Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №89 (январь) 2021
Разделы: Физика, Техника
Размещена 26.01.2021. Последняя правка: 26.01.2021.
Просмотров - 325

ВОЗДЕЙСТВИЕ ВЗРЫВА СЛОЯ СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ВЗРЫВЧАТОГО СОСТАВА НА ЗАРЯД ВТОРИЧНОГО ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА

Голубев Владимир Константинович

Кандидат физико-математических наук, доцент

Нижний Новгород; Университет Людвига-Максимилиана, Мюнхен

Независимый эксперт; приглашенный ученый

Аннотация:
Приведены результаты расчетного изучения взрывного воздействия слоя светочувствительного взрывчатого состава ВС-2 на основе перхлората (5-гидразо-1H-тетразол)ртути(II) на заряд вторичного взрывчатого вещества (ВВ), состава ГТК-70 на основе гексогена. Рассматривали объемный взрыв (мгновенную детонацию) слоя состава ВС-2 в непосредственном контакте с зарядом взрывчатого состава ГТК-70 либо через прослойки из меди и алюминия разной толщины. В результате выполненных расчетов было определено влияние толщины слоя состава ВС-2, а также наличия и толщины металлических прокладок на характер взрывного нагружения заряда-акцептора. Проведено сопоставление полученных таким образом результатов с результатами по инициированию взрыва в образцах состава ГТК-70 при их ударе стальными пластинами. Результаты этого сопоставления подтвердили возможность использовать взрывчатый состав ВС-2 для создания взрывных генераторов для одновременного инициирования большой поверхности крупных зарядов вторичного ВВ.


Abstract:
The results of a computational study of an explosive impact of a layer of the EF-2 light-sensitive explosive formulation based on (5-hydrazine-1H-tetrazole)mercury(II) perchlorate on a charge of the HTC-70 formulation based on hexogen, are presented. A volume explosion of a layer of the light-sensitive composition in direct contact with a charge of the HTC-70 formulation or through interlayers of copper and aluminum was considered. As a result, the influence of the thickness of a layer of the EF-2 formulation, as well as the presence and thickness of metal interlayers, on the character of explosive loading of the acceptor charge was determined. These results were compared with the results on the initiation of explosion in the samples of the HTC-70 formulation upon impact of steel plates. The results of this comparison confirmed the possibility of using the EF-2 explosive formulation to create explosive generators for the simultaneous initiation of large charges of secondary explosives.


Ключевые слова:
взрывчатое вещество (ВВ); светочувствительный взрывчатый состав ВС-2; взрывчатый состав ГТК-70; прослойка из меди; прослойка из алюминия; воздействие взрыва; расчетное изучение

Keywords:
explosive; light-sensitive EF-2 explosive formulation; HTC-70 explosive formulation ; copper interlayer; aluminum interlayer; explosive impact; computational study


УДК 620.261

Введение и состояние вопроса

Исследования по использованию световых импульсов для инициирования первичных взрывчатых веществ (ВВ) начались в 50-х годах прошлого века [1]. Однако последовательное расширение и интенсификация этих работ начались только в 60-х годах с приходом эпохи лазерных источников оптического излучения. Интенсивность подобных исследований была обусловлена тем фактом, что метод оптического инициирования ВВ имеет целый ряд преимуществ по сравнению с классическим методом электрического инициирования. Это, в частности, связано с повышенной безопасностью систем лазерного инициирования к сторонним источникам электрических и электромагнитных сигналов, с возможностью использования менее чувствительных ВВ и пиротехнических составов в инициаторах и воспламенителях, а также с более широкими возможностями применения оптического метода в сложных технических системах. Уже к началу 2000-х годов было опубликовано большое число исследований, связанных как с изучением процессов инициировании ВВ, так и c изучением процессов зажигания различных энергетических материалов, а также с разработкой и внедрением различных технических и военных приложений этих явлений. Различным аспектам этой проблемы было посвящено большое число обзорных и обобщающих работ [2-9], которые до сих пор не потеряли своей актуальности.

Автор также принимал участие в подобного рода работах прикладного характера, в частности по разработке метода интенсивного короткоимпульсного нагружения конструкций взрывом тонкого слоя светочувствительного ВВ при его одновременном инициировании лазерным излучением [10]. Для примера на рис. 1 показаны используемые для проведения этих работ довольно высокоэнергетические лазерные установки. В одноканальной установке использовался активный элемент из неодимового стекла размерами ∅80×935 мм, а в трехканальной – три активных элемента размерами ∅60×920 мм.

 

Рис. 1. Лазерные установки на неодимовом стекле для создания моноимпульсов излучения с энергией 400 Дж (слева, одноканальная установка) и 600 Дж (справа, трехканальная установка).

Автором также проводилась работа по анализу различных вопросов оптического инициирования энергетических материалов и технического использования разработанных методов [11, 12]. В указанных работах в достаточно полном виде представлены и проанализированы материалы из большого числа литературных источников, описывающих результаты экспериментальных, теоретических и технических работ этого направления. Рассматривались следующие вопросы, имеющие научный и прикладной интерес: инициирование первичных ВВ; инициирование вторичных ВВ; инициирование ВВ на основе координационных соединений; инициирование пиротехнических составов; зажигание пиротехнических составов, бездымных порохов, твердых ракетных топлив и вторичных ВВ; поверхностное инициирование распределенных зарядов ВВ; разработка оптических лазерных детонаторов; испытание элементов и создание систем оптического инициирования. В частности, рассматривался и анализировался разработанный и внедренный в Сандийской лаборатории метод испытания головных частей путем подрыва распределенного по поверхности слоя светочувствительного ВВ ацетилинида-нитрата серебра [13]. На рис. 2 показаны примеры использования этого метода для нагружения боковой и донной поверхностей головных частей с целью моделирование импульсного воздействия на них рентгеновского излучения ядерного взрыва.

 

Рис. 2. Нагружение взрывом слоя светочувствительного ВВ головных частей на установке LIHE в Сандийской лаборатории.

Авторами работ [3, 7, 14] разработан и предложен для использования в системах оптического инициирования светочувствительный взрывчатый состав ВС-2 на основе комплексного пероксида ртути, обладающий рекордно высокой чувствительностью к воздействию импульсного оптического излучения при достаточно приемлемой стойкости к механическим воздействиям. Состав ВС-2 представляет собой мелкодисперсный порошок перхлорат (5-гидразо-1Н-тетразол)ртути(II), стабилизированный путем помещения в матрицу из прозрачного полимера полиметилвинилтетразола. Массовая доля такого связующего составляла 10%. Известные свойства рассматриваемого перхлората, взятые из работ [7, 14], приведены в табл. 1, а структурные формулы наполнителя и связующего показаны на рис. 1.

Таблица 1. Свойства перхлората (5-гидразо-1H-тетразол )ртути(II).

 

 

Рис. 3. Структурные формулы ингредиентов взрывчатого состава ВС-2: слева - перхлорат (5-гидразо-1H-тетразол )ртути(II), справа - полиметилвинилтетразол.

Состав ВС-2 имеет экстремально высокую восприимчивость к лазерному моноимпульсу. Экспериментально зафиксированный минимальный порог инициирования состава ВС-2 составляет 2.3 мДж/см2 (λ= 1.06 мкм, τ = 30 нс, d = 4 мм), где принятые обозначения относятся к длине волны излучения, длительности моноимпульса и диаметру облучаемого пятна. Для определения удельного импульса продуктов взрыва пленочных зарядов ВС-2 (Js) использовался метод баллистического маятника. На стальном диске маятника закрепляли пленочные заряды ВС-2 диаметром 1 см, нанесенные на алюминиевую фольгу размером 20×20 мм и толщиной 0.1 мм. В процессе экспериментов изменяли толщину зарядов ВС-2, которую оценивали по величине поверхностной плотности состава (ms, мг/см2). Диапазон исследованных толщин зарядов ВС-2 составлял 25-310 мг/см2. Импульсный твердотельный лазер ГОС-30, используемый в режиме моноимпульса (τ = 30 нс), служил в качестве источника инициирования. Лазерный пучок перед мишенью расширялся таким образом, чтобы плотность энергии в центре пучка не превышала более чем на 20% плотность энергии на периферии заряда. Кроме того, средняя плотность энергии излучения на образце в 2 раза превышала критическое значение порога инициирования. В этом случае реализовывался плоский подрыв образцов ВС-2. На рис. 2 приведена зависимость Js(ms) для ВС-2. Естественно, что эта зависимость будет характеризовать верхнюю границу реального удельного импульса, поскольку свой вклад в полный импульс вносит и нагружение маятника продуктами взрыва, разлетающимися в боковых направлениях.

 

Рис. 4. Зависимость удельного импульса продуктов взрыва от поверхностной плотности заряда ВС-2.

Перхлорат (5-гидразо-1H-тетразол)ртути(II) изучался с использованием квантово-химических методов расчета в числе нескольких светочувствительных ВВ в работах [15, 16]. Определялись оптимальные с энергетической точки зрения молекулярные структуры, определялись геометрические характеристики молекул, такие как взаимное расположение различных групп, длины связей, величины углов между связями. Рассчитывались энергетические характеристики, определяющие различные возможные аспекты их разложения, в частности, энергии атомизации, энергии диссоциации перхлорат-анионов, энергии разрыва связей. Определялись инфракрасные и рамановские спектры собственных колебаний молекул и сопоставлялись с подобными экспериментальными данными. Используемый в квантово-химических расчетах молекулярный комплекс перхлората ( 5-гидразо-1H-тетразол)ртути(II) показан на рис. 5.

 

Рис. 5. Молекулярный комплекс перхлората ( 5-гидразо-1H-тетразол )ртути(II), используемый в квантово-химических расчетах.

В работе [17] выполнены расчеты воздействия на различные преграды двух наиболее чувствительных к оптическому облучению взрывчатых состав на основе перхлората (5-гидразин-1Н-тетразола)ртути (II) (ВС-2) и на основе гексаметилентрипероксиддиамина (ВС-3). Связующим в составах является прозрачный полимер полиметилвинилтетразол. Пороги инициирования этих составов моноимпульсным излучением лазера на неодимовом стекле характеризуются значениями 5 и 10 мДж/см2. В работе рассматривались несколько взаимосвязанных задач по воздействию взрыва на преграды, методы рассмотрения и решения которых достаточно полно описаны в работе [18]. Для рассмотрения поведения продуктов взрыва указанных составов использовали кубическое уравнение состояния, начальные плотности составов определяли исходя из заполнения связующим материалов, имеющих исходно гравиметрическую плотность. Оцениваемые таким образом плотность и скорость детонации образцов состава ВС-2 имели значения 2.11 г/см3 и 3.93 км/с, а состава ВС-3 - 0.73 г/см3 и 3.68 км/с. Для материалов преград из различных материалов использовали уравнение состояния в форме Ми-Грюнайзена с кривой холодного сжатия в форме Тэйта. Исходные данные для этих уравнений брали в основном из работы [18], а параметры уравнения состояния в области относительно низких давлений ударно-волнового сжатия определяли с использованием подхода [19, 20]. Численные расчеты воздействия объемного взрыва рассмотренных составов на преграды проводили с использованием программы одномерных упруго-пластических расчетов УП-ОК [21]. Примеры воздействия мгновенной детонации слоя состава ВК-2 на различные преграды из работы [17] показаны на рис. 6, 7. Это, во-первых, часть многочисленных расчетов по нагружению преград из различных инертных материалов и, во-вторых, практически единичные расчеты по нагружению преград из взрывчатых составов ГТК-70 и ТП-83 на основе вторичных ВВ гексогена и тэна.

 

Рис. 6. Диаграммы давления на границе раздела продуктов взрыва и преград (слева) и характер передачи механического импульса (справа) преградам из полистирола, текстолита, магния, алюминия, меди и несжимаемой преграде (снизу вверх) при их нагружении взрывом слоя ВС-2 толщиной 1 мм.

 

Рис.7. Диаграммы давления на координатах 0, 1, 2 и 3 мм в преградах из составов ГТК-70 (слева) и ТП-83 (справа) при их нагружении взрывом слоя ВС-2 толщиной 1 мм.

В работах [22, 23] приведены результаты по инициированию взрыва в образцах взрывчатых составов ГТК-70, ОТК -90, ОФ-8 и ТП-83 на основе гексогена, октогена и тэна при нагружении ударом металлических пластин различной толщины. В частности, на рис. 8 показаны расчетные диаграммы давления для выполненных опытов по нагружению образцов из взрывчатого состава ГТК-70 стальными пластинами толщиной 1.0, 1.6 и 3.0 мм со скоростями 326, 263 и 222 м/с. Эти условия нагружения являлись практически предельными, и при увеличении скоростей удара в подобных опытах уже реализовывались условия возбуждения в образцах взрывчатого превращения.

 

Рис. 8. Диаграммы давления на поверхности удара образцов из взрывчатого состава ГТК-70 стальными пластинами толщиной 1.0, 1.6 и 3.0 мм со скоростями 326, 263 и 222 м/с.

В данной работе поставлена задача более детально рассмотреть возможности нагружения взрывом слоя светочувствительного состава ВС-2 заряда вторичного ВВ из состава ГТК-70 с целью его инициирования по поверхности довольно значительного размера. В случае если эта поверхность является плоской, такой слой светочувствительного состава, инициируемый лазерным излучением, является плоско-волновым генератором практически любого необходимого размера. В случае необходимости возможно инициирование заряда вторичного ВВ и по поверхности более сложной геометрической формы. В данном случае представилось целесообразным рассмотреть состав ВС-2 максимально возможной плотности, для достижения которой необходимо его уплотнение путем прессования. Также представилось важным достаточно подробным образом рассмотреть вопросы толщины слоя ВС-2 в практически разумных пределах и вопросы использования между слоем светочувствительного состава и зарядом вторичного ВВ прослоек из двух металлов, меди и алюминия, различной толщины.

Результаты и обсуждение

Проведены одномерные расчеты воздействия объемного взрыва слоя светочувствительного состава ВС-2 на заряд вторичного ВВ ГТК-70 при непосредственном контакте и через прослойки двух типов. Использовались три схемы нагружения заряда ГТК-70. Первая - непосредственный подрыв на поверхности заряда ГТК-70 зарядов ВС-2 толщиной 1 и 2 мм. Вторая - подрыв тех же зарядов ВС-2 через слои меди толщиной 0.2, 0.6 и 1.0 мм. Третья - подрыв тех же зарядов ВС-2 через слои алюминия тех же толщин. Численные расчеты воздействия взрыва слоя состава ВС-2 на преграду из состава ГТК-70 проводились с использованием программы одномерных упруго-пластических расчетов УП-ОК [21]. Параметры уравнения состояния металлов и состава ГТК-70 в форме Грюнайзена и их динамические упругие свойства, используемые в расчетах, приведены в табл. 2, где ρ0 – плотность материалов, с0 и n– параметры кривой холодного сжатия в форме Тэйта, γ – параметр Грюнайзена, Y– динамический предел текучести и ν – коэффициент Пуассона.

Таблица 2. Параметры используемого уравнения состояния и характеристики динамической упругости

 

Эти и подобные параметры использовались для расчетов ударно-волнового нагружения и других стандартных вторичных ВВ [22, 23]. Что касается состава ГТК-70, то можно указать, что основным взрывчатым веществом в нем является гексоген (70%), в качестве пластификатора используется тринитротолуол (20%), а остальной объем занимает связующее, в качестве которого используется коллоксилин. Для продуктов взрыва состава ВС-2 использовалось уравнение состояния в виде кубической политропы. Предельно достижимая плотность состава ВС-2 2.95 г/см3 определялась, исходя из плотности кристаллов перхлората, равной 3.45 г/см3, и плотности используемого полимера, равной 1.28 г/см3, а для скорости детонации состава бралось предельное для такой плотности значение 6.0 км/с.

Результаты расчетов по непосредственному нагружению заряда ГТК-70 взрывом слоев ВС-2 толщиной 1 и 2 мм приведены на рис. 9, 10. Здесь и далее на диаграммах давления координаты отсчитываются от левой границы заряда ГТК-70, а на профилях давления - от левой свободной границы слоя ВС-2. Давление во входящих в образцы из состава ГТК-70 импульсах для обоих случаев составляет около 5.2 ГПа, а длительность на начальном этапе нагружения естественным образом различается в два раза для двух используемых толщин слоя состава ВС-2. Естественно также и наблюдаемое явление более быстрого затухания более короткого ударно-волнового импульса в процессе прохождения по толщине образца. Как можно наблюдать на рис. 7, в случае использования для взрывного нагружения образца из состава ГТК-70 существенно менее плотного состава ВК-2 давление во входящем в нагружаемый образец импульсе составляет только около 2 ГПа.

Рис. 9. Непосредственное нагружение заряда ГТК-70 взрывом слоя ВС-2 толщиной 1 мм: слева - диаграммы давления на координатах 0, 2, 4, 6, 8, 10 и 12 мм; справа - профили давления на моменты времени 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5 и 4.0 мкс.

Рис. 10. Непосредственное нагружение заряда ГТК-70 взрывом слоя ВС-2 толщиной 2 мм: слева - диаграммы давления на координатах 0, 2, 4, 6, 8, 10 и 12 мм; справа - профили давления на моменты времени 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5 и 4.0 мкс.

Результаты расчетов по нагружению заряда ГТК-70 взрывом зарядов ВС-2 толщиной 1 мм через слои меди толщиной 0.2, 0.6 и 1.0 мм приведены на рис. 11-13. Можно наблюдать, что увеличение толщины медной прокладки приводит к снижению амплитудного давления в нагружающем импульсе и к его некоторому растяжению в процессе распространения.

  

Рис. 11. Нагружение заряда ГТК-70 взрывом слоя ВС-2 толщиной 1 мм через слой меди толщиной 0.2 мм: слева - диаграммы давления на координатах 0, 2, 4, 6, 8, 10 и 12 мм; справа - профили давления на моменты времени 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 3.0, 3.5, 4.0 и 4.5 мкс.

 

Рис. 12. Нагружение заряда ГТК-70 взрывом слоя ВС-2 толщиной 1 мм через слой меди толщиной 0.6 мм: слева - диаграммы давления на координатах 0, 2, 4, 6, 8, 10 и 12 мм; справа - профили давления на моменты времени 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5 и 5.0 мкс.

 

Рис. 13. Нагружение заряда ГТК-70 взрывом слоя ВС-2 толщиной 1 мм через слой меди толщиной 1.0 мм: слева - диаграммы давления на координатах 0, 2, 4, 6, 8, 10 и 12 мм; справа - профили давления на моменты времени 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5 и 5.0 мкс.

Результаты расчетов по нагружению заряда ГТК-70 взрывом зарядов состава ВС-2 толщиной 2 мм через слои меди толщиной 0.2, 0.6 и 1.0 мм приведены на рис. 14-16. Здесь также можно наблюдать, что увеличение толщины медной прокладки приводит к снижению амплитудного давления в нагружающем импульсе и к его более существенному растяжению. Однако при наименьшей толщине прокладки амплитудное значение давления в импульсе соответствует давлению, реализующемуся при непосредственном нагружении образца. Эффект же прокладки в этом случае проявляется только в определенном завале фронта импульса на начальной стадии нагружения.

 

Рис. 14. Нагружение заряда ГТК-70 взрывом слоя ВС-2 толщиной 2 мм через слой меди толщиной 0.2 мм: слева - диаграммы давления на координатах 0, 2, 4, 6, 8, 10 и 12 мм; справа - профили давления на моменты времени 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5 и 4.0 мкс.

 

Рис. 15. Нагружение заряда ГТК-70 взрывом слоя ВС-2 толщиной 2 мм через слой меди толщиной 0.6 мм: слева - диаграммы давления на координатах 0, 2, 4, 6, 8, 10 и 12 мм; справа - профили давления на моменты времени 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0 и 4.5 мкс.

 

Рис. 16. Нагружение заряда ГТК-70 взрывом слоя ВС-2 толщиной 2 мм через слой меди толщиной 1.0 мм: слева - диаграммы давления на координатах 0, 2, 4, 6, 8, 10 и 12 мм; справа - профили давления на моменты времени 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5 и 4.0 мкс.

На рис. 17 показаны диаграммы давления на границе раздела продукты взрыва состава ВС-2 – медная прослойка для обеих толщин заряда ВС-2 и трех рассмотренных толщин слоев меди. Эти результаты показывают, что входящий в медную прослойку импульс характеризуется максимальным давлением около 9 ГПа и формой, обусловленной толщиной слоя светочувствительного состава и толщиной используемой прослойки.

 

Рис. 17. Диаграммы давления на границе раздела продукты взрыва ВС-2 – медная прокладка для трех толщин слоев меди и толщин слоя ВС-2 1.0 мм (слева) и 2.0 мм (справа).

Результаты расчетов по нагружению заряда ГТК-70 взрывом зарядов ВС-2 толщиной 1 мм через слои алюминия толщиной 0.2, 0.6 и 1.0 мм приведены на рис. 18-20. Можно наблюдать, что увеличение толщины алюминиевой прокладки, начиная со значения 0.6 мм, приводит к снижению амплитудного давления в нагружающем импульсе и к его некоторому растяжению в процессе распространения. Однако при наименьшей толщине прокладки амплитудное значение давления в импульсе соответствует давлению, реализующемуся при непосредственном нагружении образца. Эффект же прокладки в этом случае проявляется только в незначительном завале фронта импульса на начальной стадии нагружения.

 

Рис. 18. Нагружение заряда ГТК-70 взрывом слоя ВС-2 толщиной 1 мм через слой алюминия толщиной 0.2 мм: слева - диаграммы давления на координатах 0, 2, 4, 6, 8, 10 и 12 мм; справа - профили давления на моменты времени 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5 и 4.0 мкс.

 

Рис. 19. Нагружение заряда ГТК-70 взрывом слоя ВС-2 толщиной 1 мм через слой алюминия толщиной 0.6 мм: слева - диаграммы давления на координатах 0, 2, 4, 6, 8, 10 и 12 мм; справа - профили давления на моменты времени 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0 и 4.5 мкс.

 

Рис. 20. Нагружение заряда ГТК-70 взрывом слоя ВС-2 толщиной 1 мм через слой алюминия толщиной 1.0 мм: слева - диаграммы давления на координатах 0, 2, 4, 6, 8, 10 и 12 мм; справа - профили давления на моменты времени 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0 и 4.5 мкс.

Результаты расчетов по нагружению заряда ГТК-70 взрывом зарядов состава ВС-2 толщиной 2 мм через слои алюминия толщиной 0.2, 0.6 и 1.0 мм приведены на рис. 21-23. Здесь можно наблюдать, что увеличение толщины алюминиевой прокладки приводит к изменению формы нагружающего импульса, но амплитудное значение давления в нем во всех случаях практически остается соответствующим давлению, реализующемуся при непосредственном нагружении образца. Таким образом, положительный эффект алюминиевой прокладки для обеих толщин нагружающего заряда проявляется в значительно меньшей степени, чем медной.

  

Рис. 21. Нагружение заряда ГТК-70 взрывом слоя ВС-2 толщиной 2 мм через слой алюминия толщиной 0.2 мм: слева - диаграммы давления на координатах 0, 2, 4, 6, 8, 10 и 12 мм; справа - профили давления на моменты времени 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5 и 4.0 мкс.

 

Рис. 22. Нагружение заряда ГТК-70 взрывом слоя ВС-2 толщиной 2 мм через слой алюминия толщиной 0.6 мм: слева - диаграммы давления на координатах 0, 2, 4, 6, 8, 10 и 12 мм; справа - профили давления на моменты времени 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5 и 4.0 мкс.

 

Рис. 23. Нагружение заряда ГТК-70 взрывом слоя ВС-2 толщиной 2 мм через слой алюминия толщиной 1.0 мм: слева - диаграммы давления на координатах 0, 2, 4, 6, 8, 10 и 12 мм; справа - профили давления на моменты времени 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5 и 4.0 мкс.

На рис. 24 показаны диаграммы давления на границе раздела продукты взрыва состава ВС-2 – алюминиевая прослойка для обеих толщин заряда ВС-2 и трех рассмотренных толщин слоев алюминия. Эти результаты показывают, что входящий в алюминиевую прослойку импульс характеризуется максимальным давлением около 7.2 ГПа и формой, обусловленной толщиной слоя светочувствительного состава и толщиной используемой прослойки.

 

Рис. 24. Диаграммы давления на границе раздела продукты взрыва ВС-2 – алюминиевая прокладка для трех толщин слоев алюминия и толщин слоя ВС-2 1.0 мм (слева) и 2.0 мм (справа).

Рассчитанные для конкретных экспериментов критические условия ударно-волнового нагружения образцов взрывчатого состава ГТК-70 стальными пластинами показаны на рис. 8. Превышение амплитудных значений давления при фиксированной длительности (форме) импульса либо увеличение длительности импульса при фиксированном амплитудном значении давления приводят к возбуждению в образцах взрывчатого превращения. Для надежного инициирования заряда ГТК-70 необходимо увеличение критического амплитудного значения давления (прежде всего) или длительности ударно-волнового импульса, по крайней мере, в два раза. В принципе эти условия выполняются практически во всех рассмотренных расчетных схемах. Однако на основе выполненных расчетов можно выбрать наиболее оптимальные, предпочтительные для экспериментальной проверки и последующего практического использования схемы нагружения.

Безусловно, наиболее оптимальной схемой нагружения является непосредственное нагружение заряда ГТК-70 взрывом слоя ВС-2 (рис. 9, 10). В этом случае в образце формируется наиболее аккуратный ударно-волновой нагружающий импульс, приводящий к объемному возбуждению взрыва в образце. Кроме того, дополнительным фактором является также и термическое возбуждение поверхностного слоя взрывчатого состава образца горячими продуктами взрыва светочувствительного состава. В этом плане не исключена даже возможность вполне надежного инициирования состава ГТК-70 взрывом слоя более низкоплотного состава ВС-2 (рис. 7), особенно при использовании слоя толщиной 2 мм.

Металлические прокладки между слоем светочувствительного состава ВС-2 и зарядом состава ГТК-70 не улучшают характеристик образующего в образце ударно-волнового импульса, а могут, прежде всего, решать определенную конструкционную задачу некоторой механической стабилизации тонкого слоя светочувствительного состава. На основании выполненных расчетов можно сделать вывод, что для таких целей предпочтительно использовать слой алюминия толщиной 0.2-0.6 мм либо слой меди толщиной 0.2 мм.

Можно также отметить, что при применении одноканального моноимпульсного лазера с энергией в импульсе 400 Дж [11] в принципе возможно инициирование (с двукратным запасом по энергетике) слоя светочувствительного состава ВС-2 размером до 4 м2. С дополнительным увеличением надежности по энергетике и исключением краевых зон пятна облучения этот размер следует конечно уменьшить до более реалистичного значения 2 м2.

Заключение

Проведено довольно полное расчетное исследование взрывного воздействия слоя светочувствительного взрывчатого состава ВС-2 на основе перхлората (5-гидразо-1H-тетразол)ртути(II) на заряд взрывчатого состава ГТК-70, представляющего собой вторичное ВВ на основе гексогена. Решены задачи воздействия объемного взрыва слоя состава ВС-2 двух толщин в непосредственном контакте с зарядом состава ГТК-70 либо через прослойки из меди и алюминия трех толщин. Определено влияние толщины слоя состава ВС-2, а также наличия, материала и толщины металлических прокладок на характер взрывного нагружения заряда состава ГТК-70. Показано, что наиболее оптимальной схемой нагружения является непосредственное нагружение заряда ГТК-70 взрывом слоя ВС-2, а в случае необходимости повышения механической стабилизации слоя светочувствительного состава предпочтительно использовать тонкие слои алюминия. Проведенное сопоставление полученных расчетных результатов с экспериментальными результатами по инициированию взрыва в образцах состава ГТК-70 при их ударе стальными пластинами указывает на реальную возможность использования светочувствительного взрывчатого состава ВС-2 для одновременного лазерного инициирования большой поверхности крупных зарядов вторичного ВВ.

Библиографический список:

1. Боуден Ф., Иоффе А. Быстрые реакции в твердых веществах. - М.: ИИЛ, - 1962. - 243 c.
2. Yong L., Nguyen T., Waschl J.A. Laser ignition of explosives, pyrotechnics and propellants: A review. Report DSTO-TR-0068. - Melbourne: DSTO Aeronautical and Maritime Research Laboratory, 1995. - 76 p.
3. Илюшин М.А., Целинский И.В., Чернай А.В. Светочувствительные взрывчатые вещества и составы и их инициирование лазерным моноимпульсом // Российский химический журнал. - 1997. - Т. 41, № 4. - С. 81-88.
4. Bourne N.K. On the laser ignition and initiation of explosives // Proc. Royal Soc. Lond. A. - 2001. - Vol. 457. - P. 1401-1426.
5. Захаров Ю.А. Предвзрывные явления в азидах тяжелых металлов / Э.Д. Алукер, Б.П. Адуев, Г.М. Белокуров, А.Г. Кречетов - М.: ЦЭИ «Химмаш», 2002. - 115 с.
6. Таржанов В.И. Предвзрывные явления при быстром инициировании бризантных взрывчатых веществ (Обзор) // ФГВ. - 2003. - Т. 39, № 6. - С. 3-11.
7. Илюшин М.А. Разработка компонентов высокоэнергетических композиций / М.А.Илюшин, И.В. Целинекий, А.М. Судариков, И.В. Шугалей, А.В. Чернай. - СПб.: ЛГУ им. А.С: Пушкина - СПбГТИ(ТУ), 2006. - 150 с.
8. Bowden M.D. Laser initiation of energetic materials: a historical overview / M.D. Bowden, M. Cheeseman, S.L. Knowles, R.C. Drake // Proc. SPIE. - 2007. - Vol. 6662. - P. 666208(12).
9. Kennedy J.E. Spark and laser ignition // Shock Wave Science and Technology Reference Library, Vol. 5. Non-Shock Initiation of Explosives / Ed. B.W. Asay. - Berlin: Springer-Verlag, 2010. - P. 582-605.
10. Голубев В.К., Свиридов В.А. Метод интенсивного короткоимпульсного нагружения конструкций взрывом тонкого слоя светочувствительного ВВ при его одновременном инициировании лазерным излучением // Современные методы проектирования и отработки ракетно-артиллерийского вооружения. Сборник докладов IV научной конференции Волжского регионального центра РАРАН. - Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2006. - С. 683-692.
11. Голубев В.К. Оптическое инициирование энергетических материалов в науке и технике // International Conference "Shock Waves in Condensed Matter". - Kiev: Interpress LTD, 2012. - P. 425-435.
12. Голубев В.К. Оптическое инициирование энергетических материалов // Современные методы проектирования и отработки ракетно-артиллерийского вооружения. Сборник докладов VII научной конференции Волжского регионального центра РАРАН. - Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2012. - С. 607-619.
13. Sourcebook on the Light-Initiated High-Explosives Facility. Version of 2007-01-29. - Albuquerque, New Mexico: Sandia National Laboratories, 2007. - 23 p.
14. Илюшин М.А. Влияние добавок ультрадисперсных частиц углерода на порог лазерного инициирования полимерсодержащего светочувствительного взрывчатого состава / М.А. Илюшин, И.В. Целинский, И.А. Угрюмов, А.С. Козлов, В.Ю. Долматов, И.В. Шугалей, А.Н. Головчак, А.В. Веденецкий, Д.В. Королев, В.Б. Осташев // Химическая физика. - 2005. - Т. 24, № 10. - С. 49-56.
15. Голубев В.К. Квантово-химический расчет структуры, свойств и энергетики разложения молекул некоторых светочувствительных ВВ // Тезисы докладов международной конференции "IX Харитоновские научные чтения". - Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2007. - С. 112-114.
16. Golubev V.K. Quantum-chemical calculations of properties of several light-sensitive molecular complexes // Proc. XI Int. Seminar "New Trends in Research of Energetic Materials". - Pardubice, Czech Republic, 2008. - P. 568-572.
17. Golubev V.K. Explosion action of a thin layer of light-sensitive explosive formulations on barriers // Proc. XVI Int. Seminar "New Trends in Research of Energetic Materials". Pardubice, Czech Republic, 2013. P. 625-637.
18. Андреев С.Г. Физика взрыва / С.Г. Андреев, А.В. Бабкин, Ф.А. Баум, Н.А. Имховик, И.Ф. Кобылкин, В.И. Колпаков, С.В. Ладов, В.А. Одинцов, Л.П. Орленко, В.Н. Охитин, В.В. Селиванов, В.С. Соловьев, К.П. Станюкович, В.П. Челышев, В.И. Шехтер. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. - В 2 т. Т.1 - 832 с., Т.2 - 656 с.
19. Голубев В.К. Определение диапазона применимости для уравнения состояния металлов с постоянным коэффициентом Грюнайзена // Химическая физика. - 2002. - Т. 21, № 10. - С. 30-35.
20. Golubev V.K. Parametrization and comparative analysis of several simple equations of state for a number of metals // Abstr. 7th Int. Meeting "New Models and Hydrocodes for Shock Waves Prosesses in Condensed Matter". Lisbon: ADAI, 2008. P. 159-160.
21. Гаврилов Н.Ф. Программа УП-ОК для решения задач механики сплошной среды в одномерном комплексе / Г.Г. Иванова, В.Н. Селин, В.Н. Софронов // ВАНТ. Сер. Методики и программы численного решения задач математической физики. - 1982. - Вып. 3.- С. 11-21.
22. Голубев В.К., Погорелов А.П. Влияние условий ударно-волнового нагружения на поведение взрывчатых составов на основе гексогена, октогена и тэна // Сборник материалов XXXIII научно-технической конференции "Проектирование боеприпасов". - Москва: МГТУ им. Баумана, 2006. С. 219-221.
23. Голубев В.К., Погорелов А.П. Влияние условий ударно-волнового нагружения на реакцию образцов взрывчатых составов // Современные методы проектирования и отработки ракетно-артиллерийского вооружения. Сборник докладов VII научной конференции Волжского регионального центра РАРАН. - Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2012. - С. 732-740.




Рецензии:

28.01.2021, 3:06 Мирмович Эдуард Григорьевич
Рецензия: Настоящая работа представляет собой обстоятельное и аргументированное исследование одной из тонких проблем в области изучения каталитических воздействий на характеристики взрывчатых веществ. Автор является признанный специалистом по этой проблематике. По-видимому, он доводит до нас, читателей результаты своих прошлых исследований в рамках НИОКР или других заказных проектов. В статье присутсвуют все признаки актуальности и новизны, как минимум в рамках открытой печати. И если приведенные здесь сведения рассекречены ( в том случае, если были засекречены в отчётах 12-летеней давности), то у специалистов не только взрывного дела, но и исследования цепных химических реакций ы твёрдотельных средах жолжны вызвать интерес, а численные расчёты могут служить ориентирами при производстве новых видов ВВ. Рецензент относит данную работу к несомненным успехам и автора, и самого журнала. Статья рекомендуется к публикации. Тем более, что она "изготовдена" в безупречном формате и с научной точки зрения, и стиллистически, и грамматически; литература, ссылки - всё соотвествует требованиям.

28.01.2021 10:10 Ответ на рецензию автора Голубев Владимир Константинович:
Уважаемый Эдуард Григорьевич, спасибо за интерес к работе и высокопрофессиональную оценку ее содержания. Не буду вдаваться в детали, но только отмечу, что ряд незавершенных работ, которые я решил в настоящее время как-то доделать и по возможности побыстрее опубликовать, ни в коей мере не связаны с моей деятельностью по закрытой тематике, от которой я давно отказался по обстоятельствам личного плана. Поэтому даже реальные доклады, представленные на отраслевых конференциях, на которые я иногда ссылаюсь, не являются засекреченными, а просто включены в служебные сборники, которые недоступны исследователям, не несущим службу в бюджетных научно-технических исследовательских и образовательных организациях.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх