Лекция 3

2.4. Самораспространяющееся взрывное превращение (свп) . Горение

2.4.1. Самораспространящееся взрывное превращение

Характерной чертой СВП является наличие фронта превращения – зоны интенсивной химической реакции, отделяющей исходное ВВ от продуктов химической реакции. Эта зона перемещается по заряду ВВ. В зависимости от механизма передачи энергии от слоя к слою различаю следующие виды СВП: горение и детонация.

2.4.2. Горение. Температурный профиль волны горения

Горение– это основной процесс взрывного превращения пороховых зарядов в ствольных системах и твердых ракетных топлив в ракетных двигателях.

При горении тепловая энергия от горячих продуктов реакции передается ближайшему слою ВВ путем теплопередачи, вызывая в нем, в свою очередь, интенсивную реакцию, таким образом реализуется самоподдерживающиеся реакции горения.

Движущая сила – тепловой эффект химической реакции.

Горение называют нормальнымилипослойнымпри молекулярной теплопроводности иконвективным(турбулентным) при конвективном обмене между горячими продуктами реакции и несгоревшим порохом.

Создатели теории горения: Я.Б. Зельдович, А.Ф. Беляев, В.А. Михельсон.

Температурный профиль - Т(х)

для тринитротолуола (ТНТ).

для тринитротолуола (ТНТ).

I - зона исходного ВВ (в е раз меньше Т_к);

II- прогретый слой ВВ;

III- пары ВВ;

IV- зона интенсивных химических реакций;

V- продукты реакции.

Важнейшей особенностью горения ВВ является его плавление и испарение. Горение в парогазовой зоне IIIпроисходит по механизму гомогенного теплового взрыва.

Горение распространяется по заряду ВВ в результате тепловыделения в реагирующем слое ВВ. Выделившаяся теплота расходуется на нагрев продуктов реакции и соседнего слоя ВВ. Одновременно часть тепловой энергии теряется через боковую поверхность заряда. Горение идет стационарно лишь тогда, когда теплопотери компенсируются выделяющейся тепловой энергией. В противном случае горение затухает.

Критический диаметр – наименьший диаметр цилиндрического заряда ВВ в котором еще возможно самоподдерживающееся распространение волны горения.

2.4.3.Особенности горения порохов

Основой артиллерийских порохов является нитроцеллюлоза, которая не плавится и не обладает летучестью. Газификация пороха происходит следующим образом.

В результате реакции в прогретом слое пороха, в к-фазе образуются пузырьки, наполненные продуктами сгорания. При приближении к поверхности заряда из-за избыточного давления внутри них происходит разрушение горящей поверхности – диспергирование.

Для пороха – зона III на температурном профиле – дымогазовая зона, образующаяся в результате диспергирования горящей поверхности.

Массовая скорость горения: .

У порохов . У большинства бризантных ВВ.

При повышении начальной температуры на 100 ^оС, скорость горения различных ВВ увеличивается в 1.5....2 раза.

Условие устойчивости горения ВВ в полузамкнутом объеме:.

Следовательно, пороха в полузамкнутом объеме горят устойчиво. Бризантные же ВВ в полузамкнутом объеме не могут устойчиво гореть – происходит переход горения в детонацию.

Во внутренней баллистике ствольных систем .

Существуют пороховые заряды конвективного горения (ЗКГ). Они обладают большей плотностью, что способствует достижению большей скорости.

2.4.4. Понятие о нестационарном горении твердых топлив ТРД

В классических задачах внутренней баллистики . Однако, это справедливо лишь для процессов с медленно меняющимся давлением. Согласно теории нестационарного горения при быстром изменении давления, скорость горения зависит от:

,

где

- показатель в законе горения;

;

- температуропроводность твердого топлива.

Согласно этой зависимости при , при. При быстром уменьшении давления возможно погасание пороха. Для гашения горения ТРТ в РДТТ необходимы:

1. быстрый спад давления;

2. достаточная глубина спада давления

При быстром уменьшении давления , порох гаснет (отсечка тяги РДТТ).

При нестационарном ускоряющемся горении ВВ возможен переход горения в детонацию в результате срыва послойного горения, формирование конвективного горения и волны сжатия, в которой и происходит возбуждение взрыва заряда ВВ.

Я.Б. Зельдович, Б.В.Новожилов – творцы теории нестационарного горения.