Óòî÷íåíèå çîííîé ñòðóêòóðû ôàêåëà ïëàìåíè áîðñîäåðæàùåé ñìåñåâîé ñèñòåìû Òðîôèìåíêî Ì.Þ. Îäåññêèé ãîñóíèâåðñèòåò èì. È.È. Ìå÷íèêîâà  ïîñëåäíåå âðåìÿ âñå áîëüøåå âíèìàíèå èññëåäîâàòåëåé ïðèâëåêàåò êàê ãîðåíèå ÷èñòîãî áîðà, òàê è êîìïîçèöèé, â êîòîðûå îíè âõîäÿò êàê ñîñòàâëÿþùàÿ ÷àñòü [1,2]. Öåëüþ íàñòîÿùåé ðàáîòû áûëî óòî÷íåíèå íåêîòîðûõ îñîáåííîñòåé ãîðåíèÿ áîðñîäåðæàùèõ òâåðäûõ ñìåñåâûõ ñèñòåì (ÒÑÑ) íà îñíîâå ïåðõëîðàòà àììîíèÿ (ÏÕÀ) îïòè÷åñêèìè ìåòîäàìè. Ýêñïåðèìåíò ïðîâîäèëñÿ ïî ìåòîäèêå, îïèñàííîé â [3].  óñòàíîâêå ïîñòîÿííîãî äàâëåíèÿ (ÓÏÄ) îïòè÷åñêèì ïèðîìåòðîì îäíîâðåìåííî íà 4-õ äëèíàõ âîëí ðåãèñòðèðîâàëîñü èçëó÷åíèå ñ ïëîùàäêè 2õ0,3 ìì2 ôàêåëà ïëàìåíè ïðè òîðöåâîì ãîðåíèè îáðàçöà ÒÑÑ äèàìåòðîì 20 ìì è âûñîòîé 20 ìì.  íà÷àëüíûé ìîìåíò âðåìåíè â ïîëå çðåíèÿ ïèðîìåòðà ïîïàäàåò ôðîíò ãîðåíèÿ - ïëîñêàÿ ïîâåðõíîñòü îáðàçöà. Ïî ìåðå ãîðåíèÿ ïðèáîð ôèêñèðóåò èçëó÷åíèå èç âñå áîëåå óäàëåííûõ îò ôðîíòà ãîðåíèÿ ó÷àñòêîâ ôàêåëà. Òàêèì îáðàçîì ôèêñèðóåòñÿ ðàñïðåäåëåíèå èçëó÷åíèÿ âäîëü ôàêåëà ïëàìåíè. Èçìåðåíèÿ âåëèñü ïî ìåòîäó çàìåùåíèÿ èññëåäóåìîãî ïëàìåíè ýòàëîííûì èñòî÷íèêîì - òåìïåðàòóðíîé ëàìïîé ÑÈ 10-300. Àâòîðû [2] îòìå÷àþò, ÷òî çíà÷èòåëüíàÿ ÷àñòü ñïîðàäè÷åñêè âûáðàñûâàåìîãî â ôàêåë ìàòåðèàëà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îòíîñèòåëüíî áîëüøèå êóñêè è ñåãìåíòû èññëåäóåìîãî îáðàçöà. Îäíîâðåìåííàÿ ðåãèñòðàöèÿ èçëó÷åíèÿ âñåãî ôàêåëà è åãî ëîêàëüíûõ îáëàñòåé [4] ïîçâîëÿåò ïîäòâåðäèòü ïðèñóòñòâèå â èññëåäóåìûõ ïëàìåíàõ ÷àñòèö èñõîäíîãî îáðàçöà ñ äîáàâêàìè áîðà ïðàêòè÷åñêè âäîëü âñåãî ôàêåëà. Ñïåêòð èçëó÷åíèÿ ÒÑÑ, êàê ïðàâèëî, íîñèò êîíòèíóàëüíûé õàðàêòåð. Ïðèñóòñòâèå ëèíèé èëè ïîëîñ, ñâÿçàíî ñ ïðîòåêàíèåì õàðàêòåðíûõ õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé è ïî âåëè÷èíå è ðàñïðåäåëåíèþ ñîîòâåòñòâóþùèõ ÿðêîñòíûõ òåìïåðàòóð ìîæíî âûÿâèòü îñîáåííîñòè ãîðåíèÿ. Ó èñõîäíîé ÒÑÑ ñïëîøíîé ñïåêòð èçëó÷åíèÿ íà ôîíå êîòîðîãî ïðèñóòñòâóþò äîâîëüíî øèðîêèå ïîëîñû, ñîîòâåòñòâóþùèå îêèñëàì áîðà [5]. Ïðåäñòàâëåííàÿ íà ðèñ.1 öâåòîâàÿ òåìïåðàòóðà èçìåðÿëàñü äëÿ òî÷åê èç êîíòèíóàëüíîãî ó÷àñòêà ñïåêòðà, à ÿðêîñòíàÿ èç êðàÿ ïîëîñû èçëó÷åíèÿ îêèñëîâ áîðà. Ñîâìåñòíîå ðàññìîòðåíèå ýòèõ òåìïåðàòóð âäîëü ôàêåëà, äàåò âîçìîæíîñòü âûÿñíèòü ðîëü áîðà â ïðîöåññå ãîðåíèÿ. Ïðè ãîðåíèè ÒÑÑ íà îñíîâå ÏÕÀ àâòîðû [6,7,8] îáîñíîâûâàþò ñóùåñòâîâàíèå îäíîâðåìåííî äâóõ êîíêóðèðóþùèõ ïëàìåí. Ýêñïåðèìåíòàëüíî äâóõçîííîå ðàñïðåäåëåíèå òåìïåðàòóð è èçìåíåíèå ôîðìû ðàñïðåäåëåíèÿ ñ èçìåíåíèåì äàâëåíèÿ íàáëþäàëîñü â ðàáîòå [5]. Ïðè ýòîì â ïåðâîé, áëèæíåé ê ôðîíòó ãîðåíèÿ çîíå, ïðîäóêòû ïåðâè÷íîãî ðàçëîæåíèÿ 79 ÏÕÀ ðåàãèðóþò ñ ïðîäóêòàìè ïèðîëèçà ãîðþ÷åãî-ñâÿçêè. Îïðåäåëÿþùèì ïðîöåññîì â ýòîé çîíå ÿâëÿåòñÿ äèôôóçèÿ ðåàãåíòîâ. 3300 Ò, Ê 3100 2900 2700 2500 2300 2100 1900 1700 0 5 10 15 L, ìì Ðèñ.1. Ðàñïðåäåëåíèå òåìïåðàòóð âäîëü ôàêåëà ïëàìåíè ÒÑÑ. Ð=4 ÌÏà, 1 - öâåòîâàÿ òåìïåðàòóðà (λ1=1,05 ìêì, λ2=1,7 ìêì), 2 - ÿðêîñòíàÿ òåìïåðàòóðà (λ=0,578 ìêì) Âòîðàÿ çîíà îáóñëîâëåíà ãîðåíèåì ïðåäâàðèòåëüíî ïðèãîòîâëåííîé ñìåñè ïðîäóêòîâ ðàçëîæåíèÿ ÏÕÀ è ïðîäóêòîâ ïèðîëèçà ãîðþ÷åãî-ñâÿçêè. Îïðåäåëÿþùèé ïðîöåññ - êèíåòèêà ðåàêöèé. Íåâîçìîæíîñòü ïîëó÷åíèÿ îäíîðîäíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ èñõîäíûõ ðåàãåíòîâ ïî îáüåìó îáðàçöà, â ñëó÷àå ñëîæíîãî ñòðîåíèÿ ÒÑÑ ñ äîáàâêàìè áîðà, ìîæåò ïðèâîäèòü ê íàðóøåíèþ ñòåõèîìåòðèè â åãî ëîêàëüíûõ îáüåìàõ. Ïîëó÷åííûå ðàñïðåäåëåíèÿ òåìïåðàòóð ïðè Ð=4ÌÏà, óêàçûâàþò íà ñóùåñòâîâàíèå â ôàêåëå ïëàìåíè äâóõ íåçàâèñèìûõ àíñàìáëåé èçëó÷àþùèõ ÷àñòèö, ÷òî ñâÿçàíî ñ äâóõñòàäèéíîñòüþ ãîðåíèÿ áîðà. Ïðè÷åì èçìåíåíèÿ öâåòîâîé òåìïåðàòóðû ïîâòîðÿåò èçìåíåíèÿ ÿðêîñòíîé òåìïåðàòóðû âäîëü ôàêåëà. Ïðè ýòîì äëÿ ïåðâîé ñòàäèè ëèìèòèðóþùèì ïðîöåññîì ÿâëÿåòñÿ äèôôóçèÿ îêèñëèòåëÿ ÷åðåç îêèñíóþ ïëåíêó ÷àñòèö áîðà (á), à äëÿ âòîðîé ñêîðîñòüþ îêèñëåíèÿ íà ïîâåðõíîñòè (à).  ôàêåëå ñóùåñòâóþò îäíîâðåìåííî äâà àíñàìáëÿ ÷àñòèö, îäèí èç êîòîðûõ âêëþ÷àåò ÷àñòèöû ñòåõèîìåòðè÷åñêîãî ñîñòàâà ñ äîáàâêîé áîðà, èõ òåïëîâîé áàëàíñ îáåñïå÷èâàåò óñëîâèÿ äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ ïåðåõîäà îò ðåæèìà ãîðåíèÿ áîðà á ê ðåæèìó à. Âî âòîðîì àíñàìáëå, î÷åâèäíî, íàðóøåíà ñòåõèîìåòðèÿ ( ìåæäó îêèñëèòåëåì è ãîðþ÷èì ) ëèáî êîíöåíòðàöèÿ áîðà â ÷àñòèöå ñëèøêîì âåëèêà, ÷òî îáóñëàâëèâàåò íåâîçìîæíîñòü ïåðåõîäà ê ðåæèìó ãîðåíèÿ à áîðà. Ïðè óâåëè÷åíèè äàâëåíèÿ çîíû îêàçûâàþòñÿ ðàñïîëîæåíû áëèæå ê ïëîñêîñòè ãîðåíèÿ îáðàçöà, òåïëîâîé ïîòîê ê ÷àñòèöàì áîðà áîëüøå, è, ñëåäîâàòåëüíî, ïåðåõîä êî âòîðîé ñòàäèè ëåã÷å (ðèñ.2). Òàêèì îáðàçîì, ýôôåêòèâíîå èñïîëüçîâàíèå áîðà â ÒÑÑ âîçìîæíî â ñëó÷àå åãî àêòèâàöèè è ïåðåõîäà êî âòîðîé ñòàäèè ãîðåíèÿ. Ïðîöåññ ýòîò îïðåäåëÿåòñÿ êàê âíåøíèìè (îáäóâ, äàâëåíèå, áðîíèðîâêà...) òàê è âíóòðåííèìè (ðåöåïòóðà è òåõíîëîãèÿ èçãîòîâëåíèÿ ÒÑÑ) ïðè÷èíàìè è çàâèñèò êàê îò âðåìåíè 80 Ò, Ê ïðåáûâàíèÿ ÷àñòèöû â ôàêåëå, òàê è îò ñîñòàâà (ñòåïåíè îòêëîíåíèÿ îò ñòåõèîìåòðèè) â ëîêàëüíîì îáüåìå îáðàçöà. Ðàññ÷èòàòü òàêèå ïðîöåññû áûâàåò ñëîæíî è âñå áîëüøåå âíèìàíèå óäåëÿåòñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûì ìåòîäàì èññëåäîâàíèÿ ïðîöåññîâ ãîðåíèÿ. 3700 3500 3300 3100 2900 2700 2500 2300 2100 1900 1700 0 2 4 6 8 10 12 L, ìì Ðèñ.2. Ðàñïðåäåëåíèå òåìïåðàòóð âäîëü ôàêåëà ïëàìåíè ÒÑÑ. Ð=6 ÌÏà, 1 - öâåòîâàÿ òåìïåðàòóðà (λ1=1,05 ìêì, λ2=1,7 ìêì), 2 - ÿðêîñòíàÿ òåìïåðàòóðà (λ=0,578 ìêì) Ëèòåðàòóðà 1. Êëÿ÷êî Ë.À., Ïîëèùóê Ä.È., Çîëîòêî À.Í. Âîñïëàìåíåíèå è ãîðåíèå áîðà â êèñëîðîäñîäåðæàùèõ ñðåäàõ. Ãîðåíèå è âçðûâ: Ìàòåðèàëû IV Âñåñîþçíîãî ñèìïîçèóìà ïî ãîðåíèþ è âçðûâó. Ì.: Íàóêà, 1977. Ñ. 314-329. 2. Ãàíü À., Íåòöåð Ä.Ó. Èçó÷åíèå ãîðåíèÿ ìåòàëëèçèðîâàííûõ ãîðþ÷èõ äëÿ òâåðäîòîïëèâíûõ ïðÿìîòî÷íî-âîçäóøíûõ ðåàêòèâíûõ äâèãàòåëåé. Àýðîêîñìè÷åñêàÿ òåõíèêà. 1987. N4. Ñ. 123-128. 3. Òðîôèìåíêî Ì.Þ. Èññëåäîâàíèå ãîðåíèÿ òâåðäûõ ñìåñåâûõ ñèñòåì îïòè÷åñêèìè ìåòîäàìè. Òðóäû 21-ãî ìåæäóíàðîäíîãî ïèðîòåõíè÷åñêîãî ñåìèíàðà 11-15 ñåíòÿáðÿ 1995 ã. Ìîñêâà, Ðîññèÿ, 1995. C. 884-899. 4. Òðîôèìåíêî Ì.Þ. Îöåíêà òåìïåðàòóðû ïëàìåíè ñìåñåâîé ñèñòåìû ïî ëîêàëüíûì ôëóêòóàöèÿì ÿðêîñòè â ôàêåëå. Ôèçèêà àýðîäèñïåðñíûõ ñèñòåì. Âûïóñê 35. Îäåññà 1996 ã. ñ. 38-45. 5. Òðîôèìåíêî Ì.Þ. Èññëåäîâàíèå ìåõàíèçìà ãîðåíèÿ áîðñîäåðæàùèõ ñìåñåâûõ ñèñòåì. Ôèçèêà àýðîäèñïåðñíûõ ñèñòåì. Âûïóñê 35. Îäåññà 1996 ã. C. 67-72. 6.Summerfield M., et al., «The Burning Mechanism of Ammonium Perhlorate Propellants», ARS Progress in Astronautics and Rocketry Vol.1: Solid Propellant Rocket Research, Academic Press, New York 1960. P.141-182. 6. Hermance C.E. «A Detailed Model of the Combustion of Composite Solid Propellants, Proceedings of the ICRPG/AIAA 2nd Solid Propulsion Conference, Anaheim, Calif., June 6-8, 1967. P.89-103. 7. Áåêñòåä Ì.Â., Äåðð Ð.Ë., Ïðàéñ Å.Â. Ìîäåëü ãîðåíèÿ ñìåñåâîãî ÒÐÒ, áàçèðóþùàÿñÿ íà íåñêîëüêèõ òèïàõ ïëàìåíè. ÐÒÊ. T.8, N12, äåêàáðü 1970. C.107-117. 81