ДОСЛІДЖЕННЯ МЕХАНІЗМУ ТА РОЗРОБКА МОДЕЛЕЙ РОЗВИТКУ ПРОЦЕСУ ГОРІННЯ ДВОКОМПОНЕНТНИХ ПІРОТЕХНІЧНИХ СУМІШЕЙ МЕТАЛЕВИХ ПАЛЬНИХ З ФТОРОПЛАСТАМИ В УМОВАХ ЗОВНІШНІХ ТЕРМІЧНИХ ВПЛИВІВ

Abstract

Мета дослідження є встановлення механізму горіння ущільнених двокомпонентних сумішей, що включають металеві пальні та фторопласти. Важливим аспектом роботи є розробка моделі цього процесу, яка дозволяє точно визначати критичні діапазони зміни ШВИДКОСТІ горіння таких сумішей під впливом зовнішніх теплових умов. Методи. Для проведення досліджень було застосовано відомі методи фізико-хімічного аналізу, зокрема контактні та безконтактні способи вимірювання температури, а також швидкісну мікрокінозйомку процесів горіння. Застосовувались також методи математичного моделювання, чисельно-аналітичні методи для вирішення рівнянь тепло- та масопереносу, хімічної кінетики, а також методи математичної статистики, використовуючи стандартне програмне забезпечення для сучасних чисельних методів. Відносна похибка вимірювань основних характеристик горіння сумішей (температури продуктів горіння сумішей, швидкість горіння та ін.) у зазначених умовах не перевищувала 6…8 %.. Результати. Зовнішні термічні впливи на поверхні корпусів виробів із зарядами досліджуваних сумішей під час зберігання, транспортування, пострілу та польоту можуть призводити до значного нагрівання їх корпусів. Це нагрівання спричиняє розвиток вибухонебезпечного процесу горіння заряду суміші при підвищених температурах та тисках зовнішнього середовища. Це є основною причиною прискорення процесу горіння, передчасного спрацьовування виробу та його пожежонебезпечного руйнування. Тому на стадії проектування та стендових випробувань, які моделюють ці зовнішні термічні впливи, важливо визначати критичні діапазони змін швидкості горіння зарядів сумішей, перевищення яких призводить до пожежовибухонебезпечного руйнування виробів в екстремальних умовах експлуатації. Наукова новизна дослідження полягає у встановленні механізму горіння двокомпонентних сумішей, що складаються з порошків металевих пальних та фторопластів. Виявлено, що процес перетворення таких сумішей у продукти згорання має стаціонарний і одновимірний характер та відбувається у трьох чітко визначених зонах: прогрітий шар у конденсованій фазі суміші, реакційна зона конденсованої фази суміші, зона полум’я, яка є основною зоною тепловиділення у газовій фазі. Розроблена модель горіння двокомпонентних сумішей враховує кінетичні характеристики термічного розкладання фторопластів, а також високотемпературне окиснення, займання та горіння металевих частинок у продуктах розкладання. Це дозволило досягти підвищеної точності визначення критичних діапазонів змін швидкості горіння, знизивши відносну похибку до 6–8% порівняно з 10–12% у попередніх моделях. Встановлення таких критичних меж є важливим для контролю процесу горіння під впливом зовнішніх термічних дій. Перевищення цих меж може призвести до значного прискорення процесу горіння, що, у свою чергу, підвищує ризик пожежовибухонебезпечного руйнування піротехнічних виробів. Практична значимість. Результати теоретичних та експериментальних досліджень, отримані у вигляді математичних моделей та бази експериментальних даних, дозволяють оптимізувати технологічні параметри (співвідношення компонентів, дисперсність металевого пального, природа металу та окиснювача) на стадії виготовлення виробів, збільшуючи температуру їх займання та знижуючи ймовірність пожежовибухонебезпечних руйнувань під час зберігання та транспортування. Під час запуску виробів, оптимізуючи швидкості і кути, під якими вони вистрілюються, можна знижувати температуру нагріву металевих оболонок зарядів сумішей та зменшувати кількість передчасних вибухонебезпечних руйнувань під час пострілу і польоту.