Особенности зажигания и термического разложения ВЭМ на основе нитрата аммония и активного связующего

ПРОЦЕССЫ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА

УДК 544.452.2

ОСОБЕННОСТИ ЗАЖИГАНИЯ И ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ВЭМ НА ОСНОВЕ НИТРАТА АММОНИЯ И АКТИВНОГО СВЯЗУЮЩЕГО

АРХИПОВ В.А., *КОРОТКИХ А.Г.

Научно-исследовательский институт прикладной математики и механики Томского государственного университета, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36 *Национальный исследовательский Томский политехнический университет, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30

АННОТАЦИЯ. Представлены результаты экспериментального исследования процесса зажигания излучением СО2-лазера высокоэнергетических материалов на основе нитрата аммония и активного горючего-связующего, содержащих порошки алюминия разной дисперсности. Установлено, что эффективность зажигания при введении добавки ультрадисперсного порошка алюминия в состав исследуемых материалов возрастает с уменьшением интенсивности лазерного излучения. С помощью тепловизионной видеосъемки определена температура поверхности горения в момент воспламенения исследуемых составов. С увеличением срока хранения образцов активность порошка алюминия в исследуемых составах уменьшается.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: высокоэнергетические материалы, лазерное излучение, нитрат аммония, ультрадисперсный порошок алюминия, время задержки воспламенения, температура поверхности горения.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время возрос интерес к экологически безопасным высокоэнергетическим материалам (ВЭМ) на основе нитрата аммония и активного горючего-связующего, при сжигании которых в продуктах сгорания отсутствует большое количество вредных и опасных для человека хлорсодержащих соединений, в том числе диоксинов. Закономерности лучистого зажигания нового класса ВЭМ имеют практическое значение для оценки нештатного инициирования и безопасных режимов функционирования газогенераторов и двигательных установок, а также представляют интерес для развития тепловой теории зажигания гетерогенных конденсированных веществ усложненной структуры [1].

В последнее десятилетие резко возрос интерес к использованию ультрадисперсных порошков (УДП) металлов в составе высокоэнергетических материалов [2 - 12]. Это связано с тем, что традиционные ВЭМ, содержащие промышленные микронные порошки алюминия марок АСД, полностью исчерпали свои потенциальные возможности, а прогресс в технологии получения УДП металлов со средним размером частиц ~0,1 мкм (в частности, методом электрического взрыва проводников) позволяет получать достаточно крупные партии порошков металлов с контролируемыми свойствами и высокой стабильностью [13]. В работах [2 - 12] показано, что замена микронного порошка алюминия марок АСД на УДП позволяет повысить скорость горения ВЭМ более чем в 2,5 раза, снизить показатель в степенном законе скорости горения и уменьшить время задержки воспламенения. В ряде работ отмечался аномальный (взрывной) процесс зажигания и горения ВЭМ, содержащих УДП алюминия. Основной причиной аномального явления может служить высокая химическая активность наноразмерных частиц алюминия с различными окислителями и горючими-связующими [11].

В последние годы появился ряд работ по исследованию процессов зажигания ВЭМ, содержащих УДП металлов, лучистым потоком тепла. В работах [5, 6] было исследовано влияние дисперсности порошков алюминия и бора со средним размером частиц ~0,1 мкм на процессы воспламенения ВЭМ при подводе тепла лучистым интегральным потоком от

ксеноновой лампы мощностью 5 кВт. Использовались ВЭМ на основе перхлората аммония (ПХА), нитрамина (HMX) и нитрилкаучука. Содержание порошка алюминия составляло до 25 масс. %. Исследования показали, что частичная или полная замена микронного порошка алюминия марок АСД на УДП марки Alex в составе ВЭМ приводит к уменьшению времени задержки воспламенения в 1,5-2,2 раза в диапазоне интенсивности излучения 30-110 Вт/см2. В работах [7 - 9] проведены исследования процесса зажигания излучением СО2-лазера ВЭМ на основе перхлората аммония, полибутадиена с концевыми гидроксильными группами (HTPB) и 15 масс. % порошка алюминия. Было показано, что с уменьшением размеров частиц порошка алюминия времена задержки воспламенения уменьшаются в диапазоне интенсивности излучения 90-600 Вт/см2 и в диапазоне давления окружающей среды 0,1-1,0 МПа. В работе [10] влияние 5 масс. % УДП алюминия на характеристики воспламенения ВЭМ на основе ПХА при лазерном инициировании подтверждения не нашло. Авторами [10] было установлено, что эффективной добавкой, влияющей на процесс воспламенения ВЭМ, является порошок Fe2O3.

Поэтому исследование закономерностей процесса зажигания и температурных режимов на поверхности горения ВЭМ, содержащих порошки алюминия разной дисперсности, является актуальным, в частности, для нового класса составов на основе нитрата аммония и активного горючего-связующего.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Порошки алюминия

Дисперсность частиц порошков металлов является одной из важнейших характеристик рассматриваемых систем, определяющей их свойства и поведение в конкретных явлениях, процессах зажигания и горения ВЭМ. В связи с интенсивным развитием порошковых нанотехнологий, механики многофазных потоков, методов диагностики актуальными являются задачи адекватного описания спектра размеров полидисперсных систем, идентификации экспериментально полученных распределений частиц по размерам (как правило, опытных гистограмм) и аппроксимации их подходящей функцией плотности вероятности. В работе [14] был предложен метод идентификации унимодальных распределений частиц порошков алюминия по размерам с использованием экспериментальных гистограммам, основанный на постановке и решении обратной задачи поиска экстремума соответствующего функционала с использованием технологии прямого поиска. С помощью данного подхода получены функции массового g(d) и счетного fd) распределения (табл. 1) для микронных порошков алюминия марок АСД-4, АСД-6, АСД-8 широко используемых в современных составах ВЭМ, а также для ультрадисперсного порошка алюминия марки Alex, полученного методом электрического взрыва проводников [14]. На основе счетного распределения рассчитывались среднестатистические диаметры порошков.

Таблица 1

Среднестатистические диаметры и функции распределения порошков алюминия

Марка порошка dio, мкм d20, мкм d30, мкм d32, мкм d43, мкм Функция распределения, мкм-1

АСД-4 1,23 1,66 2,28 4,34 7,34 g

АСД-6 0,85 1,17 1,60 3,01 4,72 g

АСД-8 0,72 0,90 1,09 1,60 2,11 g

Alex 0,12 0,13 0,14 0,16 0,18 f

Здесь й?10, й?20, й?30, й?32, й?43 - среднесчетный, среднеквадратичный, среднеобъемный, средний объемно-поверхностный и среднемассовый диаметры; g(d), /(^) - массовая и счетная функции распределения.

Параметры активности порошков алюминия по данным дифференциального термического анализа [13] представлены в табл. 2. С уменьшением диаметра частиц алюминия, снижается содержание активного металла и насыпная плотность порошка. Температура начала интенсивного разложения микронных порошков алюминия марок АСД-1, АСД-4 значительно превышает температуру плавления алюминия 660 °С, ультрадисперсного порошка алюминия марки Alex - меньше. Степень окисления до температуры плавления микронного порошка алюминия марок АСД не превышает 2,5 %, для УДП алюминия степень окисления составляет 50,1 %. Максимальная скорость окисления порошков алюминия имеет одинаковое значение, но в разных диапазонах температур: 920-980 °С - для порошка марок АСД-1, АСД-4, 550-605 °С - для УДП алюминия марки Alex. Расчетная толщина оксидной пленки частицы алюминия d32 = 0,1 мкм в 18 раз меньше, чем микронной частицы алюминия d32 = 10 мкм. По данным электронно-микроскопических исследований [13] реальная толщина оксидной пленки частиц УДП алюминия примерно в 2 раза больше расчетной, что обусловлено рыхлостью и рельефностью пассивирующих пленок.

Таблица 2

Параметры активности порошков алюминия

Марка порошка T 1 нир, °С а, % (до 660 °С) а, % (до 1000 °С) Vok, мг/с (при T, °С) CAi, масс.% ф, нм (расчет) Рн, г/см

АСД-1 920 0,65 52,2 0,04 (920-950) 99,5 88,1 1,60

АСД-4 820 2,50 41,8 0,05 (970-980) 98,5 17,9 0,87

Alex 540 50,1 78,6 0,05 (550-605) 89,0 0,99 0,11

Здесь Тнир - температура начала интенсивного разложения, а - степень окисления, уок - максимальная скорость окисления, СА1 - содержание алюминия, ф - толщина оксидного слоя А1203, рн - насыпная плотность порошка.

Составы высокоэнергетических материалов

Влияние дисперсности порошка алюминия на характеристики зажигания исследовалось для двух базовых композиций ВЭМ. Первая композиция (состав А) содержала 24 масс. % активного горючего-связующего марки МПВТ-ЛД, 56 масс. % смешанного окислителя (нитрат аммония и нитрамин в соотношении 50/50) и 20 масс. % порошка алюминия. Вторая композиция (состав В) содержала 12 масс. % инертного каучука марки СКДМ-80, 73 масс. % смешанного окислителя (нитрат аммония, нитрамин, перхлорат аммония в соотношении 40/40/20) и 15 масс. % порошка алюминия. Коэффициент избытка окислителя для этих композиций составлял 0.545. В качестве металлического горючего использовались порошки алюминия марки АСД-4 и Alex. Для каждого из базовых составов ВЭМ варьировалось соотношение содержания порошков алюминия марок АСД-4 и Alex. Дисперсность порошков нитрата аммония (НА), нитрамина (НМХ) и перхлората аммония (ПХА) составляла 160-315 мкм. Компонентные составы исследуемых ВЭМ приведены в табл. 3. Образцы ВЭМ цилиндрической формы диаметром 10 и высотой 30 мм изготавливались методом механического перемешивания исходных компонентов с последующим проходным или глухим прессованием под давлением ~215 МПа и вулканизацией. Плотность отвержденных образцов в зависимости от их компонентного содержания составляла р = 1,62-1,65 г/см -для состава А и р = 1,42-1,50 г/см - для состава В. При проведении дублирующих опытов для одинаковых составов разброс плотности образцов не превышал 0,02 г/см3. Пористость образцов не контролировалась и считалась незначительной. Непосредственно перед опытом облучаемую поверхность образца получали путем среза ножом микротома. Высота образца

составляла 5 мм. При этом торцевая поверхность была ровной без углублений и выступов. Для снижения оптической неоднородности торцевая поверхность исследуемых составов ВЭМ покрывалась ламповой сажей.

Таблица 3

Составы исследуемых ВЭМ

№ состава Содержание компонентов, масс. %

НА HMX ПХА МПВТ-ЛД СКДМ-80 Alex АСД-4

А1 28 28 - 24 - - 20

А2 28 28 - 24 - 10 10

A3 28 28 - 24 - 20 -

В1 29 29 15 - 12 - 15

В2 29 29 15 - 12 5 10

В3 29 29 15 - 12 15 -

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Воспламенение составов ВЭМ осуществлялось с помощью лазерной установки на основе многомодового СО2-лазера непрерывного действия с длиной волны излучения 10,6 мкм и максимальной мощностью 100 Вт. Диаметр пятна выходного излучения 20 мм. Схема установки приведена на рис. 1. Излучение СО2-лазера 1 при открытии затвора центрального типа 6 фокусировалось системой зеркал 3 и линзой 4 из хлорида натрия на исследуемый образец 9. Время задержки воспламенения определяли по сигналам двух фотодиодов 7, один из которых при открытии затвора включал развертку запоминающего осциллографа 8, второй регистрировал появление пламени образца. Мощность лазерного излучения, падающего на образец ВЭМ, измерялась измерителем средней мощности излучения 5 марки ИМО-2. Время открытия затвора не превышало 0,5 мс. Время действия импульса лазерного излучения варьировалось в диапазоне 30-1500 мс и определялось из условия устойчивого зажигания и последующего горения образца ВЭМ.

Рис. 1. Схема экспериментальной установки

Измерение температурного поля поверхности исследуемых составов ВЭМ при лазерном зажигании проводили в инфракрасной области спектра 2,5-2,7 мкм с помощью тепловизора 2 марки Jade J 530 SB с цифровой записью на персональном компьютере. Тепловизор укомплектован объективами с фокусным расстоянием 25, 50, 200 мм. Диапазон измеряемых температур 15-1500 °С. Оптическая ось камеры тепловизора была направлена на поверхность образца под углом 45°. Расстояние от образца ВЭМ до камеры составляло 0,8 м.

Съемка проводилась с частотой 100 Гц. Погрешность измерения температуры тепловизором составляла 5 %. Относительная погрешность измерения времени задержки воспламенения tign при величине доверительной вероятности 95 % составляла 8-18 %. Основная приведенная погрешность измерения мощности излучения составляла 5 %.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Получены времена задержки воспламенения исследуемых составов ВЭМ, содержащих порошок алюминия различной дисперсности, в зависимости от интенсивности лазерного излучения tign(q). Некоторые результаты измерений, осредненные по трем дублирующим опытам для каждого значения q, представлены на рис. 2. Во всех проведенных экспериментах наблюдалось устойчивое воспламенение и горение ВЭМ.

Аппроксимация опытных данных проводилась методом наименьших квадратов с использованием зависимости в диапазоне q = 60-200 Вт/см :

tign = b • qn,

где tign = мс; q = Вт/см2.

Полученные при этом значения параметров b, n приведены в табл. 4. Во всех экспериментах наблюдалось уменьшение времени задержки воспламенения ВЭМ с ростом интенсивности теплового излучения.

tign > МС tian , МС

100 -

10

—О— состав А1 —д— состав А 2 —состав АЗ

1

30

100 -

10

—О— состав В1 —А.— состав В2 — состав ВЗ

—L.

100 ,пп „ / 2 30 100

а^ 300 а. Вт/смг ^

Рис. 2. Время задержки воспламенения составов А (а) и В (б) ВЭМ в зависимости от интенсивности лазерного излучения

300 о. Вт/см

Таблица 4

Значения b и n зависимости (1) в диапазоне q = 60-200 Вт/см2

№ состава b-10-6 n

А1 375 3,16

А2 0,25 1,89

А3 1,59 2,27

В1 0,044 1,42

В2 0,11 1,66

В3 0,17 1,77

Эффективность влияния типа горючего-связующего и окислителя на процесс зажигания ВЭМ оценивалась отношением времени задержки воспламенения базового состава А на основе двойного окислителя (НА-НМХ) и активного горючего-связующего МПВТ-ЛД к времени задержки воспламенения состава В на основе тройного окислителя (НА-НМХ-ПХА) и инертного связующего СКДМ-80 при одинаковой дисперсности порошка алюминия. Так для состава А1 в диапазоне интенсивности теплового излучения от 75 до 190 Вт/см время задержки воспламенения в 4,7-0,8 раз больше, чем для состава В1, содержащего микронный порошок алюминия АСД-4; для состава А2 время задержки воспламенения в 0,9 раз больше, чем для состава В2, содержащего порошки алюминия АСД-4 и Alex; для состава А3 время задержки воспламенения в 1,1-0,8 раз больше, чем для состава В3, содержащего УДП алюминия марки Alex. Таким образом, при малых значениях интенсивности теплового излучения q<130 Вт/см2 эффективность влияния типа горючего-связующего и окислителя ВЭМ, содержащих микронный порошок алюминия АСД-4, более существенна, чем при более высоких значениях интенсивности теплового излучения. Частичное или полное замещение микронного порошка алюминия АСД-4 на УДП марки Alex в составе ВЭМ уменьшает время задержки воспламенения при одинаковых условиях воспламенения.

Эффективность влияния дисперсности порошка алюминия на процесс воспламенения ВЭМ оценивалась коэффициентом эффективности K, определяемый отношением времени задержки воспламенения базового состава ВЭМ, содержащего микронный порошок алюминия марки АСД-4 (А1 или В1), к времени задержки воспламенения ВЭМ с добавкой УДП алюминия Alex. С увеличением дисперсности порошка алюминия в базовом составе А воспламеняемость ВЭМ существенно улучшается при низких и средних значениях интенсивности теплового излучения. Время задержки воспламенения составов, содержащих УДП алюминия, в 4-6 раз меньше, чем состава А1 с микронным порошком алюминия. При более высоких значениях интенсивности теплового излучения эффективность влияния дисперсности порошка алюминия уменьшается (K = 1,3-2,1). Для базового состава В эффективность влияния дисперсности порошка алюминия не существенна (K = 1,0-2,1), по сравнению с базовым составом А. В диапазоне низких и средних значений интенсивности излучения дисперсность порошка алюминия не влияет на задержку воспламенения, значительное влияние дисперсности порошка алюминия наблюдается при интенсивности теплового излучения 190 Вт/см2. Таким образом, наиболее эффективно влияет на снижение времени задержки воспламенения введение добавки УДП алюминия в состав А при значениях интенсивности теплового излучения менее 130 Вт/см2, а в состав В при значениях q > 130 Вт/см2.

С помощью видеосъемки тепловизором марки Jade J 530 SB определены профили температуры на поверхности горения и динамика развития процесса воспламенения базового состава А при значении интенсивности теплового излучения 70 Вт/см2. На рис. 3 представлены распределения температуры на поверхности горения базового состава А ВЭМ на основе НА, НМХ и активного горючего-связующего МПВТ-ЛД. Воспламенение состава А3, содержащего 20 масс. % УДП алюминия, происходит при температуре ~580-610 °С (рис. 3, а, r - радиальная координата образца). Развитие процесса горения состава А3 происходит с большими амплитудами температуры на поверхности горения в диапазоне 480-740 °С. Возможно, это обусловлено значительным уносом тепла с поверхности горения образца агломерированными частицами УДП алюминия, конденсированной фазой и продуктами сгорания. Воспламенение состава А1, содержащего 20 масс. % порошка алюминия марки АСД-4, происходит при значительно более высоких значениях температуры ~530-820 °С (рис. 3, б). Тепловизионная съемка процесса воспламенения состава А1 показала, что в начальный период времени наблюдается слабое свечение пламени продуктов сгорания, происходит прогрев поверхности образца при этом температура поверхности горения увеличивается от 530 до 620 °С. Возможно, реакционный слой состава А1 имеет большую толщину, чем для состава А3, и развитие химической реакции с выделением

теплоты и продуктов разложения происходит в глубинных слоях. При достижении температуры -620 °С происходит интенсивное выделение теплоты и продуктов разложения с выбросом поверхностного конденсированного слоя. При этом температура на оголенной поверхности образца резко возрастает до -820-900 °С за счет аккумулированного тепла в глубинных слоях. Процесс горения происходит в диапазоне температур на поверхности горения состава А1 540-720 °С. Амплитуда и частота колебаний температуры на поверхности горения состава А1 меньше, чем для состава А3. Возможно, это связано с размером и частотой отрыва агломерированных частиц порошка алюминия с поверхности горения.

4 2 0 2 4 г, мм 4 2 0 2 4 г, мм

а) = 140 мс б) ^ = 1140 мс

Рис. 3. Профиль температуры на поверхности горения составов А3 (а) и А1 (б) ВЭМ в момент воспламенения при д = 70 Вт/см2

Таким образом, воспламенение состава А3, содержащего УДП алюминия Alex, происходит в конденсированной фазе на поверхности образца при температуре -580-610 °С. Воспламенение состава А1, содержащего микронный порошок алюминия АСД-4, происходит в глубинных слоях конденсированной фазы образца в диапазоне температур -530-820 °С, при этом время прогрева реакционного слоя и воспламенения состава А1 существенно больше, чем для состава А1 при значении интенсивности теплового излучения 70 Вт/см2.

АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ

Анализ полученных результатов исследования показал, что с увеличением интенсивности лучистого теплового потока влияние добавки УДП алюминия снижается для исследуемого состава А ВЭМ на основе НА, НМХ и активного горючего-связующего марки МПВТ-ЛД. В диапазоне интенсивности теплового излучения 70-130 Вт/см время задержки воспламенения состава А3, содержащего УДП алюминия, в 4,5-6,0 раз меньше, чем состава А1, содержащего микронный порошок алюминия АСД-4. При более высоких значениях интенсивности теплового излучения эффективность влияния размера частиц УДП алюминия уменьшается. По-видимому, это связано с термостойкостью используемого активного горючего-связующего, увеличением температуры в реакционном слое конденсированной фазы и повышением роли гетерогенных реакций в процессе воспламенения ВЭМ. Уменьшение диаметра частиц порошка алюминия в составе ВЭМ оказывает влияние на толщину реакционного слоя, скорость протекания химических реакций и количество теплоты, подводимой к конденсированной фазе. Об этом свидетельствуют результаты термического разложения смесей нитрата аммония и HMX с добавками УДП металлов, а также снижение степенного показателя закона скорости горения от давления, полученные

для ВЭМ с добавками УДП алюминия [2, 6, 12]. За счет низкой температуры начала интенсивного разложения (см. табл. 2) и высокой химической активности УДП алюминия повышает интенсивность передачи тепла теплопроводностью, соответственно, повышает температуру и скорость химической реакции в конденсированном слое ВЭМ. Результаты дифференциального термического анализа (рис. 4, а) состава А2 показали, что максимальная скорость химических реакций находится в диапазоне температур 220-230 °С, температура начала интенсивного разложения равна 224 °С. В диапазоне температур 550-582 °С дополнительный вклад в процесс тепловыделения вносит добавка УДП алюминия.

Анализ результатов термического анализа (рис. 4, а, б) состава ВЭМ на основе нитрата аммония и активного связующего, содержащего УДП алюминия, показал, что активность порошка алюминия снижается после хранения в течение 6 месяцев в эксикаторе при комнатной температуре и постоянной влажности воздуха предположительно за счет окисления в среде активного связующего. Пик экзотермической реакции разложения УДП алюминия отсутствует в диапазоне температур 550-582 °С (рис. 4, б).

а) т=0 суток

300 400 500 Температура

б) т=180 суток

Рис. 4. Результаты термического анализа состава А2 ВЭМ, содержащего 10 масс. % Alex и 10 масс. % АСД-4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Влияние УДП алюминия на снижение времени задержки воспламенения составов ВЭМ на основе смешанного окислителя (НА-НМХ) и активного горючего-связующего МПВТ-ЛД более существенно при низких значениях интенсивности теплового излучения (q < 130 Вт/см2). Для

составов ВЭМ на основе НА-НМХ-ПХА и инертного горючего связующего СКДМ-80 эффективность добавки УДП алюминия на процесс зажигания возрастает с увеличением интенсивности теплового излучения (q > 130 Вт/см ).

2. Зажигание ВЭМ на основе НА-НМХ и активного горючего-связующего МПВТ-ЛД, содержащего УДП алюминия Alex, происходит в конденсированной фазе на поверхности образца при температуре ~580-610 °С. Зажигание ВЭМ, содержащего микронный порошок алюминия марки АСД-4, происходит в подповерхностных слоях конденсированной фазы образца в диапазоне температур 530-820 °С, при этом время прогрева реакционного слоя и задержки воспламенения увеличивается в 6 раз, по сравнению с ВЭМ, содержащего УДП алюминия, при значении интенсивности теплового излучения 70 Вт/см2.

3. Хранение ВЭМ на основе НА-НМХ и активного горючего-связующего МПВТ-ЛД сроком 6 месяцев снижает активность УДП алюминия в составе композиции за счет окислительных процессов в среде активного связующего.

Работа выполнена в рамках реализации Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы при поддержке Государственного контракта П 474 от 04.08.2009 г. «Создание и переработка высокоэнергетических наполненных полимерных композиций», при финансовой поддержке РФФИ (проект № 11-03-90706-моб_ст).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Vilyunov V.N., and Zarko V.E. Ignition of Solids. Published by Elsevier Science Publishers, 1989. 442 p.

2. Де Лука Л.Т., Галфетти Л., Северини Ф. и др. Горение смесевых твердых топлив с наноразмерным алюминием // Физика горения и взрыва. 2005. Т.41, №6. С.80-94.

3. Mench M.M., Kuo K.K., Yeb C.L., and Lu Y.C. Comparison of thermal behavior of regular and ultra-fine aluminum powders (Alex) made from plasma explosion process // Combustion Science and Technology. 1998. V.135. P.269-292.

4. Еркович О.С., Ягодников Д.А., Пырлин С.В. и др. Поверхностная энергия нанодисперсных частиц алюминия и термодинамические характеристики жидких и твердых ракетных топлив на их основе // Тезисы докл. XIV Симпозиума по горению и взрыву. Черноголовка : Изд-во ИПХК, 2008. С.63.

5. Simonenko V.N., and Zarko V.E. Comparative studying the combustion behavior of fine aluminum // Proc. 30th Int. Annual Conf. of ICT «Energetic Materials: Production, Processing and Characterization». Karlsruhe, Germany. 1999. Р.21-1-21-14.

6. Simonenko V.N., Zarko V.E., Kiskin A.B. et al. Effect of Alex and boron additives on ignition and combustion of Al-KNO3 mixture // Proc. 32nd Intern. Annual Conf. of ICT «Energetic Materials: Production, Processing and Characterization». Karlsruhe, Germany. 2001. Р.122-1-122-12.

7. DeLuca L.T., Cozzi F., Manenti S. et al. Ballistic testing of clean solid rocket propellants // Proc. 32nd Intern. Annual Conf. of ICT «Energetic Materials: Production, Processing and Characterization». Karlsruhe, Germany. 2001. Р. 10-1-10-14.

8. Olivani A., Galfetti L., Severini F. et al. Aluminum particle size influence on ignition and combustion of AP/HTPB/Al solid rocket propellants // Advances in Rocket Propellant Performance, Life and Disposal for Improved System Performance and Reduced Cost Paper of AVT Meeting. Aalborg, Denmark. 2002. P.3-12.

9. Liang-Yann Yuan, Dah-Ming Chen, Chi-Fa Hsieh Studies on the characteristics of UFAl containing composite propellant // Proc. 33rd Intern. Annual Conf. of ICT «Energetic Materials: Production, Processing and Characterization». Karlsruhe, Germany. 2002. Р. 19-1-19-12.

10. Atwood A.I., Ford K.P., Bui D.T., Curran P.O. and Lyle T. Radiant ignition studies of ammonium perchlorate based propellants // Progress in Propulsion Physics. V. 1 / Edited by L. DeLuca, C. Bonnal, O. Haidn, and S. Frolov. Moscow: TORUS PRESS, 2009. P. 121-140.

11. Архипов В.А., Коротких А.Г., Кузнецов В.Т., Синогина Е.С. Влияние дисперсности порошков металлов на характеристики кондуктивного и лучистого зажигания смесевых композиций // Химическая физика. 2007. Т.26, №6. С.58-67.

12. Попенко Е.М., Громов А.А., Шамина Ю.Ю. и др. Влияние добавок сверхтонких порошков алюминия на реологические свойства и скорость горения энергетических конденсированных систем // Физика горения и взрыва. 2007. Т.43, №1. С.54-59.

13. Громов А.А., Ильин А.П., Архипов В.А. и др. Горение нанопорошков металлов. Томск : Дельтаплан, 2008. 385 с.

14. Архипов В.А., Бондарчук С.С., Коротких А.Г. и др. Технология получения и дисперсные характеристики нанопорошков алюминия // Горный журнал. 2006. №4. С.58-65.

FEATURES OF IGNITION AND THERMAL DECOMPOSITION OF HEMS AMMONIUM NITRATE AND ACTIVE BINDER BASED

Arkhipov V.A., *Korotkikh A.G.

Research Institute of Applied Mathematics and Mechanics of Tomsk State University, Tomsk, Russia *National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russia

SUMMARY. Results of experimental study of ignition process of high-energy materials (HEMs) based on ammonium nitrate and active combustible-binder containing aluminum ultrafine powder (UFP) CO2-laser radiation are presented. It was established that the effectiveness of additives of aluminum UFP in the HEMs increases with decreasing laser intensity, the temperature of combustion surface upon ignition by radiant heat flux of HEMs containing aluminum UFP is ~580-610 °C and ~530-820 °C - for the HEMs compositions with aluminum micron powder ASD-4 for the value of radiation intensity 70 W/cm2 It is shown that with increasing storage time HEMs activity of aluminum UFP in the studied compositions is reduced.

KEYWORDS: high-energy materials, laser radiation, ammonium nitrate, aluminum ultrafine powder, the ignition delay, the temperature of combustion surface.

Архипов Владимир Афанасьевич, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий отделом НИИ ПММ ТГУ, тел. (3822)52-96-56, е-mail: leva@niipmm.tsu.ru

Коротких Александр Геннадьевич, кандидат физико-математических наук, доцент ТПУ, тел. (3822) 42-37-50, е-mail: korotkikh@tpu.ru