книги / Химическая физика энергонасыщенных материалов

жет служить расстояние передачи детонации - максимальное рас­ стояние между испытываемым зарядом и стандартным инициато­ ром, при подрыве которого в испытуемом заряде еще возбуждается устойчивая детонация. Расстояние передачи детонации характеризу­ ет чувствительность ЭКМ к ударной волне.

3.Критический диаметр детонации - диаметр, при превышении которого в ЭКМ возможно протекание устойчивой, стационарной детонации открытого заряда. Критический диаметр определяется временем протекания химической реакции в зоне детонационной волны. Включение зарядов в общую оболочку равноценно уменьше­ нию критического диаметра детонации, т.е. дальность передачи уве­ личивается при включении зарядов в общую оболочку, например,

втрубу.

4.Характер среды, разделяющей заряды. Лучше всего детона­ ция передается через воздух, хуже через воду, еще хуже через глину и хуже всего через сталь и порошкообразную среду, например, рых­ лую землю, песок и т.д. Здесь существенную роль играет критиче­

ское давление возбуждения детонации - минимальное давление в ударной волне, при прохождении которой по заряду ЭКМ в нем возбуждается устойчивая, стационарная детонация.

Для проверки надежности передачи детонации от патрона к па­ трону определяют максимальное расстояние между двумя патрона­ ми, при котором еще происходит передача детонации.

5.5. Ф акторы, влияющие на чувствительность ЭКМ

Чувствительность одного и того же взрывчатого вещества мо­ жет сильно меняться в зависимости от действия различных физиче­ ских факторов. К основным факторам, оказывающим существенное влияние на чувствительность ВВ, относятся структура и плотность вещества, температура, теплоемкость и теплопроводность, невзрыв­ чатые примеси.

Физическая структура и плотность ЭКМ. Влияние физиче­ ской структуры на чувствительность к детонации наглядно видно

у пироксилина и взрывчатых смесей с твердыми окислителями. Прессованный пироксилин легко детонирует от капсюля-детонато­ ра, но сплошной заряд из желатинированного пироксилина очень малочувствителен к детонации. Примером может служить более вы­ сокая восприимчивость к детонации прессованных взрывчатых ве­ ществ по сравнению с литыми. Равным образом трудно возбудить детонацию заряда, состоящего из крупных пороховых элементов - лент, трубок и т.д. Заряд из этого же пороха, но достаточно измель­ ченного, легко детонирует от капсюля-детонатора.

Имеющиеся данные не позволяют пока установить единую, пригодную для всех ЭКМ количественную характеристику влияния структуры вещества и плотности на чувствительность. Увеличение плотности и переход от пористой структуры к сплошной снижают чувствительность ЭКМ, хотя и не в одинаковой мере для разных ви­ дов начального импульса.

Наряду с описанными физическими факторами на чувствитель­ ность ЭКМ влияет также его химическое строение. Чувствительность азотнокислых эфиров, спиртов и углеводов возрастает с увеличени­ ем числа нитратных групп в молекуле эфира. В случае нитросоеди­ нения чувствительность к механическим воздействиям и к детона­ ции тем выше, чем больше число нитрогрупп в молекуле. Например, мононитрофенол не взрывается от двухграммового капсюля-дето­ натора, а для взрыва тринитрофенола достаточно капсюля с 0,3 г гремучей ртути. В том же направлении увеличивается чувствитель­ ность к механическому и тепловому начальным импульсам.

Для некоторых взрывчатых веществ (например, азида свинца, гремучей ртути) установлено заметное различие чувствительности различных кристаллических форм.

Азид свинца был получен в двух кристаллических формах - короткостолбчатой и игольчатой. Обыкновенный азид свинца имеет короткостолбчатую форму. Он менее чувствителен к удару и другим видам внешнего воздействия, чем кристаллы игольчатой формы. Образование крупных кристаллов игольчатой формы сопровождает­ ся иногда самопроизвольными взрывами.

Температура заряда. С повышением температуры чувстви­ тельность ЭКМ быстро возрастает, а при температурах, прибли­ жающихся к температурам вспышки, ЭКМ взрываются от самого слабого импульса. С повышением температуры вещества увеличива­ ется число активных молекул, следовательно, уменьшается количе­ ство энергии, необходимой для возбуждения взрывного превраще­ ния. Поэтому повышение температуры взрывчатого вещества уве­ личивает его чувствительность.

Нитроглицерин взрывается в определенных условиях, если ра­ бота удара составляет 1,962 Дж/см2 при температуре 16 °С или 0,981 Дж/см2 при температуре 94 °С. При температуре 182 °С нитро­ глицерин взрывается уже от ничтожного толчка. Целлулоид при обыкновенной температуре нечувствителен, а при 160... 180°С взрывается от удара.

При значительном понижении температуры чувствительность ЭКМ к удару падает. Так, при охлаждении гремучей ртути до тем­ пературы жидкого азота она при воспламенении часто дает отказы. Влияние сильного охлаждения на чувствительность ВВ иллюстри­ руется, например, следующим фактом. Для возбуждения взрыва пи­ роксилина при 20 °С достаточно 0,25 г гремучей ртути, в то время как при -110 °С на это не хватает и 2,0 г.

Теплоемкость и теплопроводность главным образом сказы­ ваются на чувствительности к тепловому импульсу. При увеличении теплоемкости необходимо затратить большее количество тепла для нагревания вещества до температуры, при которой достигается его воспламенение. Теплопроводность оказывает аналогичное влияние; с ее ростом оказывается все сложней получить высокие локальные температуры из-за быстрого рассеивания тепла по массе вещества.

При испытании чувствительности ВВ к удару влияние тепло­ проводности и теплоемкости носит неоднозначный характер. С од­ ной стороны, время образования «горячих точек» настолько мало, что теплопроводность не должна оказывать заметного влияния на процесс. С другой стороны, сам удар может привести к изменению теплопроводности на несколько порядков и возникновению анизо-

тропии ее. Тогда теплопроводность из второстепенных факторов пе­ рейдет в главные.

Примеси и добавки. Чувствительность ЭКМ может изменяться при введении в заряд инертных примесей. Влияние последних ска­ зывается главным образом на чувствительности ЭКМ к механиче­ ским воздействиям. Различного рода примеси оказывают далеко не одинаковое влияние на чувствительность ЭКМ: в одних случаях чувствительность повышается, в других - понижается. Примеси, способствующие повышению чувствительности ЭКМ, называются сенсибилизаторами, а примеси, которые понижают чувствитель­ ность ЭКМ, - флегматизаторами.

Хорошими сенсибилизаторами, как правило, являются вещест­ ва, обладающие большой твердостью, острыми гранями и высокой температурой плавления. К ним можно отнести мелкое стекло, пе­ сок, частицы некоторых металлов. Они способствуют концентрации энергии удара на острых краях, являются очагами интенсивного трения, приводят к образованию в заряде многочисленных очагов локальных разогревов, способствующих возникновению в нем взры­ ва. Температура плавления частиц примеси для выполнения послед­ ними сенсибилизирующих функций должна быть выше критической температуры, необходимой для возбуждения данного чистого взрывчатого вещества. В соответствии с этим сенсибилизаторами по отношению к ТЭНу и гексогену являются только примеси с темпе­ ратурой плавления больше 430.. .450 °С.

Хорошими флегматизирующими свойствами обладают такие вещества, как, например, парафин, воск, вазелин, камфара. Обвола­ кивая поверхность кристаллов мягкой эластичной пленкой, они спо­ собствуют более равномерному распределению напряжений в заряде ЭКМ и уменьшению трения между отдельными частицами. Это приводит к существенному ограничению поверхностных реакций и снижению вероятности возникновения горячих точек.

Характер влияния инертных примесей на чувствительность в значительной мере зависит от соотношения физико-механических свойств самого ЭКМ и этих примесей. Так, опыты Фролова и Баума

максимальная высота падения груза Л0, при которой получается 100 % отказов?

кривая вероятности возникновения взрывов от высоты падения груза массы m l

4.Какое влияние оказывают на чувствительность к трению дисперсность компонентов, плотность состава, наличие флегматизаторов?

5.Как сказывается отвод тепла из зоны трения на чувствитель­

ность ЭКМ к трению?

6.Что характеризует температура вспышки и от каких условий опыта зависит ее величина?

7.Что представляют собой критические параметры теплового взрыва?

8.Перечислите меры защиты ЭКМ от электризации.

9.От каких параметров зависит расстояние передачи детона­

ции?

10.От каких факторов зависит чувствительность ЭКМ?

6. РАБОТОСПОСОБНОСТЬ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭКМ

Из определения взрывного превращения (в общем случае взры­ вом называют очень быстрое проявление механическойработы, вы­ зываемое внезапным расширением сильно сжатых газов ши паров)

следует, что работоспособность ЭКМ определяется количеством ме­ ханической работы, произведенной продуктами взрыва единицы массы ЭКМ. Напомним, что условиями взрыва являются:

1)экзотермичность химической реакции,

2)наличие газов или паров в продуктах реакции,

3)большая скорость химической реакции,

4)способность реакции к самораспространению.

Становится очевидным, что не совсем корректно оценивать ра­ ботоспособность ЭКМ только количеством запасенной в нем хими­ ческой энергии - тепловым эффектом экзотермической химической реакции. Необходимо также учитывать и остальные три условия. Так, известен целый ряд реакций (например, термитная), протекаю­ щих с выделением большого количества тепла:

2А1 + Fe^Os —►А 1 20 з + 2Fe + 830 кДж/моль.

Приведенная реакция не является реакцией взрывного превра­ щения, так как при этой реакции не образуются газообразные про­ дукты и работа не совершается.

Полная работа взрыва определяется следующими факторами:

1.Чем выше значение теплоты экзотермической реакции Qv, тем больше работа взрывного превращения.

2.Работа взрывного превращения тем больше, чем больше объ­ ем газообразных продуктов взрыва.

Ксожалению, теория до сих пор не дает возможности доста­ точно корректно определить по теплоте взрывного превращения, удельному объему газообразных продуктов взрывного превращения

искорости перемещения фронта взрывного превращения количество произведенной при взрыве механической работы. Поэтому были введены такие экспериментально определяемые характеристики ра-

ботоспособности, как сила пороха, удельный импульс тяги ТРТ

итротиловый эквивалент ВВ.

6.1.Работоспособность порохов

6.1.1. Сила пороха

Для расчетов предельно возможной скорости метания снаряда, коэффициента полезного действия заряда при выстреле и других критериев оценки баллистической эффективности пороха в качестве фундаментальной его характеристики применяется сила пороха или связанный с ней потенциал пороха.

Силой пороха / называется работа, которую могли бы совер­ шить газообразные продукты горения 1 кг пороха, расширяясь под атмосферным давлением (760 мм рт. ст.) при нагревании их от 0 до температуры горения Т\.

/ = RT] =pa W\T\/273,

где ра- атмосферное давление; Wi - объем газообразных продуктов горения 1 кг пороха; Т\ - температура горения пороха при постоян­ ном объеме.

Усредненные характеристики основных типов порохов пред­ ставлены в табл. 9.

произведению элементарной работы продуктов горения 1 кг пороха на температуру его горения. Постоянная R зависит от состава про­ дуктов взрывного превращения. Покажем это на примере воздуха, у которого R = 287 Дж/(кг • К), в то время как составляющие его ком­

двуокись углерода - 189.

Таким образом, силу пороха можно изменять путем изменения состава продуктов горения Wi или их температуры Т\.

Экспериментально сила пороха определяется путем сжигания пороха в манометрической бомбе. Установка для экспериментально­ го исследования горения порохов в постоянном объеме включает

всебя манометрическую бомбу и устройство, с помощью которого регистрируется изменение давления газообразных продуктов горе­ ния. Манометрическая бомба состоит из толстостенного стального корпуса цилиндрической формы, рассчитанного на высокие внут­ ренние давления (300 МПа и более), и двух ввинчивающихся в него втулок - запальной и измерительной. Внутрь корпуса помещается навеска пороха и воспламенитель. После срабатывания воспламени­ теля в процессе горения пороха регистрируется изменение давления

вбомбе как функция времени (см. рис. 8).

А.Нобель и Ф. Абель в 1870-1877 гг., проводя опыты по сжи­ ганию пороха в манометрической бомбе и определяя связь между плотностью заряжания А и максимальным давлением в бомбе р-,.». получили эмпирическую зависимость

= / д Ршк 1-аД ’

которую в иностранной литературе называют формулой Нобеля - Абеля.

Вес заряда пороха и вес воспламенителя рассчитываются из це­ ли опыта, известного объема бомбы и следующего условия. Анализ

формулы показывает, что при А = — максимальное давление в бом­