П.В. КОМИССАРОВ, Р.Х. ИБРАГИМОВ, Г.Н. СОКОЛОВ

УДК 544(06) Химическая физика, горение и детонация
П.В. КОМИССАРОВ, Р.Х. ИБРАГИМОВ, Г.Н. СОКОЛОВ1
Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН, Москва
инженерно-физический институт (государственный университет)
1Московский
ОСОБЕННОСТИ ИМПУЛЬСОВ СЖАТИЯ В ВОДЕ
ПРИ ВПРЫСКЕ РАЗОГРЕТЫХ ГИДРОРЕАГИРУЮЩИХ СМЕСЕЙ ЧАСТИЦ
АЛЮМИНИЯ
И ПЕРХЛОРАТА АММОНИЯ
При впрыске сгорающей в оболочке в режиме быстрого конвективного горения смеси частиц алюминия и
перхлората аммония в воду, при условии избытка металлического горючего в смеси, формируется
реагирующее гетерогенное облако, рождающее импульсы сжатия в жидкости в диапазоне от сотен атмосфер
до нескольких килобар продолжительностью до нескольких миллисекунд. В зависимости от состава
начальной смеси, давления впрыска и способа истечения в воду возможно получение импульсов сжатия в
широком диапазоне параметров. На модельной экспериментальной установке представляющей собой канал
частично заполненный водой проведены эксперименты по впрыску богатых смесей алюминия и перхлората
аммония в массовом соотношении от 1:1 до 2:1 при различных давлениях впрыска. Смесь сгорала в жесткой
оболочке и по достижении давления срыва форсажной мембраны или разрыва оболочки впрыскивалась в
канал. Давление впрыска, а также форма и амплитуда импульсов сжатия в воде вблизи сопла инжектора, а
также вблизи жесткой стенки на закрытом торце метрового канала фиксировались при помощи
пъезодатчиков давления. При помощи двух термопар, расположенных на различных уровнях в жидкости, у
дна и в середине вертикального канала, установлена температура воды, отражающая полноту реакции.
Воздушный зазор в верхней части установки варьировался от 2 до 20 см.
В случае осевого истечения реагирующей смеси состава 1:1 массой 10 г при давлении срыва мембраны
диаметром 12 мм в 0,5 кБар происходит интенсивное смешение с водой на уровне 10 кг/мс и начало реакции
избыточного алюминия. Гетерогенное облако заполняет все поперечное сечение канала и течение становится
близким к поршневому. Отошедшая при разрыве мембраны ударная волна разгружается при выходе на
поверхность воды и формирует короткий (порядка 20 мкс) импульс с амплитудой около 50-100 атм при
столкновении с жесткой стенкой торца установки. Продолжающее реагировать гетерогенное облако
расширяется и движется в сторону противоположного торца. При этом не происходит заметного возмущения
свободной поверхности воды, что свидетельствует о высокой скорости подмешивания воды в облако, а
значит о высокой плотности среды в облаке. На момент достижения контактной границы облака свободной
поверхности воды массовая скорость среды составляет до 100 м/с. При торможении гетерогенного облака на
жесткой стенке возникает импульс сжатия с амплитудой 1-2 кБар (в зависимости от начального давления
впрыска: так, например, при давлении срыва мембраны в 1 кБар, давление на стенке составляет 2 кБар).
Высокая длительность импульса на уровне 2-5 мс обуславливается как сжимаемостью среды в гетерогенном
облаке, так и продолжающейся реакцией избыточного алюминия с водой. Длительность импульса
повышается в 1,2-2 раза в случае использования сверхбогатой смеси 2:1. При этом пиковое давление
импульса снижается до сотен атмосфер. Импульсы сжатия, рожденные при подобном впрыске смеси не
имеют отрицательной фазы и выходят в изолированной установке на статическое давление в течение 20 мс.
В случае центрального истечения смеси при использовании разрывающейся при давлении 0,5 кБар
малопрочной оболочки заряда скорость подмешивания воды существенно выше, что приводит к меньшей
полноте сгорания алюминия с водой и к резкому охлаждению реагирующих полупродуктов в полости. В
этом случае результирующий импульс давления отличается резким спадом давления после 1-2 мс плато.
Термопарные измерения показали, что тротиловый эквивалент подобных зарядов составляет до 2,4 при
теоретически возможном в 2,72, что свидетельствует о высокой полноте реакции избыточного алюминия с
водой.
ISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 4
1