Фундаментальные исследования процессов превращения энергоемких материалов и разработка научных основ управления этими процессами

В отчете представлен обзор работ, выполненных в 2019-2021 г. сотрудниками отдела горения и взрыва ФИЦ ХФ РАН в рамках Госзадания по программе № 44.8 по теме 0082-2019-0006: Объектом исследования являются фундаментальные процессы превращения энергоемких материалов и разработка научных основ управления этими процессами. Цель работы — на основе фундаментальных исследований свойств и закономерностей горения и детонации энергоемких конденсированных и газообразных веществ разработать технологии и устройства для их использования. В работе выполнен ряд теоретических исследований. Сформулирована математическая модель экзотермического химического превращения в противоточном реакторе вытеснения. Проведен анализ ячеисто-колебательного режима горения твердых гомогенных энергетических материалов. Выполнен теоретический анализ оригинального испытательного метода «разрушающейся оболочки» для определения уровня чувствительности твердых ВВ к механическим воздействиям. Проведено численное моделирование термической конверсии газообразных продуктов пиролиза полипропилена при 1 атм и начальных температурах от 700 до 1300 К. В процессе работы проводились экспериментальные исследования особенностей горения и детонации конденсированных и газообразных веществ, определялись энергии химических связей новых соединений, исследовалась кинетика термического разложения энергоемких гетероциклических соединений. Экспериментально определены расстояния и времена перехода горения в детонацию стехиометрических пропано- , метано и этиленоводородных топливно-воздушных смесей с объемной долей водорода в составе горючей смеси от 0 до 1 и обнаружена нелинейная, а в некоторых случаях и немонотонная зависимость этих параметров от доли водорода. Определены температуры воспламенения и эффективные энергии активации водородно-, водородно-метановых и водородноэтановых смесей с воздухом над родиевыми и палладиевыми каталитическими поверхностями, а также исследованы особенности воспламенения перемешанных стехиометрических н-пентан-воздушных смесей в присутствии металлических платины и палладия. Найдены пределы и скорость распространения волны горения, а также степень превращения магния при сжигании порошка магния с жидкой и гелеобразной водой. С использованием термопарной методики проведено исследование тепловой структуры пороха Н при давлениях до 1000 атм. Исследован механизм горения октогена при давлениях 0.5-50 атм. Проведено экспериментальное исследование и анализ влияния формы пороховых элементов на работу ракетного двигателя. Разработаны и испытаны макеты: электрического генератора внутреннего сгорания со свободным поршнем и цилиндром; импульсно-детонационного гидрореактивного движителя; беспилотного летательного аппарата с силовой установкой на основе прямоточного воздушно-реактивного импульсно-детонационного двигателя; газового инфракрасного излучателя, работающего на режимах вынужденного поверхностного горения, с удельной мощностью от 2-х до 7,5 МВт/м2.