1Semenov Institute o f Chemical Physics, RAS, Moscow 2Centre national d'etudes spatiales, Toulouse, France
The use o f pyrotechnic compositions, i.e , thermites is proposed to reduce the risk o f the fall o f thermally stable parts o f deorbiting end-of-life LEO satellites on the Earth. The main idea is to use passive heating during uncontrolled re-entry to ignite thermite composition, which reacts with energy release sufficient to burn out holes in the titanium cover. It is supposed, that thus destructed satellite parts will lose their streamline shape, and will be definitely burned out being aerodynamically heated during further descending in atmosphere. W ith a baseline o f 132 pre-selected thermite formulations by applying 3 levels o f exclusion parameters including toxicity, volatility, non-solid reaction products, etc.. Thermodynamic calculations at ambient and at re-entry temperatures and pressure, alone with the calculated mass ratio efficiency have allowed to select six compositions for further manufacturing and experimental testing using the programmed laser heating source and vacuum chamber. Finally, the possibility o f the only one o f thermite compositions, i.e., Al/Co3O4 to initiate and maintain the phe
METHOD FOR DETERMINING EXPLOSIVE REACTION RATE PARAMETERS Christelle COLLET
AIRBUS SAFRAN LA UNCHERS Research Center o f Le Bouchet, France
In the early 80’s, E. L. Lee and C. Tarver developed the Ignition and Growth model, an homogeneous description of the explosive reaction rate, able to improve the reliability of detonation calculations. According to its three aiP n‘ stages, this model can be seen as the description of the F = f (F , P ) equation into a pressure base.
A least squares method coupled with LS-DYNA simulations of some chosen Pop plot run distances al
low us to adjust its significant parameters in a domain covering low to high pressures.
The resultant fitted f (F, P) model capacity to predict other classical detonation transitions is demon
strated on Failure Diameter, different Gap Test scales and Flying Plate impacts.
The method is successfully used on three different explosive compositions, including various aluminium, ammonium perchlorate, and RDX concentrations. It confirms that the Lee-Tarver Ignition and Growth model is able to predict the explosive reaction rate from low to high pressures with the same parameters.
A meshing rule is also developed and validated to satisfy both 1D identification simulations.
DOI: 10.17223/9785946215596/46
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КУМУЛЯТИВНОЙ СТРУИ С МАТЕРИАЛАМИ МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ ПРЕГРАДЫ
Д.А. Наумов1, В.Ю. Мелешко2, В.И. Блинов1, В.Г. Ларин1, В.О. Грек1 1 Военная академия РВСН имени Петра Великого, г. Балашиха
2Институт химической физики имени Н.Н. Семенова РАН, г. Москва
Для совершенствования средств противокумулятивной защиты необходимо знание пара
метров взаимодействия кумулятивной струи с материалами многокомпонентной преграды.
Предлагаемая для этого методика включает три этапа. На первом этапе выполняется рас
чет давлений в зоне контакта фрагмента кумулятивной струи (Cu) и материала преграды [1].
В качестве материалов преграды рассматривались: медь, сталь, керамика на основе оксида алюминия A l2O3 керамика на основе карбида кремния SiC, карбида бора B4C, нитрида кремния Si3N 4, нитрида бора BN. Керамические материалы представляют большой интерес в качестве материала противокумулятивной защиты за счет их очень высокой твердости (близкой к алма
зу), высокой прочности, низкой плотности [2].
В качестве химически активного наполнителя пористой керамики исследовались: сера S, нитрат калия KNO3, нитрат натрия NaNO3.
Результаты расчета показали, что в очаге контакта фрагмента КС с преградой в зависимо
сти от скорости соударения от 2000 до 8000 м/с реализуются давления от 47 до 362 ГПа в мате
риале струи (Cu); от 44 до 271 ГПа в керамике; от 12 до 108 ГПа - в окислительной среде.
Второй этап методики - расчет температуры в зоне контакта фрагмента кумулятивной струи с преградами основан на теоретических положениях Я.Б. Зельдовича [3].
Конкретный термодинамический метод оценки температуры ударного сжатия конденси
рованной среды предложен В. С. Трофимовым [4].
Сначала рассчитывается остаточная температура Т до которой разогревается вещество в результате прохождения по нему ударного фронта с амплитудой Р 1 и последующей разгрузки до исходного давления Р = 0.
Используя идею, высказанную в [3], определяется температура на ударной адиабате Т по температуре разгрузки Т .
Для расчетов температуры по этой методике был разработан алгоритм и программа на языке Turbo - Passcal. Используя программу, был выполнен оценочный расчет остаточной температуры, до которой разогревается вещество в результате прохождения по нему ударного фронта с амплитудой Р 1 и последующей разгрузки до исходного давления Р = 0 и температуры в зоне контакта, которые составили от 1486 до 9078 К для меди; от 402 до 6800 К для керами
ки; от 590 до 1500 К - для серы.
Третий этап методики расчета параметров соударения фрагмента кумулятивной струи с преградой заключается в оценке вклада теплового эффекта химической реакции взаимодей
ствия (горения) материала кумулятивной струи с химически активным наполнителем, облада
ющим окислительными свойствами.
Следует обратить внимание на то, что давление на фронте ударных волн в кумулятивной струе и материалах среды на границе раздела достигает очень высоких значений (от нескольких гигапаскалей до сотен гигапаскалей) в зависимости от скорости удара и свойств материалов. Причем эти давления в материалах преград тем выше, чем меньше ударная сжимаемость материала, которая определяется главным образом скоростью звука в нем.
В свою очередь скорость звука определяется модулем упругости среды, от этого параметра зависит температура разогрева сред в зоне контакта, что и отражено в результатах расчета.
На основе полученных данных правомерно считать, что чем выше температура разогрева в зоне контакта, тем интенсивнее расход материала струи. В свою очередь температура разогрева является функцией акустической жесткости.
Таким образом результаты расчетов по оценке параметров взаимодействия фрагмента кумулятивной струи с преградами в зоне контакта позволили вскрыть дополнительные факторы, влияющие на механизм проникания кумулятивной струи в многокомпонентные преграды. В частности, выявленные высокие температуры в зоне контакта, превышающие
1. Баум Ф.А., Орленко Л.П., Станюкович К.П. и др. Физика взрыва. М. : Наука, 1975. 704 с.
2. Коновалов А.В. и др. Взаимодействие кумулятивной струи с некоторыми типами многослойных пре
град // Боеприпасы. 1982. Вып. 7.
3. Зельдович Я.Б., Райзер К.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явле
ний. М. : Наука, 1966.
4. Трофимов В.С. // Физика горения и взрыва. 1973. Т. 9, № 4. 45 с.
DOI: 10.17223/9785946215596/46
TECHNIQUE OF THE ESTIMATION PARAMETERS INTERACTION OF THE CUMULATIVE STREAM WITH MATERIALS
OF THE MULTICOMPONENT BARRIER
D.A. Naumov1, V.I. Meleshko2, V.I. Blinov1, V.G. Larin1, V.O. Grek1 1Military academy o f the Strategic missile force named by Peter the Great, Balashiha city 2Institute chemical physics o f a name o f N.N.Semenova o f the Russian Academy o f Sciences, Moscow
For perfecting o f tools o f an anticumulative guard the knowledge o f parameters interaction o f a cumulative stream with materials o f a multicomponent barrier are very necessary.
The technique offer for this purpose included three stages. At the first stage calculation o f pres
sure in a zone o f contact o f a fragment o f a cumulative stream (Cu) and a material o f a barrier are ful
fill [1]. As materials o f a barrier consider: copper, a steel, ceramics on the basis o f oxide o f aluminum Al2O3 ceramics on the basis o f carbide o f silicon SiC, a carbide o f a pine forest B4C, nitride o f silicon Si3N 4, nitride o f a pine forest BN. Ceramic materials represented a great interest as a material o f an anticumulative guard at the expense o f them to very high hardness (close to diamond), high durability, a low denseness [2].
As reactive filler o f porous ceramics investigate: sulfur S, nitrate o f potassium KNO3, nitrate o f sodium NaNO3.
Calculation results show that the locus o f contact with the target fragment CS depending on the collision speed o f 2000 to 8000 m/s implemented pressure from 47 to 362 GPa in the stream material (Cu); from 44 to 271 GPa in ceramic; from 12 to 108 GPa - in the oxidizing environment.
The second stage o f a technique - calculation temperature in a zone o f contact a fragment cumu
lative stream with barriers is base on Ya.B. Zeldovich theoretical positions [3].
The concrete thermodynamic method o f an estimation temperature shock compression o f the condense medium are offer V.S. Trofimov [4].
At first the residual temperature Т * to which the substance as a result o f transiting on it the shock front with amplitude Р 1 and the subsequent unloading to initial pressure Р = 0 are warm up paid off.
Us the idea stat in [3], we will define temperature on a shock adiabatic curve Т on temperature o f an unloading Т*.
The algorithm and the program have been develop for calculations o f temperature by this tech
nique in language o f Turbo - Pascal.
Us the program, estimating calculation o f residual temperature Т * to which the substance as a result o f transiting on it the shock front with amplitude Pi and the subsequent unloading to initial pres
sure P=0 and temperatures in a zone o f contact are warm up had been fulfill which amounted from 1486 to 9078 K for copper; from 402 to 6800 K for ceramic; from 590 to 1500 - sulfur.
Third stage o f engineering design procedure parameters o f impact fragment cumulative stream with a barrier. It consisted in estimation o f the contribution thermal effect chemical response o f inter
action (combustion) material cumulative stream with reactive filler possesses oxidizing properties.
It are necessary to pay attention that pressure at the front shock waves in a cumulative stream and materials o f a medium boundary o f section reached very high values (from several giga pascal to hundreds giga pascal) depending on velocity o f blow and properties o f materials. And these pressure in materials o f barriers themes was higher, than less shock compressibility material who are defin mainly by a velocity o f sound in it. In turn the velocity o f sound are defin by the module o f an elasticity o f a medium. The temperature warming up o f media depended on this parametre in a zone o f contact, as are reflect in outcomes calculation.
On the basis o f the receiv data it are lawful to consider that the temperature warming up in a zone o f contact, the more intensively the expense material o f a stream are higher. In turn the temperature o f warming up are function o f acoustic rigidity.
Thus outcomes calculations according to parametres o f interaction fragment cumulative stream with barriers in a zone o f contact had allow to open the additional factors influence the mechanism o f permeating cumulative stream in multicomponent barriers. In particular, the reveal high temperatures in a zone o f contact, boiling metal stream exceed temperature, testified to the factor o f possible evaporation metal along with chemical interaction it with oxidising medium o f a barrier. Naturally, this factor who were not consider till now should be us when designing anticumulative barriers for the purpose o f a raise expense cumulative stream at it permeating and, thereby, diminutions o f depth was more its than permeating.
References
1. Konovalov A.V. and others. Interaction of a cumulative stream with some types of multilayer barriers. Am
munition. 1982. Part 7.
2. Baum F.A., Orlenko L.P., Stanyukovich K.P. and others. Physics of explosion. M. : Science, 1975. 704 p.
3. Zeldovich Ya.B., Rayzer K.P. Physic of shock waves and high-temperature hydrodynamic appearances. M. : Science, 1966.
4. Trofimov V.S. Physic of combustion and explosion. 1973. V. 9, № 4. 45 p.