Введение к работе
Актуальность работы.
Сложные динамические взаимодействия представляют самостоятельный интерес для различных областей науки и техники, в том числе и для разработки новых систем динамического оружия, у которого поражающие элементы баллистической формы должны иметь достаточно высокие характеристики по форме и массе, которые определяются соотношением массы и квадрата скорости. D-металлы и их сплавы являются наиболее перспективными в этом плане, так как, во-первых, неполно изучены их ударно-волновые свойства, а во-вторых, в данное время в термодинамике рассмотрены только полуэмпирические модели уравнения состояния металлов, что требует дополнительного проведения дорогостоящих экспериментов по определению динамических характеристик металлов и их сплавов. Однако именно в этой концепции возможно решение проблем разработки эффективных поражающих элементов кинетического оружия, зарядов взрывного бурения и кумулятивных перфораторов.
Для использования на практике эффектов динамического нагружения необходимо знать такие характеристики как скорость звука во взрывчатом веществе и в метаемом материале, детонационные и массовые скорости и ряд других характеристик. Задачи разработки методов теоретического прогнозирования скоростей детонации и метания требуют комплексной диагностики ударно-волновых процессов при динамическом нагружении. Прогнозирование таких процессов является актуальной научной задачей. Исследование поведения металлических материалов при ударном сжатии имеют большое значение для решения задач по прогнозированию взрывных воздействий на различные материалы.
В работе также уделено внимание решению актуальной задачи по теоретическому исследованию параметров детонации и метательной способности некоторых перспективных взрывчатых веществ на основе 1,3,5-триазинов. Цель работы.
-
Комплексное исследование взаимодействия продуктов детонации (ПД) с метаемой пластиной;
-
Разработка методов экспериментального и теоретического прогнозирования метательной способности;
-
Определение влияния материала метаемого элемента на эффективность отбора энергии им у продуктов детонации, а также выбор критерия его оценки.
Задачи исследования.
-
Определение параметров взаимодействия продуктов детонации с метаемой пластиной и влияния динамических характеристик металла на параметры его нагружения;
-
Исследование аддитивных свойств d-элементов таблицы Д.И. Менделеева с целью определения их динамических адиабат;
-
Разработка теоретических методов определения скорости торцевого метания и расширения цилиндрической оболочки;
4. Определение детонационных и метательных свойств производных 1,3,5-триазина.
Методы исследования.
В работе использован аппарат ударно-волнового взаимодействия ПД и нагружаемых материалов, теоретический расчёт параметров детонации, детонационной оптики.
Ударно-волновые импульсы меди и латуни, в условиях ударного нагружения, изучались с помощью электромагнитного метода регистрации скоростей метания исследуемых образцов в процессе ударного сжатия. Расчёт параметров исследуемых взрывчатых веществ и металлов осуществлялся в рамках полуэмпирического подхода.
Объекты исследования - прессованные заряды взрывчатых веществ: A-IX-1 и ТГ50/50; металлические пластины: медь Мій латунь Л75. Научная новизна работы.
Предложены методы прогнозирования параметров метания гидродинамическим методом и методом эквивалентных масс;
Предложен способ по усреднению результатов, который позволяет уменьшить абсолютную ошибку по отношению к экспериментальным данным;
Разработана предварительная экспресс-методика определения смесевых динамических адиабат сплавов, которая даёт возможность определить наиболее оптимальный для метания сплав;
Впервые определены детонационные параметры взрывчатых веществ ряда 1,3,5-триазинов и их возможная метательная способность.
Практическая значимость работы определяется предложениями по уменьшению количества экспериментальных исследований за счёт научно-обоснованного подхода к расчётно-экспериментальной оценке характеристик эффективности.
Разработан метод теоретического прогнозирования определения скоростей метания;
Разработана новая полуэмпирическая методика, позволяющая определить ударные адиабаты металлов и сплавов для поражающих элементов;
Разработанная экспресс-методика определения смесевых динамических адиабат сплавов позволяет расширить круг различных металлов и сплавов и выделить из них наиболее оптимальные для необходимых целей;
Предложен перспективный экспериментальный метод регистрации ударно-волновых импульсов взаимодействия продуктов детонации с метаемым элементом при динамическом нагружении;
Разработанные в работе методы приведут к снижению затрат на разработку боеприпасов с использованием перспективных взрывчатых веществ и оптимальных материалов облицовок для снарядоформирующих зарядов.
На защиту выносятся следующие положения:
Разработка электромагнитного метода фиксации скорости метаемого элемента и характер взаимодействия продуктов детонации с материалом пластины;
Разработка принципа расчёта скорости метания гидродинамическим методом;
Разработка способа расчёта коэффициента X ударной адиабаты D=a+XU на основе аддитивных свойств элементов периодической системы Д.И. Менделеева для определения динамических адиабат d-металлов и их сплавов;
Способы расчёта параметров торцевого метания гидродинамическим методом и методом детонационной оптики, и скорости расширения цилиндрической оболочки с использованием единой энергетической характеристики - массовой скорости;
Результаты теоретического расчёта параметров детонации и скоростей метания для перспективных взрывчатых веществ производных 1,3,5-триазинов.
Достоверность научных результатов работы подтверждается совпадением результатов эксперимента с результатами теоретического прогнозирования по разным методикам и экспериментальным данным, а также выполненными оценками погрешностей измерений.
Апробация работы.
Научные результаты работы апробированы на Международных, Всероссийских и Межвузовских научно-технических конференциях и симпозиумах: VII Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона» (2006 г.), г. Новосибирск; XXXII Самарской областной студенческой научно-технической конферен-
ции памяти профессора Х.С. Хазанова. «Общественные, естественные и техн. науки» (2006 г.), г. Самара; XVII Менделеевской конференции молодых учёных (2007 г.), г. Самара; Международной конференции «Ударные волны в конденсированных средах» (2008 г.), г. Санкт-Петербург; XI, XIII Харитоновских тематических научных чтениях -Международная конференция «Экстремальные состояния вещества. Детонация. Ударные волны» (2009 г., 2011 г.), г. Саров; I Международной научно-практической конференции «Наука и современность» (2010 г.), г. Новосибирск; Международной конференции «Ударные волны в конденсированных средах» (2010 г.), г. Великий Новгород; Московский семинар по физике взрыва (2011 г.), г. Дзержинск. Публикации.
По результатам диссертации опубликовано 12 работ, докладов и тезисов конференций, в том числе три статьи в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией РФ. Личный вклад автора.
В выборе направления исследований; в постановке задач диссертации; личном проведении экспериментов; автор принимал участие в количественной обработке полученных экспериментальных данных; формулировке выводов и положений, выносимых на защиту, а также в подготовке публикаций в печать. Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, выводов, библиографического списка. Общий объем работы составляет 117 страниц, включая 16 рисунков, 25 таблиц и библиографического списка включающего 101 наименование.
