Исследование процессов воспламенения и горения высокоэнергетических материалов, содержащих ультрадисперсный порошок алюминия

Коротких, Александр Геннадьевич

Исследование процессов воспламенения и горения высокоэнергетических материалов, содержащих ультрадисперсный порошок алюминия тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.17 ВАК РФ

Коротких, Александр Геннадьевич АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Томск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2004 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.17 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Исследование процессов воспламенения и горения высокоэнергетических материалов, содержащих ультрадисперсный порошок алюминия»

Автореферат диссертации на тему "Исследование процессов воспламенения и горения высокоэнергетических материалов, содержащих ультрадисперсный порошок алюминия"

На правах рукописи

Коротких Александр Геннадьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ И ГОРЕНИЯ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ, СОДЕРЖАЩИХ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫЙ ПОРОШОК АЛЮМИНИЯ

01.04.17 - химическая физика, в том числе физика горения и взрыва

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Томск 2004

Работа выполнена в государственном научном учреждении "Научно-исследовательский институт прикладной математики и механики при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Томский государственный университет""

Научный руководитель

доктор физико-математических наук, профессор Архипов Владимир Афанасьевич

Официальные оппоненты

доктор физико-математических наук, профессор Иванов Виктор Григорьевич

доктор технических наук, с.н.с. Ильин Александр Петрович

Ведущая организация

ФГУП ФНПЦ "Алтай" (г. Бийск)

Защита состоится "25" ноября 2004 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета ДС 212.024.01 при Томском государственном университете по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36, НИИ ПММ, ауд. 503.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Научно-исследовательского института прикладной математики и механики при Томском государственном университете.

Автореферат разослан "04" октября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, доктор физико-математических наук

А.Н. Ищенко

¿в^ЯбО

2005-4 12725

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Создание нового поколения высокоэнергетических материалов (ВЭМ) требует поиска новых альтернативных подходов, в качестве которых наиболее перспективными представляются разработка твердых ракетных топлив с принципиально новыми рецептурами окислителей и горючих, а также применение в составе ВЭМ ультрадисперсных порошков (УДП) металлов, размеры частиц которых на порядки ниже, чем у штатных порошков.

актуальной проблемой, которая позволит углубить теорию горения конденсированных систем с УДП металлов и разработать принципы их использования в составе нового поколения ВЭМ. Это может обеспечить в ближайшем будущем появление ВЭМ с принципиально новым уровнем характеристик.

Цель работы состоит в комплексном экспериментальном исследовании процессов воспламенения и горения модельных смесевых твердотопливных и гелеобразных композиций, содержащих порошок ультрадисперсного металла (алюминия, железа, никеля, меди) со среднемассовым размером частиц ~ 0.1 мкм.

Научная новизна работы. На основе проведенных комплексных экспериментальных исследований воспламенения и горения ВЭМ, содержащих УДП алюминия, были получены зависимости времени задержки воспламенения от температуры поверхности пластины (кондуктивный нагрев) ¡1Х„(Т), времени задержки воспламенения от интенсивности излучения (лучистый нагрев) (^„(0), скорости горения от давления окружающей среды и(р) времени задержки воспламенения от температуры окружающей среды 1,К„(Т). После анализа результатов, полученных как в настоящей работе, так и другими исследователями, оказалось возможным постулировать общее описание процесса горения, согласующееся с экспериментальными результатами.

Практическая значимость работы. Полученные новые экспериментальные результаты могут быть использованы в развитии теоретических основ применения нового класса ВЭМ в энергоустановках разного назначения (ракетно-космической техники, средств вооружения, пиротехники, газогенераторах, различных регулируемых ракетных двигателях на твердом и гелеобразном топливах). Замена штатного металлического порошка на ультрадисперсный в составе ВЭМ приводит к уменьшению времени задержки воспламенения и повышению скорости горения, снижению агломерации металлического горючего на поверхности горения СТТ.

Достоверность научных положений и выводов, полученных в работе, основывается на физическом обосновании проведенных экспериментов, воспроизводимостью экспериментальных данных, качественном и количественном соответствии с результатами, полученными другими авторами в пересекающихся областях исследований и использованием общепризнанных методов анализа экспериментальных данных.

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты исследований физико-химических характеристик металлических горючих.

2. Результаты исследований по воспламенению СТТ, содержащих УДП алюминия.

3.Результаты исследований по горению СТТ, содержащих УДП алюминия.

4. Результаты исследований по воспламенению гелеобразных топлив, содержащих УДП алюминия.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на V Всероссийской научно-технической конференции молодежи "Механика летательных аппаратов и современные материалы" (Томск, 1998), на Всероссийских научных конференциях "Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики" (Томск, 1999, 2000, 2001, 2002), на Всероссийских научно-технических конференциях "Аэрокосмическая техника и высокие технологии" (Пермь, ПГТУ, 2000, 2001, 2002), на III-IV Международных семинарах "Внутрикамерные процессы, горение и газовая динамика дисперсных систем" (Санкт-Петербург, 2000, 2004), на Международных конференциях "Сопряженные задачи механики, информатики и экологии" (Томск, 2000, 2002, Горноалтайск, 2004), на 8th International Workshop on Combustion and Propulsion "Rocket Propulsion: Present and Future" (Pozzuoli, Naples, Italy, 2002), на Internationa] Colloquium on Advances in Confined Detonations (Moscow, Russia, 2002), на VI Всероссийской (международной) конференции "Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем" (Томск, 2002), на научной конференции "Физика и химия высокоэнергетических систем". (Томск, 2003), на International Symposium on Combustion and Atmospheric Pollution. (Saint Petersburg, Russia, 2003), на Международной конференции "Фундаментальные и прикладные вопросы механики" (Хабаровск, 2003), на International Workshop "High Energy Materials: Demilitarization and Civil Applications" (Бийск, Белокуриха, 2004).

Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в 28 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка используемой литературы.

Диссертация изложена на 138 страницах машинописного текста, содержит 34 рисунка, 26 таблиц, библиография включает 124 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы, указываются аспекты практического применения данных экспериментальных исследований, сформулированы цели работы.

Первая глава носит обзорный характер. Рассмотрены способы получения и основные характеристики УДП металлов, требования к металлическим горючим как компонентам ВЭМ. Первые экспериментальные исследования по использованию УДП алюминия в составе СТТ проводились в СССР (ИХФ АН СССР) в 60-70 годах под руководством О.И. Лейпунского и М.Я. Гена. Анализ литературы и материалов последних международных симпозиумов и конференций показал, что активизация исследований по методам получения и использования УДП в составе ВЭМ наблюдается с конца 90 годов и по настоящее время учеными из разных стран - В.А. Бабук, В.Е. Зарко, В.Г. Иванов, Г.В. Иванов, А.П. Ильин, Г.Я. Павловец, А.Е. Салько, В.Н. Симоненко (Россия), К.К. Куо, Ф. Теппер (США), Л. Де Лука (Италия) и др. Исследования ведутся по двум направлениям -металлизированные СТТ и гелеобразные топлива, содержащие УДП алюминия. В настоящее время нет ясного понимания влияния УДП металлов на процесс воспламенения и горения ВЭМ, поэтому все еще существует потребность получения дополнительной экспериментальной информации, особенно по горению современных СТТ, основанных на энергетическом горючем.

Вторая глава посвящена исследованиям физико-химических характеристик порошков алюминия. Представлены дисперсные характеристики исследуемых порошков алюминия. Получены результаты измерений удельной и насыпной плотности, гигроскопичности, адсорбции влаги, содержания активного металла и температуры начала окисления порошков алюминия разной дисперсности (табл. 1).

Из представленных результатов следует, что с уменьшением размера частиц алюминия снижается насыпная плотность вещества. Полученная закономерность отчетливо прослеживается и в случае УДП алюминия Так насыпная плотность порошков, полученных пневматическим способом дисперсностью 0.5 мкм, в 3.6 раза выше по сравнению с УДП алюминия дисперсностью ~ 0.1 мкм, полученного методом ЭВП.

Физико-химические свойства порошков алюминия

Таблица 1

Образец Al (дисперсность) Роь кг/м3 А3 кг/м Лгиг> % ВаО> % А10, % Примеси, % а«к, % Т 1 ок, к

Опилки "999" (до 100 мкм) 1.77 2.68 5.4 7.7 98.0 2.0 2.6 1100

АСД-4 (7.5 мкм) 1.06 2.60 3.2 4.2 95.6 4.4 26.4 1060

УДП, полученный методом ЭПП (0.12 мкм) 0.28 2.60 8.3 9.1 85.8 14.2 56.2 770/970*

УДП, полученный методом ЭВП (0.1 мкм) Alex 0.15 2.68 17.4 42.1 86.0 14.0 69.2 770/980'

УДП, полученный пневматическим методом (0.5 мкм) 0.53 2.99 3.3 5.1 94.7 5.3 90.6 840/1080*

-j

где р - удельная плотность вещества, кг/м3; р0 - насыпная плотность вещества, кг/м3; А^ -гигроскопичность порошков, %; Вм - количество адсорбированной влаги, %; А10 - содержание чистого металла, %; аок - степень окисления порошков алюминия в диапазоне 7'= (300+ 1270) К, %; Ток -температура начала окисления порошков алюминия, ЭПП - электродуговая плазменная переконденсация. Примечание: - процесс окисления проходит в две стадии: Ток,Пок2 - температуры окисления первой и второй стадии.

Удельная плотность большинства исследуемых партий алюминия близка к табличным данным - 2.7 г/см3. Исключение составляли порошки, полученные пневматическим методом, плотность которых равна 2.99 г/см3. Следует отметить, что в зависимости от способов получения и хранения нанодисперсных систем в качестве примесей могут присутствовать оксиды, карбиды, гидроксиды, моногидраты оксидов и т.п., плотности которых отличаются от плотности алюминия. Наличием примесей можно объяснить отклонение экспериментально определенных плотностей порошков алюминия от табличного значения.

Гигроскопичность порошков алюминия оценивали по потере веса навески металла в интервале температур (343 348) К. Повышенной гигроскопичностью характеризуется УДП алюминия, полученный методом ЭВП. Гигроскопичность порошков, полученных пневматическим методом сопоставима с промышленными образцами АСД-4.

Адсорбцию паров воды изучали при постоянной относительной влажности 63 % в специальной камере. Адсорбцию определяли по приросту веса навески в течение суток. Адсорбированная влага большинства исследованных образцов сопоставима с гигроскопической влагой, что подтверждает высказанное ранее предположение о поверхностном характере адсорбции. Наибольшее значение адсорбированной влаги 42.1 % характерно для УДП алюминия марки Alex. Это можно объяснить взаимодействием алюминия с парами воды, т.е. хемосорбцией.

Содержание активного алюминия в порошке определяли волюмометрическим методом (ГОСТ 10096-62) по выделившемуся объему водорода при действии на пробу 5 % раствором гидроксида калия. Из представленных значений содержания активного алюминия в исследуемых порошках наиболее химически чистым являются опилки "999", АСД-4 и УДП алюминия, полученный пневматическим способом. Остальные рассмотренные порошки содержат примеси веществ с плотностями меньшими, чем оксид алюминия.

Температуру начала интенсивного окисления алюминия определяли методом дифференциального термического анализа (ДТА) и оценивали степень окисляемости последнего в широком интервале температур (300 1270) К, что также позволяет судить о наличии примесей в объекте исследования. Исследования проводили на дериватографе Q-1500. Условия опытов строго фиксированы: температура - (300 -г 1270) К; скорость нагрева - 5 К/мин.; масса навески - 20 или 100 мг. Анализ дериватограмм показал, что

крупнодисперсные партии алюминия, такие как опилки "999" и АСД-4 имеют одну стадию интенсивного окисления, а нанодисперсные порошки - две. Первая стадия протекает до температуры плавления алюминия - 930 К, вторая - при более высоких температурах - 970 К и выше. С уменьшением размера частиц алюминия степень окисления возрастает во всем исследованном интервале температур. Полученная закономерность прослеживается как на крупнодисперсных, так и на УДП. Исключением является высокая степень окисляемости УДП алюминия, полученного пневматическим методом. Наиболее вероятным объяснением является высокая чистота алюминия, полученного пневматическим методом.

В третьей главе приведены результаты исследования процессов воспламенения СТТ лучистым и кондуктивным нагревом. Представлены метод изготовления и составы СТТ, установки для экспериментального исследования процесса. Получены зависимости времени задержки воспламенения СТТ, содержащих порошки алюминия разной дисперсности, от интенсивности излучения (лучистый нагрев) и от температуры поверхности пластины нагретого блока (кондуктивный нагрев).

Экспериментальные исследования процесса воспламенения проводились на СТТ, состоящих из перхлората аммония различной дисперсностью (менее 50 мкм, 160 ^ 315 мкм) и разного типа горючего-связующего. В качестве горючего использовали бутилкаучук марки БКЛ и полибутадиен с концевыми гидроксильными группами марки Я-20ЬМ (ПБКГГ). Образцы диаметром 10 мм и высотой (30 -г- 70) мм изготавливали методом проходного прессования с последующим отверждением в сушильном шкафу при температуре 340 К в течение трех суток. В качестве металлического горючего использовались штатные порошки алюминия со средним размером частиц 15 и 7.5 мкм (АСД-1, АСД-4), а также порошки ультрадисперсного алюминия различных модификаций, полученные ЭВП, ЭПП и пневматическим способами, содержание которых варьировалось в диапазоне (5 -=- 20) %. Кроме того, в состав твердотопливных композиций вводились катализаторы (сажа марки МП-75, порошок железа, средний диаметр частиц которого ~ 100 мкм и ультрадисперсные порошки железа, никеля, меди, полученные методом ЭВП в атмосфере аргона) в количестве до 4 %.

Для измерения времени задержки воспламенения СТТ при лучистом нагреве использовалась установка "Уран-1" с ксеноновой лампой мощностью 10 кВт. Интенсивность теплового излучения измерялась медным калориметром, погрешность измерения не

превышала 10%. Исследуемые образцы имели форму цилиндров диаметром 10 мм и высотой 5 мм. Коэффициент отражения исследуемых образцов, определенный на шаровом фотометре ФМШ-56М в диапазоне длин волн (0.36 4-1.10) мкм, составлял (11 4 13) % и практически не зависел от длины волны излучения.

При проведении опытов в среде воздуха при атмосферном давлении использовался дисковый затвор, обеспечивающий получение трапециевидного импульса света. Величина теплового потока сохранялось постоянной в течение 3/5 времени экспозиции. Начало и конец экспозиции, а также момент появления пламени фиксировались фотоэлектрической системой и записывались на светолучевом осциллографе Н117.

Время задержки воспламенения в опытах определяли по появлению пламени, регистрируемого ионизационным датчиком. Электроды ионизационного датчика располагались на расстоянии (3 ^ 5) мм от образца и на них подавалось напряжение 600 В. При действии светового излучения электрический сигнал фотодиода ФД-9 запускал электронносчетный частотомер 43-54, а по появлению пламени срабатывал ионизационный датчик, сигнал которого также шел на частотомер. По показаниям частотомера определены времена задержки воспламенения. Длительность теплового импульса, обеспечивающая самоподдерживающееся горение образца после отсечки излучения, определяли по методу "да-нет".

Результаты измерений представлены на рис. 1.

Предполагается несколько причин уменьшения времени задержки воспламенения при лучистом нагреве, связанные с увеличением теплового потока на поверхности воспламенения топлив при добавлении УДП металлов в состав СТТ. Первый эффект связан с большей удельной площадью поверхности частиц УДП металлов по сравнению с промышленными порошками металлов, которая увеличивает активность частиц с соединениями в газовой фазе. Второй - небольшая масса частиц УДП ведет к сокращению времени прогрева и воспламенения по сравнению с более крупными частицами. Третий -температура воспламенения УДП металлов ниже, чем у штатных порошков.

Влияние добавки УДП металла в качестве катализатора в СТТ оценивалось коэффициентом эффективности К, при зажигании в условиях лучистого нагрева (отношением временем задержки воспламенения металлизированного состава без добавки катализатора к времени задержки воспламенения состава с добавкой катализатора). Результаты исследования приведены в табл. 2. Исследования

проводились в воздухе при атмосферном давлении. В качестве металлического горючего использовали штатный порошок алюминия АСД-4, содержание которого составляло 10 %.

Рис. 1. Время задержки воспламенения СТТ на основе ПХА и БКЛ в зависимости от интенсивности излучения

Наиболее эффективной добавкой катализатора для СТТ, содержащих порошок алюминия АСД-4, оказался УДП меди. Так при содержании 1 % УДП Си в составе СТТ время задержки воспламенения уменьшается на 20 %. Введение УДП железа в качестве катализатора сокращает время задержки воспламенения при 1 % содержании на 5 %, при 4 % почти на 30 %.

Таблица 2

Эффективность влияния катализаторов на воспламенение СТТ на основе ПХА и БК при лучистом нагреве интенсивностью Q = 60 Вт/см2

Содержание катализатора в СТТ

1 % УДП Fe 1 % УДП Си 1 % УДП Ni 4% УДП Fe 4 % Fe

К, 1.05 1.20 1.00 1.28 1.20

Исследование процесса воспламенения СТТ нагретым телом проводили в условиях кондуктивного нагрева на горячей металлической пластине на воздухе при атмосферном давлении в диапазоне температур (550 -5- 750) К.

Исследуемый образец СТТ диаметром 10 мм и высотой 5 мм крепили к штоку, который свободно перемещался в вертикальном

направлении по направляющей трубке. Момент воспламенения фиксировали по появлению пламени. За период индукции принимался промежуток времени от момента соприкосновения образца с нагретой пластиной до появления видимого пламени. Время задержки воспламенения СТТ измеряли с помощью секундомера с погрешностью ± 0.2 с. Разброс опытных данных по времени задержки воспламенения не превышал 15%. Для всех СТТ отмечено воспламенение и устойчивое горение. Результаты воспламенения СТТ представлены на рис. 2, 3.

Рис. 2. Время задержки воспламенения СТТ на основе ПХА и ПБКГГ, содержащих 20 % А1, в зависимости от температуры поверхности пластины

Влияние добавки УДП металла в качестве катализатора в смесевые твердые топлива также оценивалось коэффициентом эффективности при зажигании в условиях кондуктивного нагрева К,. Результаты исследования приведены в табл. 3.

Таблица 3

Эффективность влияния катализаторов на воспламенение СТТ на основе ПХА и БК при кондуктивном нагреве в диапазоне температур

(640 - 700) К

Содержание катализатора в СТТ

1 % УДП Си 1 % УДП т 1 % УДП Ре 2% УДП Л? 4% УДП Ре

К, 1.5+27 1.1 - 1.0 3.7-6.0 3.7 - 8.9 4.8-11

700 Т, К

640 660 680

Рис. 3. Время задержки воспламенения СТТ на основе ПХА и БК, содержащих УДП А1, в зависимости от температуры поверхности

пластины

Анализ результатов процесса воспламенения СТТ, основанных на БКЛ и ПБКГГ, на нагретом блоке показывает, что времена задержки воспламенения составов, содержащих УДП алюминия ниже, чем для составов, содержащих штатный порошок алюминия. Причиной уменьшения времени задержки воспламенения являются малая масса и большая площадь поверхности частиц УДП металлов по сравнению с промышленными порошками, что приводит к уменьшению времени прогрева и увеличению химической активности частиц. Содержание УДП металлов в составе СТТ уменьшает время задержки воспламенения при одинаковых значениях температуры нагрева.

В четвертой главе представлены составы исследуемых СТТ и результаты измерения скорости горения в зависимости от давления окружающей среды.

Скорость горения при атмосферном давлении определяли на воздухе, используя образцы диаметром 10 мм и высотой (30 40) мм. Отвержденные образцы бронировали по боковой поверхности двумя слоями поливиниловой ленты. Зажигание образцов осуществляли нихромовой спиралью, которую выводили из пламени в момент образования устойчивого горения системы. Время горения определяли по секундомеру. На каждую экспериментальную точку проводилось не

менее трех параллельных опытов. Погрешность измерений не превышала (8 ^ 10) %.

Измерение скорости горения СТТ при повышенных давлениях проводили бомбе постоянного давления методом сгорающих проволочек. Эксперименты проводили при комнатной температуре в аргоне в диапазоне давлений (0.1 -г 8.0) МПа. Горение фиксировалось визуально по появлению пламени через окна в сосуде.

На каждую экспериментальную точку проводилось по три-четыре эксперимента. Результаты экспериментов представлены на рис. 4, 5. Влияние добавки УДП металла в качестве катализатора в СТТ также оценивалось коэффициентом эффективности при горении К„ (отношением скорости горения металлизированного состава с добавкой катализатора к скорости горения металлизированного состава без добавки катализатора при прочих равных условиях). Результаты исследования приведены в табл. 4.

Рис. 4. Скорость горения СТТ на основе ПХА и БК в зависимости от давления окружающей среды

Таблица 4

Эффективность влияния катализаторов на скорость горения СТТ на основе ПХА и БК, содержащих 10 % АСД-4

Содержание катализатора в СТТ

1 % 1 % УДП 1 % УДП 4 % УДП 4 % Ре

УДП Ре Си N1 Ре

Ки 1.15 1.47 1.10 1.24 1.11

Рис. 5. Скорость горения СТТ на основе ПХА и ПБКГГ в зависимости от давления окружающей среды

Для всех исследуемых СТТ отмечен рост скорости горения с увеличением давления окружающей среды. Для представленных зависимостей определен показатель V в степенном законе скорости горения, который с уменьшением дисперсности порошка алюминия в составе СТТ возрастает.

Основное влияние на скорость горения СТТ оказывает дисперсность металлического горючего. Наибольшие значения скорости горения отмечены для составов, содержащих УДП алюминия дисперсностью -0.1 мкм. Влияние количества металлического горючего в составе СТТ также оказывает влияние на скорость горения. Так при (5 -4- 10) % содержании УДП алюминия в составе СТТ отмечен наиболее высокий коэффициент эффективности К. При 20 % содержании УДП А1 - коэффициент эффективности максимальный. Наличие порошка алюминия большей дисперсности (АСД) приводит к уменьшению скорости горения, что связано с недогаранием металла и уходом теплоты из зоны горения. Отмеченный эффект характерен только для содержания порошка алюминия выше 10 %.

В пятой главе рассмотрены метод изготовления гелеобразных топлив, установка для определения времени задержки воспламенения жидких топлив и результаты.

Гелеобразное топливо приготавливалось путем диспергирования УДП алюминия в керосине. Средний диаметр частиц

алюминия -0.1 мкм. Массовая доля алюминия в составе топлива составляла z- 0.3. В экспериментах использовались УДП Al разных модификаций, полученные методом ЭВП в атмосфере разных газов - в аргоне (Alex), в азоте (Alex™1), в смеси 30% азота и 70% аргона (Alex™2) и в смеси 75% азота и 25% аргона (Alex™3). Часть экспериментов проводилась для керосина, не содержащего порошка алюминия.

Для выбора массы впрыскиваемой порции топлива были проведены расчеты стехиометрического состава. В соответствии с расчетными данными масса порции впрыскиваемого топлива выбиралась в диапазоне М = (0.1 + 0.2) г.

Для экспериментального исследования процесса воспламенения жидкого топлива при атмосферном давлении использовалась установка, схема которой приведена на рис. 6. Установка состоит из реактора в виде кварцевой трубы диаметром 90 мм и длиной 400 мм, установленной в электрическом нагревателе, системы впрыска топлива и системы измерения времени задержки воспламенения. Нагреватель обеспечивает диапазон температур в реакторе (570 ^ 1075) К. Температура контролируется с помощью хромель-алюмелевой термопары 3 и усилителя.

Манометр

Насос

Емкость с

топливом

Усилитель

I Реактор

Электрический нагреватель

Рис. 6. Установка для измерения времени задержки воспламенения гелеобразных топлив: 1 - пьезоэлектрический датчик давления, 2 -кварцевое окно, 3 - термопара, 4 - форсунка, 5 - фотодиод, 6 -гидромагистраль

Порядок проведения экспериментов следующий. В разборную форсунку 4 помещается порция топлива определенной массы М.

Реактор нагревается до заданной температуры и выдерживается в течение десяти минут для выравнивания температурного поля внутри трубы. С помощью насоса в гидромагистрали повышается давление до порога срабатывания пружины форсунки 4 (~ 20 МПа), после чего порция топлива впрыскивается в реактор, где происходит его воспламенение и сгорание. Момент впрыска топлива // фиксируется появлением пика давления в гидромагистрали, измеряемого датчиком давления 1 и регистрируется на первом канале осциллографа. Момент воспламенения топлива 12 регистрируется с помощью фотодиода 5 на втором канале осциллографа. Время задержки воспламенения (при заданной калибровке осциллографа) определяется как ¡,х„ = (2 - ¡¡.

На установке для измерения времени задержки воспламенения гелеобразных топлив были получены зависимости времени задержки воспламенения от температуры /,¿,„(7) для рассмотренных топливных композиций. Некоторые результаты измерений, осредненные по пяти дублирующим опытам для каждого значения температуры, представлены рис. 7. Относительная погрешность измерения ^ при величине доверительной вероятности 95 % составляла (2 + 18) %.

Рис. 7. Время задержки воспламенения жидких топлив зависимости от температуры воздуха в реакторе

Во всех проведенных экспериментах наблюдалось устойчивое воспламенение и горение топливных композиций в диапазоне температур (570 + 975) К.

Из анализа полученных результатов видно что, времена задержки воспламенения с ростом температуры от 575 до 975 К уменьшаются (от 1.17 до (0.14 + 0.15) с для керосина и от 1.13 до

(0.06 ^ 0.08) с для гелеобразного топлива). При одинаковом значении температуры время задержки воспламенения гелеобразного топлива меньше, чем для чистого керосина, при этом разница резко увеличивается с ростом температуры.

Если при 7'=575К разница в tlg„ для чистого керосина и гелеобразного топлива не превышает (3 ч- 5) %, то при Т= 975 К время задержки воспламенения чистого керосина вдвое больше, чем для смеси керосин + Alex. Отметим также, что способ впрыска топлива (одноканальный или семиканальный распылитель) существенно не влияет на характеристики воспламенения в условиях проведенных экспериментов.

Исследование влияния типа УДП алюминия на время задержки воспламенения проводилось при впрыске топлива, содержащего 30 % порошка алюминия, одноканальным распылителем при 7'=975 К. Результаты измерений tlj(„, осредненные по пяти дублирующим опытам, приведены в табл. 5. Для чистого керосина при аналогичных условиях проведения экспериментов t,g„ = (140±20) мс.

Таблица 5

Время задержки воспламенения жидких топлив, содержащих 30 % разного типа УДП алюминия

Тип УДП Alex Alex™2 Alex™3 Alex™1

t,g„, мс 80 ± 15 70 ± 10 64 ±7 36 ±5

Как следует из представленных результатов, величина t,K„ существенно завивисит от типа УДП Al. Время задержки воспламенения монотонно уменьшается по мере увеличения содержания азота в смеси газов, в атмосфере которых получали УДП. Так для порошка Alex™1, полученного в атмосфере азота, величина tlgn = (36 ± 5) мс, а для порошка Alex, полученного в атмосфере аргона, величина tlgn= (80 ± 15) мс, то есть в 2.2 раза больше. Таким образом, на "активность" УДП существенно влияет состав газовой среды, в которой осуществляется электровзрыв проводников. В частности, с увеличением содержания азота "активность" получаемого порошка алюминия возрастает.

Рассчитаны значения эффективной энергии активации для керосина в низкотемпературной области Т = (575 855) К £=13 кДж/моль и для высокотемпературной области Т = (855 -s- 1075) К £=102 кДж/моль. Для гелеобразных топлив соответствующие значения эффективной энергии активации имеют

близкие значения: £=16кДж/моль для 7"= (575 -s- 895) К, Е = 101 кДж/моль для Т= (895 ч- 975) К.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Определены насыпная и удельная плотности порошков алюминия разной дисперсности. Для УДП алюминия марки Alex, полученного в аргоне, насыпная плотность равна 0.15 г/см3, для УДП Al, полученного методом электродуговой плазменной переконденсации - 0.28 г/см3, для УДП, полученного пневматическим методом - 0.54 г/см3.

Определены гигроскопичность и адсорбция влаги для исследуемых УДП алюминия, полученных разными способами. Максимальные значения получены для УДП алюминия, полученного ЭВП в аргоне (17.4 % и 42.1 %), что соответствует предположению о повышенной активности поверхности частиц по сравнению с другими УДП Al.

Волюмометрическим методом определены составы исследуемых образцов алюминия. С увеличением дисперсности порошков от 100 до 0.1 мкм содержание активного алюминия уменьшается от 98.0 до 85.8 %. Исключение составляют УДП алюминия, полученные пневматическим методом. Методом анализа геометрических характеристик функции плотности вероятности получены дифференциальные функции распределения частиц по размерам для штатных порошков алюминия типа АСД и УДП типа Alex.

2. Методом ДТА определена температура начала интенсивного окисления порошков алюминия. Для УДП Al окисление на воздухе происходит в две стадии.

3. Получены зависимости времени задержки воспламенения СТТ, содержащих порошки алюминия разной дисперсности, от интенсивности излучения t,g„(Q) на установке лучистого нагрева "Уран-1". Время задержки воспламенения СТТ, содержащих УДП алюминия, меньше по сравнению с СТТ, содержащих порошок алюминия более крупной дисперсности в диапазоне интенсивности излучения (60 н- 280) Вт/см2, причем разница t,gn резко возрастает с увеличением интенсивности излучения.

Получены зависимости времени задержки воспламенения СТТ, содержащих порошки алюминия разной дисперсности, от температуры поверхности пластины t,gn(T) на установке кондуктивного нагрева (нагретом блоке) в диапазоне температур (550 ч- 750) К. Замена промышленного порошка алюминия на УДП приводит к уменьшению времени задержки воспламенения.

Введение УДП меди и железа в состав СТТ, содержащих промышленный порошок алюминия, приводит к значительному снижению времени задержки воспламенения, причем, чем меньше размер частиц металлов, тем эффективнее его действие.

4. Получены зависимости скорости горения СТТ, содержащих порошки алюминия разной дисперсности, от давления окружающей среды и(р). Скорость горения СТТ, содержащих УДП алюминия, выше по сравнению с СТТ, содержащие порошок алюминия более крупной дисперсности в диапазоне давления окружающей среды (0.1 8.0) МПа, причем разница и резко возрастает с увеличением давления окружающей среды. Для СТТ, основанных на ПХА и БК, обнаружено увеличение показателя в степенном законе скорости горения при введении УДП алюминия в состав. Введение порошка железа, никеля, меди в топливную композицию в качестве катализатора приводит к увеличению скорости горения СТТ.

5. Предложен механизм влияния УДП металлов на горение металлизированных СТТ на основе теории горения гетерогенных конденсированных систем Я.Б. Зельдовича-Н.Н. Бахмана. Влияние УДП металлов на воспламенение и горение СТТ связано с увеличением теплового потока на поверхности горения топлив, которые приводят к увеличению скорости горения СТТ. Первый эффект связан с большой площадью поверхности частиц УДП металлов, которая увеличивает реактивность частиц с соединениями в газовой фазе. Второй - небольшая масса частиц УДП ведет к сокращению времени задержки воспламенения по сравнению с частицами штатных порошков металлов. Третий - скорость горения частиц УДП металлов намного выше, чем у частиц штатных порошков. В результате этого, горящие частицы УДП металлов расположены очень близко к поверхности горения топлива, что приводит к большему выделению тепла на поверхности горения. Последний - использование УДП металлов в составе твердых смесевых топлив приводит к уменьшению процесса агломерации на поверхности горения топлив.

6. Получены зависимости времени задержки воспламенения жидких углеводородных топлив, содержащих порошки алюминия разной дисперсности, от температуры воздуха в реакторе t,x„(T). Время задержки воспламенения гелеобразных топлив, содержащих УДП алюминия (Alex) меньше, чем для чистого керосина в диапазоне температур Т= (570+975) К, причем разница между значениями t,g„ для металлизированного геля и чистого керосина резко возрастает с ростом температуры.

На величину времени задержки воспламенения существенное влияние оказывает способ получения УДП алюминия. С ростом содержания азота в смеси газов, в атмосфере которых проводился электрический взрыв проводников, величина ílgn уменьшается более чем в 2 раза.

Введение УДП алюминия в керосин существенно не влияет на величину эффективной энергии активации, рассчитанной по наклону графиков зависимости логарифма времени задержки воспламенения от обратной температуры.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ ОТРАЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ

1. Архипов В.А., Коротких А.Г., Медведев В.В., Сурков В.Г. Влияние дисперсности алюминия на зажигание и горение смесевых композиций// Аэрокосмическая техника и высокие технологии - 2000: Сб. тезисов докладов Всероссийской научно-технической конференции. - Пермь: ПГТУ, 2000. С. 16.

2. Коротких А.Г., Сурков В.Г., Сиротинин Е.В. Влияние дисперсности алюминия на горение смесевых композиций // Материалы и технологии XXI века: Доклады первой Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых. - Бийск: ФНПЦ "Алтай", 2000. С. 70-72.

3. Коротких А.Г., Медведев В.В. Анализ влияния интенсивности светового потока на особенности зажигания твердых топлив // Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики: Доклады Всероссийской конференции. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2000. С. 55-56.

4. Архипов В.А., Иванов Г.В., Коротких А.Г. и др. Особенности зажигания и горения смесевых топлив с мелкодисперсным порошком алюминия (ALEX) // Внутрикамерные процессы, горение и газовая динамика дисперсных систем: Сб. материалов третьей международной школы-семинара. - СПб.: БГТУ, 2000. С. 80-81.

5. Коротких А.Г., Архипов В.А. Влияние дисперсности алюминия на зажигание и горение смесевых композиций // Сопряженные задачи механики и экологии: Материалы международной конференции. -Томск: Изд-во Том. ун-та, 2000. С. 134-135.

6. Архипов В.А., Коротких А.Г., Марыкин A.A. Исследование процесса воспламенения гелеобразных топлив // Аэрокосмическая техника и высокие технологии - 2001: Сб. тезисов докладов

Всероссийской научно-технической конференции. - Пермь: ПГТУ,

2001. С. 37.

7. Коротких А.Г., Кузнецов В.Т., Медведев В.В. Зажигание конденсированных веществ лучистым потоком // Исследования по баллистике и смежным вопросам механики: Сб. статей / Под ред. Богоряда И.Б. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2001. С. 41-44.

8. Кузнецов В.Т., Коротких А.Г., Сурков В.Г. О взрывном режиме зажигания гетерогенных систем, содержащих ультрадисперсный алюминий // Аэрокосмическая техника и высокие технологии -2002: Сб. тезисов докладов Всероссийской научно-технической конференции. - Пермь: ПГТУ, 2002. С. 148.

9. Arkhipov V., Kuznetsov V., Korotkikh A., et al. Ignition and Combustion of Solid Propellants Containing Ultrafine Aluminum // Rocket Propulsion: Present and Future: Books of Abstracts the 8th International Workshop on Combustion and Propulsion. - Pozzuoli, Naples, Italy: Aizago d'Adda (BG), 2002. P. 78-79.

10. Arkhipov V.A., Korotkikh A.G., Ivanov G.V., et al. Experimental Study of Metallized Gels Ignition // International Colloquium on Advances in Confined Detonations: Book of Extended Abstracts / Edited by Roy G.D., Frolov S.M., Starik A.M. - M.: Torus Press Ltd,

2002. P. 181-185.

11. Архипов B.A., Коротких А.Г., Кузнецов B.T., Сурков В.Г. Применение ультрадисперсных металлических порошков в топливных композициях// Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем: Материалы VI Всероссийской (международной) конференции. - М.: МИФИ, 2002. С. 368-369.

12. Коротких А.Г. Закономерности горения конденсированных систем, содержащих ультрадисперсные порошки алюминия // Сопряженные задачи механики, информатики и экологии: Материалы международной конференции. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. С. 107-108.

13. Коротких А.Г., Кузнецов В.Т. О возможности взрывного режима при зажигании гетерогенных систем // Сопряженные задачи механики, информатики и экологии: Материалы международной конференции. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. С. 108-109.

14. Архипов В.А., Коротких А.Г., Кузнецов В.Т. Зажигание и горение конденсированных систем, содержащих ультрадисперсный алюминий// Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики: Доклады третьей международной конференции молодых ученых. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. С. 28-29.

15. Иванов Г.В., Коротких А.Г., Сурков В.Г. Закономерности зажигания гелеобразных топлив // Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики: Доклады третьей международной конференции молодых ученых. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. С. 69-71.

16. Березиков А.П., Бондарчук С.С., Коротких А.Г. Оперативное бортовое прогнозирование характеристик РДТТ // Исследования по баллистике и смежным вопросам механики: Сб. статей / Под ред. И.Б. Богоряда. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. С. 41-42.

17. Коротких А.Г., Марыкин А.А. Экспериментальное исследование воспламенения гелеобразных топлив // Исследования по баллистике и смежным вопросам механики: Сб. статей / Под ред. И.Б. Богоряда. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. С. 53-54.

18. Коротких А.Г., Кузнецов В.Т., Медведев В.В. Сравнительное исследование процесса зажигания твердых топлив // Исследования по баллистике и смежным вопросам механики: Сб. статей / Под ред. И.Б. Богоряда. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. С. 54-55.

19. Arkhipov V.A., Korotkikh A.G., Kuznetsov V.T. Ignition and Combustion of Mixture Compositions Containing Ultrafine Metal Powder // International Symposium on Combustion and Atmospheric Pollution: Book of Extended Abstracts / Edited by Roy G.D., Frolov S.M., Starik A.M. - M.: Torus Press Ltd, 2003. P. 341-345.

20. A. Vorozhtsov, V. Arkhipov, A. Korotkikh, et al. Ignition and Combustion of Solid and Gelled Propellants Containing Ultra-Fine Aluminum // The 8th International Workshop on Combustion and Propulsion "Rocket Propulsion: Present and Future": Book of Proceedings / Edited by L.T. DeLuca. - Pozzuoli, Naples, Italy: Aizago d'Adda (BG), 2003. P. 36-1-36-16.

21. Архипов В.А., Иванов Г.В., Коротких А.Г. и др. Воспламенение гелеобразных топлив, содержащих ультрадисперсный алюминий // Химическая физика. 2003. Т. 22, № 8. С. 30-33.

22. V.A. Arkhipov, А.В. Vorozhtsov, A.G. Korotkikh, et al. Productions of Ultra-Fine Powders and Their Use in High Energetic Compositions // Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 2003. V. 28, No 5. P. 27-42.

23. Коротких А.Г. Анализ эффективности использования ультрадисперсного порошка алюминия в топливных композициях // Физика и химия высокоэнергетических систем: Доклады конференции. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2003. С. 27-28.

24. Архипов В.А., Коротких А.Г., Кузнецов В.Т. Зажигание и горение смесевых композиций, содержащих ультрадисперсный порошок металлов // Фундаментальные и прикладные вопросы механики:

Сб. докладов международной научной конференции. - Хабаровск: ХГТУ, 2003. Т. 2. С. 96-101.

25. Коротких А.Г. Экспериментальное исследование процессов горения ультрадисперсных металлических порошков в высокоэнергетических композициях // Внутрикамерные процессы, горение и газовая динамика дисперсных систем: Сб. материалов четвертой международной школы-семинара. В 2 томах. Т. 1. -СПб.: БГТУ, 2004. С. 48-52.

26. Коротких А.Г., Амелин И.И. Влияние ультрадисперсного порошка алюминия на характеристики высокоэнергетических материалов // Сопряженные задачи механики, информатики и экологии: Материалы международной конференции. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2004. С. 130-131.

27. Korotkikh A.G., Amelin I.I. Influence of aluminum ultrafine powder on characteristics of high-energy materials // Сопряженные задачи механики, информатики и экологии: Материалы международной конференции. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2004. С. 298-299.

28. Архипов В.А., Коротких А.Г., Кузнецов В.Т., Савельева J1.A. Влияние дисперсности добавок металлов на скорость горения смесевых композиций // Химическая физика. Т. 23, № 9. С. 18-21.

Отпечатано на участке оперативной полиграфии Редакционно-издательского отдела ТГУ Лицензия ПД № 00208 от 20 декабря 1999 г.

Заказ № iJO " .50 " 09_2004 г. Тираж 100 экз.

»18679

РНБ Русский фонд

2005-4 12725

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Коротких, Александр Геннадьевич

Введение.

1. Особенности зажигания и горения высокоэнергетических 11 материалов, содержащих ультрадисперсные порошки металлов.

1.1. Способы получения и основные характеристики ультрадисперсных порошков металлов.

1.1.1. Характеристики дисперсного состава порошков.

1.1.2. Анализ способов получения ультрадисперсных порошков.

1.1.3. Физико-химические свойства ультрадисперсных порошков металлов

1.2. Требования к металлическим горючим как к компонентам 29 высокоэнергетических материалов.

1.3. Зажигание и горение высокоэнергетических материалов, 31 содержащих ультрадисперсные порошки металлов.

1.3.1. Смесевые твердые топлива.

1.3.2. Гелеобразные топлива.

2. Исследование физико-химических характеристик порошков алюминия.

2.1. Дисперсные характеристики порошков.

2.2. Определение удельной и насыпной плотности порошков

• алюминия.

2.3. Определение гигроскопичности порошков алюминия и 52 адсорбции влаги.

2.4. Определение содержания активного алюминия.

2.5. Определение температуры окисления порошков алюминия.

3. Экспериментальное исследование процесса воспламенения смесевых композиций.

3.1. Характеристики смесевых композиций.

3.1.1. Методика изготовления смесевых композиций.

3.1.2. Составы смесевых композиций.

3.2. Воспламенение смесевых композиций с помощью лучистого 65 нагрева.

3.2.1. Методика исследования.

3.2.2. Результаты исследования.

3.3. Воспламенение смесевых композиций с помощью кондуктивного нагрева.

3.3.1. Методика исследования.

3.3.2. Результаты исследования.

4. Экспериментальное исследование процесса горения 87 смесевых композиций.

4.1. Составы смесевых композиций.

4.2. Горение смесевых композиций на воздухе.

4.3. Горение смесевых композиций в бомбе постоянного давления.

4.4. Результаты исследования

4.5. Механизм горения смесевых композиций

5. Экспериментальное исследование процесса воспламенения 108 гелеобразных топлив.

5.1. Методика изготовления гелеобразных топлив.

5.2. Воспламенение гелеобразных топлив.

5.3. Результаты исследования.ИЗ

Введение диссертация по физике, на тему "Исследование процессов воспламенения и горения высокоэнергетических материалов, содержащих ультрадисперсный порошок алюминия"

Актуальность темы диссертации. Повышение энергетических характеристик высокоэнергетических материалов (ВЭМ) в последние 40 лет связано с использованием порошков металлов (в основном алюминия) в качестве одного из основных компонентов, весовое содержание которого в твердых ракетных топливах (ТРТ) достигает 22 %. Опыт использования, а также обширные экспериментальные и теоретические исследования таких топлив, проводившиеся в России, США, Западной Европе, Японии и Китае, выявили ряд их недостатков, обусловленных недогоранием металла, двухфазными потерями удельного импульса тяги двигателя и эрозионным воздействием на стенки соплового блока.

Создание нового поколения ВЭМ требует поиска новых альтернативных подходов, в качестве которых наиболее перспективными представляются разработка ТРТ с принципиально новыми рецептурами окислителей и горючих,

Ь- ---4 а также применение в составе ВЭМ ультрадисперсных порошков (УДП) металлов, размеры частиц которых на порядки ниже, чем у штатных порошков [1-5].

В развитых странах (США, Германия, Италия, Франция) проводятся широкомасштабные скоординированные исследования по созданию нового поколения твердотопливных и гелеобразных композиций, содержащих УДП металлов. Среди иностранных исследовательских центров наиболее активно работают в этом направлении Pensylvania State University, USA (К.К. Kuo, М.М. Mench, S.R. Turns, S.C. Wong), Politecnico di Milano, Solid Propulsion Laboratory, Italy (L. De Luca, F. Severeni, L. Golfetti), Argonide Corporation, USA (F. Tepper, L.A. Kaledin), Conseiller Scientifique Matcriaux, France (Christian Perut, Guy Jacob) и ряд других организаций. В целом проводимые работы представляют скоординированную совокупность поисковых и прикладных исследований в области создания перспективных топливных композиций на основе УДП металлов. Такой подход при наличии полноценного финансирования работ позволяет обеспечить достижение поставленных целей даже в условиях довольно высокой неопределенности результатов отдельно взятых направлений исследований. Это может обеспечить в ближайшем будущем появление ВЭМ с принципиально новым уровнем характеристик. В России исследования проблем создания топливных композиций с УДП металлов в настоящее время ведутся в ИХКГ СО РАН (г. Новосибирск), ВАРВСН МО РФ (г.Москва), ИПХЭТ СО РАН (г. Бийск), НИИ ПММ (г. Томск). В области технологии получения УДП металлов Россия в настоящее время занимает передовые позиции. В настоящее время известен целый ряд методов получения УДП металлов, включающих механическое дробление и распыление, химические и физико-химические методы, использование взрыва (в частности, для получения ультрадисперсных алмазов), плазменные и электровзрывные технологии. По сути, все эти методы сводятся к двум процессам - формированию малых частиц из атомов, молекул, кластеров и диспергированию макротел. Проведенный анализ характеристик получаемых порошков, энергозатрат и производительности известных методов показал, что наиболее перспективными и отработанными являются метод электродуговой плазменной переконденсации (ЭНН) металлов, метод электрического взрыва проводников (ЭВП) и пневматический метод, разработанный в НИИ ПММ. Наиболее отработанной является технология получения УДП металлов методом ЭВП, созданная в Институте высоких напряжений при Томском политехническом университете. Установки для получения УДП металлов этим методом действуют в ИСЭ ТФ СО РАН, РИТЦ ТФ СО РАН и ИВН при ТПУ (г. Томск). Порошки Alex со средним диаметром частиц ~ 0.1 мкм, полученные электровзрывным методом в г. Томске, использовались в упомянутых выше организациях США, Италии, Франции. Опубликованные в открытой литературе данные по характеристикам топливных композиций, содержащих нанопорошки алюминия, относятся в основном к гелеобразным топливам; для твердотопливных композиций получены разрозненные экспериментальные данные по характеристикам зажигания лучистым потоком и закону скорости горения. По предварительным данным добавки УДП металлов могут существенно модифицировать все основные характеристики горения топлив. Так, например, заменой обычного порошка алюминия (типа АСД) на ультрадисперсный можно достичь увеличения линейной скорости горения на порядок. Следует отметить, что при этом химический состав топлива остается неизменным, т.е. УДП металлов играет роль модификатора скорости горения. Замена промышленных порошков алюминия (типа АСД) на УДП (б?~ 0.1 мкм) позволяет повысить энергетические характеристики ВЭМ за счет увеличения полноты сгорания алюминия и снижения уровня двухфазных потерь, связанных с дисперсностью конденсированных продуктов сгорания - оксида алюминия. Одновременно порошки УДП позволяют существенно улучшить воспламеняемость твердых топлив. В известных работах, как правило, использовались порошки, изготовленные электровзрывным методом. Следует отметить значительный разброс и противоречивость опубликованных экспериментальных данных. Вопросы нестационарного и эрозионного горения для нового поколения ВЭМ, а также зажигание кондуктивным тепловым потоком и устойчивость горения ранее не рассматривались. Проведение экспериментальных исследований данных процессов и построение их физико-математических моделей является актуальной проблемой, которая позволит углубить теорию горения конденсированных систем с УДП металлов и разработать принципы их использования в составе нового поколения ВЭМ.

Цель работы состоит в комплексном экспериментальном исследовании процессов воспламенения и горения модельных смесевых твердотопливных и гелеобразных композиций, содержащих порошки ультрадисперсного металла (алюминия, железа, никеля, меди) со среднемассовым размером частиц ~ 0.1 мкм.

Научная новизна работы. На основе проведенных комплексных экспериментальных исследований воспламенения и горения ВЭМ, содержащих УДП алюминия, были получены зависимости времени задержки воспламенения от температуры поверхности пластины (кондуктивный нагрев) tign(T), времени задержки воспламенения от интенсивности излучения (лучистый нагрев) tign(Q), скорости горения от давления окружающей среды и(р) времени задержки воспламенения от температуры окружающей среды tign(T). После анализа результатов, полученных как в настоящей работе, так и другими исследователями, оказалось возможным постулировать общее описание процесса горения, согласующееся с экспериментальными результатами.

Практическая значимость работы. Полученные новые экспериментальные результаты могут быть использованы в развитии теоретических основ применения нового класса ВЭМ в энергоустановках разного назначения (ракетно-космической техники, средств вооружения, пиротехники, газогенераторах, регулируемых ракетных двигателях на твердом и гелеобразном топливах). Замена штатного металлического порошка на ультрадисперсный в составе ВЭМ приводит к уменьшению времени задержки воспламенения и повышению скорости горения, снижению дисперсности конденсированных продуктов сгорания.

Достоверность научных положений и выводов, полученных в работе, основывается на физическом обосновании проведенных экспериментов, воспроизводимостью экспериментальных данных, качественном и количественном соответствии с результатами, полученными другими авторами в пересекающихся областях исследований, использованием апробированных методов измерения и анализа экспериментальных данных.

Положения, выносимые на защиту диссертационной работы:

1. Результаты исследований физико-химических характеристик металлических порошков;

2. Результаты исследований по воспламенению СТТ, содержащих УДП алюминия;

3. Результаты исследований по горению СТТ, содержащих УДП алюминия;

4. Результаты исследований по воспламенению гелеобразных топлив, содержащих УДП алюминия.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на V Всероссийской научно-технической конференции молодежи "Механика летательных аппаратов и современные материалы" (Томск, 1998), на Всероссийских научных конференциях "Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики" (Томск, 1999, 2000, 2001, 2002), на Всероссийских научно-технических конференциях "Аэрокосмическая техника и высокие технологии" (Пермь, 2000, 2001, 2002), на III-IV Международных семинарах "Внутрикамерные процессы, горение и газовая динамика дисперсных систем" (Санкт-Петербург, 2000, 2004), на Международных конференциях "Сопряженные задачи механики, информатики и экологии" (Томск, 2000, 2002, Горноалтайск, 2004), на 8th International Workshop on Combustion and Propulsion "Rocket Propulsion: Present and Future" (Pozzuoli, Naples, Italy, 2002), на International Colloquium on Advances in Confined Detonations (Moscow, Russia, 2002), на VI Всероссийской (международной) конференции "Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем" (Томск, 2002), на научной конференции "Физика и химия высокоэнергетических систем". (Томск, 2003), на International Symposium on Combustion and Atmospheric Pollution. (Saint Petersburg, Russia, 2003), на Международной конференции "Фундаментальные и прикладные вопросы механики" (Хабаровск, 2003), на International Workshop "High Energy Materials: Demilitarization and Civil Applications" (Бийск, Белокуриха, 2004).

Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в двадцати восьми печатных работах.

Заключение диссертации по теме "Химическая физика, в том числе физика горения и взрыва"

Выводы по пятой главе

1. Время задержки воспламенения гелеобразных топлив, содержащих УДП алюминия (Alex) меньше, чем для чистого керосина в диапазоне температур Т = (570-975) К, причем разница между значениями tign для металлизированного геля и чистого керосина резко возрастает с ростом температуры.

2. На величину времени задержки воспламенения существенное влияние оказывает способ получения УДП алюминия. С ростом содержания азота в смеси газов, в атмосфере которых проводился электрический взрыв проволочек, величина tign уменьшается более чем в 2 раза.

3. Введение УДП алюминия в керосин существенно не влияет на величину эффективной энергии активации, рассчитанной по наклону графиков зависимости логарифма времени задержки воспламенения от обратной температуры.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Определены насыпная и удельная плотности порошков алюминия разной дисперсности. Для УДП алюминия марки Alex, полученного в аргоне, насыпная плотность равна 0.15 г/см , для УДП А1, полученного методом электродуговой плазменной переконденсации - 0.28 г/см3, для УДП, полученного пневматическим методом - 0.54 г/см .

2. Методом ДТА определена температура начала интенсивного окисления порошков алюминия. Для УДП А1 окисление на воздухе происходит в две стадии.

3. Получены зависимости времени задержки воспламенения СТТ, содержащих порошки алюминия разной дисперсности, от интенсивности излучения tign{Q) на установке лучистого нагрева "Уран-1". Время задержки воспламенения СТТ, содержащих УДП алюминия, меньше по сравнению с СТТ, содержащих порошок алюминия более крупной дисперсности в диапазоне интенсивности излучения (60 -s- 280) Вт/см, причем разница tign резко возрастает с увеличением интенсивности излучения.

Получены зависимости времени задержки воспламенения СТТ, содержащих порошки алюминия разной дисперсности, от температуры поверхности пластины tign(T) на установке кондуктивного нагрева (нагретом блоке) в диапазоне температур (550 -ь 750) К. Замена промышленного порошка алюминия на УДП приводит к уменьшению времени задержки воспламенения.

4. Получены зависимости скорости горения СТТ, содержащих порошки алюминия разной дисперсности, от давления окружающей среды и(р). Скорость горения СТТ, содержащих УДП алюминия, выше по сравнению с СТТ, содержащими порошок алюминия более крупной дисперсности в диапазоне давления окружающей среды (0.1 -е- 8.0) МПа, причем разница в скорости горения резко возрастает с увеличением давления окружающей среды. Для СТТ на основе ПХА и БК обнаружено увеличение показателя в степенном законе скорости горения при введении УДП алюминия в топлива. Введение порошка железа, никеля, меди в топливную композицию в качестве катализатора также приводит к увеличению скорости горения СТТ.

6. Получены зависимости времени задержки воспламенения жидких углеводородных топлив, содержащих порошки алюминия разной дисперсности, от температуры воздуха в реакторе tig„(T). Время задержки воспламенения гелеобразных топлив, содержащих УДП алюминия (Alex), меньше, чем для чистого керосина в диапазоне температур Т= (570+975) К, причем разница между значениями tign для металлизированного геля и чистого керосина резко возрастает с ростом температуры.

На величину времени задержки воспламенения существенное влияние оказывает способ получения УДП алюминия. С ростом содержания азота в смеси газов, в атмосфере которых проводился электрический взрыв проводников, величина tign уменьшается более чем в 2 раза.

Полученные новые экспериментальные результаты могут быть использованы в развитии теоретических основ применения нового класса ВЭМ в энергоустановках разного назначения (ракетно-космической техники, средств вооружения, пиротехники, газогенераторах, регулируемых ракетных двигателях на твердом и гелеобразном топливах).

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Коротких, Александр Геннадьевич, Томск

1. Морохов И. Д., Трусов Л.И., Чижик С.П. Ультрадисперсные металлические среды. М.: Атомиздат, 1977. - 264 с.

2. Ильин А.П., Громов А.А. Горение алюминия и бора в сверхтонком состоянии. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. - 154 с.

3. Гетерогенное горение / Под ред. Ильинского В.А., Садовского И.Н. — М.: Мир, 1967. 520 с.

4. Горение порошкообразных металлов в активных средах / Похил П.Ф., Беляев А.Ф., Фролов Ю.В. Логачев B.C., Короткое А.И. М.: Наука, 1972.-294 с.

5. Металлические горючие гетерогенных конденсированных систем / Н.А. Силин, В. А. Ващенко, Л .Я. Кашкоров и др. М.: Машиностроение, 1976.-320 с.

6. Мальцев В.М., Мальцев М.И., Кашпоров Л.Я. Основные характеристики горения. -М.: Химия, 1977. 259 с.

7. Павловец Г.Я., Мазалов Ю.А., Милешко В.Ю. Моделирование и проблемы регулирования процессов горения гетерогенных конденсированных систем. М.: Изд-во ВАРВСН МО РФ, 2001. - 289 с.

8. Фукс Н.А. Механика аэрозолей. М.: Изд-во АН СССР, 1955. - 352 с.

9. Архипов В.А., Бондарчук С.С. Формулы связи параметров унимодальных распределений частиц по размерам с геометрическими характеристиками функции плотности вероятности // Механика быстропротекающих процессов. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1989. С. 83-92.

10. Колмогоров А.Н. О логарифмически-нормальном законе распределения размеров частиц при дроблении // ДАН СССР. 1941. Т. 31, № 2. С. 99-101.

11. Коузов П.А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов. Л.: Химия, 1971. - 280 с.

12. Архипов В.А. Лазерные методы диагностики гетерогенных потоков: Учебное пособие. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1987. - 140 с.

13. Гусев А.И. Нанокристалические материалы методы получения и свойства. - Екатеринбург: УрО РАН, 1998. - 200 с.

14. Сухович Е.П., Унгурс И.А. Методы изготовления ультрадисперсных порошков металлов // Известия АН Латв. ССР. 1983. № 4(429). С. 63-77.

15. Даниленко В.В. Синтез и спекание алмаза взрывом. М.: Энергоатомиздат, 2003. - 272 с.

16. Акунов В.И. Струйные мельницы. М.: Машиностроение, 1967. - 167 с.

17. Сиденко П. М. Измельчение в химической промышленности. М.: Химия, 1997. - 189 с.

18. Росляк А.Т., Бирюков Ю.А., Пачин В.Н. Пневматические методы и аппараты порошковой технологии. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1990. -272 с.

19. Газофазный метод получения порошков / И.В. Фришберг, Л.И. Кватер, Б.П. Кузьмин, С.В. Грибовский. М.: Наука, 1978. - 224 с.

20. Авакумов Е.Г. Механические методы активации химических процессов. Новосибирск: Наука, 1986. - 306 с.

21. Рахель А. Д. Об испарении металла электрическим потоком высокой плотности // Журнал технической физики. 1995. Т. 65, № 12. С. 27-38.

22. Морохов И.Д., Трусов Л.И., Лаповок В.И. Физические явления в ультрадисперсных средах. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 224 с.

23. Мартынюк М.М., Цапков В.И., Пантелейчук О.Г., Каримходжаев И. Исследование физических свойств металлов методом импульсного нагрева / Препринт Ун-та дружбы народов им. П. Лумумбы, 1102. М., 1972.-130 с.

24. Свойства низкотемпературной плазмы и методы ее диагностики / Под ред. М.Ф. Жукова. Новосибирск: Наука, 1977. - 391 с.

25. Павловец Г.Я., Мазалов Ю.А., Чиннов В.В. Состав и структура ультрадисперсных порошков на основе алюминия // Физика горения и взрыва. 1993. Т. 29, №2. С. 72-75.

26. Бурцев В.А., Калинин Н.В., Лучанский А.В. Электрический взрыв и его применение в электрофизических установках. М.: Энергоатомиздат, 1990.-228 с.

27. Яворовский Н.А. Электрический взрыв проводников метод получения ультрадисперсных порошков: Дис. . канд. тех. наук. - Томск, 1982. — 127 с.

28. Лернер М.И. Управление процессом образования высокодисперсных частиц в условиях электрического взрыва проводников: Дис. . канд. тех. наук. Томск, 1988. - 155 с.

29. Столович Н.Н. Электровзрывные преобразователи энергии / Под ред. В.Н. Карнюшина. Минск: Наука и техника, 1983. - 151 с.

30. Бурцев В.А., Калинин Н.В., Лучинский А.В. Электрический взрыв проводников и его применение в электрофизических установках. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 289 с.

31. Котов Ю.А., Яворовский Н.А. Исследование частиц, образующихся при электрическом взрыве проводников // Физика и химия обработки материалов. 1978. № 4. С. 24-30.

32. Бирюков Ю.А., Росляк А.Т., Богданов Л.Н., Объедков А.Ю. Развитие пневмоциркуляционного метода переработки порошков применительно к получению перспективных материалов // Вестник ПГТУ. Проблемы современных материалов и технологий. 2003. № 9. С. 23-37.

33. Яворовский Н.А. Получение ультрадисперсных порошков // Изв. высших учебных заведений. Физика. 1996. № 4. С. 114-136.

34. Проскуровская JI.T. Физико-химические свойства электровзрывных ультрадисперсных порошков алюминия: Дис. к.х.н. Томск, 1992. -159 с.

35. Ляшко А.П. Особенности взаимодействия с водой и структура субмикронных порошков алюминия: Дис. . к.х.н. Томск, 1988. -178 с.

36. Ковба Л.М., Трунов В.К. Рентгенофазовый анализ. М.: МГУ, 1976. -232 с.

37. Ильин А.П. Об избыточной энергии ультрадисперсных порошков, полученных методом электрического взрыва проволок // Физика и химия обработки материалов. 1994. № 3. С. 94-97.

38. Ivanov G.V., and Tepper F. Activated Aluminum as a Stored Energy Source for Propellants // Challenges in Propellants and Combustion 100 Years after Nobel / Edited by K.K. Kuo et al. Begell House, 1997. P. 636-645.

39. Борзяк П.Г., Непийко C.A. Свойства и применение дисперсных порошков // Сб. научн. трудов ИПМ АН Украины. Киев: Изд-во ИПМ АН Украины. 1990. С. 4-22.

40. Mench М.М., Kuo К.К., Yeb C.L., and Lu Y.C. Comparison of Thermal Behavior of Regular and Ultra-Fine Aluminum Powders (Alex) Made From Plasma Explosion Process // Combustion Science and Technology. 1998. V. 135. P. 269-292.

41. Vilyunov V.N. Mid Zarko V.E. Ignition of Solids / Published by Elsevier Science Publishers, 1989. 442 p.

42. Глазкова А.П., Лейпунский О.И., Боболев В.К. Влияние алюминия на горение перхлората аммония с полиформальдегидом // Физика горения и взрыва. 1968. Т. 4, № 3. С. 299-304.

43. Ген М.Я., Фролов Ю.В., Сторожев В.Б. О горении частиц субдисперсного алюминия // Физика горения и взрыва. 1978. Т. 15, № 5. С. 153-155.

44. Беляев А.Ф., Фролов Ю.В., Короткое А.И. О горении и воспламенении частиц мелкодисперсного алюминия // Физика горения и взрыва. 1968. Т. 4, № 3. С. 323-329.

45. Бабук В.А., Белов В.А., Шелухин Г.Г. Особенности горения частиц алюминия в составе смесевых конденсированных систем при низких и высоких давлениях // Физика горения и взрыва. 1981. Т. 17, № 3. С. 26-31.

46. Горение металлизированных конденсированных систем / Похил П.Ф., Логачев B.C., Мальцев В.М., Селезнев В.А. М.: ИХФ АН СССР, 1962. - 294 с.

47. Беляев А.Ф. Горение, детонация и работа взрыва конденсированных систем. М.: Наука, 1968. - 255 с.

48. Моделирование процессов горения твердых топлив / Гусаченко Л.К., Зарко В.Е., Зырянов В.Я., Бобрышев В.П. Новосибирск: Наука, 1985. -182 с.

49. Hermance С.Е. Solid-Propellant Ignition Theories and Experiments // Fundamentals of Solid-Propellant Combustion: Program Astronautics and Aeronautics / Edited by K.K. Kuo and M. Summerfield, 1994. Vol. 90. P. 239-304.

50. Price E.W. Combustion of Metallized Propellants // Fundamentals of Solid-Propellant Combustion: Program Astronautics and Aeronautics / Edited by K.K. Kuo and M. Summerfield, 1994. Vol. 90. P. 479-513.

51. Olivani A., Galfetti L., Severini F. et al. Aluminum Particle Size Influence on , Ignition and Combustion of AP/HTPB/A1 Solid Rocket Propellants //

52. Advances in Rocket Propellant Performance, Life and Disposal for Improved System Performance and Reduced Cost: Paper of AVT Meeting. Aalborg, Denmark, 2002. P. 3-12.

53. Weiser V., Roth E., Plitzko Y., et al Combustion of Solid Propellants1.cluding Nano-Particles // "Energetic Materials: Production, Processing andj

54. Characterization" of the 33 International Annual Conference of ICT, Karlsruhe, Germany, 2002. P. 122-1-122-10.

55. Frolov Yu.V. Energetic Condensed Systems: Synthesis, Structure and Modification // "High Energy Materials: Emerging Trends" Proceedings of the IV International High Energy Materials Conference and Exhibit, India, 2003. P. 224-236.

56. Ильин А.П., Громов A.A., Верещагин В.И., и др. О горении сверхтонкого алюминия в воздухе // Физика горения и взрыва. 2001. Т. 37, № 6. С. 56-60.

57. Глотов О.Г., Зарко В.Е., Карасев В.В. Проблемы и перспективы изучения образования и эволюции агломератов методом отборов // Физика горения и взрыва. 2000. Т. 36, № 1. С. 161-172.

58. Глотов О.Г. Конденсированные продукты горения алюминизированных топлив. И. Эволюция частиц при удалении от поверхности горения // Физика горения и взрыва. 2000. Т. 36, № 4. С. 66-77.

59. Бабук B.A., Долотказин И.Н., Свиридов B.B. Моделирование дисперсности агломератов при горении алюминизироанных твердых топлив // Физика горения и взрыва. 2003. Т. 39, № 2. С. 86-96.

60. Ильин А.П., Попенко Е.М., Громов А.А., и др. Характеристики горения в воздухе агломерированных сверхтонких порошков алюминия // Физика горения и взрыва. 2002. Т. 38, № 6. С. 66-70.

61. Wong S.-C., and Turns S.R. Ignition of Aluminum Slurry Droplets //

62. Combustion Science and Technology. 1987. V. 52. P. 221-242.

63. Wong S.-C., and Turns S.R. Disruptive Burning of Aluminum/Carbon Slurry Droplets // Combustion Science and Technology. 1989. V. 66. P. 75-92.

64. RP-1/Aluminum Rocket Combustion Experiments // AIAA Paper. 1995. No. 95-2435.

65. Бойко B.M., Поплавский C.B. О влиянии жидких углеводородов на воспламенение металлических порошков в ударных волнах // Физика горения и взрыва. 1998. Т. 34, № 2. С. 108-113.А

66. Бойко В.М., Поплавский С.В. Воспламенение в воздухе порошков алюминия в смесях с жидкими углеводородными топливами // Физика горения и взрыва. 1999. Т. 35, № 1. С. 35-39.

67. Иванов Г.В., Яворовский Н.А., Котов Ю.А. и др. Самораспространяющийся процесс спекания ультрадисперсных металлических порошков // Докл. АН СССР. 1984. Т. 275, № 4. С. 871-875.

68. Зелинский В.Ю., Яворовский Н.А., Проскуровская JI.T., Давыдович В.И. Структурное состояние алюминиевых частиц, полученных методом электрического взрыва // Физика и химия обработки материалов. 1984. № 1.С. 57-59.

69. Порошок алюминиевый высокодисперсный АСД-1, АСД-4, АСД-6. Технические условия 48-5-226-87. ООО "СУАЛ-ПМ". г. Шелехов. 1987.

70. Ягодников Д.А., Гусаченко Е.И. Экспериментальное исследование дисперсности конденсированных продуктов сгорания аэровзвеси частиц алюминия // Физика горения и взрыва. 2004. Т. 40, № 2. С. 33-41.

71. Вейганд К. Методы эксперимента в органической химии. М.: Иностранная литература, 1950. - 200 с.

72. Гороновский И.Т., Назаренко Ю.П., Некряч Е.Ф. Краткий справочник по химии. Киев: Наукова думка, 1974. — 992 с.

73. Ничуговский Г.Ф. Определение влажности химических веществ. Л.: Химия, 1977. - 198 с.

74. Алесковский В.Б., Бардин В.В., Бойчиноа Е.С. и др. Физико-химические методы анализа. Практическое руководство. Л.: Химия, 1971. - 424 с.

75. ГОСТ 10096-62. Волюмометрический химический анали?. М.: Изд-во стандартов, 1962. - 6 с.

76. Крешков А.П. Основы аналитической химии. Теоретические основы. Количественный анализ. М.: Химия, 1976. - 480 с.

77. Уэндландт У. Термические методы анализа: Пер. с англ. М.: Мир, 1978.-526 с.

78. Болдырев В.В. Методы изучения кинетики термического разложения твердых веществ. Томск: ТГУ, 1958. - 332 с.

79. Фиалко М.Б. Неизотермическая кинетика в термическом анализе. — Томск: ТГУ, 1981.-110 с.

80. Оптические печи / Лопатина Г.Г., Сасоров В.П., Спицын Б.В., Федосеев Д.В. М.: Металлургия, 1969. - 216 с.

81. Коротких А.Г., Кузнецов В.Т., Медведев В.В. Зажигание конденсированных веществ лучистым потоком // Исследования по баллистике и смежным вопросам механики: Сб. статей / Под ред. Богоряда И.Б. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2001. С. 41-44.

82. Коротких А.Г., Кузнецов В.Т., Медведев В.В. Сравнительное исследование процесса зажигания твердых топлив // Исследования по баллистике и смежным вопросам механики: Сб. статей / Под ред. Богоряда И.Б. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. С. 54-55.

83. Коротких А.Г., Архипов В.А. Влияние дисперсности алюминия на зажигание и горение смесевых композиций // Сопряженные задачи механики и экологии: Сб. материалов международной конференции. -Томск: Изд-во Том. ун-та, 2000. С. 134-135.

84. Коротких А.Г., Кузнецов В.Т. О возможности взрывного режима при зажигании гетерогенных систем // Сопряженные задачи механики, информатики и экологии: Сб. материалов международной конференции. -Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. С. 108-109.

85. Коротких А.Г. Закономерности горения конденсированных систем, содержащих ультрадисперсные порошки алюминия // Сопряженные задачи механики, информатики и экологии: Сб. материалов международной конференции. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. С. 107-108.

86. Arkhipov V.A., Korotkikh A.G., Sedoi V.S., et al .Productions of Ultra-Fine Powders and Their Use in High Energetic Compositions // Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 2003. V. 28, No. 5. P. 27-42.

87. Коротких А.Г. Анализ эффективности использования ультрадисперсного порошка алюминия в топливных композициях // Физика и химия высокоэнергетических систем: Доклады конференции / Под ред. Э.Р. Шрагера. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2003. С. 27-28.

88. Архипов B.A., Коротких А.Г., Кузнецов B.T., Савельева JI.A. Влияние дисперсности добавок металлов на скорость горения смесевых композиций // Химическая физика. 2004. Т. 23, № 9. С. 18-21.

89. Зельдович Я.Б. К теории горения порохов и взрывчатых веществ // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1942. Т. 12, Вып. 11-2. С. 498-524.

90. Бахман Н.Н., Кондрашков Ю.А. Выражение для скорости горения при одновременном протекании гомогенной и гетерогенной реакций // ДАН СССР. 1966. Т. 168, № 4. С. 844-845.

91. Померанцев В.В., Арефьев К.М., Ахмедов Д.Б. и др. Основы практической теории горения. JL: Энергоатомиздат, 1986. - 214 с.

92. Архипов В.А., Коротких А.Г., Марыкин А.А. Исследование процесса воспламенения гелеобразных топлив // Аэрокосмическая техника и высокие технологии — 2001: Сб. тезисов докладов Всероссийской научно-технической конференции. Пермь: ПГТУ, 2001. С. 37.

93. Коротких А.Г., Марыкин А.А. Экспериментальное исследование воспламенения гелеобразных топлив // Исследования по баллистике и смежным вопросам механики: Сб. статей / Под ред. Богоряда И.Б. — Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. С. 53-54.

94. Иванов Г.В., Коротких А.Г., Сурков В.Г. Закономерности зажигания гелеобразных топлив // Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики: Доклады третьей международной конференции молодых ученых. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. С. 69-71.

95. Архипов B.A., Иванов Г.В., Коротких А.Г., и др. Воспламенение гелеобразных топлив, содержащих ультрадисперсный алюминий // Химическая физика. 2003. Т. 22, № 8. С. 30-33.

96. Семенов Н.Н. Цепные реакции Л.: Госхимтехиздат, 1934. - 148 с.

97. Бузуков А. А. Промотирующее влияние алкилнитратов на самовоспламенение керосиновоздушной смеси // Физика горения и взрыва. 1994. Т. 30, № 3. С. 12-19.