Пара слов о развитии концепции.
Расцвет ОДС в классическом 2х-тактном виде прошел в 60-70годы, пионерами в этом деле были янки. Очень быстро выяснилось, что область применения их довольно узка. Так, американцы во Вьетнаме использовали их в основном для расчистки джунглей – например, для посадки вертолетов. Предлагались они также для разминирования и демаскировки позиций противника (срыв листвы, маскировочных сеток и т.п.) Более-менее эффективны ОДС оказалось также против легких строений и конструкций, а/м, против живой силы - в условиях плотной городской застройки, в замкнутом или полузамкнутом пространстве (внутри зданий, в тоннелях, бункерах и т.п.). По живой силе использовались американцами в Ливане в 80х и Афганистане, нашими – в Афганистане и Чечне (обычно в труднодоступной для тяжелой артиллерии местности супротив ДОТов и т.п. укреплений при подходящем рельефе местности –например, в ущельях). В частности, обвинения СССР в применении химического оружия в Афганистане связаны со случаями, когда «духи» травились распыленным несдетонировавшим горючим.
Для распыления горючего используются как вв, так и специальные форсуночные устройства (с газогенератором или сжатым газом - в основном на тяжелых боеприпасах с массой горючего несколько тонн). Для подрыва чаще всего используется несколько инициаторов, для тяжелых зарядов масса вв достигает ~100кг, вв штатные (типа С-4 и др.). Для некоторых типов горючего возможно инициирование мощным источником излучения (например, лазером); для некоторых смесей возможен процесс "светодетонации", когда реакция распространяется не за счет ударной волны или диффузии(в т.ч. турбулентной), а за счет излучения.
Типичные горючие, используемые в одс –окись пропилена, изопропилнитрат, бутилнитрит, метилацетиленовая фракция, их смеси с алканами С3-С6, алюминий.
В 70-80е в СССР наметилось новое направление - более простые, надежные и универсальные однотактные ТБС(«термобарические» заряды), в которых подрыв и инициирование производится одним зарядом. Наиболее распространенные ТБС содержат изопропилнитрат, металлический порошок и др. Инициируются довольно мощным промежуточным зарядом обычного вв.Благодаря простоте устройства ТБС могут быть сравнительно малы, типичный пример –термобарический выстрел к РПО-А «Шмель». Вплоть до настоящего времени в этой области ведутся интенсивные работы.
В 90-е американцы в связи с тем, что по изопропилнитрат не вписывается в концепцию малоуязвимых боеприпасов (летуч, может протекать и т.п.), в качестве замены ТБС для поражения заглубленных и легкобронированных целей выдвинули концепцию “enhanced blast explosives”- вв с высоким содержанием горючего, которое должно догорать на воздухе, давая в замкнутом объеме высокие значения избыточного давления.
В линии ОДС-ТБС-“enhanced blast explosives” удельная теплота сгорания падает, но при этом растет плотность и фугасное действие в ближней зоне (в итоге при заданных габаритах эффективность растет). Последний тип (и часть ТБС-составов) может давать еще и неплохое осколочное действие.
Принципы работы:
ВСЕ эти боеприпасы имеют в основе одну идею - использование кислорода воздуха в процессе взрыва. Это, как несложно заметить, дает возможность ощутимо "сэкономить" на массе боеприпаса, т.к. калорийность горения горючего в воздухе (20-120МДж/кг) слегка выше теплоты взрыва взрывчатых систем с окислителем (2-25МДж/кг), т.е. в 5-10раз больше.
Для того, чтобы энергия окисления хотя бы частично перешла в ударную волну, нужно, чтобы оно завершилось за время порядка ~2R/c (R-размер облака, с-скорость звука), в противном случае большая часть энергии останется в виде тепла.
Для 2х тактных систем, в которых инициируется подготовленная смесь, это - время, за которое должны пройти воспламенение и окисление. Для детонирующей смеси, в которой время распространения по определению сильно меньше вышеуказанной величины, остается резерв времени для дожигания сравнительно крупных частиц горючего. Для случая взрывного горения фугасное действие в значительной степени определяется плотностью источников воспламенения и скоростью перехода ламинарного в турбулентное, что резко ужесточает требования к горючему. Поэтому чаще всего эффективность взрывного горения ниже, хотя при "правильной" работе фугасное действие у них мало отличается.
Для 1тактных систем возможно 3 варианта.
1)за указанное время проходит и перемешивание, и окисление;это требует очень высокой начальной скорости разлета горючего.
2)состав горючего подбирается таким образом, чтобы интенсивное горение начиналось в момент образования воздушной смеси, т.е. фактически имеем случай 2хтактной ОДС, где вместо внешнего инициатора используется пирофорное горючее с задержкой самовоспламенения. (в 60-70х предлагались смеси типа р-ра алкилалюминия в бензине, которые самовоспламенялись после распыления и частичного испарения последнего).
3)использование геометрии; например, в замкнутом или загроможденном пространстве отраженные ударные волны и взаимодействие газовых потоков с препятствиями интенсифицируют перемешивание горючего с воздухом, и в же время затруднена разгрузка и охлаждение смеси. Это приводит к эффективному и быстрому догоранию горючего и высокому квазистатическому давлению, сравнимому с давлением в облаке ОДС.
В ТБС в основном работает вариант 2 (хотя в ряде случаев также и 1,3), для боеприпасов с догоранием (“enhanced blast explosives”) - 1 и 3. По эффективности: для 1го варианта в экспериментах в самой удачной постановке получается не более ~30% от теории (тр.эквив не более 1...2). Для варианта 2 ударная волна состоит из двух импульсов - первичного (соответствует ~5-10% всей энергии) и вторичного (основного), по энергии несколько меньше чем у среднего одс - из-за более плохого перемешивания и отличий в составе горючего."В целом" тротиловый эквивалент ТБС ~3-4.
В третьем варианте в идеальной постановке (бункер определенного размера) квазистатическое давление составляет >90% теоретического; в полузамкнутом объеме - варьируется в широких пределах. Поэтому тротиловый эквивалент колеблется от 1-2(взрыв собственно ВВ) до 4-5(полное догорание продуктов).
Если сравнить с ОДС, то там в идеально подготовленной смеси калорийность может быть в 11-12 выше теплоты взрыва, с учетом низкой плотности смеси тротиловый эквивалент по ударной волне составит 5...8. Реальные смеси несколько менее калорийны (в ~1.2-1.5раза), и для свободного облака часть смеси переобогащена, а часть слишком разбавлена, что приводит к неполному сгоранию (коэффициент использования горючего не более 0.7-0.
. Итого тротиловый эквивалент реального ОДС ~2.5...5 на открытом пространстве, в закрытом - до 7.
Для сравнения: для используемых штатных фугасных ВВ эта величина составляет ~2.
Итого: по сравнению с обычными ВВ для открытого пространства ОДС позволяют увеличить фугасность в 1.2-2.5раза, ТБС - в 1.5-2раза, ВВ "с догоранием" -в 0.5-1раз. В замкнутом объеме - в 3.5раза, ТБС и ВВ "с догоранием" -в 2.5раза.
При этом плотность составов ОДС обычно меньше 1.1г/см3 (наиболее калорийные 0.5-0.7), ТБС ~1.5, ВВ с догоранием ~2г/см3. Соответственно, наибольшим "объемным" тротиловым эквивалентом в открытом пространстве обладают ТБС(примерно в 1,5 раза выше обычных фугасных вв и обычных одс), в замкнутом - вв с "догоранием"- в 3 раза с обычными вв (ТБС, ОДС - в 2).
Поскольку для небольших боеприпасов усложнение конструкции и увеличение объема приводит к заметному увеличению массы всего боеприпаса, одс в мелких боеприпасах практически не используется (другая причина - невозможность создать условия для детонации для малых количеств горючего). Из-за простоты эксплуатации и применения ТБС и ВВ с догоранием вытеснили ОДС и из боеприпасов среднего калибра.
Можно привести примеры, когда отличить один тип от другого. Например, и в ОДС, и в ТБС с одинаковым успехом используются смеси с изопропилнитратом и алюминием. Конструктивно они также отличаются только повышенной массой диспергирующего заряда вв и отсутствием вторичного.
Список рекомендуемой литературы-отдельным сообщением.
утянуто отсюда:
http://www.exploders.info/forum/1/20729.htmlСписок литературы:
1. Fuel Air Explosive (FAE) systems, Technical Note 09.30 /04Version 1.0
2. Advanced Energetic Materials, Committee on Advanced Energetic Materials and Manufacturing Technologies, National Research Council.(from:http://www.nap.edu/catalog/10918.html), 2004
Теория ОДС.
1. М. М. Даустдар, К. Мазахери, М. Хуссейнелипур. Численный анализ влияния скорости инжекции на динамические параметры безграничного облака паров топлива, ФГВ, 2005, 5, 29.
2. Кореньков В.В., Обухов А.С. Влияние местонахождения точки инициирования детонации и положения облака топливовоздушной смеси на параметры поля взрыва, ФГВ, 2001(т.37) 6, 82.
3. Гельфанд Б.Е. Современное состояние и задачи исследований детонации в системе капли жидкости – газ. Химическая физика процессов горения и взрыва. Детонация. Черноголовка, 1977, 28.
4. Б.Е.Гельфанд, С.А.Губин, В.Н.Михалкин, др. Расчет параметров ударных волн при детонации горючих газообразных смесей переменного состава. ФГВ, 1985 (т.22), 3, 92.
5. А.А.Борисов, Б.Е. Гельфанд, С.А. Цыганов. О моделировании волн давления, образующихся при детонации и горении газовых смесей, ФГВ, 1985 (т.22), 2, 90.
6. (Смеси керосин+RONO2+воздух), ФГВ, 1994(т.30) 3, 12-19.
ОДС.
1. Гельфанд Б.Е. Пределы детонации воздушных смесей с двухкомпонентными газообразными горючими веществами. ФГВ, 2002 (т.38), 5, 101.
2. А.А.Борисов, С.И.Сумской, И.О.Шамшин. Характеристики волн давления, образующихся при взрыве сферических зарядов из взвеси частиц алюминия и нитрата аммония в воздухе.ХФ 2003 (т.22), 3, 61.
3. R.T.Sedgwick, H.R.Kratz.Fuel Air Explosives:A Parametric Investigation. Proceedings of the 10-th Symposium on Explosives and Pyrotechnics, California, 1979
4. M.J. Tang and Q.A. Baker. A New Set of Blast Curves from Vapor Cloud Explosion. Process Safety Progress (Vol.18, No.3), 1999, 235.
5. I.V. Egorova, B.N. Kondrikov. INITIATION OF DEFLAGRATION AND DETONATION IN THE METAL DUST/AIR SYSTEMS, 9th International Seminar “NEW TRENDS IN RESEARCH OF ENERGETIC MATERIALS”, held at University of Pardubice, April 19-21, 2006, 561.
6. BAZRAFSHAN Esmaeil, POURMORTAZAVI Seyed Mahdi. FUEL DISPERSION IN AIR BY DETONATION WAVE, 9th International Seminar “NEW TRENDS IN RESEARCH OF ENERGETIC MATERIALS”, held at University of Pardubice, April 19-21, 2006, 391.
7. US Patent 3730093, 1973, Explosive apparatus.
8. US Patent 4230509, 1980, Pyrophoric flame composition.
9. US Patent 4302208, 1981, Gelled FAE fuel
ТБС.
1. Борисов А.А., Маилков А.Е., др. Генерация волн давления при впрыске гетерогенной смеси в трубу. ХФ, 2003(т.22), 6, 87.
2. Michael Dunning, William Andrews, Kevin Jaansalu. THE FRAGMENTATION OF METAL СYLINDERS USING THERMOBARIC EXPLOSIVES, 2005.
3. Fan Zhang, Akio Yoshinaka, David Frost, Robert Ripley, Kibong Kim, and William Wilson. CASING INFLUENCE ON IGNITION AND REACTION OF ALUMINUM PARTICLES IN AN EXPLOSIVE, 13th International Detonation Symposium, 2006.
4. David L. Frost, Samuel Goroshin, Robert Ripley and Fan Zhang.EFFECT OF SCALE ON THE BLAST WAVE FROM A METALIZED EXPLOSIVE, 13th International Detonation Symposium, 2006.
5. A. Hahma, K. Palovuori, Y. Solomon. TNT-Equivalency of Thermobaric Explosives, 36th International Annual Conference of ICT & 32nd International Pyrotechnics Seminar "Energetic
Materials. Performance and Safety", June 28 - July 1, 2005.
6. Оружие, 1999, 9, 10.
7. Ruth A. Schaefer, Steve M. Nicolich. Development and Evaluation of New High Blast Explosives. 36th International Annual Conference of ICT & 32nd International Pyrotechnics Seminar "Energetic
Materials. Performance and Safety", June 28 - July 1, 2005.
8. Dr. Kjell-Tore Smith. PRESSABLE THERMOBARIC EXPLOSIVES.ALUMINIUM CONTAINING COMPOSITIONS BASED ON HMX AND RDX.36th International Annual Conference of ICT & 32nd International Pyrotechnics Seminar "Energetic Materials. Performance and Safety, 2005.
9. D. FrostF. Zhang and S. Murray. CRITICAL CONDITIONS FOR IGNITION OF METAL PARTICLES IN A CONDENSED EXPLOSIVE, 12th International Detonation Symposium, San Diego, California, 2002.
EBX.
1. Sung-ho Kim, Jung-su Park, Jeong-kook Kim, So-young Song. Internal Blast Test on Explosives Developed in Korea. 35th International Annual Conference of ICT "Energetic Materials. Structure and Properties", June 29 - July 2, 2004.
2. W.S. Filler, USA, The Influence of Reactive Cases on Airblast from High Explosives, 8th International Detonation Symposium, 1985, 207.
3. Richard J. Lee, Kirk E. Newman*, Douglas G. Bohl, Martin P. Chernoff, and Nicholas M. McGregor, Daren T. Knutson. COMBINED INITIAL AIR BLAST AND QUASI-STATIC OVERPRESSURE ASSESSMENT FOR PRESSED ALUMINIZED EXPLOSIVES.13th International Detonation Symposium, 2006
4. Richard G. Ames, Jason T. Drotar, Joseph Silber, James Sambrook. QUANTITATIVE DISTINCTION BETWEEN DETONATION AND AFTERBURN ENERGY DEPOSITION USING PRESSURE-TIME HISTORIES IN ENCLOSED EXPLOSIONS. 13th International Detonation Symposium, 2006.
5. P. Neuwald, H. Reichenbach, A.L. Kuhl. Shock-Dispersed Flake Aluminum – Performance in Environments of Different Geometries, 36th International Annual Conference of ICT & 32nd International Pyrotechnics Seminar "Energetic Materials. Performance and Safety", June 28 - July 1, 2005.
6. Nancy Johnson*, Pamela Carpenter, Kirk Newman, Steve Jones, Eric Schlegel, Robert Gill, Douglas Elstrodt, Jason Brindle, Tiffany Mavica, and Joyce DeBolt, Naval Surface Warfare Center, Indian Head Division. EVALUATION OF EXPLOSIVE CANDIDATES FOR A THERMOBARIC M72 LAW SHOULDER LAUNCHED WEAPON. NDIA 39th Annual Gun & Ammunition/Missiles & Rockets Conference.
7. N. Carroll, R. Ames, R. Blau, L. Spendlove, R. Tanner, R. Hansen. Non-Lethal Flash Bang Devices with Fuel-Rich Flash Powders, 36th International Annual Conference of ICT & 32nd International Pyrotechnics Seminar "Energetic Materials. Performance and Safety", June 28 - July 1, 2005
8. Marcia A. Cooper, Michael J. Kaneshige, Robert J. Pahl, Shane Snedigar and Anita M. Renlund. METHODS FOR EVALUATING ALUMINIZED RDX EXPLOSIVES. 13th International Detonation Symposium, 2006.
9. Ki-Bong Lee, Keun-Deuk Lee, Jeong-Kook Kim. Relationship between Combustion Heat and Blast Performance of Aluminized Explosives. 36th International Annual Conference of ICT & 32nd International Pyrotechnics Seminar "Energetic Materials. Performance and Safety", 2005.
10. В.В.Кокшаров, Л.Е.Колегов, В.Н.Лашков, А.А.Селезенев, В.А.Мазанов, др.Параметры взрыва в замкнутом объеме заряда ВВ с оболочкой из ультрадисперсного алюминия, Харитоновские Чтения. Саров, 2001, 269.
11. Allen L. Kuhl, John B. Bell. Numerical Simulations of Energy Evolution in Explosions, Харитоновские чтения, VIII, Саров, 2006.
12. ПАТР2700 (Н73, Н95, S37, S244)
13. US Patent 6955732, 2005, Advanced thermobaric explosive compositions
14. US Patent 6969434, 2005, Castable thermobaric explosive formulations
Автор