей нагружения зарядов взрывчатых веществ и возбуждения детонации в них при воздействии кумулятивных струй. . . . . 3.4.2. Критерии возбуждения детонации в открытых зарядах взрывчатых веществ на начальной ударно-волновой стадии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.3. Влияние формы головной части и угла воздействия кумулятивных струй на инициирование детонации в зарядах взрывчатых веществ . . . 3.5. Возбуждение детонации на стадии сверхзвукового установившегося проникания кумулятивной струи в заряд взрывчатого вещества. Способы реализации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.1. Особенности возбуждения детонации в заряде взрывчатого вещества при его экранировании плотной сжимаемой преградой . . . . . . . . . . . . . 3.5.2. Энергетический критерий возбуждения детонации на стадии сверхзвукового установившегося проникания кумулятивных струй в заряд взрывчатого вещества . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.3. Экспериментальное определение критического уровня воздействия кумулятивных струй на заряды взрывчатых веществ. . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.4. Влияние плотности зарядов термостойких взрывчатых веществ на их чувствительность к воздействию кумулятивных струй . . . . . . . . . . . . . . 3.5.5. Управление инициирующей способностью. Способы переноса точки инициирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6. Теоретический анализ процесса возбуждения детонации на стадии установившегося сверхзвукового проникания кумулятивных струй в заряд взрывчатого вещества . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6.1. Характеристики баллистических ударных волн, образующихся при сверхзвуковом проникании кумулятивных струй в заряд взрывчатого вещества . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 102 102 109 116 120 120 122 141 141 144 148 156 156 160 163 168 168 176 179 182 185 188 188 Оглавление 3.6.2. Дифференциальное уравнение эволюции головной баллистической ударной волны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6.3. Результаты количественного анализа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6.4. Численное моделирование процесса проникания кумулятивной струи в заряд взрывчатого вещества, заключенный в оболочку . . . . . . . . . . . . 3.7. Возбуждение низкопорядковых взрывных процессов при проникании кумулятивных струй в заряды взрывчатых веществ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Глава 4. Возбуждение взрывных процессов в пороховых зарядах при воздействии кумулятивных струй . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1. Общая характеристика процессов, сопровождающих воздействие на пороховые заряды кумулятивных струй и компактных ударников. . . . . . . . . . . . . . 4.2. Детонационные характеристики артиллерийских порохов . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3. Ударно-волновая чувствительность артиллерийских порохов . . . . . . . . . . . . . 4.4. Поведение пороховых зарядов при динамическом уплотнении . . . . . . . . . . . . 4.5. Возбуждение взрывных процессов в пороховых зарядах при воздействии кумулятивных струй . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Глава 5. Возбуждение взрывных процессов в зарядах взрывчатых веществ, заключенных в оболочки, при воздействии высокоскоростных компактных ударников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1. Общая характеристика ответных реакций зарядов взрывчатых веществ, заключенных в оболочки, на воздействие высокоскоростных компактных ударников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2. Построение энергетического критерия возбуждения детонации в экранированных зарядах взрывчатых веществ при воздействии высокоскоростных ударников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3. Возбуждение взрывных процессов в оболочечных взрывных устройствах при воздействии высокоскоростных ударников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4. Экспериментальное исследование возбуждения взрывных процессов в зарядах взрывчатых веществ, заключенных в оболочку, при контролируемом проникающем ударе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Глава 6. Возбуждение детонации в экранированных тонких слоях взрывчатых веществ при воздействии кумулятивных струй и компактных ударников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1. Возбуждение детонации в экранированных тонких слоях взрывчатых веществ при воздействии кумулятивных струй . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1.1. Особенности возбуждения детонации в тонких слоях взрывчатых веществ, экранированных легким сжимаемым материалом . . . . . . . . . . . . 6.1.2. Особенности возбуждения детонации в тонких слоях взрывчатых веществ, экранированных металлическими пластинами . . . . . . . . . . . . . . . 6.1.3. Теоретический анализ процессов возбуждения детонации в элементах динамической защиты при воздействии кумулятивных струй . . . . . . . . 6.2. Возбуждение детонации в тонких слоях взрывчатых веществ, размещенных между металлическими пластинами, при воздействии высокоскоростных компактных ударников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3. Исследования инициирования детонации в экранированных тонких слоях взрывчатых веществ при воздействии формируемых взрывом ударников . . . 5 190 193 196 200 208 208 210 213 215 219 227 227 228 234 240 250 250 251 253 257 265 275 Оглавление Глава 7. Взрывное разминирование взрывных устройств без возбуждения детонации в их снаряжении . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1. Общая характеристика проблемы разминирования. Классификация методов обезвреживания единичных взрывных устройств . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2. Экспериментальное исследование возбуждения низкопорядковых взрывных превращений в зарядах взрывчатых веществ, заключенных в оболочки, при взрывном и ударном воздействиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.1. Возбуждение низкопорядковых взрывных процессов при контактном взрыве заряда взрывчатого вещества . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.2. Возбуждение низкопорядковых взрывных процессов при неконтактном взрыве заряда взрывчатого вещества . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.3. Возбуждение низкопорядковых взрывных процессов при высокоскоростном ударе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3. Возбуждение низкопорядковых взрывных процессов в зарядах взрывчатых веществ, заключенных в оболочки, при воздействии кумулятивных струй. . . 7.4. Лабораторные испытания взрывной технологии разминирования при воздействии кумулятивных струй на макеты мин, установленные в грунт . . . . . . . . . 7.5. Экспериментальное исследование разрушения прочных стальных оболочек, наполненных взрывчатыми веществами, при их пробитии кумулятивными струями. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6. Анализ процесса горения заряда взрывчатого вещества, заключенного в прочную деформируемую оболочку, после его пробития кумулятивной струей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Глава 8. Разработка и испытание кумулятивного устройства разминирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1. Анализ компоновки кумулятивного заряда-ликвидатора, предназначенного для уничтожения взрывных устройств . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2. Инженерная методика выбора компоновочных и конструктивных характеристик кумулятивных устройств для бездетонационного разминирования взрывных устройств . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3. Полигонные испытания взрывной технологии разминирования с помощью кумулятивных зарядов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4. Полигонные испытания кумулятивного устройства бездетонационного разрушения мин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 282 288 288 291 296 299 304 309 315 329 329 335 343 348 Предисловие Заряды взрывчатых веществ и пороховые заряды являются основными источниками энергии для различных взрывных технологий в сфере освоения новых горнорудных и нефтегазовых месторождений и их дальнейшей промышленной эксплуатации, а также для изготовления широкой номенклатуры обычных боеприпасов самого различного назначения. В процессе изготовления, транспортировки, хранения и использования эти заряды могут подвергаться различным штатным и нештатным воздействиям, что, с одной стороны, должно обеспечивать их надежное проектное функционирование, а с другой − позволять прогнозировать режимы взрывных превращений и их последствия с целью либо предотвращения несанкционированных воздействий, либо минимизации возможного ущерба. Особенно важным в гражданской сфере является практическое приложение, связанное с предотвращением незапланированных взрывных превращений с катастрофическими последствиями для объектов логистических систем, осуществляющих транспортировку и хранение различных изделий, имеющих в своем составе пороха и взрывчатые вещества. Кроме того, огромное значение имеет практика гуманитарного разминирования районов локальных и региональных конфликтов и уничтожения самодельных террористических взрывных устройств, что требует разработки технологий бездетонационного уничтожения, исключающих губительное воздействие взрыва на окружающую среду и неприемлемые разрушения транспортной и промышленной инфраструктуры, зданий и сооружений. Неоспоримая важность решения указанных выше проблем вызвала в последние два десятилетия поток открытой информации в известных академических («Химическая физика», «Физика горения и взрыва», «Прикладная механика и техническая физика» и др.) и отраслевых («Вопросы оборонной техники», «Известия РАРАН», «Оборонная техника») журналах, многочисленных монографиях и сборниках трудов отечественных и международных симпозиумов по детонации, горению, взрыву, баллистике, ударным волнам в конденсированных средах. Результаты экспериментальных и теоретических исследований, изложенные в перечисленных изданиях, посвящены изучению: процессов возбуждения и распространения взрывных превращений в зарядах взрывчатых веществ (ВВ) и пороховых зарядах, возникающих при интенсивных локальных воздействиях кумулятивных струй (КС) и компактных ударников; механизмов, закономерностей и критериев возбуждения и распространения в порохах и ВВ различных режимов взрывного превращения (в том числе низкопорядковых); процессов возбуждения детонации в экранированных тонких слоях ВВ при воздействии кумулятивных струй, компактных ударников и формируемых взрывом ударников. 7 Предисловие В то же время системный анализ указанных взаимосвязанных физических явлений в значительной степени сдерживается отсутствием методически структурированного описания результатов экспериментальных и теоретических исследований. Предлагаемая читателям монография призвана восполнить этот пробел и является попыткой дать целостную и систематизированную картину процессов возбуждения и распространения взрывных превращений в зарядах ВВ и пороховых зарядах, возникающих при интенсивных локальных воздействиях металлических кумулятивных струй и высокоскоростных ударников, в том числе и формируемых взрывом. В ней с достаточной полнотой изложены механизмы, закономерности и критерии возбуждения и распространения в зарядах ВВ и пороховых зарядах необходимых режимов взрывного превращения, позволяющих, с одной стороны, обеспечить их надежное возбуждение и распространение при штатном функционировании и, с другой − предотвратить или снизить их интенсивность при незапланированных наиболее опасных и распространенных видах воздействия. Монография написана с учетом результатов исследований, изложенных в многочисленных открытых публикациях в отечественной и зарубежной печати, на основе систематизированных данных сотен собственных экспериментов, знаний и опыта авторов, которыми они сочли возможным поделиться с читателями. Все приведенные в книге исследования были выполнены в МГТУ им. Н.Э. Баумана в 1978–2012 гг. Книга состоит из 8 глав. Первая глава написана совместно И.Ф. Кобылкиным и В.В. Селивановым, вторая – шестая главы написаны И.Ф. Кобылкиным, седьмая и восьмая главы – совместно И.Ф. Кобылкиным и В.В. Селивановым. Первая глава посвящена изложению физических основ анализа распространения ударных волн в неоднородных реагирующих средах, типичными представителями которых являются заряды ВВ и пороховые заряды. Получено дифференциальное уравнение, описывающее эволюцию искривленных ударных волн в конденсированных реагирующих средах, рассмотрен расчетнотеоретический метод извлечения кинетической информации из данных ударно-волновых экспериментов и данных по ударно-волновой чувствительности зарядов ВВ. Приведены результаты экспериментального исследования возбуждения низкопорядковых взрывных процессов в зарядах ВВ под действием слабых ударных волн, в том числе и результаты исследования их ударно-волновой десенсибилизации. Вторая глава содержит полное изложение количественной теории критического диаметра детонации неоднородных ВВ, разработанной И.Ф. Кобылкиным. Основные положения этой теории были изложены автором в коллективной монографии «Физика взрыва», вышедшей в 2002 г. и переизданной в 2004 г. (ФИЗМАТЛИТ), однако за прошедшие 10 лет были получены новые результаты, подтвердившие первоначально высказанные идеи. Поэтому было принято решение систематизировать эти результаты и изложить их в виде отдельной главы. В начале главы дан критический анализ современных теорий критического диаметра. Далее выводится основная формула для расчета критического диаметра, приводятся результаты ее количественного анализа, анализируется влияние оболочки заряда ВВ, рассматриваются пределы 8 Предисловие распространения детонации в тонких слоях ВВ, показывается применение разработанной теории для расчета критического диаметра зарядов основных классов промышленных ВВ и зарядов из малочувствительных взрывчатых составов. Устанавливается практически важная количественная взаимосвязь критических диаметров зарядов ВВ с характеристиками их ударно-волновой чувствительности. На основе экспериментального исследования распространения детонационных волн в зарядах ВВ с угловыми границами формулируется физическая модель дифракции детонационных волн. Для простой модели детонационной волны со сферическим фронтом получена зависимость скорости детонации от диаметра заряда. Выводится дифференциальное уравнение формы фронта неидеальной детонационной волны, и с его помощью анализируется структура течения в зоне химической реакции детонационной волны. Третья глава посвящена установлению механизмов и критериев возбуждения взрывных процессов в снаряжении боеприпасов при воздействии кумулятивных струй (КС). В начале главы приведена общая характеристика проблемы, дана классификация схем воздействия КС на боеприпасы, описаны методики экспериментального исследования и используемые кумулятивные заряды. Далее представлена разработанная по результатам экспериментов феноменологическая классификация режимов ответной реакции зарядов ВВ на воздействие КС, обсуждаются особенности нагружения ВВ на начальной ударно-волновой и последующей установившейся стадиях взаимодействия КС с зарядом ВВ, определяются механизмы и соответствующие им энергетические критерии возбуждения детонации в открытых и экранированных зарядах ВВ при воздействии КС. Рассматривается влияние формы головной части и угла воздействия КС на инициирование детонации в зарядах ВВ, экспериментально и теоретически исследуется возбуждение детонации на начальной ударно-волновой стадии и стадии сверхзвукового установившегося проникания КС в заряд ВВ. Приводятся результаты экспериментов по определение критического уровня воздействия КС на заряды ВВ, в том числе и термостойкие. Обсуждаются методы управление инициирующей способностью КС и основанные на них способы переноса точки инициирования детонации вдоль траектории проникания КС. С использованием дифференциального уравнения эволюции искривленных ударных волн выводится и численно интегрируется дифференциальное уравнение эволюции головной баллистической ударной волны, возникающей при сверхзвуковом проникании КС в заряд ВВ. Обсуждаются механизмы и критерии возбуждения низкопорядковых взрывных процессов при проникании КС в заряды ВВ. В четвертой главе приведены результаты исследований возбуждения взрывных процессов в пороховых зарядах при воздействии КС. Поскольку воздействие КС сопровождается ударно-волновым сжатием и динамическим уплотнением пористых пороховых зарядов, то в главе приведены результаты экспериментальных исследований детонационной способности и ударно-волновой чувствительности пороховых зарядов из штатных артиллерийских порохов, описана экспериментальная методика исследования поведения порохов при их динамическом уплотнении и приведены полученные с ее помощью 9 Предисловие результаты. Представлены результаты экспериментов по исследованию возбуждения взрывных процессов в пороховых зарядах при воздействии КС с помощью аквариумной методики и с ее помощью определенные количественные характеристики пороговых уровней воздействия, обсуждаются практические рекомендации по разработке низкочувствительных к воздействию КС порохов. В пятой главе рассмотрены результаты исследования возбуждения взрывных процессов в зарядах ВВ, заключенных в оболочки, при воздействии компактных ударников. Дана общая характеристика ответных реакций зарядов ВВ на воздействие высокоскоростных компактных ударников, приведены энергетические критерии возбуждения детонации в экранированных зарядах ВВ, учитывающие толщину и свойства материалов экранирующих оболочек. Описана экспериментальная методика исследования возбуждения взрывных процессов в зарядах ВВ, заключенных в оболочку, при контролируемом проникающем ударе, приведены полученные с ее помощью критические скорости проникания. Показано, что при размещении между оболочкой и зарядом ВВ тонкой прокладки из пластичного инертного материала (полиэтилена) стойкость оболочечной конструкции к прострелу возрастает. Шестая глава посвящена экспериментальному и теоретическому исследованиям процессов возбуждения детонации в экранированных тонких слоях ВВ при воздействии КС, компактных ударников и формируемых взрывом ударников. Рассмотрены также механизмы и критерии возбуждения детонации в экранированных тонких слоях ВВ при воздействии КС, компактных ударников и формируемых взрывом ударников. В седьмой главе представлены результаты сравнительного исследования методов взрывного разминирования взрывных устройств без возбуждения детонации в их снаряжении. В начале главы дана общая характеристика проблемы разминирования, приведена классификация методов обезвреживания единичных взрывных устройств, обоснована концепция бездетонационного уничтожения взрывных устройств за счет управляемого возбуждения низкопорядковых взрывных процессов (НПВП) в снаряжении уничтожаемых взрывных устройств. Далее в главе изложены результаты экспериментальных исследований возбуждения НПВП в зарядах ВВ, заключенных в оболочки, при контактном и неконтактном взрывах зарядов ВВ, при высокоскоростном ударе дисковых ударников, метаемых взрывом стандартного заряда ВВ, и при воздействии КС малогабаритных кумулятивных зарядов. На основе анализа полученных результатов сделан вывод о перспективности использования для бездетонационного уничтожения взрывных устройств малогабаритных кумулятивных зарядов. В связи с этим проведены лабораторные испытания взрывной технологии разминирования при воздействии КС на макеты мин, установленные в грунт, выполнено экспериментальное исследование разрушения прочных стальных оболочек, наполненных ВВ, при их пробитии КС, получены основные количественные данные по конструктивным характеристикам необходимых кумулятивных зарядов и характерам разрушения макетов мин. Выполнен анализ процесса послойного горения заряда ВВ, заключенного в деформируемую оболочку, после его пробития КС с учетом деформирования 10 Предисловие оболочки и заряда ВВ, истечения продуктов реакции и возможности быстрого сгорания диспергированного ВВ. В восьмой главе представлены результаты разработки и испытания кумулятивного устройства бездетонационного разминирования оболочечных взрывных устройств: инженерных мин, артиллерийских снарядов и мин. Выполнен анализ компоновки кумулятивного заряда-ликвидатора, предназначенного для уничтожения взрывных устройств, описана инженерная методика выбора основных компоновочных и конструктивных характеристик кумулятивных устройств для бездетонационного разминирования, приведены результаты полигонных испытаний взрывной технологии разминирования с помощью кумулятивных зарядов и разработанного специалистами ФГУП «НИИИ» (г. Балашиха) и МГТУ им. Н.Э. Баумана кумулятивного устройства бездетонационного разрушения мин (УБРМ). Предлагаемая монография имеет экспериментальную направленность. В связи с широким распространением численного моделирования, в том числе и процессов, описанных в книге, представленный материал может быть использован для тестирования результатов расчетов и корректировки параметров моделей. При этом монография содержит не только результаты собственных экспериментальных исследований авторов, но и обсуждение и сопоставление их с результатами, полученными другими учеными и уже опубликованными в научной литературе. Поэтому когда в книге авторы приводят эмпирические зависимости из цитируемых работ, то делают это в тех же обозначениях, что и в вышедших публикациях. Это неизбежно приводит к возникновению таких ситуаций, когда одно и то же обозначение используется для разных понятий. Однако сам контекст, в котором присутствуют такие обозначения, не даст возможности ошибиться в их толковании. Мы надеемся, что книга «Возбуждение и распространение взрывных превращений в зарядах взрывчатых веществ» будет интересна и полезна широкому кругу научных работников, инженеров, занимающихся вопросами теории ВВ, разработкой и использованием взрывных технологий, проектированием, испытаниями и эксплуатацией боеприпасов и средств поражения, а также средств разминирования различных взрывных устройств. Значительная часть материала, изложенного в книге, используется в учебном процессе на кафедре «Высокоточные летательные аппараты» МГТУ им. Н.Э. Баумана. Поэтому мы считаем, что настоящая книга может быть использована также в качестве учебного пособия студентами старших курсов, аспирантами и преподавателями вузов и университетов, ведущих подготовку специалистов по ряду оборонных специальностей, связанных с использованием зарядов ВВ и пороховых зарядов. Глава 1 Физические основы анализа процесса распространения ударных волн в неоднородных реагирующих средах 1.1. Термодинамическое описание реагирующей среды 1.1.1. Взаимосвязь между давлением и объемом в реагирующей среде Важнейшим физическим механизмом ввода энергии в заряды ВВ является их ударно-волновое сжатие. Заряды ВВ относятся к реагирующим средам. Для того чтобы описать локальное состояние реагирующей среды, необходимо кроме двух термодинамических переменных ввести, по крайней мере, еще одну независимую величину , отражающую состав реагирующей среды. В качестве термодинамических переменных целесообразно выбрать величины, входящие в уравнение движения: давление p и удельный объем V = 1/ ( – плотность среды). Тогда основные свойства среды будут описываться калорическим уравнением состояния E E ( p,V , ), (1.1) где E – удельная внутренняя энергия среды, включающая и скрытую часть энергии – химическую. Изменение состава реагирующей среды определяется уравнением химической кинетики d W ( p,V , ), dt (1.2) где W – скорость разложения (превращения) ВВ. Определим взаимосвязь между давлением и объемом в реагирующей среде. При отсутствии явлений переноса в адиабатических условиях справедливо равенство dE dV p . dt dt Левая часть этого выражения с учетом (1.1) может быть представлена в следующем виде: 12 Глава 1. Физические основы анализа процесса распространения Рис. 1.30. Пространственно-временная диаграмма нагружения прозрачной среды (воды), экранированной тонкой преградой, ударом диска, метаемого взрывом: 1 – предварительная волна сжатия; 2 – сжатая область; 3 – нагружение среды ударом диска; ПД – продукты детонации Установленная зависимость vкр(l) объясняется десенсибилизацией заряда ВВ в процессе его предварительного нагружения воздушной ударной волной и продуктами детонации метательного заряда, которые опережают метаемый диск. Характер нагружения заряда ВВ исследовался с помощью щелевой фоторегистрации процесса нагружения. Вместо заряда ВВ располагался аквариум с водой. На сновании полученных фоторегистрограмм (рис. 1.29, б, в) построена (x−t)-диаграмма процесса нагружения (рис. 1.30). На фоторегистрограммах отчетливо видна волна сжатия, генерируемая в воде воздушной ударной волной и продуктами детонации, которая на глубине ~30 мм опрокидывается в ударную волну с давлением во фронте p1. Давление в этой ударной волне, рассчитанное по измеренной волновой скорости, приведено в табл. 1.3. Нагружение исследуемого заряда ВВ ударом диска происходит с задержкой t, зависящей от расстояния l. Заметное возрастание vкр начинается при l < 60 мм, что соответствует давлению предварительного нагружения ~0,55 ГПа. Сильная десенсибилизация, существенно затрудняющая инициирование детонации, происходит при l = 30 мм и давлении предварительного нагружения ~ 0,9 ГПа. Выводы 1. Получено дифференциальное уравнение эволюции ударных волн с искривленным фронтом, распространяющихся в конденсированных реагирующих средах, и выполнен сравнительный количественный анализ влияния кривизны фронта, скорости энерговыделения и спада давления за фронтом ударной волны на ее эволюцию в процессе распространения в реагирующей 68 ударных волн в неоднородных реагирующих средах среде. Введено понятие критического радиуса кривизны фронта, при котором эффекты кривизны и энерговыделения компенсируют друг друга. 2. Разработаны расчетно-экспериментальные методы определения обобщенной энергетической характеристики p̂ разложения зарядов ВВ при их ударно-волновом сжатии, основанные на использовании данных динамических экспериментов по определению поля массовых скоростей за фронтом ударной волны или на использовании данных по ударно-волновому инициированию детонации. 3. С помощью аквариумной методики экспериментально исследован процесс возбуждения и развития объемных режимов НПВП в зарядах ВВ при их нагружении слабыми ударными волнами амплитудой 0,5…1,6 ГПа. Для зарядов А-IX-1 определены пороговые давления нагружения, приводящие к инициированию НПВП, и кинетика разложения ВВ. Исследовано возбуждение НПВП при интенсивном сдвиговом деформировании зарядов ВВ. 4. Экспериментально исследована ударно-волновая десенсибилизация зарядов ВВ при их предварительном нагружении слабыми ударными волнами амплитудой 0,5…1,6 ГПа. Установлено, что явление ударно-волновой десенсибилизации имеет пороговый характер. Определены характеристики этого явления для зарядов А-IX-1, эластичного ВВ на основе ТЭНа ЭВВ-34 и состава ТГ 40/60. Изучено десенсибилизирующее влияние на критическую скорость инициирования детонации в элементах динамической защиты процесса предварительного нагружения зарядов ВВ воздушными ударными волнами и продуктами детонации, обгоняющими метаемый взрывом ударник. ЛИТЕРАТУРА 1. Детонационные волны в конденсированных средах / А.Н. Дремин [и др.] М.: Наука, 1970. 164 с. 2. Трофимов В.С. Термодинамическое обоснование динамического метода исследования релаксационных процессов // Детонация: материалы II Всесоюзного совещания по детонации. Черноголовка, 1981. С. 3–8. 3. Пригожин И., Дефей Р. Химическая термодинамика. Новосибирск: Наука, Сибирское отд., 1966. 463 с. 4. Зельдович Я.Б. К теории распространения детонации в газообразных системах // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1940. Т. 10. № 5. С. 542–568. (Зельдович Я.Б. Избранные труды. Химическая физика и гидродинамика. М.: Наука, 1984. С. 325–357.) 5. Селиванов В.В., Кобылкин И.Ф., Новиков С.А. Взрывные технологии: учебник для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 648 с. 6. Бацанов С.С. Твердофазные химические реакции в ударных волнах: кинетические исследования и механизмы // Физика горения и взрыва. 1996. № 1. С. 115–128. 7. Беляев А.Ф., Налбандян А.Б. К вопросу о взрывчатых свойствах «безгазовых» систем // Докл. АН СССР. 1945. Т. 46. С. 113–116. (Детонация конденсированных и газовых систем. М.: Наука. 1986. С. 23–28). 8. Гогуля М.Ф., Воскобойников И.М., Долгобородов А.Ю., Дорохов Н.С., Бражников М.А. Взаимодействие серы и алюминия за ударными фронтами // Химическая физика. 1992. № 2. С. 244–247. 69 Глава 1. Физические основы анализа процесса распространения 9. Долгобородов А.Ю., Стрелецкий А.Н., Махов М.Н. и др. Взрывчатые составы на основе механоактивированных смесей металл—окислитель // Химическая физика. 2007. Т. 25. № 12. С. 40−45. 10. Yoo S., Stewart S.D., Lambert D.E. et al. Modeling Solid State Detonation and Reactive Materials // The 14 Intern. Deton. Symp. USA, 2010. 11. Кобылкин И.Ф., Соловьев В.С. Критические условия распространения детонационных процессов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1991. 56 с. 12. Кобылкин И.Ф., Соловьев В.С., Исаев А.Н. Влияние кривизны фронта на эволюцию ударных волн в реагирующих средах // Труды МВТУ. 1984. № 413 – Механика импульсных процессов. С. 16–25. 13. Балинец Ю.Н., Карпухин И.А. О начальной фазе инициирования в прессованном тротиле // Физика горения и взрыва. 1981. Т. 17. № 1. С. 103–109. 14. Канель Г.И., Фортова Т.Н., Шкадинский К.К., Фортов В.Е. Исследования макрокинетики разложения твердых ВВ в ударных волнах // Детонация: Сб. ст. Черноголовка, 1977. С. 140–144. 15. Дремин А.Н., Канель Г.И. Преломление косой ударной волны на границе с менее жесткой средой // ПМТФ. 1970. № 3. С. 114–122. 16. Dobratz B.M. Properties of Chemical Explosives and Explosive Simulants. Livermore: University of California Press, 1981. 414 p. 17. Кобылкин И.Ф., Селиванов В.В., Соловьев, В.С., Сысоев Н.Н. Ударные и детонационные волны. Методы исследования. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. 376 с. 18. Физика взрыва. В 2 т. / под ред. Л.П. Орленко. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. Т. 1. 824 с. 19. Ударноволновые явления в конденсированных средах / Г.И. Каннель [и др.] М.: Янус-К, 1996. 408 с. 20. Трофимов В.С. Динамический метод исследования релаксационных процессов // Физика горения и взрыва. 1981. № 5. С. 93–101. 21. Трофимов В.С. Неидеальная детонация конденсированных ВВ. Автореф. дис. … д-ра физ.-мат. наук. Черноголовка, 1983. 41 с. 22. Барре П. Кинетика гетерогенных процессов. М.: Мир, 1976. 400 с. 23. Tarver C.M., Hallquist J.O., Ericson L.M. Modeling Short Pulse Duration Shock Initiation of Solid Explosives // The 8 Intern. Deton. Symp. 1985. P. 951–961. 24. DeOliveira G., Kapila A.K., Schwendeman D.W., Bdzil J.B., Henshow W.D., Tarver C.M. Detonation Difraction, Dead Zones and Ignition Model // The 13 Intern. Deton. Symp. USA, 2006. 25. Wescott B.L., Stewart D.S., Davis W.C. Modeling Detonation Diffraction and Dead Zones in PBX-9502. // The 13 Intern. Deton. Symp. USA, 2006. 26. Морозов В.Г., Карпенко И.И., Куратов С.Е. и др. Теоретическое обоснование феноменологической модели ударноволновой чувствительности гетерогенного ВВ с учетом одно- и двукратного ударноволнового нагружения, в том числе с промежуточной разгрузкой // Химическая физика. 1995. Т. 14. № 2–3. С. 32–39. 27. Miller P.J. A Reactive Flow Model with Coupled reaction Kinetics for Detonation and Combustion of non-ideal explosives // MRS Society Pub., 1996. MRS Symp. Proc. Vol. 418. P. 413. 28. Ермолович Е.И., Евстифеев М.Е., Севастьянов А.Б. и др. Детонационные параметры и уравнение состояния продуктов детонации пластизольного ВС ОЛД-20 // Экстремальные состояния вещества. Детонация. Ударные волны: труды Междунар. конф. «XIII Харитоновские научные чтения». РФЯЦ-ВНИИЭФ. Саров, 2011. С. 133−138. 70 ударных волн в неоднородных реагирующих средах 29. Воробьев А.А., Трофимов В.С., Михайлюк К.М. Исследование инициирования детонации в литом тротиле динамическим методом. I. Постановка задачи и методика эксперимента // Физика горения и взрыва. 1985. № 2. С. 106–116. 30. Воробьев А.А., Трофимов В.С., Михайлюк К.М. Исследование инициирования детонации в литом тротиле динамическим методом. II. Определение скорости звука и обобщенной кинетической характеристики // Физика горения и взрыва. 1987. № 1. С. 8–14. 31. Ramsay J.B., Popolato A. Analysis shock wave and initiation data for solid explosives // The 4-th Intern. Deton. Symp. White Oak (Maryland), 1965. P. 233–238. 32. Мейдер Ч. Численное моделирование детонации. М.: Мир, 1985. 384 с. 33. Hill L.G., Gustavsen R.L. On the characterization and mechanisms of shock initiation in heterogeneous explosives // The 12-th Intern. Deton. Symp. San Diego (СА, USA), 2002. P. 483–488. 34. Wasley R.J., Walker F.E. Dynamical Compression of solid polycrystalline explosives // J. Appl. Phys. 1969. Vol. 40. № 6. P. 2639—2648. 35. Андреев С.Г., Бойко М.М., Кобылкин И.Ф. Образование очагов в тротиле и тетриле при слабом ударном воздействии // Физика горения и взрыва. 1979. № 6. С. 143–148. 36. Кобылкин И.Ф., Соловьев В.С., Бойко М.М. Особенности инициирования химической реакции в ВВ слабыми ударными волнами: тезисы докл. V Всесоюз. симп. по горению и взрыву. Черноголовка, 1977. С. 145–146. 37. Кобылкин И.Ф., Андреев С.Г., Соловьев В.С. Особенности разложения взрывчатых веществ в слабых ударных волнах // Детонация: Материалы VI Всесоюз. симп. по горению и взрыву. Черноголовка, 1980. С. 48–52. 38. Андреев К.К. К вопросу о факторах, определяющих зависимость скорости горения взрывчатых веществ от начальной температуры и давления // Теория взрывчатых веществ: Сб. ст. М.: Оборонгиз, 1963. С. 254–275. 39. Аверсон А.Э. Теория зажигания // Теплообмен в процессах горения. Черноголовка: Инст. хим. физ. АН СССР, 1980. С. 16–36. 40. Переход горения конденсированных систем во взрыв / А.Ф. Беляев [и др.]. М.: Наука, 1973. 292 с. 41. Хасаинов Б.А., Борисов А.А., Ермолаев Б.С. Вязкопластический механизм образования горячих точек в твердых гетерогенных ВВ // Детонация: материалы II Всесоюз. совещания по детонации. Черноголовка, 1981. С. 19–22. 42. Аттетков А.В., Соловьев В.С. О возможности разложения гетерогенных ВВ во фронте слабой ударной волны // Физика горения и взрыва. 1987. № 4. С. 113–123. 43. Афанасьев Г.Т., Боболев В.К. Инициирование твердых ВВ ударом. М.: Наука, 1968. 174 с. 44. Дубовик А.В., Боболев В.К. Чувствительность жидких взрывчатых систем к удару. М.: Наука, 1978. 232 с. 45. Boyle W., Frey R., Blake O. Combined Pressure Shear Ignition of Explosive // The 9-th Intern. Deton. Symp. Portland (Oregon, USA), 1989. P. 3–17. 46. Scammon I.C., Browning R.V., Middleditch J. et al. Low Amplitude Insult Project: Structural Analysis and Prediction of Low Order Reaction // The 11-th Intern. Deton. Symp. Colorado (USA), 1998. P. 418–425. 47. Уртьев П.А. Диагностика ударноволновых процессов // Химическая физика. 1993. № 5. С. 43–51. 48. Глушак Б.Л., Новиков С.А., Бельский В.М. Возбуждение процесса детонации в твердых гетерогенных взрывчатых веществах импульсными нагрузками. Саров: ВНИИЭФ, 1993. 90 с. 71 Глава 1. Физические основы анализа процесса распространения 49. Wasley R.J., Walker F.E. Critical Energy for Shock Initiation of Heterogeneous Explosives // Explosivestoffe. 1969. Vol. 21. P. 8–13. 50. Соловьев В.С. Некоторые особенности ударноволнового инициирования ВВ // Физика горения и взрыва. 2000. № 6. С. 78–82. 51. Стресоу Р., Кеннеди Дж. Критические условия ударно-волнового инициирования детонации в ВВ практического применения // Детонация и взрывчатые вещества: Сб. ст. М.: Мир, 1981. С. 255–268. 52. Хоув Ф., Фрей Р., Тейлор Б. Ударноволновое инициирование и понятие критической энергии // Детонация и взрывчатые вещества: Сб. ст. М.: Мир, 1981. С. 236–254. 53. Соловьев В.С., Исаев А.Н., Кобылкин И.Ф. Разложение ВВ в условиях газодинамического течения// Физика горения и взрыва. 1984. № 3. С. 98–101. 54. How P.M. Trends in Shock Initiation // The 11-th Intern. Deton. Symp. Colorado (USA), 1998. P. 314–322. 55. Кобылкин И.Ф., Мачнева И.П., Носенко Н.И. Низкоплотный взрывчатый состав ТГПС // Детонация: материалы Х Всесоюз. симп. по горению и взрыву. Черноголовка, 1992. С. 31–33. 56. Moulard H., Kury J.W., Delclos A. The Effect of RDX Particle Size on Shock Sensitivity of Cast PBX Formulation // The 8-th Intern. Deton. Symp. Albuquerque (New Mexico, USA), 1985. P. 248–257. 57. Хасаинов Б.А., Борисов А.А., Ермолаев Б.С. Ударноволновая чувствительность и микроструктура твердых энергетических материалов // Детонация и ударные волны: материалы VII Всесоюз. симп. по горению и взрыву. Черноголовка, 1986. С. 89–93. 58. Khasainov B.A., Ermolaev B.S., Presles H.N. On the Effect of grain size on Shock Sensitivity of Heterogeneous High Explosives // Shock Waves. New York: Springer Verlag, 1997. Vol. 7. P. 7–46. 59. Дубнов Л.В., Бахаревич Н.С., Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества. М.: Недра, 1988. 358 с. 60. Юхансон К., Персон П. Детонация взрывчатых веществ. М.: Мир, 1977. 352 с. 61. Mader Ch., Kershner J. The Three - Dimensional Hydrodynamic Hot - Spot Model // The 8-th Intern. Deton. Symp. Albuquerque (New Mexico, USA), 1985. P. 366–374. 62. Campbell A.W., Travis J.P. The Shock Desensitization of PBX-9404 and Composition B–3 // The 8-th Intern. Deton. Symp. Albuquerque (New Mexico, USA), 1985. P. 458–469. 63. Setchell R.E. Effects of Precursor Waves in Shock Initiation of Granular Explosives // Combustion and Flames. 1983. Vol. 54. P. 171–182. 64. Кобылкин И.Ф., Носенко Н.И., Соловьев В.С. Экспериментальное исследование изменения ударноволновой чувствительности зарядов ВВ при предварительном нагружении их слабыми ударными волнами // Физика горения и взрыва. 1992. № 6. С. 70–73. 65. Жученко В.С. Особенности инициирования детонации твердых ВВ ударом пластины малого диаметра // IV Всесоюз. совещание по детонации. Черноголовка, 1988. Т. 2. С. 247–251. 66. Tarver C.M., Cook T.M., Urtiev P.A. Multiple Shock Initiation of LX – 17 // The 10-th Intern. Deton. Symp. Boston (USA), 1993. P. 439–440. 67. Бордзиловский С.А., Караханов С.М. Десенсибилизация флегматизированного гексогена и октогена последовательными ударными волнами // Физика горения и взрыва. 1995. № 2. С. 114–124. 72 ударных волн в неоднородных реагирующих средах 68. Mulford R., Sheffild S., Alcon R. Initiation of Precooked High Explosives PBX-9404, PBX-9502 and PBX-9501 monitored with in-material Magnetic Gauging // The 10-th Intern. Deton. Symp. Boston (USA), 1993. P. 415–420. 69. Mulford R. Preshock Desensitization of explosives // Химическая физика. 1999. № 10. C. 107–114. 70. Ferm E.N., Hull L.M. Reflected - Shock Initiation of Explosives // The 10-th Intern. Deton. Symp. Boston (USA), 1993. P. 394–396. 71. Winter R.E., Taylor P., Salisbury D.A. Reaction of HMX - Based Explosive Caused by Regular Reflection of Shocks // The 11-th Intern. Deton. Symp. Colorado (USA), 1998. P. 324–332. 72. Андреев С.Г., Бойко М.М., Соловьев В.С. Инициирование ВВ при ступенчатом нагружении // Физика горения и взрыва. 1976. № 1. С. 117–120. 73. Комрачков В.А., Ковтун А.Д., Макаров Ю.М. Применение импульсной рентгенографии для исследования ударноволнового инициирования ТАТБ // Физика горения и взрыва. 1999. № 2. С. 96–101. 74. Комрачков В.А., Ковтун А.Д., Макаров Ю.М. Эффект увеличения ударноволновой чувствительности поврежденных образцов ТАТБ // Физика горения и взрыва. 1999. № 4. С. 92–97. Глава 2 Критические условия распространения стационарных детонационных волн в зарядах конденсированных взрывчатых веществ 2.1. Теории критического диаметра детонации неоднородных зарядов взрывчатых веществ Основой современных представлений о природе детонации конденсированных ВВ является гидродинамическая теория детонации Зельдовича – Неймана – Деринга (ЗНД) [1–3], согласно которой детонационная волна представляет собой совокупность ударного скачка и примыкающей к нему узкой зоны химической реакции. Детонацию называют идеальной, если выполняются следующие условия: 1) детонационный фронт плоский, течение в зоне химической реакции одномерное и ламинарное; 2) конец зоны энерговыделения совпадает с плоскостью Чепмена – Жуге, в которой реализуется звуковой режим течения продуктов детонации. В соответствии с теорией идеальной детонации идеальная скорость детонационной волны Dид определяется в основном величиной химической энергии, выделившейся в зоне реакции. Эта величина зависит только от химического состава ВВ. Однако на практике скорость детонации оказывается зависимой от формы заряда ВВ (цилиндрический заряд, плоский заряд в виде слоя или листа) и его размеров (диаметра или толщины), наличия оболочки или другого ограничения, плотности, структуры и дисперсности заряда, агрегатного состояния ВВ и других факторов. Все это указывает на то, что детонация реальных зарядов ВВ не является идеальной: 1) детонационный фронт не является плоским, 2) конец зоны химической реакции, точнее зоны энерговыделения, не совпадает с плоскостью Чепмена − Жуге. 2.1.1. Неидеальная детонация неоднородных зарядов взрывчатых веществ Строго говоря, термин «неидеальная детонация» относится только к детонации зарядов с конечными поперечными размерами. Детонационный фронт в таких зарядах, как показывают рентгеноимпульсные снимки детонирующего заряда и торцевые развертки свечения детонационного фронта, искривлен. Первыми работами, в которых теоретически исследовалось влияние кривизны фронта на величину скорости детонации, были [4, 5]. На основе анализа упрощенной структуры течения в зоне химической реакции (малая ширина зоны химической реакции по сравнению с радиусом кривизны фронта, прямые линии тока) были получены приближенные зависимости скорости детонации от 74 Глава 2. Критические условия распространения стационарных детонационных волн Если известны форма фронта и ударная адиабата ВВ, то все параметры в (2.71), кроме кривизны линий тока R, могут быть определены из условий совместности на фронте косой ударной волны. Для определения R необходимо решать сложную задачу о течении во всей зоне химической реакции. Если же пренебречь кривизной линий тока и считать их прямыми, то из уравнения (2.71) легко определяется обобщенная кинетическая характеристика разложения ВВ p̂ . Впервые это было проделано в [81]. Однако, как показано в [80], неучет кривизны линий тока может существенно искажать кинетические данные о разложении ВВ. Связано это со следующим свойством экзотермически реагирующей среды: если ширина зоны химической реакции мала по сравнению с радиусом кривизны фронта волны, то линии тока за выпуклым ударным фронтом поворачивают к оси симметрии заряда в противоположность потоку без реакции, в котором они поворачивают от оси симметрии. Чтобы оценить возможность извлечения реалистичной кинетики разложения ВВ из определенной экспериментально формы фронта, для ряда ВВ был выполнен количественный анализ уравнения (2.71) для различных форм фронта и прямых линий тока в зоне химической реакции [11, 80]. Анализ полученных результатов показал, что для достижения реалистичной скорости разложения ВВ W pˆ (Q p ,V ) нужно величину извлеченной из формы фронта скорости разложения Wфр (при прямых линиях тока) увеличить во столько раз, во сколько раз диаметр исследуемого заряда ВВ превосходит критический, т. е. Кроме этого было установлено, что извлекаемая кинетика оказывается весьма чувствительной к форме фронта, что указывает на необходимость тщательной аппроксимации экспериментально определенной формы фронта. Необходимо отметить, что рассмотренный метод извлечения кинетики разложения ВВ обладает привлекательностью не только из-за простоты получения экспериментальной информации, но и из-за того, что он дает кинетическую информацию в диапазоне высоких фронтальных давлений (20...50 ГПа для высокоплотных ВВ), где экспериментальные методы с лагранжевыми датчиками не обладают достаточной разрешающей способностью. Выводы 1. Разработана теория критического диаметра детонации неоднородных ВВ, согласно которой критический диаметр зарядов ВВ определяется эффективной теплотой взрывного превращения и структурно чувствительным параметром – начальной скоростью энерговыделения в зоне химической реакции. Использование данных по динамической сжимаемости и ударно-волновому 134 в зарядах конденсированных взрывчатых веществ инициированию детонации для определения обобщенной кинетической характеристики разложения ВВ позволяет с помощью разработанной теории с удовлетворительной точностью рассчитать величины критических диаметров детонации. 2. Установлен механизм влияния оболочки заряда ВВ на величину критического диаметра, заключающийся в обеспечении «безотражательного» взаимодействия детонационного фронта с оболочкой. Показано, что основной характеристикой материала оболочки, влияющей на критический диаметр, является ее сжимаемость. Металлические оболочки, сжимаемость которых меньше сжимаемости заряда ВВ, а скорость звука меньше скорости детонации (сталь, медь, латунь и т. п.), уменьшают критический диаметр высокоплотных зарядов ВВ в 5–8 раз. Оболочки, материал которых более сжимаемый, чем заряд ВВ, не уменьшают величину критического диаметра. 3. Предложен и обоснован механизм влияния на величину критического диаметра оболочки из материала, скорость звука в котором превосходит скорость детонации. Волна сжатия, распространяющаяся в оболочке и опережающая детонационный фронт, уплотняет и десенсибилизирует ВВ настолько, что оно не детонирует, а образует своеобразную оболочку заряда. Вычисленный в соответствии с этим механизмом критический диаметр зарядов эмульсионных ВВ в стальных трубах меньше критического диаметра детонации свободных зарядов в 2,9 раза, что хорошо соответствует экспериментальным данным. 4. Показана применимость разработанной теории критического диаметра для анализа детонационной способности зарядов ВВ в виде тонких слоев, а также зарядов ВВ из малочувствительных составов и основных классов промышленных ВВ. 5. Установлена практически важная количественная взаимосвязь величины критического диаметра зарядов ВВ с характеристиками их ударно-волновой чувствительности. 6. Экспериментально исследована дифракция детонационных волн в плоских зарядах ВВ. Выявлен механизм формирования «темных» зон, сформулирована нелинейная модель дифракции детонационных волн на угловых границах. 7. С использованием представления неидеальной детонации как детонации с искривленным фронтом и разработанной теории критического диаметра получена зависимость скорости детонации от диаметра заряда ВВ, соответствующая современным аппроксимациям экспериментальных данных. 8. Получено уравнение формы фронта неидеальной детонационной волны, последовательно учитывающее кривизну линий тока в зоне химической реакции, и исследована структура течения в зоне химической реакции. Выполнен сравнительный анализ формул для критического диаметра, полученных И.Ф. Кобылкиным и К.М. Михайлюком с В.С. Трофимовым. Показано, что они не противоречат, а дополняют друг друга и соответствуют двум типам ВВ. Проанализирована возможность применения полученного уравнения для извлечения из экспериментально зарегистрированной формы фронта фронтальной кинетики разложения ВВ. 135 Глава 2. Критические условия распространения стационарных детонационных волн ЛИТЕРАТУРА 1. Зельдович Я.Б., Компанеец А.С. Теория детонации. М.: Гостехиздат, 1955. 268 с. 2. Детонационные волны в конденсированных средах / А.Н. Дремин [и др.] М.: Наука, 1970. 164 с. 3. Физика взрыва: В 2 т. / под ред. Л.П. Орленко. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. Т. 1. 824 с. 4. Eyring H., Powell R.E., Duffy G.H. The Stability of Detonation // Chem. Rev. 1949. Vol. 45. P. 69–179. 5. Wood W. W., Kirkwood J. G. Diameter Effect in condensed explosives. The Relation between Velocity and Radius of Curvature of the Detonation Wave // J. Chem. Phys. 1954. Vol. 22. № 11. P. 1920−1924. 6. Ficket W., Davis W.C. Detonation. Berkeley: University of California Press, 1979. 386 p. 7. Bdzil J. B. Steady-State Two Dimensional Detonation // J. Fluid Mech. 1981. Vol. 108. P. 195−226. 8. Bdzil J.B., Fickett W., Stewart D.S. Detonation Shock Dynamics: A New Approach to Modeling Multidimensional Detonation Waves // The 9-th Intern. Deton. Symp. Portland (USA), 1989. P. 730–742. 9. Дубнов Л.В., Бахаревич Н.С., Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества. М.: Недра, 1988. 358 с. 10. Jones H.A. Theory of the dependence of the Rate of Detonation of Solid Explosives on the Diameter of the Charge // Proc. Roy. Soc. 1947. A 189. P. 415–426. 11. Кобылкин И.Ф., Селиванов В.В., Соловьев В.С., Сысоев Н.Н. Ударные и детонационные волны. Методы исследования. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. 376 с. 12. Campbell A. W., Engelke R. The Diameter Effect in High-Density Heterogeneous Explosives // The 6-th Intern. Deton. Symp. Washington (USA), 1976. P. 642–652. 13. Харитон Ю.Б. О детонационной способности взрывчатых веществ // Вопросы теории взрывчатых веществ: Сб. ст. (М.; Л.), 1947. Вып. 1. С. 7–28. 14. Михайлюк К.М., Трофимов В.С. О возможном газодинамическом пределе распространения стационарной детонации // Физика горения и взрыва. 1977. Т. 13. № 4. С. 606–613. 15. Кобылкин И.Ф., Соловьев В.С., Бойко М.М. Природа критического диаметра стационарной детонации в конденсированных ВВ // Труды МВТУ. 1982. № 387– Механика импульсных процессов. С. 13–22. 16. Кобылкин И.Ф., Соловьев В.С. Критические условия распространения детонационных процессов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1991. 56 с. 17. Кобылкин И.Ф. Взаимосвязь критического диаметра детонации зарядов ВВ с характеристиками их ударно-волновой чувствительности // Физика горения и взрыва. 2009. № 5. С. 96–101. 18. Кобылкин И.Ф., Соловьев В.С., Бойко М.М. Влияние оболочки на величину критического диаметра детонации // Труды МВТУ. 1983. № 399 – Механика импульсных процессов. С. 52–59. 19. Кобылкин И.Ф., Соловьев В.С., Бойко М.М. Критический диаметр стационарной детонации высокоплотных ВВ. Влияние оболочки // Физика горения и взрыва. 1983. Т. 19. № 4. С. 120–123. 20. Cook M.A. The Science of High Explosive. N.-Y.: Reinhold Publishing Corporation, 1958. 512 p. 21. Кобылкин И.Ф. Вычисление критического диаметра детонации зарядов ВВ по данным их ударно-волнового инициирования // Экстремальные состояния вещества. 136 в зарядах конденсированных взрывчатых веществ Детонация. Ударные волны: труды Междунар. конф. «VII Харитоновские тематические научные чтения». Саров, 2005. С. 129–132. 22. Кобылкин И.Ф. Вычисление критического диаметра детонации зарядов ВВ по данным их ударно-волнового инициирования // Физика горения и взрыва. 2006. Т. 42. № 2. С. 112–116. 23. Дремин А.Н., Канель Г.И. Преломление косой ударной волны на границе с менее жесткой средой // ПМТФ. 1970. № 3. С. 114–122. 24. Dobratz B.M. Properties of Chemical Explosives and Explosive Simulants. Livermore: University of California Press, 1981. 414 p. 25. LASL Explosive Property Data / ed. T.R. Gibbs, A. Popolato. Berkeley: University of California Press, 1980. 471 p. 26. Беляев А.Ф. Горение, детонация и работа взрыва конденсированных систем. М.: Наука, 1968. 255 с. 27. Ramsay J.B. Effect of Confinement on Failure in 95 TATB/5 KEL-F// The 8-th Intern. Deton. Symp. Albuquerque (New Mexico, USA), 1985. P. 6–16. 28. Просвирнин К.М., Лобойко Б.Г. Влияние динамической жесткости оболочки на величину критической толщины детонации ВВ на основе ТАТБ // Экстремальное состояние вещества. Детонация. Ударные волны: Сб. тез. докл. Междунар. конф. «XIII Харитоновские научные чтения». Саров, 2011. С. 164–165. 29. Афанасенков А.Н., Богомолов В.М., Воскобойников И.М. Критические давления инициирования взрывчатых веществ // Взрывное дело. 1970. Сб. № 68/25. С. 68–92. 30. Афанасенков А.Н. Динамическая сжимаемость некоторых компонент промышленных взрывчатых веществ // Взрывное дело. 1975. Сб. № 75/32. С. 38–43. 31. Ананьин А.В., Колдунов С.А. К исследованию детонационной способности матрицы эмульсионного ВВ // Экстремальное состояние вещества. Детонация. Ударные волны: труды Междунар. конф. «IX Харитоновские научные чтения». Саров, 2007. С. 93–96. 32. Шведов К.К. Анисимов В.Н. Концепция и реальные пути создания промышленных ВВ для качественного дробления крепких горных пород // Горная промышленность. 2008. № 1. С. 34–41. 33. Лавров В.В. Исследование затухающих взрывных процессов в гетерогенных пористых ВВ. Разработка стандартных методов оценки взрывоопасности: Автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук. Черноголовка, 2008. 30 с. 34. Кукиб Б.Н. Влияние оболочки на величину критического диаметра детонации взрывчатых веществ // Взрывное дело. 2009. Сб. № 101/58. С. 45–48. 35. Eden G., Belcher R. A. The Effect of Inert Walls on the Velocity of Detonation in EDC35, an Insensitive HE // The 9-th Intern. Deton. Symp. Portland (USA), 1989. P. 322–330. 36. Мержиевский Л.А., Фадеенко Ю.И., Филимонов В.А., Чистяков В.П. // Физика горения и взрыва. 1976. Т. 12. № 2. С. 233–240. 37. Балаганский И.А., Кобылкин И.Ф., Разоренов С.В. Влияние оболочки из карбида кремния на детонационные параметры в зарядах ВВ // V Всесоюзное совещание по детонации: Сб. докл. Красноярск, 1991. С. 345–350. 38. Частные вопросы конечной баллистики / И.Ф. Кобылкин [и др.]; под ред. В.А. Григоряна. М: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 592 с. 39. Селиванов В.В., Кобылкин И.Ф., Новиков С.А. Взрывные технологии: учебник для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 648 с. 40. Афанасьев Г.Т., Бедов В.И., Сергиенко О.И. Детонационная способность твердых ВВ при высокой плотности // Физика горения и взрыва. 1981. Т. 17. № 2. С. 158–159. 137 Глава 2. Критические условия распространения стационарных детонационных волн 41. Кобылкин И.Ф., Носенко Н.И. Распространение детонационных волн в листовых зарядах ВВ с угловыми границами // Химическая физика. 1998. № 1. С. 114–119. 42. Новиков С.А., Шутов В.И. О распространении детонации в полосе, имеющей углы поворота // Физика горения и взрыва. 1980. № 3. С. 153–154. 43. Мейдер Ч. Численное моделирование детонации. М.: Мир, 1985. 384 с. 44. Комрачков В.А., Ковтун А.Д., Макаров Ю.М. Применение импульсной рентгенографии для исследования ударно-волнового инициирования ТАТБ // Физика горения и взрыва. 1999. № 2. С. 96–101. 45. DeOliveira G., Kapila A.K., Schwendeman D.W., Bdzil J.B., Henshow W.D., Tarver C.M. Detonation Difraction, Dead Zones and Ignition Model // The 13 Intern. Deton. Symp. USA. 2006. 46. Wescott B.L., Stewart D.S., Davis W.C. Modeling Detonation Diffraction and Dead Zones in PBX-9502. // The 13 Intern. Deton. Symp. USA. 2006. 47. Souers P.C., Andreski H.G., Batteux J. at all. Dead Zones in LX-17 and PBX-9502 // Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 2006, V. 31. № 2. P. 89–97. 48. Аттетков А.В., Бойко М.М. Детонационные логические элементы // Физика горения и взрыва. 1994. № 5. С. 123–127. 49. Андреевских Л.А., Фомичева Л.В., Хабаров И.П. Практический способ контроля детонационного сечения повышенной точности // Химическая физика процессов горения и взрыва: материалы XII Всерос. симп. по горению и взрыву. Черноголовка, 2000. Часть II. С. 115–117. 50. Кобылкин И.Ф., Соловьев В.С. Критический диаметр детонации смесевых и аэрированных взрывчатых составов на основе однородных ВВ // Детонация и ударные волны: материалы VII Всесоюз. симп. по горению и взрыву. Черноголовка, 1986. С. 72−76. 51. Кобылкин И.Ф. Критический диаметр детонации малочувствительных взрывчатых составов // Физика горения и взрыва. 2009. Т. 45. № 6. С. 101−108. 52. Кобылкин И.Ф. Критический диаметр детонации зарядов промышленных взрывчатых веществ. Влияние оболочки // Физика горения и взрыва. 2011. Т. 47. № 1. С. 108–114. 53. Ильин В.П., Колганов Е.В., Смирнов С.П. Анализ состояния разработки малочувствительных взрывчатых составов в нашей стране и за рубежом // Актуальные проблемы и перспективы разработки малочувствительных энергетических материалов и изделий пониженного риска: Сб. докл. III Межотраслевой науч.-техн. конф. Дзержинск, 2007. С. 3–13. 54. Вадхе П.П., Павар Р.Б., Синха Р.К. Алюминизированные литьевые взрывчатые вещества // Физика горения и взрыва. 2008. Т. 44. № 4. С. 104–112. 55. Энергетические конденсированные системы: Краткий энциклопедический справочник / под ред. Б.П. Жукова. М.: Янус-К, 1999. 596 с. 56. Bocksteiner G., Wolfson M.G., Whelan D.J. The Critical Diameter, Detonation Velocity and Shock Sensitivity of Australian PBXW-115. DSTO–19950214 081. Defense Science and Technology Organization. Australia, 1994. 38 р. 57. Физика взрыва / Под ред. К.П. Станюковича (изд. 2-е). М.: Наука, 1975. 704 с. 58. Weston A.M., Kinkaid J.F., James E. Correlation of the Results Initiation Test // The 7-th Intern. Deton. Symp. Washington (USA), 1981. P. 378–386. 59. Anderson E. Explosives // Tactical Missile Warheads / Ed. J. Carleone. Washington: AIAA, 1993. P. 81–158. 60. Caulder S.M., Miller P.J., Kelley J.M. Effect of Particle-Size and Crystal Quality on the Critical Shock Initiation Pressure of RDX/HTPB Formulations // The 13-th Intern. Deton. Symp. Norfolk (USA), 2006. P. 418–426. 138 в зарядах конденсированных взрывчатых веществ 61. Khasainov B.A., Ermolaev B.S., Presles H.N. On the Effect of grain size on Shock Sensitivity of Heterogeneous High Explosives // Shock Waves. New York: Springer Verlag, 1997. Vol. 7. P. 7–46. 62. Клименко В.Ю., Кривченко А.Л., Кривченко А.А. Механизм ударно-волнового инициирования гексогена с различными наполнителями // Ударные волны в конденсированных средах: материалы международной конференции. СПб, 2008. С. 199–208. 63. Михайлов Ю.М., Колганов Е.В., Соснин В.А. Безопасность аммиачной селитры и ее применение в промышленных взрывчатых веществах. Дзержинск: Партнер-плюс, 2008. 298 с. 64. Пацюк В.В., Анискин А.И. Шведов К.К. Методика определения параметров детонации промышленных взрывчатых веществ в лабораторных условиях // Методы испытания низкочувствительных ВВ: Сб. ст. / Под ред. К.К. Шведова. Черноголовка, 1991. 147 с. 65. Шведов К.К., Дремин А.Н. О параметрах детонации промышленных ВВ и их сравнительной оценке // Взрывное дело. 1976. Сб. № 76/33. С. 137–150. 66. Соснин В.А., Колганов Е.В. Исследование процесса детонации в эмульсионных промышленных взрывчатых веществах // Вещества, материалы и конструкции при интенсивных динамических воздействиях: труды Междунар. конф. «V Харитоновские научные чтения». Саров, 2003. С. 288–297. 67. Сильвестров В.В., Пластинин А.В. Исследование низкоскоростных эмульсионных взрывчатых веществ // Физика горения и взрыва. 2009. Т. 45. № 5. С. 124–133. 68. Chaudhri M., Almgren L.A., Persson A. Detonation Behavior of Water-in-Oil Emulsion Explosives, Containing Glass Microballons of Selected Sizes // The 10-th Intern. Deton. Symp. Paper Summaries. Boston (USA), 1993. P. 4–7. 69. Hirosacki Y., Murata K., Kato Y. Detonation Characteristic of Emulsion Explosives as Function of Void Size and Volume // Proceed. of The 12-th Intern. Deton. Symp. San Diego (USA), 2002. P. 314–322. 70. Presles H.N., Khasainov B.A., Ermolaev B.S. Influence of Glass Microballons Size on the Detonation of Nitromethane Based Mixture // Shock Waves. New York: ShpringerVerlag, 1995. Vol. 5. P. 325–329. 71. Yoshida M., Iida M., Tanaca K. Detonation Behavior of Emulsion Explosives, Containing Glass Microballons // The 8-th Intern. Deton. Symp. Albuquerque (New Mexico, USA), 1985. P. 171–179. 72. Lee J., Sandstrom F.W., Craig B.G. Detonation and Shock Initiation of Emulsion Explosives // Proceed. of The 9-th Intern. Deton. Symp. Portland (USA), 1989. P. 343–352. 73. Price D. Examination of Some Proposed Relations among HE Sensitivity Data // Journal of Energetic Materials. 1985. Vol. 3. P. 239–254. 74. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Теоретическая физика: учебное пособие; В 10 т. М.: Наука. 1986. Т. VI. Гидродинамика. 736 с. 75. Жученко В.С. Особенности инициирования детонации твердых ВВ ударом пластины малого диаметра // IV Всесоюз. совещание по детонации. Черноголовка: Инст. хим. физ. АН СССР. 1988. Т. 2. С. 247–251. 76. Бордзиловский С.А., Караханов С.М. Десенсибилизация флегматизированного гексогена и октогена последовательными ударными волнами // Физика горения и взрыва. 1995. № 2. 77. Кобылкин И. Ф., Соловьев В. С. Структура течения за ударным фронтом неидеальной детонационной волны и пределы детонации в конденсированных ВВ // Первый Всесоюз. симп. по макрокинетике и химической газодинамике: тезисы докл. Черноголовка, 1984. Т. 1. Ч. 1. C. 47–48. 139 Глава 2. Критические условия распространения стационарных детонационных волн 78. Кобылкин И. Ф., Соловьев В. С. Уравнение формы фронта неидеальной детонационной волны и структура течения в зоне химической реакции // Труды МВТУ. 1985. № 436 – Механика импульсных процессов. С. 24–34. 79. Цянь Сюэ Сень. Уравнения газовой динамики // Основы газовой динамики / ред. Г. Эммонс; пер с англ. М.: Изд-во иностр. лит., 1963. С. 9–63. 80. Кобылкин И. Ф., Шабанов В. М. Соловьев В.С. К вопросу об извлечении кинетики разложения ВВ из формы фронта детонационной волны // Физика горения и взрыва. 1992. Т. 28. № 5. С. 87–90. 81. Михайлюк К.М. Косвенный метод оценки скорости тепловыделения при детонации // Детонация: Материалы II Всесоюз. сов. по детонации. Черноголовка, 1981. С. 9–12. Глава 3 Механизмы и критерии возбуждения взрывных процессов в зарядах взрывчатых веществ при воздействии кумулятивных струй 3.1. Общая характеристика проблемы. Классификация схем воздействия кумулятивных струй на заряды взрывчатых веществ Из опыта известно, что высокоскоростные металлические кумулятивные струи (КС) обладают высокой инициирующей способностью, которая сохраняется на достаточно большом расстоянии от места их формирования [1]. Поскольку КС обладают также чрезвычайно высокой проникающей способностью, от них трудно защититься. Поэтому воздействие КС относится к одному из самых опасных типов воздействий на боеприпасы в плане их уязвимости. Так, например, воздействие КС на боекомплект военной бронетехники снаряды и пороховые заряды, расположенные в заброневом пространстве, – приводит, как правило, к их взрыву с катастрофическими последствиями для объекта бронетехники. Такие же последствия характерны и для других типов носителей боеприпасов и объектов логистических систем, осуществляющих хранение и транспортировку боеприпасов. В связи с этим в системе стандартов НАТО по боеприпасам пониженного риска (IM – Insensitive Munitions) имеется специальный стандарт STANAG 4526, регламентирующий требования по чувствительности боеприпасов к воздействию КС. Высокая инициирующая способность КС используется в различных технических приложениях для возбуждения детонации в зарядах ВВ. Функционирование противокумулятивной динамической защиты бронетехники при воздействии кумулятивных средств поражения начинается с инициирования детонации в тонком слое ВВ, расположенном между металлическими пластинами [2]. При этом инициирование детонации осуществляется в автоматическом режиме в начальный момент проникания КС в динамическую защиту. Для усиления инициирующей способности детонаторов их донную часть часто выполняют с кумулятивными выемками. Трансляция детонации между двумя элементами детонационной разводки, разделенными перегородкой, может быть выполнена с помощью миниатюрных кумулятивных зарядов. Высокую проникающую и инициирующую способности КС можно использовать для управляемого взрывного уничтожения конструкций и устройств, содержащих ВВ и расположенных в плотной среде воде, грунте, бетоне [3]. Практическое применение инициирующей способности КС отнюдь не ограничивается приведенными примерами. 141 Глава 3. Механизмы и критерии возбуждения взрывных процессов Доля прореагировавшего ВВ при сделанных предположениях определяется соотношением = W1. Выражая W из (1.19) через параметры во фронте ударной волны, для вычисления получим следующее соотношение: nA pb A0 aH A n 1 n R0 r0 . f 2 (u )Q p ,V Массу прореагировавшего ВВ при проникании КС на глубину L определим, исходя из того, что ВВ разлагается в цилиндрическом объеме радиусом R0 и длиной L: 2 m2ВВ = λπR0 Lρ0. (3.31) Результаты соответствующих расчетов для состава В и медной КС диаметром 2 мм и L = 1 см приведены ниже: vj, км/с........ 4,5 R0, мм......... 10 λ.................. 0,023 m2ВВ, г ........ 0,134 5,0 8,7 0,092 0,373 5,5 7,8 0,23 0,77 6,0 7,3 0,48 1,382 6,5 7,0 0,873 2,268 В диапазоне скоростей КС vj = 4,5...6,0 км/с R0 ≈ 4d и для m2ВВ справедлива оценка: m2ВВ = 16λπd 2Lρ0. Таким образом, разработанные физические модели позволяют, исходя из характеристик ударно-волновой чувствительности, динамической сжимаемости и термокинетических характеристик ВВ, описать поведение зарядов ВВ при установившемся проникании в них КС: определить характеристики КС, необходимые для возбуждения НПВП, и оценить массу прореагировавшего ВВ при проникании КС в заряд ВВ без инициирования детонации. Выводы 1. На основании результатов экспериментальных исследований разработана феноменологическая классификация режимов ответной реакции зарядов ВВ на воздействие КС, включающих в себя детонацию, НПВП, горение и отсутствие взрывных процессов, вызывающих разрушение оболочечных взрывных устройств. Установлено, что высокая инициирующая способность КС объясняется существованием начальной ударно-волновой стадии взаимодействия КС с зарядом ВВ, характеризующейся чрезвычайно высоким (мегабарным) уровнем давления нагружения ВВ. 204 в зарядах взрывчатых веществ при воздействии кумулятивных струй 2. На основании энергетической концепции ударно-волнового инициирования детонации предложены и обоснованы критерии инициирования детонации в зарядах ВВ при воздействии КС как на начальной ударно-волновой стадии, так и на стадии установившегося проникания. 3. Экспериментально и теоретически исследовано возбуждение детонации на стадии установившегося сверхзвукового проникания КС в заряд ВВ. Показано, что основной причиной возбуждения детонации на больших глубинах является кривизна баллистической ударной волны. 4. При дозвуковом проникании КС в заряд ВВ возбуждение взрывного превращения ВВ происходит вследствие интенсивного локального разогрева ВВ вдоль траектории проникания КС в процессе высокоскоростного деформирования в области вытеснения. С использованием закона сохранения энергии и соотношений теории теплового взрыва получены критические условия возбуждения НПВП при дозвуковом проникании КС в заряды ВВ, оценена масса прореагировавшего ВВ. 5. Предложены и обоснованы способы управления инициирующей способностью КС. Экспериментально исследованы способы переноса точки возбуждения детонации вдоль траектории проникания КС путем введения разрыва сплошности заряда ВВ и использования комбинированных зарядов. ЛИТЕРАТУРА 1. Физика взрыва: В 2 т. / под ред. Л.П. Орленко. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. Т. 1. 824 с. 2. Григорян В.А., Кобылкин И.Ф., Дорохов Н.С. и др. Частные вопросы конечной баллистики / под ред. В.А. Григоряна. М: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 592 с. 3. Селиванов В.В., Кобылкин И.Ф., Новиков С.А. Взрывные технологии: учебник для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 648 с. 4. Held M. Initiation of explosive a Multiple Problem of the Physics of Detonation // Explosivstoffe. 1968. Vol. 5. P. 98–113. 5. Held M. Experiment of Initiation of Covered, but Unconfined HE Charge by means of Shaped Charge Jets // Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 1987. Vol. 12. P. 35–39. 6. Held M. Discussion of Experimental Findings from the Initiation of Covered, but Unconfined Charge with Shaped Charge Jets // Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 1987. Vol. 12. P. 167–172. 7. Held M. Initiation Phenomena with Shaped Charge Jets // The 9-th Intern. Deton. Symp. Portland (Oregon, USA), 1989. P. 717–726. 8. Chick M.C., Hatt D.J. The Mechanism of Initiation of Composition B by a Metal Jet // Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 1983. Vol. 8. P. 121–126. 9. Chick M.C., Macintyre I.B. The Jet Initiation of Solid Explosives // The 8-th Intern. Deton. Symp. Albuquerque (New Mexico), 1985. P. 20–28. 10. Chick M. C., Bussel T. J., Frey R. B. Jet Initiation Mechanisms and Sensitivities of Covered Explosives // The 9-th Intern. Deton. Symp. Portland (Oregon, USA), 1989. P. 665 – 675. 11. Chick M.C., Bussel T.J., Frey R.B. Initiation of Munitions by Shaped Charge Jets // The 9-th Symp. Intern. Ballistics. Shrivenham (UK), 1986. P. 467–475. 205 Глава 3. Механизмы и критерии возбуждения взрывных процессов 12. Chick M.C., Bussel T.J., Frey R.B. Some Characteristics of Bow Wave Initiation and Desensitisation // The 10-th Intern. Deton. Symp.: Paper Summaries. Boston (USA), 1993. P. 78–82. 13. Chick M.C., Bussel T.J., Starkenberg J. Particulate Jet Initiation of Explosives // The 11-th Intern. Deton. Symp. Snowmass (Colorado, USA), 1998. P. 279–285. 14. Mader C. L., Pimbley G.H. Jet Initiation and Penetration of Explosive // J. of Energetic Materials. 1983. Vol. 5, № 1. P. 3–44. 15. Vigil M.G. Explosive Initiation by Very Small Conical Shaped Jets // The 8-th Intern. Deton. Symp. Albuquerque (New Mexico, USA), 1985. P. 470–479. 16. Weikert C. Jet Initiation of Explosive/Metal Sandwiches // The 10-th Intern. Symp. on Ballistics. San Diego (USA), 1987. P. 312–320. 17. Кобылкин И.Ф., Носенко Н.И., Соловьев В.С. Механизм возбуждения детонации в энергетических материалах высокоскоростными удлиненными элементами // IV Всесоюзное совещание по детонации: сб. докл. Черноголовка, 1988. Т. 1. С. 97–103. 18. Кобылкин И.Ф., Носенко Н.И., Соловьев В.С. Инициирование детонации в зарядах взрывчатых веществ при интенсивных локализованных воздействиях // Оборонная техника. 1998. № 1–2. С. 16–20. 19. Кобылкин И.Ф., Носенко Н.И., Соловьев В.С. Влияние плотности зарядов термостойких взрывчатых веществ на инициирование детонации при воздействии кумулятивных струй // Химическая физика. 1998. № 1. С. 69–75. 20. Кобылкин И.Ф. Возбуждение детонации и других режимов взрывного превращения при сверх- и дозвуковом проникании кумулятивных струй в заряды взрывчатых веществ // Химическая физика процессов горения и взрыва: Материалы XII Всерос. симп. по горению и взрыву. Черноголовка, 2000. Ч. II. С. 136–137. 21. Кобылкин И.Ф. Возбуждение взрывных процессов при проникании высокоскоростных металлических кумулятивных струй в заряды ВВ // Оборонная техника. 2001. № 1–2. С. 45–52. 22. Вышинский П.Н., Дорохов Н.С., Кобылкин И.Ф. Инициирование детонации в элементах динамической защиты при воздействии компактных ударников // Боеприпасы и высокоэнергетические конденсированные системы. 2010. № 1. С. 26–32. 23. Kobylkin I.F., Nosenco N.I. Influence of High Explosive Density on the Detonation Initiation under Shaped Charge Jet Action // Shock Waves in Condensed Matter: Theses of International Conference. St. Petersburg, 1996. P. 13. 24. Kobylkin I.F., Solov’ev V.S., Rototaev D.A. Initiation of Detonation in Explosive Charges by Shaped Charge Jets // Fundamental Problems of Cumulation: Proceedings of International Seminar. St. Petersburg, 1997. P. 89–98. 25. Иванов Б.А. Механика кратерообразования // Итоги науки и техники. Механика деформируемого твердого тела. М.: ВИНИТИ, 1981. С. 60–120. 26. Сагомонян А.Я. Проникание. М.: Изд-во Московского университета, 1974. 300 с. 27. Assay B., Ferm E., Pauley D. Jet Initiation Thresholds of Nitrometane // The 10-th Intern. Deton. Symp.: Paper Summaries. Boston (USA), 1993. P. 300–301. 28. James H.R. Critical Energy Criterion for Shock Initiation of Explosives by Projectile Impact // Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 1988. Vol. 13, № 1. Р. 35–41. 29. Cook M.D., Haskins P.J., James H.R. Projectile Impact Initiation of Explosive Charges // The 9-th Intern. Deton. Symp. Portland (Oregon, USA), 1989. P. 615–623. 30. Idar D.J., Assay B.W., Ferm E.N. Hypervelocity Jet Initiation Threshold Criteria of Nitrometane and Nitrometane Mixtures // Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 1999. Vol. 24. № 1. P. 7–16. 206 в зарядах взрывчатых веществ при воздействии кумулятивных струй 31. Kleinhans H.R., Lungenstras F., Zolner H. Initiation Treshold of High Explosives in Small Flyer Plate Experiments // The 9-th Intern. Deton. Symp. Portland (Oregon, USA), 1989. P. 46–54. 32. Bahl K.L., Vantine H.C., Weingart R.C. The Shock Initiation of Bare and Covered Explosive by Projectile Impact // The 7-th Intern. Deton. Symp. Annapolis (Maryland, USA), 1981. P. 858–368. 33. Ferm E.N., Ramsay J.B. Spherical Projectile Impact on Explosive // The 9-th Intern. Deton. Symp. Portland (Oregon, USA), 1989. P. 662–665. 2 34. Bouvenot F., Karosich B., Watkins D., Brown R. Held’s V d Initiation Criteria Revisited // The 27-th (Intern.) Symp. on Ballistics. Freiburg (Germany), 2013. P. 1175– 1184. 35. Ударноволновые явления в конденсированных средах / Г.И. Каннель и др. М.: Янус-К, 1996. 408 с. 36. Орленко Л.П., Бабкин А.В., Колпаков В.И. Задачи прикладной газодинамики. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1988. 104 с. 37. Афанасьев Г.Т., Боболев В.К. Инициирование твердых ВВ ударом. М.: Наука, 1968. 174 с. Глава 4 Возбуждение взрывных процессов в пороховых зарядах при воздействии кумулятивных струй 4.1. Общая характеристика процессов, сопровождающих воздействие на пороховые заряды кумулятивных струй и компактных ударников Из опыта известно, что пороховые заряды из крупнозернистой нитроклетчатки обладают достаточно высокой чувствительностью к воздействию высокоскоростных металлических КС [1–4]. Первоначальное предназначение порохов в качестве метательных взрывчатых материалов определило слабую изученность их детонационной способности, ударно-волновой и механической чувствительности. А ведь именно эти характеристики пороховых зарядов определяют их чувствительность к воздействию КС. Кроме этого одним из рациональных способов утилизации артиллерийских порохов, снимаемых с вооружения, является их использование в качестве промышленных ВВ или их компонентов при производстве взрывных работ в горнорудной промышленности и строительстве. Возможность практического применения артиллерийских порохов для производства взрывных работ также определяется детонационной способностью и чувствительностью пороховых зарядов. Имеющиеся по этим вопросам сведения [5–10] ввиду многообразия марок порохов недостаточны для установления общих закономерностей возбуждения и распространения взрывных процессов в пороховых зарядах. Пороховые заряды артиллерийских боеприпасов чаще всего состоят из крупнозернистых нитроцеллюлозных порохов, характерный размер зерен которых δзер колеблется в диапазоне 1…10 мм. Характерные случаи воздействия на пороховые заряды приведены на рис. 4.1. Начальная стадия взаимодействия характеризуется двумя пространственными и двумя временными масштабами взаимодействия. С одной стороны, это характерный диаметр области интенсивного локального нагружения d (диаметры КС или компактного ударника) или толщина пластины-ударника, определяющие длительность приложения ударно-волновой нагрузки τ1 = α1d/с, где α1 – коэффициент, зависящий от скорости, формы головной части компактных ударников, ориентации компактных ударников или КС; c – скорость звука в материале ударника. С другой стороны, это характерный размер порохового зерна δзер, определяющий время нахождения его в сжатом состоянии τ2 = α2δзер/с0, где α2 – коэффициент, зависящий от формы и ориентации зерна; c0 – скорость звука в сплошном порохе. Кроме того, размер порохового зерна δзер определяет его детонационную способность: возможно (δзер ≥ d зер.кр, dзер.кр – критический диаметр детонации отдельных пороховых 208 Глава 4. Возбуждение взрывных процессов в пороховых зарядах Эффект от возникшего в пороховом заряде взрывного превращения вследствие воздействия КС определяется количеством прореагировавшего пороха, определение которого является достаточно трудной экспериментальной задачей. Однако существует возможность определения количества прореагировавшего пороха путем имитационного моделирования процесса расширения порохового заряда с помощью аквариумной методики. При недетонационных режимах разложения воздействие КС приводит к разложению пороха вдоль траектории проникания КС в некотором цилиндрическом объеме. Имитационное моделирование основано на том, что расширение порохового заряда при осесимметричной схеме воздействия КС эквивалентно расширению цилиндрического порохового заряда, в котором детонирует осевой центральный заряд ВВ подходящего диаметра. В тонкостенную алюминиевую оболочку, заполненную инертным имитатором пороха – крупнодисперсным порошком силикагеля, по оси помещалась стеклянная трубка, наполненная порошкообразным гексогеном. Моделирование различных количеств прореагировавшего пороха осуществлялось путем изменения внутреннего диаметра трубки. Процесс расширения модельного заряда в аквариуме регистрировался в проходящем свете с помощью камеры ЖЛВ-2. Путем сопоставления средних скоростей расширения порохового заряда при воздействии КС и средних скоростей расширения модельных зарядов с учетом различных энергетических характеристик пороха и гексогена определялось количество прореагировавшего пороха. Анализ полученных данных показывает, что для слабых взрывных режимов со скоростью расширения 50...200 м/с количество прореагировавшего пороха не зависит от диаметра порохового заряда, определяется характеристиками КС и для условий анализируемых экспериментов составляет 5...10 % от всего порохового заряда. Выводы 1. Исследована детонационная способность наиболее распространенных артиллерийских порохов. Критический диаметр детонации многоканальных пороховых зерен из нитроцеллюлозного пороха dзер.кр ≈ 6,0 мм. Скорость детонации крупнозернистых пороховых зарядов, составленных из зерен диаметром большим критического, практически не зависит от диаметра заряда и составляет в среднем 7,1 км/с. Детонация легко передается от одного зерна к другому. Если диаметр пороховых элементов не превышает dзер.кр, то скорость детонации пороховых зарядов, состоящих из таких порохов, зависит от диаметра порохового заряда, а критический диаметр примерно линейно зависит от характерного размера зерна. 2. Определена ударно-волновая чувствительность пороховых зарядов, состоящих из порохов 12/7, 4/7, ВТП, 15/1 ВА, П-45, Сокол. Установлено, что критические значения скорости стальных пластин-ударников толщиной 2 мм, необходимых для возбуждения как детонации, так и сильных взрывных режимов, практически не зависят от марки пороха (размера пороховых зерен) 224 при воздействии кумулятивных струй и составляют: для возбуждения детонации – 1,25 км/с, сильного взрывного режима – 1,13 км/с. 3. Разработана и реализована экспериментальная методика исследования поведения пороховых зарядов при их динамическом уплотнении со скоростью движения уплотняющего поршня до 200 м/с. Установлено, что возбуждение интенсивной химической реакции (горение) происходит на заключительной стадии уплотнения при достижении малопористого состояния плотностью ~ 1,4 г/см3. При раздавливающем ударе (защемлении) в диапазоне скоростей сближения раздавливающих поверхностей до 200 м/с возбуждение взрывных процессов происходит также на заключительной стадии раздавливания в процессе радиального истечения пороха. 4. Исследование поведения пороховых зарядов при воздействии на них КС осуществлялось с использованием аквариумной методики. Интенсивность возбуждаемых взрывных процессов характеризовалась средней скоростью расширения реагирующих пороховых зарядов. Определены критические значения параметра G = vj2d (характеризующего инициирующую способность КС), необходимые для возбуждения наиболее опасных режимов ответной реакции – детонации и сильного взрыва. Установлена недопустимо высокая чувствительность крупнозернистых пироксилиновых порохов 12/7 и 18/1 к воздействию КС. Оказалось, что она в значительной степени зависит от размера пороховых зерен. Чувствительность крупнозернистых порохов 12/7 и 18/1, диаметр зерен которых превосходит критический, намного выше, чем у мелкозернистых порохов. На интенсивность взрывных процессов, возбуждаемых в зарядах мелкозернистых порохов, определяющее влияние оказывает критический диаметр детонации. Для увеличения противокумулятивной стойкости пороховых зарядов следует выбирать материал пороховых зерен таким образом, чтобы размеры зерен, определенные во внутрибаллистических расчетах, оказывались меньше критических. 5. На основании имитационного моделирования процесса расширения частично прореагировавшего порохового заряда предложен косвенный способ определения доли прореагировавшего пороха, реализованный экспериментально. При возбуждении слабых взрывных режимов со скоростью расширения 50...200 м/с количество прореагировавшего пороха не зависит от диаметра порохового заряда, определяется характеристиками КС и для условий анализируемых экспериментов составляет 5...10 % всего порохового заряда. ЛИТЕРАТУРА 1. Zimmerman G., Gutlin E. Characterization of the Sensitivity of Solid Gun Propellants to Shaped Charge Jet Impact // The 16-th (Intern.) Symp. on Ballistics. San Francisco (USA), 1996. P. 29–35. 2. Horst A.W., Patrick J.B., Rice B.M. Insensitive High Energy Propellants for Advanced Gun Concepts // The 19-th (Intern.) Symp. on Ballistics. Interlaken (Switzerland), 2001. P. 17–24. 225 Глава 4. Возбуждение взрывных процессов в пороховых зарядах 3. Pegeout F. Recommendation for Shaped Charge Jet Munition Test Procedure. Gun Propellant // Insensitive Munitions and Energy Material Technology Symp. San Francisco (USA), 2003. P. 418–427. 4. Gibson N., Pengelley R. Insensitive Munitions Make the Military Less AccidentProne // JANESS International Defence Review. 2005. № 10. P. 29–34. 5. Детонационные волны в конденсированных средах / А.Н. Дремин [и др.] М.: Наука, 1970. 164 с. 6. Афанасенков А.Н., Галкин В.В., Шведов К.К. Детонационные характеристики коллоидных порохов // Детонация: Материалы X Всерос. симпозиума по горению и взрыву. Черноголовка, 1992. С. 57–58. 7. Занегин И.В., Карачинский С.И. Детонационные характеристики артиллерийских порохов // Физика горения и взрыва. 2001. № 5. С.81–84. 8. Боболев В.К. Детонационная способность и чувствительность ВВ // Детонация конденсированных и газовых систем. М.: Наука, 1986. 319 с. 9. Афанасенков А.Н. Инициирование детонации баллиститных порохов ударными волнами // Физика горения и взрыва. 2001. № 5. С.85–89. 10. Физика взрыва: В 2 т. / под ред. Л.П. Орленко. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. Т. 1. 824 с. 11. Кобылкин И.Ф., Селиванов В.В., Соловьев В.С., Сысоев Н.Н. Ударные и детонационные волны. Методы исследования. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. 376 с. 12. Кобылкин И.Ф., Носенко Н.И., Соловьев В.С. Детонационная способность и динамическое уплотнение крупнозернистой нитроклетчатки // Проблемы горения и взрыва: Материалы IX Всесоюзного симпозиума по горению и взрыву. Черноголовка, 1989. С. 93–97. 13. Кобылкин И.Ф., Носенко Н.И. Поведение пороховых зарядов из крупнозернистой нитроклетчатки при проникании в них металлических кумулятивных струй // Химическая физика процессов горения и взрыва: Материалы XII симпозиума по горению и взрыву. Черноголовка, 2000. Ч. II. С. 138–139. 14. Кобылкин И.Ф., Григорян В.А., Дорохов Н.С. Особенности проникания кумулятивных струй через преграды, содержащие ВВ // Оборонная техника. 2006. № 1–2. С. 50–62. Глава 5 Возбуждение взрывных процессов в зарядах взрывчатых веществ, заключенных в оболочки, при воздействии высокоскоростных компактных ударников 5.1. Общая характеристика ответных реакций зарядов взрывчатых веществ, заключенных в оболочки, на воздействие высокоскоростных компактных ударников Определение пороговых условий возбуждения взрывных процессов в зарядах ВВ, заключенных в оболочку, при высокоскоростном воздействии компактных ударников является важной практической задачей, поскольку определяет эксплуатационную безопасность оболочечных взрывных устройств. Знание этих пороговых условий необходимо также для разработки средств бездетонационного уничтожения взрывных устройств. Возбуждение взрывных процессов в оболочечных взрывных устройствах при воздействии высокоскоростных компактных ударников исследовалось достаточно подробно [1–12]. На основании анализа результатов, полученных в этих работах, режимы ответных реакций зарядов ВВ на воздействие высокоскоростных компактных ударников можно подразделить следующим образом. 1. Детонация заряда ВВ. Возбуждение детонации имеет ударно-волновой характер; детонация возникает на начальной ударно-волновой стадии взаимодействия или с некоторой задержкой. Основные признаки детонационного превращения ВВ: а) разрушение оболочки на множество мелких фрагментов, разлетающихся с высокой скоростью; б) на фрагментах даже относительно толстых оболочек легко обнаруживаются поверхности сдвигового разрушения; в) фиксируется сильный фугасный эффект, определяемый количеством и типом прореагировавшего ВВ. Различают полную и неполную (частичную) детонацию заряда ВВ. 2. Взрыв. Низкопорядковое взрывное превращение (НПВП) ударно-волновой и деформационной природы. Реализуется при затухающем объемном взрывном превращении или ускоренном развитии взрывного горения. Как правило, реагирует только часть ВВ, остальное ВВ в мелкодисперсном состоянии разбрасывается; оболочка разрушается в основном по механизму хрупкого разрушения на крупные и средние фрагменты, которые разлетаются с достаточно высокой скоростью. Фиксируется умеренный фугасный эффект. 3. Локальный взрыв. Быстрое реагирование малой части ВВ, не переходящее во взрыв или детонацию вследствие быстрого сброса давления из-за локального разрушения оболочки отрыва донной части, вскрытия оболочки в месте удара и т. п. Остальное (непрореагировавшее) ВВ в виде достаточно 227 Глава 5. Возбуждение взрывных процессов в зарядах взрывчатых веществ, скоростных пределов пробития оболочек взрывных устройств с пределом возбуждения взрыва в их снаряжении. Таким образом, для определения критической скорости возбуждения взрыва в толстостенных оболочечных взрывных устройствах (например, артиллерийских снарядах), снаряженных ВВ типа ТГ 40/60, при воздействии высокоскоростных сферических ударников в первом приближении можно использовать данные по предельным скоростям пробития преград соответствующей толщины, увеличенные на 10…15 %. Выводы 1. На основании энергетической концепции ударно-волнового инициирования детонации разработан критерий инициирования детонации в экранированных зарядах ВВ при высокоскоростном воздействии ударников, учитывающий толщину и сжимаемость материала экранирующей преграды, угол воздействия и форму головной части ударника. 2. Проанализировано возбуждение взрывных процессов в зарядах ВВ, заключенных в прочные оболочки, при воздействии компактных ударников. Рассмотрены и проанализированы возможные механизмы возбуждения взрывных процессов при пробитии оболочки. 3. Разработана специальная экспериментальная методика исследования возбуждения взрыва в заряде ВВ в прочной оболочке при контролируемом проникающем ударе. Для ряда ВВ определены критические скорости проникания. Показано, что при размещении между оболочкой и зарядом ВВ тонкой прокладки из пластичного инертного материала (полиэтилена) стойкость оболочечной конструкции к прострелу возрастает. 4. Получена зависимость для расчета критической скорости ударника, необходимой для возбуждения взрыва в оболочечном взрывном устройстве, учитывающая дополнительную пороговую скорость зажигания ВВ при пробитии оболочки. ЛИТЕРАТУРА 1. Физика взрыва: В 2 т. / под ред. Л.П. Орленко. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. Т. 1. 824 с. 2. Bahl K.L., Vantine H.C., Weingart R.C. The Shock Initiation of Bare and Covered Explosive by Projectile Impact // The 7-th Intern. Deton. Symp. Annapolis (Maryland, USA), 1981. P. 858–368. 3. Ferm E.N., Ramsay J.B. Spherical Projectile Impact on Explosive // The 9-th Intern. Deton. Symp. Portland (Oregon, USA), 1989. P. 662–665. 4. James H.R. Critical Energy Criterion for Shock Initiation of Explosives by Projectile Impact // Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 1988. Vol. 13. № 1. Р. 35–41. 5. Cook M.D., Haskins P.J., James H.R. Projectile Impact Initiation of Explosive Charges // The 9-th Intern. Deton. Symp. Portland (Oregon, USA), 1989. P. 615–623. 248 заключенных в оболочки, при воздействии высокоскоростных компактных ударников 6. Пырьев В.А., Соловьев В.С. Механизмы инициирования при простреле энергетических материалов, заключенных в оболочку // Методические указания по проблемам эффективности вооружений: Сборник тр. / Российская инженерная академия наук, 1998. Вып. № 6. С. 83–90. 7. Howe P.M., Watson J.L., Frey R.B. The Response of Confined Explosive Charges to fragment Attack // The 7-th Intern. Deton. Symp. Annapolis (Maryland, USA), 1981. P. 468–474. 8. James H.R., Grixti M.A., Cook M.D. The Dependence of the Response of Heavily – Confined Explosives on the Degree of Projectile Penetration // The 10-th Intern. Deton. Symp: Paper Summaries. Boston (USA), 1993. P. 346–349. 9. James H.R., Haskins P.J., Cook M.D. Prompt Shock Initiation of Cased Explosives by Projectile Impact // Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 1996. Vol. 21. P. 251–257. 10. Baker P.J., Delany J.E. Impact-Initiated Detonative and Nondetonative Reactions in Confined Tritonal, Composition H-6 and PBXN-109 // The 11-th Intern. Deton. Symp. Snowmass (Colorado), 1998. P. 254–265. 11. Cook M.D., Haskins P.J. Fragment Impact of Energetic Materials – a Review of Experimental Studies and an Analysis of Reaction Mechanisms. The 14-th Intern. Deton. Symp. 2010. 12. Starkenberg J., Kooker D.E. An Assessment of the State of the Art Predictive Fragment Impact Initiation Modeling. The 14-th Intern. Deton. Symp. 2010. 13. Мержиевский Л.А., Урушкин В. Особенности взаимодействия высокоскоростных частиц при ударе под углом // Физика горения и взрыва. 1980. № 5. С. 81–87. 14. Жученко В.С. Особенности инициирования детонации твердых ВВ ударом пластин малого диаметра // IV Всесоюзное совещание по детонации: Сборник докл.; В 2 т. Черноголовка, 1988. Т. 2. С. 247–251. 15. Дубовик А.В., Боболев В.К. Чувствительность жидких взрывчатых систем к удару. М.: Наука, 1978. 232 с. 16. Афанасьев Г.Т., Боболев В.К. Инициирование твердых ВВ ударом. М.: Наука, 1968. 174 с. 17. Кобылкин И.Ф., Селиванов В.В., Соловьев В.С., Сысоев Н.Н. Ударные и детонационные волны. Методы исследования / М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. 376 с. 18. Амосов А.П., Бостанджиян С.А., Козлов В.С. Зажигание твердых ВВ теплотой сухого трения // Физика горения и взрыва. 1972. № 3. С. 362–368. 19. Амосов А.П. Разогрев и воспламенение твердых реакционно-способных систем при высокоскоростном трении, сопровождающемся образованием пластических и жидких прослоек // Химическая физика. 1982. № 10. С. 1401–1411. 20. Frey R.B. The Initiation of Explosive Charges by Rapid Shear // The 7-th Intern. Deton. Symp. White Oak (Maryland, USA). 1981. P. 53–59. 21. Григорян В.А., Кобылкин И.Ф., Маринин В.М. и др. Материалы и защитные структуры для локального и индивидуального бронирования. М.: Изд-во РадиоСофт, 2008. 406 с. 22. Зукас Д.А. Проникание и пробивание твердых тел // Зукас Д.А., Николас Т., Свифт Х.Ф. Динамика удара. М.: Мир, 1985. С. 110–159. Глава 6 Возбуждение детонации в экранированных тонких слоях взрывчатых веществ при воздействии кумулятивных струй и компактных ударников 6.1. Возбуждение детонации в экранированных тонких слоях взрывчатых веществ при воздействии кумулятивных струй Тонкие слои ВВ в качестве объекта исследования представляют большой практический интерес, поскольку широко используются как во взрывных технологиях для метания пластин при сварке взрывом и нагружения различных металлических деталей для их взрывного упрочнения [1, 8], так и в устройствах взрывной противокумулятивной и противоснарядной динамической защиты бронетехники [1–7]. Основой взрывной динамической защиты бронетехники являются плоские элементы динамической защиты, представляющие собой плоские заряды ВВ в виде тонких слоев, заключенные между металлическими пластинами или плитами [2, 3]. Функционирование динамической защиты обеспечивается энергией, выделяемой при детонации этих зарядов ВВ. Возбуждение детонации в зарядах ВВ элементов динамической защиты осуществляется при воздействии средств поражения бронетехники – КС и сердечников бронебойных подкалиберных снарядов – и является важнейшим процессом, определяющим работоспособность всего комплекса динамической защиты. Ускоренные при взрыве заряда ВВ пластины или плиты воздействуют на средство поражения, уменьшая его проникающую способность и предохраняя тем самым защищаемую преграду от поражения. Тонкие слои ВВ в качестве объекта исследования представляют не только практический, но и научный интерес, поскольку возбуждение детонации в них при воздействии КС имеет асимптотический характер (малый диаметр области воздействия и малая толщина слоя ВВ) и осуществляется только на начальной ударно-волновой стадии взаимодействия КС с зарядом ВВ. Ввиду малой толщины слоя ВВ последующая стадия установившегося проникания отсутствует. Асимптотический характер геометрии взаимодействия КС с тонким слоем ВВ позволяет разделить процесс инициирования детонации на два этапа: 1) локальное инициирование детонации в области воздействия создание детонационного очага; 2) распространение детонации из детонационного очага на окружающее ВВ [1–3]. При воздействии головных высокоскоростных элементов КС инициирование детонации (даже пересжатой детонации) в области воздействия происходит всегда. Поэтому в целом процесс инициирования детонации определяется вторым этапом. Понятно, что распространение детонации из детонационного очага на окружающее ВВ будет определять250 Глава 6. Возбуждение детонации в экранированных тонких слоях сделать вывод о том, что запреградный поток не является сплошным. Для сплошного потока эта скорость была бы примерно в 2 раза больше. Используя ударную адиабату воды D = 1,5 + 2u, км/с, можно оценить давление в ударной волне, возникающей вследствие воздействия потока откольных осколков. Это давление составляет ~ 0,7 ГПа. В пластичном ВВ в аналогичных условиях из-за более высокой плотности (1,55 г/см3) давление в ударной волне будет несколько выше, около 1 ГПа. Такая амплитуда ударной волны недостаточна для быстрого инициирования детонации. Воздействие этой ударной волны приводит к десенсибилизации ВВ, что препятствует распространению детонации в сжатую область. Выводы 1. Установлены основные закономерности нагружения и инициирования детонации в экранированных тонких слоях ВВ при интенсивном локализованном нагружении, возникающем при воздействии КС компактных ударников и ФВУ. 2. Для экранированных тонких слоев ВВ экспериментально определены предельные толщины экранирующих пластин 1max, при превышении которых инициирование детонации в ВВ при воздействии КС не происходит. Для кумулятивных зарядов, диаметр КС которых 1...2 мм, а скорость 6...8 км/с, и исследованного эластичного ВВ предельные толщины экранирующих пластин 1max = (10...12)d. Величина 1max практически не зависит от угла воздействия КС. 3. Круговые отпечатки, обнаруженные на нижней пластине, возникают при догоне детонационной волной фронта предшествующей ударной волны. 4. Способность экранирующих пластин предотвращать инициирование детонации в тонких слоях ВВ при воздействии КС зависит не только от плотности, но и от сжимаемости материалов пластин. Пластины из материалов, в которые КС проникают в сверхзвуковом режиме, имеют бóльшую предельную толщину по сравнению с пластинами из материалов, в которые КС проникают в дозвуковом режиме. Например, предельная толщина свинцовой пластины в 2,5 раза больше стальной. ЛИТЕРАТУРА 1. Физика взрыва: В 2 т. / под ред. Л.П. Орленко. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. Т. 1. 824 с., Т. 2. 650 с. 2. Частные вопросы конечной баллистики / И.Ф. Кобылкин [и др.]; под ред. В.А. Григоряна. М: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 592 с. 3. Средства поражения и боеприпасы: учебник / под общ. ред. В.В. Селиванова. М: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 984 с. 4. Тарасенко А., Чепков И. Состояние и перспективы усиления защищенности современных танков // Техника и вооружение. 2009. № 1. С. 14‒22. 280 взрывчатых веществ при воздействии кумулятивных струй и компактных ударников 5. Held M., Mayseless M., Rototaev D. Explosive Reactive Armor // The 17-th Intern. Symp. on Ballistics. Midrand (South Africa), 1998. P. 33–46. 6. Войцеховский Б.В., Истомин В.Л. Динамическая антикумулятивная защита // Физика горения и взрыва. 2000. № 6. С. 114–120. 7. Кобылкин И.Ф., Григорян В.А., Дорохов Н.С. Проникание кумулятивных струй через взрывную динамическую защиту// Оборонная техника. 2002. № 11. С. 35–45. 8. Селиванов В.В., Кобылкин И.Ф., Новиков С.А. Взрывные технологии: Учебник для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 648 с. 9. Weikert C. Jet Initiation of Explosive/Metal Sandwiches // The 10-th Intern. Symp. on Ballistics. San Diego (USA), 1987. P. 312–320. 10. Иванов Б.А. Механика кратерообразования // Итоги науки и техники. Механика деформируемого твердого тела. М.: ВИНИТИ, 1981. С. 60–120. 11. Dobratz B.M. Properties of Chemical Explosives and Explosive Simulants. Livermore: University of California Press, 1981. 414 p. 12. Кобылкин И.Ф., Селиванов В.С., Соловьев В.С., Сысоев Н.Н. Ударные и детонационные волны. Методы исследования М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. 376 с. 13. Хасаинов Б.А., Борисов А.А., Ермолаев Б.С. Вязкопластический механизм образования горячих точек в твердых гетерогенных ВВ // Детонация: Материалы II Всесоюзного совещания по детонации. Черноголовка, 1981. С. 19 –22. 14. Белов Г.В., Дякин Е.П., Мельцас В.Ю. и др. Экспериментальное и расчетное определение условий инициирования детонации открытых и экранированных слоев флегматизированного ТЭНа при ударе осколком // Междунар. конф. «VII Харитоновские научные чтения „Экстремальные состояния вещества. Детонация. Ударные волны“». РФЯЦ ВНИИЭФ, Саров, 2005. С. 84–90. 15. Вышинский П.Н., Дорохов Н.С., Кобылкин И.Ф. Численное моделирование инициирования детонации в экранированных тонких слоях ВВ при воздействии компактных ударников различных типов // Вторые Рдултовские чтения: Труды Общероссийской научно-технической конференции; В 2 ч. СПб, 2008. Ч. 2. С. 24–28. 16. Кобылкин И.Ф. Инициирование детонации в экранированных тонких слоях взрывчатых веществ при высокоскоростном воздействии готовых и формируемых взрывом ударников // Боеприпасы и высокоэнергетические конденсированные системы. 2008. № 2. С. 50–56. 17. Urtiew P.A., Vandersall K.S., Tarver C.M. Shock initiation experiments and modeling of composition B and C-4 // The 13-th Intern. Deton. Symp. Norfolk (USA), 2006. P. 632–642. 18. Инициирование детонации в тонких слоях ВВ, размещенных между металлическими пластинами, при воздействии компактных ударников / Кобылкин И.Ф., Вышинский П.Н., Дорохов Н.С. // Экстремальные состояния вещества. Детонация. Ударные волны: Труды междунар. конф. «XI Харитоновские тематические научные чтения». Саров, 2009. С. 100‒105. 19. Мержиевский Л.А., Урушкин В. Особенности взаимодействия высокоскоростных частиц при ударе под углом // Физика горения и взрыва. 1980. № 5. С. 81–87. Глава 7 Взрывное разминирование взрывных устройств без возбуждения детонации в их снаряжении 7.1. Общая характеристика проблемы разминирования. Классификация методов обезвреживания единичных взрывных устройств В проблеме разминирования принято выделять две основные задачи: 1) преодоление минно-взрывных заграждений, расположенных на определенном участке местности; 2) разминирование (обезвреживание) единичных мин и различных взрывных устройств [1]. Первая задача актуальна при ведении боевых действий и связана с необходимостью преодоления минно-взрывных заграждений, когда в кратчайшие сроки при условии возможного активного противодействия противника требуется обеспечить в минных полях проходы для войск. Вторая задача разминирования – обезвреживание единичных взрывных устройств – в наибольшей степени актуальна при гуманитарном разминировании местности, а также при обезвреживании взрывных устройств, установленных в террористических целях. Постоянно возникающие в мире военные конфликты, как правило, сопровождаются широким применением противоборствующими сторонами различных средств минирования: мин серийного производства, переделанных авиабомб, артиллерийских снарядов и мин, самодельных взрывных устройств. Во многих странах, где боевые действия уже прекращены, ведутся работы по расчистке местности от мин. Для технического обеспечения разминирования необходима разработка широкого спектра надежных способов обнаружения и уничтожения мин, максимально безопасных для саперов и не наносящих существенного вреда дорогам, зданиям, сооружениям и окружающей среде [2]. При этом речь идет о разминировании не только мин, но и неразорвавшихся снарядов, авиабомб, боевых частей ракет различного назначения, для которых в настоящей книге используется обобщенное понятие – взрывные устройства. В общем случае взрывные устройства представляет собой оболочечную конструкцию, наполненную ВВ и снабженную взрывателем. По происхождению взрывные устройства подразделяются на боевые устройства военного назначения промышленного изготовления (снаряды, мины, авиабомбы, боевые части ракет, гранаты и др.) и самодельные, изготовленные кустарным способом. Как показывает опыт, методы разминирования единичного взрывного устройства (мины) можно разделить на следующие группы. 282 без возбуждения детонации в их снаряжении Рис. 7.34. Процесс горения и расширения заряда ВВ без проникновения горения в трещины (слева) и с проникновением (справа) и с горением диспергированного ВВ: а – пространственно-временная диаграмма процесса расширения горящего канала (r) и оболочки (R); б – временнáя зависимость давления; в – скорости расширения канала (v) и оболочки (vоб). Исходные данные: eн = 5·10‒5 м; d0 = 3,5·10‒3 м; dк = 10‒2 м; R = 2,5·10‒2 м; pн = 3·107 Па; Rfr = 4,2·10‒2 м реакции характеризуется большим числом фрагментов (~5…10 штук), на которых видны следы от ударного торможения. Несмотря на то что разработанная модель далека от совершенства, качественное согласие между расчетными и экспериментальными данными позволяет сделать вывод о том, что она правильно описывает основные физические процессы исследуемого явления. Выводы 1. Проанализированы методы разминирования взрывных устройств путем их механического разрушения при воздействии специальными ударниками и высокоскоростными струями жидкости, а также взрывные методы разминирования. Предложена и обоснована концепция взрывного бездетонационного 325 Глава 7. Взрывное разминирование взрывных устройств разминирования взрывных устройств путем возбуждения в их снаряжении НПВП. 2. Выполнено экспериментальное исследование возбуждения НПВП в литых зарядах ТНТ и ТГ 40/60 при различных типах взрывного и ударного воздействий. Для исследования использовались макеты мин, представляющие собой стальные оболочки диаметром и высотой 50 мм с толщиной стенки 3,0 мм, закрытые с торцов двухмиллиметровыми стальными крышками. Возбуждение НПВП осуществлялось при контактном и неконтактном взрывах специальных нагружающих зарядов ВВ, высокоскоростном ударе стального диска диаметром 30 мм и воздействии металлических КС малогабаритных кумулятивных зарядов. В результате проведенных исследований установлены характерные режимы ответной реакции зарядов ВВ, дана их классификация, определены критические условия возбуждения НПВП. 3. Предложено и обосновано использование малогабаритных кумулятивных зарядов в качестве зарядов разминирования для взрывного уничтожения мин и других взрывных устройств за счет возбуждения в их снаряжении низкопорядковых взрывных процессов. Основными преимуществами кумулятивных зарядов разминирования являются: 1) возможность возбуждения в снаряжении взрывного устройства НПВП с быстрым разложением относительного малого количества ВВ вдоль траектории проникания КС, обеспечивающего разрушение взрывного устройства; 2) возможность возбуждения НПВП в снаряжении взрывного устройства, находящегося в грунте или в другой плотной среде. Проведены лабораторные испытания взрывной технологии разминирования при воздействии малогабаритных кумулятивных зарядов на открытые макеты мин и макеты, установленные в грунт. Для нескольких кумулятивных устройств разминирования определен диапазон компоновочных параметров, обеспечивающих различные ответные реакции макетов мин на воздействие КС. Полученные результаты показывают, что при воздействии кумулятивных зарядов КЗ-36С и КЗ-40С на макеты, снаряженные ТГ 40/60, ответная реакция третьего типа с разрушением оболочки макета реализуется при толщине экранирующего слоя песка или песчано-гравийной смеси до 200 мм. При воздействии на макеты, снаряженные ТНТ, тот же эффект достигается при толщине слоя песка до 100 мм. Необходимо отметить, что ответная реакция с разворотом цилиндрической оболочки макета в полосу или разрушением ее на несколько частей оказывается недостаточно устойчивой к изменению компоновочных параметров S, h, H кумулятивного взрывного устройства. Небольшое изменение этих параметров приводит либо ко второму типу ответной реакции, либо к четвертому. Значительно устойчивее реализуется ответная реакция по второму типу, при котором происходит деформация оболочки, разрушение и выброс заряда ВВ. При разминировании взрывных устройств с высокопрочными и прочными корпусами второго типа ответной реакции вполне достаточно для их полного разрушения. 4. С использованием нестационарной модели внутрикамерных процессов РДТТ выполнен анализ процесса горения заряда ВВ, заключенного в деформируемую оболочку, после его пробития КС с учетом истечения продуктов реакции и возможности быстрого сгорания диспергированного ВВ. Выявлено, что 326 без возбуждения детонации в их снаряжении взрывное развитие процесса контролируется отношением S площади горящей поверхности к площади отверстий, через которые происходит истечение продуктов горения: при S > 200 горение развивается без падения давления, а при меньших S росту давления предшествуют падение давления и индукционный период. Из сравнения результатов расчетов и экспериментальных данных сделан вывод о том, что для увеличения скорости расширения оболочки до нескольких десятков метров в секунду за несколько сотен микросекунд скорость газоприхода (горения) должна быть увеличена примерно в 100 раз по сравнению со скоростью нормального послойного горения. Такое увеличение скорости возможно при проникновении горения в разрушенное ВВ. ЛИТЕРАТУРА 1. Саламахин Т.М. Применение и эффективность зарядов, мин и минных полей; В 2 ч. М.: ВИА, 1991. Ч. 2: Заряды разминирования, минные поля, заграждения на позиции и узлы заграждений. 160 с. 2. Жуков С. Опыт разминирования местности в условиях локальных военных конфликтов // Зарубежное военное обозрение. 1998. № 6. C. 48–52. 3. Сапожников А.И., Чернов А.И., Цыпкин В.И. Специальный выстрел к многоцелевому разрушителю взрывных устройств «Деформатор» // Способы и средства защиты от взрыва: Тезисы докл. междунар. научно-практического семинара. С.-Петербург, 2002. С. 31. 4. Семко А.Н. Внутренняя баллистика импульсного водомета с пороховым приводом // Журнал прикладной механики и технической физики. 2000. № 3. С. 121–126. 5. Кобылкин И.Ф., Носенко Н.И. Разработка взрывных способов уничтожения мин без возбуждения детонации в их снаряжении // Оборонная техника. 2000. № 1–2. С. 29–35. 6. Patel D.L., Dilon J., Wright N. In-Situ Landmine Neutralization Using Chemicals to Initiating Low Order Burning of Main Charge. Proc / The 28-th Intern. Pyrotechnics Symp.: Proceeding. Westminster (CO, USA), 2002. P. 463–475. 7. Физика взрыва: В 2 т. / под ред. Л.П. Орленко. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. Т. 1. 824 с., Т. 2. 656 с. 8. Hubbard P. J., Tomlinson R. Explosiveness and Shock-Induced Deflagration Studies of Large Confined Explosive Charges // The 9-th Intern. Deton. Symp. Portland (Oregon, USA), 1989. P. 580592. 9. Held M. Initiation Phenomena with Shaped Charge Jets // The 9-th Intern. Deton. Symp. Portland (Oregon, USA), 1989. P. 717–726. 10. Хельд М. Явления инициирования кумулятивной струей // Химическая физика.1993. № 5. С. 700–704. 11. Кобылкин И.Ф., Носенко Н.И., Родионов И.А. Воздействие кумулятивных струй на заряды взрывчатого вещества в прочных оболочках // Оборонная техника. 2004. № 1–2. С. 28–36. 12. Взрывное разминирование противотанковых и противопехотных мин без возбуждения детонации в их снаряжении с помощью кумулятивных зарядов / И.Ф. Кобылкин [и др.] // XIII Всерос. симпозиум по горению и взрыву: Материалы симпозиума. Черноголовка, 2005. С. 154–155. 327 Глава 7. Взрывное разминирование взрывных устройств 13. Взрывное уничтожение взрывных устройств без возбуждения детонации в их снаряжении с помощью кумулятивных зарядов / И.Ф. Кобылкин [и др.] // Оборонная техника. 2007. № 3–4. С. 53–60. 14. Кобылкин И.Ф., Носенко Н.И., Родионов И.А. Исследование взрывных процессов в зарядах ВВ в прочных оболочках, возникающих при воздействии кумулятивных струй // XIII Всерос. симпозиум по горению и взрыву: Материалы симпозиума. Черноголовка, 2005. С. 155–156. 15. Селиванов В.В., Кобылкин И.Ф., Новиков С.А. Взрывные технологии: учебник для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 648 с. 16. Андреев С.Г., Белов Г.В., Палий Н.В. Простая модель недетонационноподобного разложения заряда ВВ в оболочке при проникающем ударе // V Харитоновские тематические научные чтения: Труды междунар. конф. Саров, 2003. С. 128–131. 17. Переход горения конденсированных систем во взрыв / А.Ф. Беляев [и др.]. М.: Наука, 1973. 292 с. 18. Райзберг Б.А., Ерохин Б.Т., Самсонов К.П. Основы теории рабочих процессов в ракетных системах на твердом топливе. М.: Машиностроение, 1972. 383 с. 19. Ерохин Б.Т. Теория внутрикамерных процессов и проектирование РДТТ. М.: Машиностроение, 1991. 560 с. Глава 8 Разработка и испытание кумулятивного устройства разминирования 8.1. Анализ компоновки кумулятивного заряда-ликвидатора, предназначенного для уничтожения взрывных устройств Для практического применения взрывной технологии разминирования с использованием кумулятивных зарядов необходимо объединить в одном устройстве кумулятивный заряд, установочную трубку и отсекающую преграду. Будем называть это устройство кумулятивным устройством разминирования. Принципиальная схема общей компоновки кумулятивного устройства разминирования и его расположение относительно уничтожаемого взрывного устройства приведены на рис. 8.1. Рис. 8.1. Компоновочная схема кумулятивного устройства разминирования: 1 – кумулятивный заряд; 2 – установочная трубка; 3 – отсекающая преграда; 4 – слой грунта; 5 – оболочка взрывного устройства; 6 – заряд ВВ взрывного устройства Уничтожение взрывного устройства происходит в результате возбуждения взрывного превращения в заряде ВВ при проникании в него КС. Возможность возбуждения в уничтожаемых зарядах ВВ необходимого режима взрывного превращения (от детонации до НПВП) обеспечивается замечательной особенностью градиентных КС, заключающейся в том, что инициирующая способность различных участков (элементов) КС изменяется в широких пределах от чрезвычайно высокой у головных высокоскоростных элементов КС до относительно невысокой у низкоскоростных хвостовых 329 Глава 8. Разработка и испытание кумулятивного Рис. 8.23. Разрушение 50-мм артиллерийской осколочной мины Рис. 8.24. Взрыватель 76-мм осколочно-фугасного снаряда с разрушенной кумулятивной струей шашкой детонатора Выводы 1. С использованием предположения о линейности распределения скорости вдоль КС получены аналитические зависимости для расчета скорости элемента КС, воздействующего на заряд ВВ уничтожаемого взрывного устройства. Эти зависимости обобщенно учитывают характеристики кумулятивного заряда, параметры компоновки кумулятивного устройства и состава экранирующей среды. 2. Разработана и реализована в виде прикладных программ Engineer Mine Danger инженерная методика выбора основных компоновочных и конструктивных характеристик кумулятивных устройств для бездетонационного разминирования оболочечных взрывных устройств. 354 устройства разминирования 3. Проведены полигонные испытания взрывной технологии разминирования противотанковых ТМ-62М, ТМ-62П3, ПТМ-3 и противопехотных ОЗМ-72 мин с использованием кумулятивных зарядов КЗ-33, КЗ-36 и КЗ-40. Определены основные типы ответных реакций мин (от практически инертного поведения до детонации зарядов ВВ мин) и соответствующие им компоновочные параметры S, h, H для использованных кумулятивных зарядов. При проведении полигонных испытаний установлена возможность возбуждения горения зарядов ВВ мин ТМ-62М (состав МС) при воздействии КС малогабаритных кумулятивных зарядов. 4. На основании полученных результатов было спроектировано и испытано устройство бездетонационного разрушения мин. Результаты испытаний показали, что разработанное устройство можно с успехом применять для обезвреживания широкого спектра взрывных устройств (инженерные противотанковые и противопехотные мины, артиллерийские мины и снаряды), не вызывая детонации в их снаряжении. ЛИТЕРАТУРА 1. Селиванов В.В., Кобылкин И.Ф., Новиков С.А. Взрывные технологии: учебник для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 648 с. 2. Walters W.P., Zucas J.A. Fundamental of Shaped Charge. New Jersey: Jon Wiley & Sons Inc., 1989. 398 p. 3. Маринин В.М., Бабкин А.В., Колпаков В.И. Методика расчета параметров функционирования кумулятивного заряда // Оборонная техника. 1995. № 4. С. 34–39. 4. Физика взрыва: в 2 т. / под ред. Л.П. Орленко. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. Т. 2. 649 с. 5. Растопшин М.М. Инженерные боеприпасы // Техника и вооружение. 1998. № 8. С. 21–23. 6. Оружие и технологии России. Энциклопедия. XXI век. Боеприпасы и средства поражения. М.: Издательский дом «Оружие и технологии», 2006. Т. 12. 847 c. 7. Взрывное разминирование противотанковых и противопехотных мин без возбуждения детонации в их снаряжении с помощью кумулятивных зарядов / И.Ф. Кобылкин [и др.]: Материалы XIII Всерос. симпозиума по горению и взрыву. Черноголовка, 2005. С. 154–155. 8. Кобылкин И.Ф., Родионов И.А., Гиль В.Н. Полигонные испытания кумулятивного заряда разминирования // Боеприпасы и высокоэнергетические конденсированные системы. 2008. № 4. С. 32–36. Учебное издание Кобылкин Иван Федорович Селиванов Виктор Валентинович ВОЗБУЖДЕНИЕ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВЗРЫВНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В ЗАРЯДАХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ Редактор М.К. Петросян Технический редактор Э.А. Кулакова Художник А.К. Ездовой Корректор О.Ю. Соколова Компьютерная графика Т.Ю. Кутузовой Компьютерная верстка И.Д. Звягинцевой В оформлении использованы шрифты Студии Артемия Лебедева Оригинал-макет подготовлен в Издательстве МГТУ им. Н.Э. Баумана. Подписано в печать 04.12.2014. Формат 70×100 1/16. Усл. печ. л. 29,25. Тираж 500 экз. Заказ № Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана. 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1. [email protected] www.baumanpress.ru Отпечатано в типографии МГТУ им. Н.Э. Баумана. 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1. [email protected] В Издательстве МГТУ им. Н.Э. Баумана вышло в свет 2-е издание учебника В.В. Селиванова, И.Ф. Кобылкина, С.А. Новикова «Взрывные технологии» Год издания: 2014 Тип издания: Учебник Объем: 520 стр. / 42 п.л. Формат: 70x100/16 ISBN: 978-5-7038-3992-8 Описаны практически все известные взрывные технологии, имеющие промышленное значение: упрочнение, сварка, штамповка, прессование с помощью энергии взрыва и динамический синтез сверхтвердых материалов, а также рассмотрены технологии разделения на фрагменты стальных конструкций с помощью как удлиненных кумулятивных зарядов, так и ударных волн. Изложены основные представления об экологически безопасных взрывных методах разборки и уничтожения боеприпасов. Рассмотрены способы защиты от действия взрыва, а также приведены простые инженерные методики расчета конструктивных характеристик взрывных устройств, реализующих соответствующие взрывные технологии, и расчета взрывных камер на прочность. В последней части учебника рассказывается о применении мирных ядерных взрывов с целью решения научных и промышленных задач. Учебник написан на основе материалов лекций по учебным дисциплинам, объединенным под общим названием «Взрывные технологии», которые авторы в течение многих лет читают студентам МГТУ им. Н.Э. Баумана и Саровского государственного физико-технического института. Для студентов технических университетов и машиностроительных вузов. Может быть полезен аспирантам втузов и инженерно-техническим работникам, занимающимся разработкой и применением взрывных технологий. Информацию о других новых книгах можно получить на сайте Издательства МГТУ им. Н.Э. Баумана www.baumanpress.ru По вопросам приобретения обращаться в отдел реализации Издательства: телефон: 8 499 263-60-45; факс: 8 499 261-45-97 e-mail: [email protected] Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана Факультет «Специальное машиностроение» Кафедра СМ-4 «ВЫСОКОТОЧНЫЕ ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ» Кафедра СМ-4 основана в 1938 г., является головной в Российской Федерации по боеприпасной специальности и координирует работу 10 родственных кафедр восьми вузов. Со времени основания кафедрой выпущено более 3500 молодых специалистов, составляющих ныне ядро инженерных кадров отрасли. В числе выпускников 4 Героя Социалистического Труда, 1 действительный член и 3 членакорреспондента РАН, более 20 действительных членов и членов-корреспондентов РАРАН, более 30 действительных членов и членов-корреспондентов РАЕН, 15 лауреатов Ленинской премии СССР, более 60 лауреатов Государственной премии СССР и РФ, более 30 лауреатов премии Совета Министров СССР и Правительства Российской Федерации, 23 лауреата премии Ленинского комсомола СССР, 7 заслуженных деятелей науки и техники РСФСР и науки Российской Федерации, более 300 человек награждены государственными орденами и медалями. Среди выпускников кафедры более 50 докторов и 220 кандидатов наук (из них непосредственно на кафедре подготовлено 11 докторов и более 150 кандидатов технических наук). Сотрудниками кафедры написано 8 учебников, 25 монографий, 40 крупных учебных пособий (книг), опубликовано более 1300 научных статей, получено более 200 авторских свидетельств на изобретение и 150 патентов. Коллектив кафедры ведет подготовку дипломированных специалистов в области проектирования боеприпасов различного назначения и разработки взрывных технологий для мирного применения с использованием современных информационных технологий и автоматизированных методов проектирования, а также новейших результатов научных исследований в данных областях и последних достижений техники. При этом уровень качества предоставляемой подготовки даст возможность выпускникам кафедры успешно работать в различных смежных областях полученной специальности. Кафедра имеет высокий авторитет как в России, так и за рубежом. Сотрудники и выпускники кафедры участвуют в международных научных форумах и совместных проектах (в США, Китае, Великобритании, Австрии, Германии, Нидерландах, Чехии, Италии и др.), а также в создании разнообразных изделий по всей цепочке научно-технологического поиска: новая физическая идея − экспериментальные исследования – компьютерное моделирование и расчет – проектирование – изготовление – натурные испытания. Выпускники кафедры работают в аппарате Президента РФ, в Правительстве РФ и Москвы, в подразделениях передовых научно-производственных предприятий и научно-исследовательских институтов, в Федеральных научных центрах и институтах РАН, а также в различных силовых и экспертных структурах государства. Основные специализации кафедры: Высокоточные средства поражения и боеприпасы Артиллерийские снаряды и мины Боевые части ракет и авиабомбы Высокие технологии на основе взрыва и удара Компьютерное проектирование средств поражения и боеприпасов Экспертиза взрывных устройств и криминалистическая взрывотехника Основные научные направления кафедры: Химическая физика взрывчатых веществ, детонация и взрывное метание Физика взрыва и высокоскоростного удара Динамическое деформирование и разрушение твёрдого тела Теория оптимального проектирования и эффективности и эффективности действия боеприпасов Разработка промышленных взрывных технологий, в том числе нанотехнологий, оружия нелетального действия и технических средств противодействия Наш адрес: 105005, Москва, Госпитальный переулок, дом 10, 2 этаж Телефон: +7(499)-263-68-65 E-mail: [email protected] В Издательстве МГТУ им. Н. Э. Баумана вышел в свет учебник И. Ф. Кобылкина, В. В. Селиванова «Материалы и структуры легкой бронезащиты» Рассмотрен комплекс вопросов, связанных с баллистической стойкостью материалов и защитных структур, предназначенных для индивидуальной и локальной бронезащиты от воздействия высокоскоростных пуль и осколков. Приведены физические и математические модели процессов высокоскоростного взаимодействия пуль и осколков с различными типами бронепреград. Изложены современные представления о механизмах заброневого действия баллистического удара пуль. Для студентов и аспирантов технических университетов и машиностроительных вузов. Может быть полезна научным работникам, инженерам и военным специалистам, которые занимаются разработкой средств индивидуальной и локальной бронезащиты. Год издания: 2014 Тип издания: Учебник Объем: 192 стр. / 15.6 п.л. Формат: 70x100/16 ISBN: 978-5-7038-4001-6 Информацию о других новых книгах можно получить на сайте Издательства МГТУ им. Н. Э. Баумана www.baumanpress.ru По вопросам приобретения обращаться в отдел реализации Издательства: телефон: 8 499 263-60-45; факс: 8 499 261-45-97 [email protected]
