Исследование затухающих взрывных процессов в гетерогенных пористых ВВ. Разработка стандартных методов оценки взрывоопасности тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.17 ВАК РФ

На правах рукописи

Лавров Владимир Васильевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАТУХАЮЩИХ ВЗРЫВНЫХ ПРОЦЕССОВ В ГЕТЕРОГЕННЫХ ПОРИСТЫХ ВВ. РАЗРАБОТКА СТАНДАРТНЫХ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ВЗРЫВООПАСНОСТИ

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

иоз^ь

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

1 8 СЕН 2000

Черноголовка 2008

003446132

Работа выполнена в Институте Проблем Химической Физики РАН

Научный руководитель.

доктор физико-математических наук Шведов Константин Константинович;

Официальные оппоненты

доктор физико-математических наук Трофимов Владимир Сергеевич,

кандидат физико-математических наук Демченко Николай Григорьевич

Ведущая организация:

Институт химической физики им НН Семенова РАН

Защита состоится « att-ud 2008 г в ^О часов Qo мин на заседании Диссертационного Совета Д 002 082 01 в Институте проблем химической физики РАН по адресу: 142432, г. Черноголовка, Московская область, пр-т академика НН. Семенова, д.1, Институт проблем химической физики РАН, корп. 1/2, актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПХФ РАН (142432, г. Черноголовка, Московская область, пр-т академика H.H. Семенова, д 1).

Автореферат разослан « » aJ^LH cJTA 2008 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета кандидат физико-математических наук

Безручко Г.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность Наиболее изученными формами взрыва на настоящее время являются нормальная и низкоскоростная детонация, а также переходные процессы, возникающие при их инициировании Планомерному исследованию затухающих взрывных процессов, несмотря на то, что вероятность их возникновения в условиях близких к критическим для распространения и возбуждения детонации высока, должного внимания не уделялось Неопределенность границ между различными явлениями может приводить к существенным ошибкам в значениях критических параметров детонации, которые широко используются при анализе механизма и кинетики превращения вещества в условиях высоких динамических нагрузок В отношении затухающих взрывных процессов существует необходимость в получении новых фундаментальных данных о закономерностях их поведения Эти знания необходимы для определения пределов инициирования и распространения взрывных процессов с различной устойчивостью, разработки соответствующих теорий

Практический интерес к затухающим взрывным процессам обусловлен тем, что от степени понимания закономерностей их возникновения зависит как эффективность, так и безопасность использования энергии взрыва При скоплении взрывоопасных веществ в большом количестве, возбуждение взрывного процесса с любым режимом распространения может привести к не меньшим катастрофическим последствиям, чем возбуждение детонации, несмотря на относительно низкие параметры Основная проблема заключается в том, что условия возникновения таких процессов при случайных внешних воздействиях практически непредсказуемы Предотвращение опасных ситуаций при обращении со взрывчатыми и взрывоопасными веществами является важной задачей мирового масштаба, которая нуждается в постоянном нахождении свежих решений вместе с разработкой новых взрывоопасных веществ и способов их применения

Целью работы является изучение взрывных процессов, распространяющихся по заряду гетерогенного, пористого ВВ в затухающем режиме В качестве отдельной задачи ставилось использование полученных экспериментальных данных для определения критических условий возбуждения и распространения взрывных процессов с различной устойчивостью, разработка стандартных методов испытаний для оценки взрывоопасности веществ с низкой детонационной способностью.

Объект исследования В качестве основных объектов исследования выбраны нитрат аммония и тротил, а также их смеси со взрывчатыми и невзрывчатыми добавками, в том числе в виде обратной эмульсии.

Научная новизна Впервые установлены закономерности распространения затухающих взрывных процессов при изменении диаметра

заряда и условий инициирования для ВВ, обладающих высокой пористостью. Выведено эмпирическое уравнение, с хорошей точностью описывающее экспериментальные данные по зависимости относительной длины прохождения затухающего взрывного процесса от диаметра заряда. Установлены закономерности распространения затухающих и квазистационарных взрывных процессов, способных распространяться на расстояния в десятки диаметров заряда в многокомпонентном смесевом ВВ, имеющем эмульсионную структуру для зарядов в оболочках из трех различных материалов Установлено, что взрывные процессы способные к самораспространению в пористых ВВ, как нестационарные, так и стационарные, имеют близкий порог чувствительности к ударно-волновому импульсу Впервые получены экспериментальные данные, показывающие, что чувствительность нитрата аммония к ударно-волновому импульсу может находиться на высоком уровне, сравнимом с уровнем чувствительности тротила.

Практическая ценность Полученные в работе данные о закономерностях возникновения и распространения затухающих взрывных процессов позволяют более точно разграничить детонационные взрывные процессы от недетонационных и избежать нежелательное возникновение последних при практическом использовании энергии взрыва Полученные закономерности могут послужить основой для разработки новых или корректировки существующих моделей расчета критических параметров для возбуждения и распространения самораспространяющихся взрывных процессов от затухающих до детонационных Практический интерес представляют количественные данные о параметрах взрывных процессов в современных промышленных взрывчатых веществах, особенно в нитрате аммония и эмульсионном ВВ Разработан комплекс стандартных методов испытаний для оценки взрывоопасности веществ, обладающих низкой детонационной способностью, в том числе, не предназначенных к использованию в качестве взрывчатых.

Основные положения, выносимые на защиту

1 Результаты экспериментального исследования затухающих взрывных процессов в зарядах различного диаметра, при различной мощности инициирования ударно-волновым импульсом для смесевых и индивидуальных взрывчатых веществ

2 Результаты исследования стационарности распространения взрывных процессов в зависимости от диаметра заряда, свойств оболочки, амплитуды инициирующей ударной волны для смесевых и индивидуальных взрывчатых веществ

3 Результаты определения критического диаметра и критической скорости детонации, относительной оценки детонационной способности ВВ с различным размером частиц и в оболочках из различных материалов

4 Результаты оценки чувствительности пористых ВВ к ударно-волновому импульсу

5. Комплекс стандартных методов оценки взрывоопасности для веществ с низкой детонационной способностью

Апробация работы Результаты работы докладывались, обсуждались и опубликованы в материалах научных конференций различной направленности 4-е Всесоюзное Совещание по детонации (г. Телави 1983), 10-ое Научно-техническое совещание «Совершенствование буровзрывных работ в народном хозяйстве» (г Губкин 1988), 16th Int Pyrotechnic Seminar (Jonkoping Sweden 1991), Всесоюзный Симпозиум «Газодинамика взрывных и ударных волн, детонационного и сверхзвукового горения» (г Алма-ата 1991), Международная школа-семинар «Физика и газодинамика ударных волн» (г Минск 1992), 9-й Симпозиум по горению и взрыву (п Черноголовка 1996), Int. Autumn Seminar on Propelants, Explosives and Pyrotechnics (Shenzen China) 1997, Четвертая международная научная конференция «Физические проблемы разрушения горных пород» (г Москва 2004), III Межотраслевая научно-техническая конференция «Промышленные взрывчатые вещества (ПВВ) Состояние, перспективы разработки и применение» (г. Дзержинск 2005), Всероссийская научно-техническая конференция «Успехи в специальной химии и химической технологии» (г. Москва 2005), а также на Межведомственных семинарах по использованию энергии взрыва в народном хозяйстве

Публикации По материалам диссертации опубликовано 23 работы Список основных работ приведен в конце автореферата.

Личный вклад В представленной работе соискателем проведен комплекс экспериментов по измерению параметров затухающих взрывных процессов и детонации. Соискателю принадлежит основная роль в анализе полученных данных, формулировке выводов, подготовке материалов к публикации и разработке методов оценки взрывоопасности

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, литературного обзора, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы Объем диссертации составляет 131 страница, в том числе 33 рисунка, 8 таблиц и библиография из 56 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении обоснована актуальность исследуемой проблемы, сформулирована цель диссертационной работы, перечислены полученные в ходе работы новые результаты и результаты, представляющие, практическую ценность, представлены основные положения, выносимые на защиту, описана структура диссертации

В литературном обзоре приведены результаты экспериментальных исследований взрывных процессов в зарядах взрывчатых веществ с высокой

пористостью, возникающих в условиях близких к критическим условиям для распространения детонации Анализ имеющихся данных (основные работы [1-7]) показал, что в пористых ВВ могут наблюдаться различные режимы распространения затухающих взрывных процессов, режимы с медленным и резким изменением скорости фронта, режимы с многоступенчатыми переходами с одной скорости на другую, пульсирующие режимы. Однако, ни закономерности, сопровождающие наблюдавшиеся явления, ни условия их проявления однозначно установлены не были Основная причина этого заключается в фактическом отсутствии планомерных исследований затухающих взрывных процессов во взрывчатых веществах

В первой главе изложены результаты экспериментального определения длины прохождения взрывного процесса, полученные на зарядах диаметром меньше критического для распространения детонации в бумажной оболочке. Для ВВ из различных классов и групп получены зависимости длины прохождения (Ц) от диаметра заряда (с1) и мощности инициирования ударно-волновым импульсом при длине заряда до 1 м В качестве объекта исследований были выбраны индивидуальные и смесевые ВВ с заметными различиями по детонационной способности. ВВ первой группы были представлены гранулированным (размер частиц более 3 15 мм) и чешуированным (размером частиц более 2 5 мм) тротилом, ВВ второй группы - гранулированной пористой аммиачной селитрой (АС) (основной размер частиц 1-3 мм), смесевые ВВ - аммонитом (порошкообразная смесь аммиачной селитры с тротилом 79/21, содержащая 45% АС в гранулированном виде), Граммонитом 79/21 (смесь гранулированной АС и чешуированного тротила), Игданитом (смесь аммиачной селитры и дизельного топлива 94/6) Все смесевые составы являются стехиометрическими Для сравнения проводились эксперименты с инертным веществом, в качестве которого использовалась кристаллическая поваренная соль (размер частиц 1-1.5 мм) Заряды ВВ имели насыпную плотность 0 9-1 О г/см3, располагались вертикально с опорой на его донную часть Величина ЦМ определялась по длине неразрушенной части оболочки (рис 1) Инициирующая ударная волна (ИУВ) заданной мощности создавалась с использованием зарядов из смеси аммонита 6ЖВ с бариевой селитрой с содержанием ВВ от 15 до 100% по весу. Диаметр инициатора был больше, либо равен диаметру заряда Продукты детонации инициатора отсекались от исследуемого ВВ пластинами из плексигласа толщиной 10 и 20 мм Амплитуда (Рин) и профиль инициирующей ударной волны определялась в серии специально поставленных экспериментов по результатам одновременного измерения скорости фронта и массовой скорости продуктов в 4-5 мм от границы раздела с инертной преградой электромагнитным методом В выбранных условиях ИУВ имели треугольный профиль

безхимпика с длительностью около 20 мкс при малых амплитудах, 15 мкс при средних и 10 мкс при больших амплитудах

На рис 2 приведены зависимости относительной длины прохождения от диаметра заряда при инициировании ударной волной с амплитудой 5 0-5 5 ГПа Из представленных результатов, видно, что для исследованных ВВ относительная длина прохождения возрастает с увеличением диаметра заряда Растет она и для инертного вещества, хотя этот рост является едва заметным Зависимость относительной длины прохождения от диаметра заряда для всех ВВ представляет собой гладкую кривую с различны

X

—п-

-ц-

ир

Рис 1 Схема опыта по определению длины прохождения взрывного процесса до взрыва (а), после взрыва (б) (1- инициирующий заряд, 2- заряд исследуемого ВВ, 3- инертная преграда) Рис 2 Зависимость относительной длины прохождения от диаметра заряда для 1 - тротила чешуированного, 2 - тротила гранулированного, 3 - Граммонита, 4 - Игданита, 5 - АС, 6 - ЫаС1 (Звездочкой обозначено прохождение на всю длину заряда)

характером ее нарастания в области больших и малых диаметров Граница между двумя областями проходит по диаметру 25-30 мм для чешуированного тротила, 45-50 мм для гранулированного тротила, 60-70 мм для граммонита Для других ВВ эта граница проходит по диаметру величиной более 80 мм Очевидно, что если в области малых диаметров могут наблюдаться только быстрозатухающие взрывные процессы, то во второй области способные к длительному самораспространению и медпеннозатухающие, и низкоскоросгные и детонационные. Следует отметить, что подобие кривых наблюдается для всех ВВ независимо от их свойств, кривые нигде не пересекаются и располагаются на графике в соответствии с рядом детонационной способности, который можно построить по известным справочным и литературным данным Чем меньшую детонационную способность имеет вещество, тем правее располагается кривая на рис 2. Общность закономерностей для различных ВВ, указывает на определяющую роль в распространении исследуемых процессов газодинамики течений во взрывной волне.

Сравнительный анализ данных, полученных для различных ВВ, позволяет делать выводы о влиянии их свойств на способность взрывных процессов к самораспространению. К примеру, если анализировать данные, полученные в заряде диаметром 50 мм (рис. 2), то хорошо видно, что добавка к АС невзрывчатого горючего ДТ гораздо менее эффективно повышает эту способность, чем обладающий взрывчатыми свойствами тротил (кривые 3, 4, 5) При подобном сравнении важен выбор соответствующего диаметра заряда, он не должен быть слишком малым, в противном случае аммиачная селитра и поваренная соль не будут различаться между собой, хотя хорошо известно, что одно из веществ способно к детонации, а другое нет

На рис. 3 приведены экспериментальные данные по зависимости относительной длины прохождения от амплитуды ИУВ для чешуированного тротила. Для всех трех диаметров в диапазоне от 20 до 50 мм можно наблюдать различный характер нарастания длины прохождения при увеличении амплитуды В заряде наименьшего из диаметров увеличение амплитуды не приводит к заметному увеличению длины прохождения, в то время как в заряде наибольшего из диаметров уже при амплитуде около 0 5 ГПа, наблюдается резкое увеличение длины прохождения и распространение взрывного процесса на всю длину заряда Очевидно, что данного уровня инициирующего воздействия достаточно для возбуждения в этом веществе взрывного процесса, способного к длительному самораспространению, возможно детонационного Этот вывод подтверждается данными работы [8], где показано, что ударной волны с амплитудой 0 5 ГПа достаточно для инициирования тротила при насыпной плотности заряда Кривая, полученная при диаметре заряда равном 35 мм, занимает промежуточное положение.

Рис 3 Зависимость относительной длины прохождения от амплитуды инициирующей ударной

волны для чешуированного тротила в зарядах диаметром 1-20 мм, 2-35 мм, 3 - 50 мм

Рис 4 Зависимость относительной длины прохождения от амплитуды инициирующей ударной

волны в заряде диаметром 65мм для. I - чешуированного тротила в зарядах диаметром, 2 -

Граммонита, 3 - гранулированного тротила, 4 - Игданита, 5 - АС, 6 -№С1

(Звездочкой обозначено прохождение на всю длину заряда.)

10 13 2025303340 45 30 РхЮ ГПа

10 20 30 40

ЙХ10 ГПа

50

«о

По характеру нарастания длины прохождения с увеличением амплитуды кривую можно разбить на два участка На первом повышение амплитуды от 0 2 до 0 8 ГПа приводит к быстрому росту длины прохождения, как при диаметре 50 мм На втором увеличение амплитуды не приводит к заметному росту 1ус1, как при диаметре 20 мм. Наличие двух столь разных участков указывает на то, что способность взрывного процесса к самораспространению контролируется на каждом из них разными физическими процессами Быстрый рост Ц при малых Рш, обусловлен тем, что при достаточной мощности инициирования очаги химической реакции, способные поддерживать взрывчатое превращение, будут возникать в веществе независимо от диаметра заряда Устойчивость взрывного процесса после инициирования реакции, а следовательно и величина Ьр, определяется газодинамикой течений в волне, на которую определяющее влияние оказывает величина диаметра заряда При больших диаметрах заряда скорость энерговыделения в очагах, несмотря на существование энергопотерь, оказывается достаточной вплоть до возбуждения детонации, взрывного процесса, имеющего бесконечную длину прохождения В зарядах малого диаметра, распространение взрывного процесса полностью контролируется боковыми волнами разрежения, поэтому длина прохождения начинает слабо зависеть от энергетики вещества и мощности инициирующего воздействия Поведение взрывчатого вещества, например, такого как тротил, в этом случае мало отличается от поведения вещества инертного (рис 4 кривая 6)

Подобная картина наблюдалась и для других исследованных веществ На рис. 4 представлены экспериментальные данные, полученные для разных ВВ в заряде одного диаметра. Можно видеть, что, если инициирующая волна является не слишком слабой, вид кривых Ц(РИН) напрямую зависит от детонационной способности вещества Для соли, селитры и игданита, несмотря на значительное увеличение мощности инициирования, наблюдается монотонное, едва заметное увеличение относительной длины прохождения Увеличением мощности инициирования нельзя добиться увеличения способности процесса к самораспространению, подобно ударно-волновым процессам в химически инертных средах, распространение полностью контролируется газодинамикой течений Три кривые располагаются одна выше другой при любой амплитуде в соответствии с уровнем их детонационной способности Физико-химические свойства ВВ начинают проявляться, только начиная с определенного диаметра заряда Так для чешуированного тротила в заряде того же диаметра наблюдается обратная картина, а именно резкий рост длины прохождения при небольшом росте амплитуды ИУВ, подобно тому, как это происходит при инициировании детонации Для граммонита и гранулированного тротила

кривые имеют более сложный вид Каждую из них можно разбить на два отдельных участка, как для тротила (рис 3 кривая 2) На одном из них наблюдается поведение характерное для чешуированного тротила, на другом характерное для инертного и для труднодетонирующих веществ Несмотря на очевидные различия в ходе кривых 2 и 3, принципиальным является лишь то, что два характерных участка у них меняются местами В отличие от граммонита, поведение гранулированного тротила при низких амплитудах, подобно поведению труднодетонирующих веществ, а при высоких -поведению чешуированного тротила Результатом этих отличий стало пересечение двух кривых Ц/с! от Рин, которое, по-видимому, будет наблюдаться не часто Пересечение может быть объяснено тем, что одно из веществ (тротил) обладает лучшей детонационной способностью, а другое (граммонит) чувствительностью Само по себе такое сочетание свойств, характеризующих взрывоопасность вещества, не является чем-то необычным Наиболее известный пример такого сочетания - одно и то же бризантное ВВ с разным размером частиц Если взять ВВ с более крупными частицами, оно будет обладать заведомо худшей детонационной способностью, но не всегда худшей чувствительностью [9].

Полученные в главе 1 результаты позволяют сделать вывод, что закономерности изменения длины прохождения взрывного процесса, происходящие при изменении диаметра заряда и амплитуды ИУВ, носят общий характер В рамках проведенного исследования они не зависят от свойств ВВ Можно наблюдать резкое увеличение длины прохождения как при приближении диаметра заряда к критическому значению для детонации, так и при увеличении амплитуды ИУВ до определенного уровня.

Вторая глава посвящена изучению взрывных процессов в зарядах ВВ различного диаметра, способных к длительному самораспространению Эксперименты проводились на зарядах длиною от 10 до 100с1 Все составы за исключением эмульсионного ВВ имели насыпную плотность Инициирование, как правило, осуществлялось по всей площади одного из торцов заряда При измерениях скорости фронта (Б) использовались электроконтактные датчики, замыкающие электрическую цепь при прохождении фронта волны. Профиль массовой скорости Щ) определялся электромагнитным методом на электромагнитной установке ИПХФ РАН

Для всех исследованных составов наблюдалась общая закономерность, заключавшаяся в том, что по абсолютному значению скорости и характеру ее изменения при распространении можно выделить три группы взрывных процессов Это - стационарные, высокоскоростные (детонационные), низкоскоростные, выходящие на стационарный или квазистационарный режим распространения, и затухающие Как правило, все виды взрывных процессов хорошо воспроизводились от опыта к опыту. Исключение

составили только низкоскоростные процессы в грубодисперсном тротиле и смеси тротила с инертной добавкой.

Индивидуальные ВВ. На рис. 5 приведены результаты измерения скорости фронта в зарядах различного диаметра для грубодисперсного тротила с различной технологией изготовления частиц. Необходимо отметить, что низкоскоростные процессы стабильно наблюдались только для чешуированного тротила. В зарядах гранулированных тротилов при изменении диаметра заряда наблюдался резкий переход от затухающего процесса к процессу детонационному. В промежуточных диаметрах между 56 и 65 мм для тротила гранулированного и 75-85 мм для конверсионного могли наблюдаться и затухающие, и квазистационарные, и детонационные взрывные процессы. Так на расстоянии 5d от инициатора в различных опытах с зарядом 60 мм для гранулированного тротила был зарегистрирован целый набор скоростей фронта: 4.00, 3.82, 3.69 и 1.54 км/с, которые соответствуют разным типам взрывного процесса. Необходимо отметить, что резкие переходы от одного режима к другому в грубодисперсном тротиле происходили, когда радиус заряда изменялся на величину, сравнимую с размером частиц взрывчатого вещества. Возможно, что размер некоторых гранул был достаточно большой, чтобы детонация распространялась по отдельным частицам, приводя к дополнительной неустойчивости взрывного процесса в условиях эксперимента. Экспериментальные данные, представленные на рис.5, наглядно указывают на разрывной, скачкообразный характер перехода от одного вида взрывного процесса к другому, подобно тому, как это наблюдалось для бризантных ВВ в работе [10].

6 8 10 12 Mi

16 18 20 22

2.42,0

Рис. 5. Изменение скорости фронта по длине заряда в чешуированном тротиле (1 - (1=50 мм, 2 -45 мм, 3-40 мм, 4 - 35 мм при плотности 0.92-0.97 г/см3), гранулированном тротиле с размером частиц 3-5 мм (5 - с1=65 мм, 6-56 мм при плотности 0.98-1.00 г/см3), конверсионном ¡ротиле с размером частиц 5-7 мм (7 - (1=85 мм, 8 - 75 мм при плотности 1.02-1.04 г/см3). Рис. 6. Изменение скорости фронта по длине заряда в гранулированном нитрате аммония плотностью 0.75-0.78 г/см3. Оболочка диаметром: 1 - (1=69 мм, 2 - 80 ,3 - 100,4 - 130 мм.

Нитрат аммония, несмотря на использование микропористых гранул, из-за его низкой детонационной способности, помещался в стальные оболочки Для этого вещества наблюдалось постепенное снижение абсолютных значений скоростей фронта при уменьшении диаметра заряда (рис. 6), но длина зарядов не была достаточно большой, чтобы можно было установить характер распространения взрывного процесса, за исключением высокоскоростного. Можно отметить, что минимальная скорость стационарного взрывного процесса практически совпадает со скоростью, измеренной в работе [4]. При уменьшении диаметра заряда на 20-25% скорость фронта не претерпевает резких изменений, ее значение изменяется на 550-600 м/сек. Исходя из этих данных, можно сделать вывод, что в отличие от тротила, для нитрата аммония не будет наблюдаться разрывной зависимости скорости фронта от диаметра заряда

Смесевые ВВ Основным объектом исследования были механические смеси ВВ как с активными (тип окислитель-горючее), так и с инертными добавками. Все заряды имели насыпную плотность Исследования также проводились для многокомпонентного эмульсионного ВВ, которое имело отличную от других составов физическую структуру

Смеси нитрата аммония с бризантными ВВ Для стехиометрических смесей нитрата аммония с тротилом при уменьшении диаметра заряда наблюдалось постепенное снижение значений скорости фронта, как для нитрата аммония (рис 6). До полного затухания низкоскоростные взрывные процессы могли проходить на расстояния в несколько десятков диаметров заряда или распространяться с мало изменяющейся скоростью. Аналогичная картина наблюдалась и для мелкодисперсного аммонита с 45% гранулированного НА. Полученные данные позволяют сделать вывод, что общая картина изменения скорости фронта при изменении длины и диаметра заряда не зависит от дисперсности взрывчатого вещества Параметры взрывных процессов с любой устойчивостью, также слабо зависят от размеров частиц компонент смеси, как и для низкоскоростных режимов [10]

Измерение профиля массовой скорости при медленно затухающем взрывном процессе проводились на заряде граммонита диаметром 80 мм (рис 8) Можно видеть, что изменения профиля происходили в полном соответствии с изменением скорости фронта Можно выделить две характерные области изменения параметров На начальном участке заряда длиной около 10с1 наблюдается постепенное затухание инициирующей ударной волны, поддерживаемой химической реакцией в веществе По мере удаления волны от плоскости инициирования отмечается постепенное размытие ударного фронта с нарастанием давления, длящимся до 2 мкс, снижение амплитуды более, чем вдвое, и заметное уменьшение скорости спада массовой скорости за фронтом. По своему виду профили оказались

1 2 3 4 5

Рис. 7. Изменение скорости фронта в зарядах различного диаметра по длине в стехиометрических смесях нитрата аммония с тротилом плотностью 1.0 г/см3: аммоните 6ЖВ (размер частиц 80-100 мкм) (а), Граммоните 79/21 (б).

Рис. 8. Осциллограммы профиля массовой скорости в заряде граммонита диаметром 80 мм, полученные на различных расстояниях от инициатора: 1 - I = 0; 2 - 5(1; 3 - 10(1; 4 - 15(1; 5 - 20(1. (Расстояние между двумя соседними вершинами синусоиды соответствует интервалу времени равному 1мкс.)

подобны тем, которые наблюдались ранее для недетонационных взрывных процессов в нитрате аммония и тротиле [3, 6]. Для второй области характерна стабилизация низкоскоростного процесса. Два профиля массовой скорости, полученные на расстоянии 15 и 20с1, практически не отличаются друг от друга, для них характерно медленное, растянутое на 5-6 мкс, нарастание массовой скорости во фронте, соответствующее вырождению ударной волны в волну сжатия, и едва заметное ее изменение за фронтом. Давление в такой волне составило 0.24-0.26 ГПа.

Сравнение полученных данных с данными для индивидуальных ВВ показывает, что по виду зависимостей 0(ё, 1) и параметрам взрывных процессов исследованные смеси близки к нитрату аммония, а не к тротилу. Этот факт позволяет сделать вывод о том, что в смеси нитрата аммония с тротилом распространение взрывных процессов поддерживается за счет экзотермической реакции разложения обоих компонентов. Можно также отметить сильное сенсибилизирующее воздействие тротила на нитрат аммония. О сенсибилизации можно судить и по величине относительной длины прохождения (рис.2), и по величине диаметра, в котором распространяются взрывные процессы с одинаковыми параметрами (рис.6-7).

В поведении смеси нитрата аммония (размер частиц менее 0 5 мм) с гексогеном с соотношением 50/50 (близкое к стехиометрии), плотностью 1 33 г/см3 наблюдались принципиальные отличия от смесей НА/ТНТ. Так для медленно затухающего взрывного процесса скорость фронта при диаметре заряда 10 мм и длине до 100 d оказалась в три раза выше (4 8-4 3 км/с), а для стационарного процесса вдвое (5 23-5 29 км/с) Это значение выше максимальной скорости детонации, зафиксированной когда-либо для нитрата аммония Эксперименты со штатным гексогеном при плотности 1 15 г/см3 (близкая к номинальной в смеси) показали, что изменение диаметра заряда, влечет за собой такие же изменения в характере распространения взрывных процессов, как и в исследуемой смеси при близких значениях скорости фронта у процессов с различной устойчивостью Проведенное сравнение позволяет сделать вывод, что за исключением отрицательного влияния на детонационную способность, введение нитрата аммония в гексоген до соотношения близкого к стехиометрическому практически не сказывается на закономерностях распространения взрывных процессов в зарядах малого диаметра Такому десенсибилизирующему влиянию НА можно найти объяснение, если иметь в виду большую разницу во временах химической реакции двух веществ при детонации Можно также сослаться на указания ряда авторов на то, что повышенные давления в зоне реакции имеют отрицательное влияние на разложение нитрата аммония при детонации

Смеси ВВ с инертными добавками Исследование затухающих взрывных процессов в смесях ВВ с инертными добавками проводились на следующих составах смеси порошкообразного тротила с порошком карбида кремния 85/15 при плотности заряда 1 02±0 02 г/см3 (размер частиц 63-160 мкм и 120-280 мкм, соответственно), пятидесятипроцентной смеси штатного гексогена с кристаллическим хлоридом натрия (размер частиц 1-15 мм) плотностью 1 36 г/см3, пятидесятипроцентной смеси аммонита 6ЖВ с бариевой селитрой (размер частиц 0 5-0.63 мм) при плотности заряда 1.58 r/cMJ Все заряды имели такую плотность, чтобы номинальная плотность ВВ в смеси была близка к плотности зарядов исследованных индивидуальных ВВ. Инициирование смесей во всех случаях осуществлялось зарядом соответствующего ВВ без добавки того же диаметра, что и основной заряд.

Общим для всех исследованных смесей явилось то, что картина изменения скорости фронта при изменении диаметра заряда была подобна картине, наблюдающейся для ВВ без добавок Об этом можно судить по данным измерений скорости фронта на разном удалении от инициатора в зарядах различного диаметра. Близкими оказались, как минимальные значения скорости фронта для стационарных режимов, так и минимальные значения скорости фронта для медленнозатухающих и квазистационарных взрывных процессов Диапазон изменения последних значений составил для

тротила 1.2—1 8 — 3.6-4 0 км/с, для его смеси 1 8-2 1-38 км/с, для аммонита 6ЖВ 1 7-19 - 2 7-2 8 км/с, для его смеси 1.8-2 2 -29 км/с, для гексогена >40 - 5 5 км/с, для его смеси 45 - 5 5 км/с Небольшие расхождения в значениях можно отнести за счет разницы в плотностях зарядов, а также за счет разницы в шаге изменения диаметра. Несмотря на то, что введение в ВВ добавок слабо сказывалось на значениях скорости фронта, их влияние на детонационную способность оказалось существенным, при 50% содержании добавки она ухудшалась в 2-3 раза

Дополнительную информацию о поведении добавок дает сравнительный анализ результатов для смесей гексогена с НА и солью Анализ показывает, что стационарный процесс в обеих смесях наблюдается в зарядах диаметром 18 и 20 мм, стационарный или квазистационарный - в зарядах диаметром 8-13 мм, затухающий при диаметрах 6 и 8 мм Необходимо отметить, что при этом абсолютные значения скорости фронта в зарядах соответствующего диаметра оказались близки между собой Этот факт можно рассматривать как указание на то, что нитрат аммония в смеси с гексогеном ведет себя подобно инертной добавке

Смесь нитрата аммония с невзрывчатой горючей добавкой Наилучшей детонационной способностью среди подобных составов обладают эмульсионные ВВ (ЭВВ), относящиеся к современным промышленным взрывчатым веществам Матрица ЭВВ представляет собой смесь типа окислитель-горючее гомогенную по физической структуре Исследовалось ВВ следующего состава- раствор окислителя - 79% НА+16 ] % вода, парафиновое масло - 2 4%, эмульгатор 2 5% Плотность эмульсионной матрицы составляла 1 36 г/см3 Основной размер частиц, представляющих собой капли раствора окислителя в масляной пленке был менее 10 мкм. В качестве сенсибилизатора, создающего необходимую пористость, использовались полые стеклянные микросферы фирмы ЗМ с основным размером частиц 80 мкм и насыпной плотностью 0 15-0 22 г/см3 Были проведены измерения скорости распространения взрывного процесса в зарядах различного диаметра при двух плотностях 1.21 и 1 29 г/см3 Для получения эмульсионного ВВ с нужной плотностью в эмульсию вводилось 1 и 1.25% микросфер Полученные данные (рис 9-10) показывают, что в эмульсионном ВВ, как и в механических смесях на основе нитрата аммония, медленно затухающие взрывные процессы могут проходить на значительные расстояния При этом зависимости 0(с1,1) имеют как общие черты, так и свои особенности К сходствам можно отнести стабилизацию скорости фронта на расстоянии от 5 до 20(1 от инициатора, а также отсутствие разрыва на общей для стационарных и нестационарных режимов зависимости Если судить по полученным данным, то изменение пористости в исследуемых пределах принципиально не меняет наблюдавшуюся картину. Можно выделить только

Рис. 9. Изменение скорости фронта по длине заряда в эмульсионном ВВ плотностью 1.21 г/см3 (1

- (1 = 35 мм; 2-30 мм; 3-24 мм, 4-20 мм, 5-17 мм) и плотностью 1.29 г/см3 (6 - (1 = 40 мм 1 (верхняя кривая) и 30 мм (нижняя кривая)).

Рис. 10. Изменение скорости фронта в зарядах эмульсионного ВВ плотностью 1.21 г/см3, | заключенных в оболочки из различного материала: 1 - <1 = 27 мм; 2-20 мм; 3 - 14 мм из бетона,

толшина стенки 30 мм; 4 - 14 мм, 5-10 мм, 6 - 7 мм из стали, толщина стенки 4 мм. |

обратное, по отношению к бризантным ВВ, влияние плотности на скорость в | зарядах одного диаметра, что характерно для всех составов с большим содержанием НА. Из особенностей, обращает на себя внимание отсутствие в

ЭВВ самораспространяющихся взрывных процессов с низкой скоростью I

фронта и более очевидная склонность к затуханию у нестационарных ] режимов. Высокие абсолютные значения минимальных скоростей фронта

самораспространяющихся взрывных процессов не являются характерными '

для ВВ на основе нитрата аммония. Но это можно утверждать только в I

отношении высокопоритстых составов, в то время, как ЭВВ является |

веществом с относительно низкой пористостью. По аналогии с тротилом (по |

данным [11]) можно сделать вывод, что повышение абсолютных значений |

минимальных скоростей фронта обусловлено снижением пористости ( взрывчатого вещества. Однако следует отметить, что накоплено слишком

мало экспериментальных данных для ВВ любого класса, чтобы можно было '

делать однозначные выводы. I

Затухающие процессы в оболочках из различных материалов. На рис. I

10 приведены результаты экспериментов с эмульсионным ВВ, полученные в [

оболочках из стали марки 10 с пределом прочности 0.46-0.48 ГПа и бетона с ,

прочностью на сжатие около 27 МПа. Можно видеть, что независимо от '

материала оболочки, изменение диаметра заряда на постоянную величину |

приводит к одним и тем же изменениям в характере распространения г

взрывного процесса. Можно также заметить, что для получения взрывных [

процессов с одинаковыми параметрами (как стационарных, так и |

затухающих), диаметр заряда в бетонной оболочке должен быть в два раза | больше, чем в оболочке стальной. Такое соотношение не определяется

инерционными свойствами оболочки, так как по массивности бетонная оболочка не уступала стальной

Сравнение взрывных процессов, распространяющихся в прочных и слабых оболочках, проводилось и на зарядах пористого нитрата аммония Результаты позволили сделать вывод об идентичности взрывных процессов, распространяющихся в зарядах диаметром 190 и 69 мм в пластиковой и стальной оболочке, 340 и 130 мм в бумажной и стальной оболочке, соответственно

Проведенные исследования показали, что на распространение затухающих взрывных процессов оболочка оказывает такое же сильное влияние, как и на другие взрывные процессы Наличие у заряда стальной оболочки снижает диаметр заряда, в котором может распространяться как затухающий, так и стационарный взрывной процесс, но не меняет закономерностей, наблюдавшихся для зарядов без оболочки

Инициирование затухающих взрывных процессов Исследование устойчивости медленнозатухающих взрывных процессов к изменениям условий инициирования проводилось для двух грубодисперсных смесевых ВВ на основе нитрата аммония Граммоните 79/21 и Гранулите АС-8. В качестве сенсибилизатора в составе гранулита содержится 3% жидкого или парафинированного нефтепродукта и 8% алюминиевого порошка, это промышленное ВВ отличалось также и более высокой насыпной плотностью 1 17-1 20 г/см3 В одном опыте проводились измерения скорости фронта на различном расстоянии от инициатора и профиля массовой скорости продуктов взрыва на расстоянии 206 от инициатора в заряде постоянного диаметра равного 80 мм. Результаты эксперимента по измерению скорости фронта показывают, что медленно затухающие взрывные процессы до определенного предела оказываются нечувствительными к изменению инициирующего импульса Для граммонита (рис 11) этот предел лежит в диапазоне амплитуд на фронте ИУВ от 0 6 до 0.9 ГПа Для гранулита этот предел оказался выше Устойчивый взрывной процесс наблюдался только при инициировании ударными волнами с амплитудой большей, чем 2 ГПа Существенное различие в пороговых значениях для двух исследуемых ВВ может быть обусловлено как отсутствием в Гранулите взрывчатого сенсибилизатора, так и различиями в плотности зарядов.

Измерения, проведенные электромагнитным методом, показали, что данные по профилю массовой скорости находятся в полном соответствии с данными измерений скорости фронта. Для граммонита профили массовой скорости при всех инициаторах на расстоянии 20с1 от границы раздела практически не отличались от представленных на осциллограммах 3 и 4 (рис 8) Для гранулита профиль массовой скорости неустойчивого взрывного процесса, инициированного 30% смесью, заметно отличается от двух других

Рис 11 Изменение скорости фронта в Граммоните 79/21 плотностью 10 г/см3 при инициировании смесью аммонита 6ЖВ с бариевой селитрой при содержании аммонита I - 100%, 2 - 50%, 3 - 20%, 4 -15%

Рис 12 Профили массовой скорости в заряде гранулита диаметром 80 мм на расстоянии 20<1 от инициатора при инициировании смесью аммонита 6ЖВ с бариевой селитрой при содержании аммонита 1-100%, 2-50%, 3-30%

и по амплитуде фронта, и по скорости нарастания массовой скорости во фронте и по скорости ее спада за фронтом. По своему виду профили оказались очень близки профилям, полученным для граммонита (рис 8, 3 и 2) На рис 12 они приведены в абсолютных координатах, где спад за фронтом изображен прямыми линиями, построенными по усредненным экспериментальным значениям

Полученные данные позволяют сделать вывод об устойчивости медленнозатухающих взрывных процессов к изменениям условий инициирования Минимальный уровень параметров ударной волны, инициирующей медленно затухающий взрывной процесс, близок к уровню параметров самого процесса, но не ниже его. Если параметры ниже этого уровня затухание взрывного процесса будет быстрым и непрерывным На основании полученных результатов можно сделать вывод, что по устойчивости к изменениям условий инициирования медленнозатухающие взрывные процессы ближе к детонационным, а не к низкоскоростным, устойчивое инициирование которых возможно лишь в узком диапазоне изменения параметров ИУВ [12]

Критические параметры детонации Критические условия для распространения детонации характеризуются несколькими независимыми параметрами, среди них критический диаметр и крипетеская скорость детонации Согласно определению под критическим диаметром детонации (сЦ,) понимается минимальный диаметр цилиндрического заряда, при котором вещество еще способно поддерживать самораспространение взрывного процесса в детонационном режиме Полученные при исследовании затухающих взрывных процессов экспериментальные данные показывают, что использование зарядов

короткой длины и отсутствие контроля стационарности распространения взрывного процесса (основной способ определения [например 13, 14]), приводят к тому, что значения критического диаметра детонации могут оказаться сильно заниженными В табл. 1 приведены значения критических диаметров и соответствующие им значения критических скоростей детонации (О,,,), которые были определены по результатам исследований стационарности распространения взрывных процессов, представленным выше. В таблице также приведены значения критических диаметров, которые могут быть определены с использованием критерия «взрыв-отказ» при длине заряда 5с1 по результатам измерений длины прохождения затухающего взрывного процесса (глава 1) Можно видеть, что для исследованных взрывчатых веществ значения 4,» определенные по критерию «взрыв-отказ», как минимум, вдвое меньше значений, определенных для детонационных

Таблица 1

ВВ Размер частиц, мм Материал оболочки «Критически? диаметр» при l=5d Критические параметры детонации

dKm мм Dm, км/с

Нитрат аммония 1-2 сталь <69 80-130 2 1-2 5

бумага - <340 <25

Тротил чеш >2 5 - „- 20 45-50 3 65-3 75

Гранулотол 3-5 32 56-65 <40

Тротил конв. 5-7 ... - 75-85 <4 1

Аммонит 6ЖВ 0 08-0 1 <10 12-16 2 2-2 8

Аммонит (45% НА гр) 0 08-0 1(1-3) ... 12 24-28 2 4-3 0

Граммонит 1-3 (НАгр) — 50 90-100 2 5-2 8

Гексоген 0 1 — <3 4-6 <55

Гексоген/НА 50/50 0 1/<0 5 <5 13-18 5 2-5 3

ЭВВ <0 01 бумага 17 30-35 4 3-4 7

бетон <14 20-27 4 3-4 8

сталь <7 10-14 4 0-4 8

процессов Следует также отметить сильное влияние размера частиц ВВ и свойств оболочки на значения критического диаметра при фактическом отсутствии влияния этих параметров на значения критической скорости Для нитрата аммония и эмульсионного ВВ стальная оболочка снизила критический диаметр детонации в 2 5-3 раза, а бетонная для ЭВВ в 1 3 раза по сравнению с бумажной Можно отметить обратную корреляцию между значениями критического диаметра с одной стороны и прочностными свойствами оболочки, а также ее сжимаемостью (импедансом) с другой Изменение размера частиц смеси НА/ТНТ более чем на порядок привело к изменению критического диаметра детонации более чем в б раз, при этом критическая скорость детонации осталась практически неизменной.

Сравнение результатов эксперимента с расчетом, приведенным в монографии [13] показали, что отношение между критическими диаметрами в стальной и бумажной оболочке для ЭВВ и НА оказалось равным 2 5-3, а не 5-8, как предсказывает расчет, и это соотношение не зависит от выбранного критерия Можно также отметить, что полученная в той же работе зависимость ¿1^, от размера частиц тождественная эмпирическому уравнению Беляева [13] не согласуется с результатами эксперимента для тротила, предсказывая независимость критического диаметра от дисперсности, начиная с размера частиц более 1 мм По этим данным можно сделать вывод, что между результатами расчета и эксперимента нет полного согласия Однако следует обратить внимание на то, что о критических параметрах детонации не получено достаточного количества надежных экспериментальных данных, чтобы проводить корректные сравнения Примером такого положения может служить фактическое отсутствие сравнительных оценок по такому параметру как Следует также отметить существующие противоречия в подходах к экспериментальному определению критического диаметра и его теоретическому расчету Если при расчетах критических условий для распространения детонации идут от стационарного процесса, определяя их по моменту потери устойчивости детонационного комплекса, то при экспериментальном определении критического диаметра идут от затухающих взрывных процессов к стационарным, при этом устойчивость их распространения, как правило, не контролируется

В третьей главе проведен сравнительный анализ затухающих и детонационных взрывных процессов по чувствительности к ударно-волновому импульсу и зависимости скорости фронта от диаметра заряда

Чувствительность к ударно-волновому импульсу Инициирование детонации затухающим взрывным процессом Для тротила и граммонита была проведена проверка высказанного в главе 1 предположения о том, что резкий рост длины прохождения на зависимостях Ьр/с! (Р„„) (рис 3 и 4) может быть связан с превышением порога чувствительности ВВ к ударно-волновому импульсу. Инициирование чешуированного тротила проводилось ударной волной с амплитудой 0 5 ГПа, граммонита волной с амплитудой 0 91 ГПа Измерения скорости фронта в зарядах диаметром 50 мм для тротила и 120 мм для граммонита показали, что в обоих ВВ возбуждается нормальный детонационный процесс Для тротила скорость детонации составила 3.7 км/с. Для граммонита наблюдался длительный переход ИУВ в волну детонационную Начальная скорость фронта 1 56 км/с, постепенно увеличиваясь, достигала значения 3 3 км/с, при этом на расстоянии 5с1 она была все еще ниже своего максимального значения Затянутость перехода к детонационному режиму указывает на близость параметров ИУВ к критическим для возбуждения детонации в заряде граммонита диаметром

120 мм Можно также отметить, что эта же ИУВ близка к критической для возбуждения и квазистационарного взрывного процесса в заряде граммонита диаметром 80 мм (рис 11)

Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что критические условия инициирования взрывных процессов ударной волной от относительно быстро затухающих до детонационных оказались близки между собой Этот факт позволяет установить непосредственную связь между параметрами распространения одних взрывных процессов и инициирования других Для проверки возможности инициирования затухающим взрывным процессом детонационной волны были проведены эксперименты с аммонитом 6ЖВ и его смесью с бариевой селитрой, которые исследовались в главе 2. Постановка эксперимента по определению критических условий инициирования отличалась от классической постановки тем, что и активный и пассивный заряды состояли из одного и того же ВВ. Диаметр пассивного заряда (с!) был постоянным и равнялся 40 мм, диаметр активного заряда (с1и„) изменялся от 10 до 16 мм Скорость фронта определялась по обычной схеме,

в одном опыте и в активном и в

и *"/с

пассивном

основные

приведены

заряде Схема и результаты опытов на рис 13 Можно

а..

ЦБ

видеть, что в данной постановке эксперимента можно напрямую связать критические условия возбуждения детонации с ^характеристиками взрывного процесса, распространяющегося в заряде диаметром меньше критического. Полученные результаты показывают, что затухающие взрывные процессы могут оставаться способными к развитию до детонации при переходе из малого диаметра в большой, за исключением процессов не способных к самораспространению. Даже при переходе в заряд большого диаметра затухание происходит также быстро, как и в заряде малого диаметра Медленнозатухающие и квазистационарные взрывные процессы оказались способными развиться до детонационного, несмотря на то, что скорость фронта у них заметно меньше, чем в критическом детонационном режиме Полученные результаты показывают, что критические условия инициирования детонации в пористом ВВ могут быть

Рис 13 Схема опыта и изменение скорости распространения взрывного процесса по длине инициатора и заряда 1 - (1„„= 16, 2 - 15, 3 - 13 мм для смеси, 4-£)„,,= 12,5- 10 мм для аммонита 6ЖВ

выражены не только по параметрам искусственно созданной ИУВ. Они также могут быть выражены через параметры взрывного процесса, самораспространение которого способно поддерживать само взрывчатое вещество В рассматриваемом случае, это медленно затухающие взрывные процессы, проходящие на расстояния в десятки диаметров заряда. Критические параметры инициирования детонации исследованной смеси можно определить как 0 9<Оин<1 6 км/с при <3НН=15 мм Для критических параметров аммонита можно дать только грубую оценку Вт<2.2 км/с при 10<с1т,<12 мм. Это связано с тем, что при <1ин=10 мм процесс быстро затухал, а при диаметре 12 мм быстро развивался до детонационного.

Очевидно, что можно подобрать бесконечное множество инициаторов с критическими параметрами, например, одновременно изменяя и параметры инициирующего ВВ и диаметр инициатора В этом случае, чем меньше будет диаметр, тем выше должны быть параметры Этот вывод подтвердили опыты, поставленные по той же схеме, когда в качестве инициирующего ВВ использовался заряд гексогена с плотностью 1.26 г/см3 (скорость детонации около 7 км/с) Диаметр инициатора в критическом случае оказался равен 10 мм, при этом скорость фронта волны могла опускаться до уровня 1 км/с

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы. Так как критические параметры инициирования ударно-волновым импульсом медленно затухающих, квазистационарных и детонационных процессов близки между собой, можно говорить об общности физических причин, лежащих в основе явлений, происходящих при инициировании взрывного процесса, как стационарного, так и нестационарного. Эта общность обусловлена тем, что при достаточной мощности инициирования очаги химической реакции, способные поддерживать взрывчатое превращение вещества, будут возникать в нем независимо от размеров заряда. Результаты исследования не противоречат имеющимся данным, так, как хорошо известно, что низкоскоростные процессы в пористых ВВ надежно инициируются взрывным импульсом с параметрами близкими к параметрам самого процесса, и что низкоскоростной процесс также легко переходит в детонационный, если диаметр заряда больше критического. Что касается критических параметров инициирования детонации в заряде неограниченной длины, то они могут быть выражены не только через параметры ИУВ, но и через параметры затухающего взрывного процесса, способного к длительному самораспространению в инициируемом веществе В критическом случае, на первой стадии своего развития, параметры ИУВ обязательно должны достигать минимальных значений, соответствующих этому процессу, как бы ни были разнообразны условия ударно-волнового воздействия [15] Протекание и продолжительность этой стадии находится в прямой зависимости от начальных параметров ИУВ. На второй стадии будет

происходить развитие взрывного процесса с увеличением параметров от минимальных значений до значений, характерных для заряда ВВ данного диаметра В отличие от первой стадии ее протекание от начальных условий инициирования практически не зависит Очевидно, что критические условия возбуждения детонации через характеристики инициатора могут быть описаны множеством способов (критериев), в настоящее время их насчитывается более десятка В то же время, как показывает опыт, эти же критические условия могут быть однозначно выражены через параметры медленнозатухающего взрывного процесса, которые являются индивидуальной характеристикой инициируемого пористого ВВ

Для проверки справедливости сделанных выводов была проведена оценка чувствительности вещества, для которого ее нельзя считать однозначно установленной, а именно для нитрата аммония Исследования стационарности распространения взрывных процессов (глава 2) показали, что медленнозатухающие процессы в гранулированном, пористом НА могут распространяться со скоростью от 13 до 1.9 км/с Ударная волна, инициирующая взрывной процесс в заряде диаметром 146 мм в стальной оболочке, имела скорость фронта 1 55 км/с, прямоугольный профиль с амплитудой 0 9 ГПа и длительностью 6 мкс В результате проведенного эксперимента было установлено, что после инициирования скорость фронта постепенно возрастала до своего максимального значения 2 9 км/с, которое характерно дли детонационного процесса в этом веществе Полученный результат можно считать подгвержцением правильности сделанных выводов Он также показывает, что чувствительность нитрата аммония к ударно-волновому импульсу находится на неожиданно высоком уровне Это означает, что при обращении с большими объемами данного вещества оно может представлять серьезную опасность даже без наличия сенсибилизаторов

Зависимость скорости детонации от диаметра заряда является одной из фундаментальных зависимостей детонации Однако, несмотря на это, до настоящего времени нет единого мнения о виде этой зависимости Для смесевых ВВ ситуация наиболее сложная. В смесях различного типа, таких как окислитель-горючее, ВВ - наполнитель, ВВ - инертная добавка, экспериментально наблюдались, как плавные, так и «Би-образные или скачкообразные зависимости В(с1), при этом причины появления особенностей на зависимостях во многих случаях нельзя считать однозначно установленными Необходимо заметить, что в подавляющем большинстве случаев зависимости Б(с1) были получены на зарядах короткой длины, без исследования стационарности взрывного процесса и точного определения критического диаметра детонации.

На рис 14 приведена общая зависимость скорости фронта от диаметра заряда, полученная для эмульсионного ВВ плотностью 1 21 г/см3. На одном графике нанесены данные и для детонационных и для затухающих взрывных

процессов Можно видеть, что при построении зависимости по точкам, относящимся к одной длине заряда, в области малых диаметров заряда, получаются зависимости «D(d)» разного вида. При длине заряда до 15d, вид зависимости практически не отличается от вида характерного для детонации пористых бризантных ВВ, при больших длинах он начинает заметно изменяться. Очевидно, что этот вид будет зависеть не только от длины заряда, но и от свойств ВВ, а также свойств оболочки и инициатора.

На рис. 15 приведены результаты измерения скорости детонации в зарядах различного диаметра для пятидесятипроцентной смеси нитрата аммония с гексогеном в традиционной для таких опытов постановке. Скорость детонации определялась, как средняя на одной, двух базах, исследований стационарности распространения взрывного процесса не проводилось Критический диаметр определялся с использованием традиционной методики по факту «взрыва-отказа» на зарядах длиной 10-12d. Экспериментальные данные представлены в зависимости от обратного диаметра заряда Точками на графике изображены усредненные значения скорости, полученные по результатам нескольких измерений (не менее

d,ntf(

I44

и г 4 » ж

Рис 14 Зависимость скорости детонации от диаметра заряда (1) Значения скорости фронта на расстоянии от инициатора 2- 5-7d, 3 - 13-15d, 4-20-21d, 5 -23-24d

Рис 15 Зависимость скорости детонации от обратного диаметра заряда в смесях нитрата аммония с гексогеном 50/50 с различным размером частиц НА 1-1-3 мм, 2- меньше 0 5мм

шести) Как можно видеть, независимо от размера частиц НА, полученные при больших диаметрах заряда данные в пределах точности эксперимента описываются линейной зависимостью в координатах D(l/d), как и для многих бризантных ВВ [16, 17]. Однако при диаметрах менее 20 мм на зависимости наблюдается излом с хорошо разрешимым участком «псевдоидеальной» скорости, который заканчивается вторым изломом.

Подобные «8»-образные зависимости D(d) для смесей ВВ с добавками было принято объяснять с позиций влияния диаметра заряда на механизм и кинетику разложения вещества в условиях детонации. Представленные на

рис 15 результаты также были рассмотрены с тех же позиций в работе [18] Однако последующие исследования стационарности распространения взрывных процессов в зарядах малого диаметра для смеси молотого нитрата аммония с гексогеном (глава 2) показали, что уже после первого излома взрывные процессы не имели постоянной скорости Подобные же данные были получены и для смеси гранулированного нитрата аммония с гексогеном того же состава Таким образом, эксперименты по измерению скорости фронта на удлиненных зарядах показывают, что зависимости 0(<1) для исследуемых смесей в зарядах диаметром больше критического для распространения детонации особенностей не имеют. Несмотря на высокие абсолютные значения скоростей фронта (4-5 км/сек), взрывные процессы в зарядах малого диаметра этих смесей оказались нестационарными, а значения критической скорости для смесей гексогена с крупными и мелкими частицами нитрата аммония равными 5 47 и 5 25 км/сек, соответственно.

Очевидно, что если не провести границу между стационарными и нестационарными взрывными процессами, можно получить «детонационный» режим с очень низкими параметрами и самые разнообразные зависимости скорости «детонации» от диаметра заряда, особенно для сложных смесевых систем [19] Если говорить об особенностях на зависимостях 0(6), то они, по-видимому, могут иметь место, однако, как показали проведенные исследования, их появление может быть обусловлено и некорректной постановкой эксперимента, в частности, ошибочной оценкой критического диаметра детонации.

Четвертая глава посвящена разработке стандартных методов оценки взрывоопасности, в основе которых лежат экспериментальные данные о затухающих взрывных процессах

Эмпирический метод определения критического диаметра детонации Полученные в главе 1 и 2 результаты показали, что величина Ьр/с1 чувствительна как к изменению диаметра заряда, так и изменению мощности инициирования. Совместный анализ экспериментальных данных по зависимости длины прохождения взрывного процесса от диаметра заряда и критическому диаметру детонации для различных ВВ (табл 1) показал возможность их описания единой зависимостью в относительных координатах Ь^й, й^й (рис.16) Можно видеть, что все экспериментальные точки группируются вдоль единой кривой, имеющей вид гиперболы, уравнение которой может быть записано в виде

Ьр/а = а(1+кс1/(1кр)/(1-с1/акр)) где а и к - численные коэффициенты Согласно этому уравнению при увеличении диаметра заряда относительная длина прохождения взрывного процесса непрерывно растет и при (1 = с!кр стремится к бесконечности, что

с кр.У

Рис 16 Результаты измерений длины прохождения в относительных координатах 1 - тротил чешуирован-ньш, 2 - тротил гранулированный, 3 - Граммонит, 4 -аммонит

соответствует стационарному режиму распространения (детонации) При уменьшении диаметра заряда, когда с! —» 0, знамение Ьр/с1 приближается не к нулю, а к некоторой постоянной величине, что с физической точки зрения также вполне обоснованно Этот вывод следует из того, что инициирующая ударная волна и без заметной химической реакции в веществе (в заряде инертного вещества или заряде ВВ диаметром много меньшим критического) разрывает бумажную оболочку заряда на определенную длину,

что наглядно демонстрируют опыты с поваренной солью (рис 2) Линейная экстраполяция значений для инертного вещества к заряду нулевого диаметра дает значение для постоянной а=Ьр/(Зо равное 1 8 Численное значение другого коэффициента к в уравнении может быть получено путем сравнения результатов расчета и эксперимента. Расчеты показали, что наилучшая корреляция между двумя группами данных наблюдается при значении коэффициента близком к единице

Полученное эмпирическое уравнение позволяет по единственному экспериментальному значению Ь,/с1 рассчитать значение критического диаметра детонации Для расчета сЗ^ с учетом к=1 уравнение может быть записано в виде простого соотношения

ёКр = (3 (Ьр/<1 + Ьр/с30)/ (Ьр/а - ЬрЛад (1)

Результаты расчета и экспериментальные данные доя двух из исследованных ВВ приведены в табл 2 Можно ввдетъ, что использование для расчета практически любого из значений относительной длины прохождения дает близкое к экспериментальному расчетное значение критического диаметра, детонации Исключение составляет результат, полученный при минимальном диаметре заряда для гранулотола и граммонига Расчетное значение критического диаметра оказалось меньшим на 10-11%, что связано с сохраняющимся на такой длине сильным влиянием инициатора Совпадение результатов расчета и эксперимента можно считать хорошим, особенно, если иметь в виду, что экспериментальные данные были получены на полидисперсных ВВ заводского изготовления Очевидно, что определение критического диаметра детонации по значению 1^/6. обладает очевидными преимуществами перед другими методами, когда речь идет об испытаниях веществ, обладающих крайне низкой детонационной способностью

ВВ d, мм Lp/d d™, мм

расчет эксперимент

абсолютное среднее

20 52 41

Тротил 21 52 43

чешуированный 31 5 86 48 45 45-50

35 118 48

36 150 46

20 30 80

Граммонит 35 38 98

79/21 50 59 94 91 90-100

65 82 101

80 34 4 89

Для этих веществ определение критического диаметра другими способами является затруднительным

Сравнительная оиенка взрывоопасности методом затухания Подобие кривых ЬрЛ1(ф при инициировании мощной УВ позволяет проводить сравнительную оценку взрывоопасности веществ опытным путем в наиболее простой постановке испытаний Для того, чтобы оценить детонационную способность вещества методом затухания, достаточно провести взрыв заряда стандартного диаметра стандартным промежуточным детонатором и измерить длину разорванной части оболочки, оставшейся после взрыва (рис 1) Суть этого метода легко понять из анализа данных по зависимости относительной длины прохождения от диаметра заряда Какой бы диаметр заряда (1 < с)^ не взяли, длина прохождения по заряду затухающего взрывного процесса будет больше у вещества с меньшим критическим диаметром, поэтому ряды детонационной способности, построенные по показателям с!^"' и Ьр/с1 будут совпадать. Длина заряда, оболочка и промежуточный детонатор могут быть стандартными для различных веществ, однако стандартный диаметр для групп веществ с сильно отличающейся детонационной способностью должен быть у каждой свой

При проведении оценки детонационной способности методом затухания может быть использована и стандартная процедура по определению «критического диаметра» по критерию «взрыв-отказ» Сравнение различных ВВ должно проводиться по величине диаметра заряда (4), в котором наблюдается заданное значение Ц, например, 5 или 10с! Его основным преимуществом перед широко применяемым методом определения «критического диаметра» является корректная постановка задачи испытаний и более точная оценка детонационной способности Это достигается за счет того, что конечным результатом испытаний является определение

количественного значения определенной физической величины, а не абстрактного факта «взрыва-отказа» при произвольных условиях испытаний.

Экспериментальный метод определения критического диаметра детонации На основе анализа экспериментальных данных о затухающих взрывных процессах был разработан стандартный метод измерения критического диаметра детонации. Этот метод наиболее полно удовлетворяет его физическому определению так, как в качестве критерия отнесения взрывного процесса к детонационному используется стационарность распространения по заряду Подробное описание метода включает в себя процедуру проведения испытаний, характеристики инициатора и заряда, сетку диаметров для составов с низкой детонационной способностью [20].

Оценка_критического_давления_инициирования_само

распространяющихся взрывных процессов Проведенные исследования показали возможность предсказания критических параметров инициирования стационарных взрывных процессов на основании данных о затухающих По схеме и процедуре проведения испытаний предлагаемый метод является полным аналогом широко известного «gap test» Существенным отличием является то, что испытания можно проводить в зарядах диаметром меньше критического для распространения детонации Как и в других испытаниях на чувствительность правильный выбор диаметра заряда остается необходимым условием получения адекватной оценки Очевидно, что для того, чтобы обеспечить равные условия испытаний для веществ ' с различной детонационной способностью, необходимо поддерживать постоянным не диаметр заряда, а его отношение к диаметру критическому Однако даже в этом случае заряды малого диаметра не позволят оценить порог чувствительности по относительной длине прохождения Это можно видеть

из данных, представленных на рис 17, где зависимости ЬрМ(Рик) приведены при двух различных отношениях d/d^ При меньшем значении отношения длина прохождения медленно растет при увеличении амплитуды, и вид зависимости остается подобным зависимости,

наблюдаемой в веществе инертном (рис 4) В то время как при отношении 0 65-0.7 медленный рост длины прохождения с увеличением амплитуды предваряется очень

Рис 17 Зависимость относительной длины прохождения от амплитуды инициирующей ударной волны в зарядах чешуированного тротила (1) диаметром 20 и 35 мм, Граммонита (2) диаметром 50 и 65 мм

быстрым ее ростом, связываемым с достижением порога чувствительности к ударно-волновому импульсу. Можно видеть, что начальное воздействие на вещество следует считать опасным, если относительная длина прохождения навязанного инициатором взрывного процесса составит не менее 6-8(1

Для разбиения вещества на группы по чувствительности будет достаточно двух-трех стандартных инициаторов с амплитудой 1 и 4 ГПа, которые можно изготовить без использования специальных приспособлений Сравнительный анализ предлагаемого метода с методом, рекомендованным экспертами ООН [21], показал, что последний не может дать объективную оценку чувствительности составов с низкой детонационной способностью так, как испытания различных веществ проводятся в заряде одинакового диаметра при его малой величине [22].

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1 Экспериментально установлены закономерности распространения затухающих взрывных процессов в виде зависимостей относительной длины прохождения от диаметра заряда и мощности инициирования. Выведено эмпирическое уравнение зависимости относительной длины прохождения от диаметра заряда, с хорошей точностью описывающее экспериментальные данные для ВВ с разными свойствами

2 В результате экспериментального исследования стационарности распространения взрывных процессов установлено, что.

- в индивидуальных и смесевых ВВ взрывные процессы в затухающем режиме могут распространяться на расстояния в десятки диаметров заряда,

- затухающие и квазистационарные взрывные процессы устойчивы к изменениям условий инициирования,

- изменение дисперсности ВВ и прочностных свойств оболочки могут оказывать слабое влияние на закономерности и параметры распространения взрывных процессов с различной устойчивостью,

- основное влияние добавок к ВВ сводится к изменению параметров и устойчивости взрывного процесса в заряде заданного диаметра, введение в нитрат аммония горючих добавок их повышает, а введение в бризантные ВВ инертных добавок их снижает

3 Определены критический диаметр и критическая скорость детонации для ряда смесевых и индивидуальных ВВ В результате установлено, что

критерий «взрыв-отказ» необоснованно используется для определения критического диаметра детонации,

- влияние размера частиц и свойств оболочки на критические параметры (скорость) детонации практически отсутствует.

4 Показано, что взрывные процессы способные к длительному самораспространению, как нестационарные, так и стационарные, имеют близкую чувствительность к ударно-волновому импульсу

5 Показано, что детонация пористого ВВ возбуждается ударно-волновым импульсом, параметры которого близки к параметрам медленно затухающего взрывного процесса в инициируемом веществе

6 Впервые получены экспериментальные данные, показывающие, что чувствительность нитрата аммония к ударно-волновому импульсу может находиться на высоком уровне, сравнимом с уровнем чувствительности такого ВВ, как тротил

7 На основе исследований затухающих взрывных процессов разработан комплекс стандартных методов испытаний для оценки взрывоопасности веществ с низкой детонационной способностью

Основные результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях-

1. Б Н.Кукиб, В В.Лавров, К.К Шведов О зависимости параметров детонации конденсированных ВВ от диаметра заряда// Материалы 4-го Всесоюзного Совещания по детонации, Телави, 1988 -С 40

2 V V Lavrov, К К. Shvedov Industrial explosive prolonged charge detonation near limits of spreading// 16th Int Pyrotechnic Seminar Jonkoping, Sweden, 1991 -P. 952

3 В В Лавров, К К Шведов О критических условиях возбуждения детонации пористых ВВ взрывным импульсом // Материалы Всесоюзного Симпозиума «Газодинамика взрывных и ударных волн, детонационного и сверхзвукового горения», Алма-ата, 1991 -С 87.

4 В В Лавров, К К Шведов Метод оценки чувствительности ПВВ к ударно-волновому импульсу // В сб «Методы испытаний низкочувствительных ВВ», Черноголовка ОИХФРАН, 1991.-С 4

5 В В.Лавров, К К Шведов О критических условиях возбуждения детонации ВВ взрывным импульсом // Химическая физика -1993 -Т 12 - № 5 -С.706.

6 ВВ Лавров, А Н Афанасенков, К К Шведов О влиянии длины заряда на экспериментальное определение критического диаметра и критических скоростей детонации// Материалы 9-го Симпозиума по горению и взрыву. Черноголовка ИПХФ РАН.-1996 -Т 2 -С 56

7. V.V Lavrov, А N Afanasenkov, К К Shvedov On the experimental determination of a critical detonation velocity Proceed Int Autumn Seminar on Propelants, Explosives and Pyrotechnics, Shenzen, China- Beijing Institute of Technology Press -1997.

8 К К Шведов, В ВЛавров Физические модели развития ударной волны до детонационной в неоднородных конденсированных ВВ // Химическая физика -1998.-№ 3 -С 74.

9. В В Лавров, А Н Афанасенков, К К Шведов, Б Н Кукиб. Метод определения критического диаметра и скорости детонации промышленных ВВ.// Горный журнал.-1998 -№ З.-С 38

10 К К Шведов, В.В Лавров. Параметры детонации эмульсионных ВВ// Проблемы взрывного дела Сб статей и докладов, МГГУ, M, 2002, № 1, с 90

11 В В Лавров, К К Шведов Зависимость скорости детонации нитрата аммония в смеси с гексогеном от диаметра заряда// Химическая физика.-2003 -Т22-№9-С 67

12 В В Лавров, К К Шведов О взрывоопасное™ аммиачной селитры и удобрений на ее основе// Материалы Научно-практической конференции «Современное состояние проблемы производства аммиачной селитры», M «ИНФОХИМ» -специальный выпуск -2004 -С 44

13. Б H Кукиб, В Б Иоффе, Е.И.Жученко, M H Оверченко, В В Лавров, К К Шведов// "Детонационная способность современных промышленных взрывчатых веществ" // Сборник трудов Четвертой международной научной конференции «Физические проблемы разрушения горных пород», г Москва, ИПКОН РАН -2004 -С 293

14 Ю. M Михайлов, В В Лавров Анализ методов, рекомендованных ООН для классификации веществ по степени взрывоопасное™ // Боеприпасы и высокоэнергетическтгековденсировшпйгесистемы-2008-№1 -С 7

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 А.Ф Беляев, Ю Б Харитон О предельном диаметре аммиачной селитры// Доклады Академии Наук СССР - 1945 - 48,- С 273.

2 А Ф Беляев Горение, детонация и работа взрыва конденсированных систем -Москва Наука, 1968 -255с

3 К.К Шведов, А H Дремин Исследование неидеальных режимов детонации конденсированных ВВ//Взрывное дело Москва-Недра, 1966 -№60/17 - С 33

4. A Miyake, А С van der Steen and H H Kodde Detonation velocity and pressure of the non-ideal explosive ammonium nitrate// Preprmts of papers of the IX Symp (Int ) on Detonation - Portland, Oregon - vol 1,- 1989 - P 253

5. Боболев В К Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук - M ИХФ АН СССР, 1947

6 К К Шведов, С А Колдунов, А H Дремин О стационарности «детонации с малой скоростью в твердых порошкообразных ВВ// Физика горения и взрыва - 1973.-№3,-С 424

7 АН Дремин, К К Шведов О детонации промышленных ВВ вблизи критического диаметра//Отказы детонации взрывчатых веществ на открытых разработках - Киев Наукова думка, 1972,- С 82

8 Афанасенков А H Динамическая сжимаемость ВВ и их чувствительность к ударным волнам// Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук - М. ИХФ АН СССР, 1960 -12с

9. Н. Moulard. Particular aspect of the explosive particle size effect on shock sensitivity of cast PBX formulations.// Preprmts of papers the IX Symp (Int ) on Detonation - Portland, Oregon - vol 1 - 1989 - P 12

10 Переход горения конденсированных систем во взрыв/ А Ф. Беляев, В. К Боболев, А И Короткое и др - М Наука, 1973 -292 с

11 Стесик JIН, Акимова JIН Косвенный метод оценки ширины зоны реакции в детонационной волне// Журнал физической химии.-1959-Т 33.-№8, С. 1762.

12 А А. Сулимов, Б С. Ермолаев Низкоскоростная детонация в твердых ВВ// Химическая физика процессов горения и взрыва Детонация,- Черноголовка ОИХФ АН СССР -1977 - С. 20

13 Физика взрыва/Под ред ЛП Орленко-М Наука, 2002-Т 1-2

14 М.А. Кук. Наука о промышленных взрывчатых веществах Пер с англ -М Наука, 1980.-453 с.

15 К К Шведов, В.В Лавров Физические модели развития ударной волны до детонационной в неоднородных конденсированных ВВ// Химическая физика - 1998 - Т. 17 - № 3 - С 74

16 К Юхансон, П Персон Детонация взрывчатых веществ Пер. с англ - М.. Мир-1973-352 с

17 Campbell A W., Engelke R The diameter effect in high-density heterogeneous explosives// Proceed 6-th. Symp (Int) on Detonation - Coronado, California -1976-P 642

18 ВВ. Лавров, К К Шведов Зависимость скорости детонации нитрата аммония в смеси с гексогеном от диаметра заряда// Химическая физика -2003 - Т 22 - № 9.- С 72

19 Leiper G А, Cooper J. Reaction rates and the charge diameter effect in heterogeneous explosives// Preprints of papers the IX Symp. (Int) on Detonation -Portland, Oregon - vol 1 - 1989 - P 94

20 В В Лавров, A H Афанасенков, К К Шведов, Б Н Кукиб Метод определения критического диаметра и критической скорости детонации промышленных ВВ // Горный журнал - 1998 - № 3 - С 38

21 Рекомендации по перевозке опасных грузов Руководство по испытаниям и критериям Четвертое пересмотренное издание. Пер с англ.- Нью-Йорк и Женева. ООН-2003

22 Ю М Михайлов, В В Лавров Анализ методов, рекомендованных ООН для классификации веществ по степени взрывоопасное™ // Боеприпасы и высокоэнергетические конденсированные системы - 2008 - № 1 - С 7.

Сдано в печать 15 08 08 Подписано в печать 18 08 08 Формат 60x90 1/16 Объем2пл Заказ 183 Тираж 100

Отпечатано в типографии ИПХФ РАН 142432, Московская обл , г Черноголовка пр-т ак Семенова, 5

Введение.

Литературный обзор.

1. Взрывчатые свойства и затухающие взрывные процессы в нитрате аммония.

2. Затухающие взрывные процессы при насыпной плотности в тротиле и других ВВ первой группы.

3. Затухающие взрывные процессы в смесях нитрата аммония с тротилом и горючими добавками.

Глава 1. Экспериментальные исследования быстрозатухающих взрывных процессов в пористых ВВ различного состава.

1.1. Исследуемые материалы и постановка эксперимента

1.2. Затухающие процессы в зарядах различного диаметра.

1.3. Затухающие процессы при различной мощности инициирования.

Глава 2. Исследование взрывных процессов способных к длительному самораспространению. Критические условия для распространения детонации.

2.1. Затухающие взрывные процессы в зарядах различного диаметра.

2.1.1. Индивидуальные ВВ.

2.1.2. Смесевые ВВ.

2.2. Чувствительность затухающих взрывных процессов к изменению мощности инициирования.

2.3. Затухающие взрывные процессы в оболочках из различных материалов.

2.4. Критический диаметр и критическая скорость детонации.

Глава 3. Сравнительный анализ затухающих и детонационных взрывных процессов по чувствительности к ударно-волновому импульсу и зависимости скорости фронта от диаметра заряда.

3.1. Чувствительность к ударно-волновому импульсу.

3.2. Зависимость скорости фронта от диаметра заряда.

Глава 4. Разработка стандартных методов оценки взрывоопасности для составов с низкой детонационной способностью.

4.1. Оценка детонационной способности.

4.1.1. Совместный анализ данных по затуханию и детонационной способности.

4.1.2. Оценка детонационной способности методом «затухания».

4.1.3. Стандартный метод определения критического диаметра детонации.

4.2. Оценка чувствительности к ударно-волновому импульсу методом «затухания».

Основные результаты.

Выводы.

Под словами «взрыв ВВ» понимают быстрое выделение потенциальной энергии, содержащейся во взрывчатом веществе, при его химическом превращении. Этому определению соответствуют все виды взрывных процессов и стационарные, и развивающиеся, и затухающие. Наиболее изученными формами взрыва на настоящее время являются нормальная и низкоскоростная детонация, а также переходные процессы, возникающие при инициировании. Планомерному исследованию затухающих взрывных процессов в зарядах ВВ в отличие, например, от развивающихся (наиболее известных как DDT, SDT, XDT или deflagration-, shock-, unknown-to-detonation transition) не уделяется должного внимания, несмотря на то, что вероятность их возникновения в условиях близких к критическим для распространения и возбуждения детонации очень высока. Объяснить сложившееся положение можно сложностью исследованиянестационарных взрывных процессов вообще и сложностью наблюдения за такими процессами в веществах с высокой детонационной способностью, в частности. Отдельные отрывочные данные, касающиеся затухающих взрывных процессов, как правило, приводятся в работах по определению зависимости скорости детонации от диаметра заряда, определению критического или «failure» диаметра и для ограниченного круга взрывчатых веществ.

Получение новых знаний о взрывных процессах, способных к самораспространению в зарядах диаметром меньших, чем критический диаметр детонации, является актуальной научной задачей. Стационарный и затухающий взрывные процессы в пористых ВВ из-за способности последних к длительному самораспространению зачастую трудно различить между собой. В литературе практически невозможно найти закономерностей в поведении, общепринятых физических признаков, которые позволили бы охарактеризовать взрывной процесс, как затухающий, не прибегая к исследованию стационарности его распространения. Неопределенность границ между различными явлениями может приводить к существенным ошибкам в значениях критических параметров детонации, которые широко используются при анализе механизма и кинетики превращения вещества в условиях высоких динамических нагрузок. В отношении затухающих взрывных процессов существует необходимость в получении фундаментальных данных о закономерностях их поведения. Новые экспериментальные данные позволят расширить представления о взрывных явлениях, происходящих в условиях, когда распространение детонации является не возможным. Эти знания также необходимы для определения пределов инициирования и распространения взрывных процессов с различной устойчивостью, разработки соответствующих теорий.

Практический интерес к затухающим взрывным процессам обусловлен тем, что от степени понимания закономерностей их возникновения зависит не только эффективность, но и безопасность использования энергии взрыва. При скоплении взрывоопасных веществ в большом количестве, возбуждение взрывных процессов с любым режимом распространения может привести к не меньшим катастрофическим последствиям, чем возбуждение детонации, несмотря на относительно низкие давления. Основная проблема в настоящее время заключается в том, что условия возникновения таких процессов при случайных внешних воздействиях практически непредсказуемы. Предотвращение опасных ситуаций при обращении со взрывчатыми и взрывоопасными веществами является важной задачей мирового масштаба. Проблема состоит в необходимости с одной стороны исключить полностью или резко снизить риск возникновения техногенных катастроф, связанных со случайными взрывами, с другой - надежно прогнозировать безопасность и эффективность взрывных технологий, используемых в различных областях человеческой деятельности. Исторически эта проблема возникла очень давно, со времен открытия пороховых составов, но нуждается в постоянном нахождении новых решений вместе с разработкой новых взрывоопасных веществ и способов их применения. Дополнительной проблемой в последнее время стало использование простейших взрывчатых смесей типа окислитель-горючее в террористических целях. Как показывает опыт обращения со взрывоопасными веществами, решение этих проблем не может быть найдено без проведения детальных исследований поведения вещества в условиях интенсивных динамических и тепловых нагрузок. Особенно это касается условий, являющихся пограничными для распространения стационарных, развивающихся и затухающих взрывных процессов.

Цель работы является изучение взрывных процессов, распространяющихся по заряду гетерогенных, пористых взрывчатых веществ в затухающем режиме. В качестве отдельной задачи ставилось использование полученных экспериментальных данных для определения критических условий возбуждения и распространения взрывных процессов с различной устойчивостью, разработка стандартных методов испытаний для оценки взрывоопасности веществ с низкой детонационной способностью.

Объект исследования. В качестве основных объектов исследования в работе выбраны нитрат аммония и тротил как представители взрывчатых веществ, которые принято относить к двум разным группам, их механические смеси со взрывчатыми и невзрывчатыми добавками, в том числе в виде обратной эмульсии типа «вода в масле». Выбор тротила в качестве одного из основных объектов исследования обусловлен, прежде всего, его относительно низкой детонационной способностью по сравнению с большинством ВВ первой группы. Нитрат аммония отличает от всех известных ВВ второй группы продолжительное и очень широкое применение во многих областях промышленности при слабой изученности взрывных процессов в этом веществе, а также высокий уровень аварийности при обращении с ним и его многочисленными смесями, несмотря на считающийся низким уровень чувствительности.

Структура работы.

Диссертация состоит из введения, литературного обзора, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы.

Выводы

В результате исследований затухающих взрывных процессов в гетерогенных пористых ВВ показано, что для них характерны ряд закономерностей:

1. Способность взрывных процессов к самораспространению может быть выражена общим законом через безразмерные величины длины прохождения и диаметра заряда.

2. Способность затухающих взрывных процессов к самораспространению до определенного предела слабо зависит от мощности инициирующего ударно-волнового импульса.

3. Характеристики затухающих взрывных процессов могут практически не зависеть от дисперсности ВВ и свойств оболочки.

В результате исследования критических условий для распространения ивозбуждения-детонации установлено,что: критерий «взрыв-отказ» необоснованно используется для определения критических диаметра детонации,

- в отличие от критического диаметра детонации критическая скорость от дисперсности ВВ и свойств оболочки не зависит,

- критические параметры инициирования детонации ВВ соответствуют параметрам медленнозатухающего взрывного процесса в этом веществе.

1. A. Munroe//. Chem. Met. Eng., 26, 535, 1921.

2. N. Aufschlager.// Chem. Met. Eng., 31,611, 1924.

3. N. Sherrick.// Army Ordnance, 4, 329, 395, 1924.

4. А.Ф. Беляев, Ю.Б. Харитон. О предельном диаметре аммиачной селитры // ДАН СССР, 48, 1945, с.273-279.

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

6. М.А. Cook, A.S. Filler а.о. Aluminized explosives// Journal of Physical Chemistry.-1957.-V.61 .-P. 189-196.

7. K.K. Шведов, A.H. Дремин. Исследование неидеальных режимов детонации конденсированных ВВ// Взрывное дело. М: Недра, 1966.-№ 60/17.-С. 33-50.

8. Физика взрыва/ Под ред. К.П. Станюковича.- М.7Наука71975У-704с.

9. JI.B. Дубнов, Н.С. Бахаревич, А. Н. Романов. Промышленные взрывчатые вещества.- М: Недра.-1988.-233с.

10. A.Miyake, A.C. van der Steen and H.H.Kodde. Detonation velocity and pressure of the non-ideal explosive ammonium nitrate// Preprints of papers of the IX Symp. (Int.) on Detonation.-Portland, Oregon.-Vol.l/- 1989/-P.253-256.

11. A.Miyake, T. Ogawa. Non-ideal detonation behavior of prilled ammonium nitrate// Procced. of the 17-th Int. Pyrotechnics seminar and the 2-nd Ind. Symp. on Pyrotechnics and Explosives.-Beijng, China: Beijng Institute of Technology Press.-1991 .-P.31-37.

12. Апин А.Я., Боболев B.K. О характере прекращения детонации в порошкообразных взрывчатых веществах// Доклады АН СССР.-1947.-T.LVIII.-№2.-C. 241-244.

13. Боболев В.К. Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук.-М: ИХФ АН СССР.-1947.

14. К.К. Шведов, С.А. Колдунов, А.Н. Дремин. О стационарности «детонации с малой скоростью в твердых порошкообразных ВВ»// Физика горения и взрыва.-1973 .-№3 .-С.424-428.

15. К.К. Шведов, А.Н. Дремин. Пульсирующие по длине заряда взрывные процессы в пористых ВВ// Физика горения и взрыва,-1985.-№6.-С.123-125.

16. Максимова Е.П. Экспериментальные исследования скорости детонации игданитов// Взрывчатые вещества простейшего состава. М: ГНТИЛ по горному делу, 1960.-С.34-41.

17. А.Н. Дремин, К.К. Шведов и др. Исследование детонации промышленных ВВ. Детонационные характеристики Зерногранулита 80/20 и Гранулита АС-8// Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых.-1972.-№4.-С.41-44.

18. А.Н. Дремин, К.К. Шведов. О детонации промышленных ВВ вблизи критического диаметра//,Отказы детрнации взрывчатых веществ на открытых разработках. Киев: Наукова думка, 1972.-С.82-86.

19. В.В. Гну тов. Влияние массы и типа боевика на характер распространения детонации в удлиненных зарядах игданита// Взрывное дело, М: Недра, 1979.-№ 81/38.-С.166-170.

20. А.А Вовк, Ю.П. Андреев и др.// Взрывное дело, М: Недра, 1974.-№74/31.-С. 56.

21. J.E. Reaugh, E.L. Lee а.о. Reduced yield detonation characteristics in large failure diameter materials// Procced. of the XI Symp. (Int) on Detonation.-Snowmass, Colorado.-1998.-P. 1038-1046.

22. T.D. Tran, C.M. Tarver. Characterization of detonation wave propagation in LX-17 near the critical diameter// Procced. of the XII Symp. (Int) on Detonation.-San Diego, California.-2002.-P. 684-693.

23. T.R. Sayler, L.G. Hill. The dynamics of detonation failure in conical PBX 9502 chardges// Procced. of the XIII Symp. (Int) on Detonation.-Norfolk, Virginia.-2006.-P. 24-33.

24. O.E. Petel, D. Mack a.o. Comparison of the detonation failure mechanism in homogeneous and heterogeneous explosives// Procced. of the XIII Symp. (Int) on Detonation.-Norfolk, Virginia.-2006.-P. 2-11.

25. Физика взрыва/ Под ред. Л.П. Орленко.-М.: Наука.-2002.-Т.1-2.

26. М.А. Кук. Наука о промышленных взрывчатых веществах: Пер. с англ.-М: Наука.-1980.-453с.

27. Афанасенков А.Н., Динамическая сжимаемость ВВ и их чувствительность к ударным волнам//Автореферат диссертации, на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук.-М: ИХФ AHCCCP.-1960.-12c.

28. К.К. Шведов, В.В. Пацюк. Предельный диаметр и полнота детонационного разложения грубодисперсных промышленных взрывчатых веществ// Химическая физика.-1995.-№2-3.-С.3-13.

29. Стесик Л.Н., Акимова Л.Н. Косвенный метод оценки ширины зоны реакции в детонационной волне // Журнал физической химии.-1959.-Т.ЗЗ.-№ 8.-С.1762-1768.

30. J. Lee, F.W. Sandstrom a.o. Detonation and shock initiation properties of emulsion explosives// Preprints of papers the IX Symp. (Int) on Detonation.-Portland, Oregon.-Vol. 11989.-P.263-271.

31. A.H. Дремин, К.К. Шведов и др. Исследование детонации промышленных ВВ//Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых.-1971.-№1.-С.46-51.

32. V.V. Lavrov, К.К. Shvedov.// Features of industrial explosive initiation by strong shock wave. Proceed. 17th Int. Pyrotechn. and 2nd Int. Symp. on Pyrotechn.and Explosions.-Beijing: Beijing Institute of Technology Press.-199 l.-Vol.2.-P. 712-716.

33. Розинг В.О., Харитон Ю.Б. Детонация ВВ при малых диаметрах заряда// Доклады АН СССР.-1940.-Т.26.-№4.-С.360-361.

34. А.Н. Дремин. Открытия в исследовании детонации молекулярных конденсированных взрывчатых веществ в XX веке.//Физика горения и взрыва.-2000.-Т.36.- №6.-С.31-44.

35. Б.А. Хасаинов, А.В. Аттеков, А.А. Борисов. Ударно-волновое инициирование пористых энергетических материалов и вязкопластическая модель горячих точек.// Химическая физика.-1996.-Т.15.-№7.-С.53-125.

36. А.А. Сулимов, Б.С. Ермолаев. Низкоскоростная детонация в твердых ВВ// Химическая физика процессов горения и взрыва. Детонация.- Черноголовка: ОИХФ АН СССР.-1977.- С.20-28.

37. К.К. Шведов, В.В. Лавров. Физические модели развития ударной волны до детонационной в неоднородных конденсированных ВВ// Химическая физика.- 1998.- Т. 17.- № 3.- С.74-80.

38. К. Юхансон, П.Персон. Детонация взрывчатых веществ: Пер. с англ.- М.: Мир.-1973.- 352 с.

39. Батьков Ю.В., Новиков С.Л., Погорелов А.П. и др. Исследование процесса взрывчатого превращения состава ТГ 50/50 за фронтом нестационарной ударной волны//Физика горения и взрыва.-1979.-Т. 15.-№ 5.-С. 139-141.

40. H.R. KleinhanB, F. LangenstraB, Н. Zollner. Initiation threshold of high explosives in small flyer plate experiments// Preprints of papers the IX Symp. (Int) onDetonation.-Portland, Oregon.-Vol.l.-1989.-P.46-54.

41. Campbell A.W., Engelke R. The diameter effect in high-density heterogeneous explosives// Proceed. 6-th. Symp. (Int.) on Detonation.- Coronado, California.-1976.-P.642-652.

42. Апин А.Я., Воскобойников И.М., Соснова Г.С. Протекание реакции в детонационной волне смесевых взрывчатых веществ// Прикладная механика и техническая физика.-1963.-№5.-С.115-117.

43. Парфенов А.К., Воскобойников И.М., Апин А.Я. О малой скорости детонации промышленных ВВ// Взрывное дело, М: Недра, 1966.-№ 60/17.-С. 29-33.

44. Апин А.Я., Димза Г.В. Об особенностях возрастания скорости детонации смесевых ВВ с увеличением диаметра заряда// Доклады АН СССР.-1970.-Т. 192.-№4.-С.850-852.

45. Апин А.Я., Димза Г.В. О детонации наполненных и смесевых ВВ// Взрывное дело, М: Недра, 1974.-Ж74/31.-С.13-17.

46. К.К. Шведов, A.JI. Кривченко, В.Н. Сальников. Влияние природы наполнителя на разложение наполненных систем тротила и гексогена в ударных и детонационных волнах// Физика горения ивзрь1ва.-1978.-№5.-С.127-131.

47. В.В. Лавров, К.К. Шведов. Зависимость скорости детонации нитрата аммония в смеси с гексогеном от диаметра заряда// Химическая физика.-2003.- Т. 22.-№9.- С.67-71.

48. Дрёмин А.Н., Розанов O.K. Об аналогии детонации газообразных и жидких взрывчатых веществ// Научно-технические проблемы горения и взрыва.-1965.-№2.-С.93-97.

49. Leiper G.A., Cooper J. Reaction rates and the charge diameter effect in heterogeneous explosives// Preprints of papers the IX Symp. (Int.) on Detonation.-Portland, Oregon.- vol.1.- 1989.- P.94-102.

50. Апин А.Я., Велина, Н.Ф. О критических диаметрах зарядов ВВ и скорости детонации гексогена//Взрывное дело, М: Недра, 1967.-№63/20.-С. 5.

51. Рекомендации по перевозке опасных грузов. Руководство по испытаниям и критериям. Четвертое пересмотренное издание: Пер. с англ.- Нью-Йорк и Женева: ООН.-2003.

52. В.В.Лавров, А.Н.Афанасенков, К.К.Шведов, Б.Н.Кукиб. Метод определения критического диаметра и скорости детонации промышленных ВВ //Горный журнал.-1998.-№ 3.-С.38-39.

53. Ю. М. Михайлов, В.В.Лавров. Анализ методов, рекомендованных ООН для классификации веществ по степени взрывоопасности.//Боеприпасы и высокоэнергетические конденсированные системы.-2008.-№1.-С.7-13.