Роль научной школы кафедры ХТОСА в создании лабораторной и опытно- промышленной технологии энергоемких веществ.

На кафедре с момента ее основания под руководством С.П.Вуколова и Л.И.Багала проводились исследования в области теории горения и взрыва. В дальнейшем эти работы получили широкое развитие в различных разделах химической физики взрывчатых систем и физики взрыва.

Основоположником научного направления в области физики взрыва на кафедре является д.т.н., профессор Драстамат Сергеевич Аванесов. Его отличали многогранность научных интересов, оригинальные нестандартные подходы к решению научных проблем. Научная деятельность Д.С.Аванесова в той или иной мере касалась вопросов горения и детонации высокоэнергетических систем: изучение преддетонационной стадии их превращения; вопросы перепрессовки зарядов; разработка средств инициирования, не содержащих ИВВ; разработка метода “агатирования” зарядов (горячего прессования изделий в присутствии растворителя), позволяющего получать заряды с плотностью, близкой к максимальной.

Генеральным направлением научной деятельности Д.С.Аванесова являлись исследования в области чувствительности высокоэнергетических систем к механическим воздействиям. Им совместно с доцентом, к.т.н. Ларисой Алексеевной Лоскутовой разработан количественный способ оценки чувствительности этих систем к механическим воздействиям – “метод критических напряжений”, позволивший раскрыть механизм возбуждения процессов химического превращения; выявить влияние физической и химической природы примесей и технологических добавок на стадии возбуждения взрывного процесса; раскрыть существенную роль стадии распространения взрывного процесса из зоны механического воздействия на примыкающую к ней массу ВВ и необходимость учета этой стадии в общей оценке опасности обращения с энергоемкими веществами в условиях механических воздействий.

Под руководством Л.И.Багала и Д.С.Аванесова на кафедре велась разработка научных основ создания высокоплотных мощных взрывчатых составов. Итогом этих исследований явились разработка и внедрение взрывчатого состава для систем стратегических вооружений, за создание которого Л.И.Багал и Д.С.Аванесов были удостоены Государственной премии СССР. В дальнейшем работы по этому направлению проводились под научным руководством д.т.н. Олега Ивановича Шаповалова и к.т.н., доцента Александра Петровича Егорова. В проведении исследований принимали участие к.т.н. Владимир Алексеевич Вирченко, к.т.н. Александр Витальевич Гриневский, научные сотрудники Дмитрий Аркадьевич Слуцкий, Юрий Иванович Карпушин, Андрей Иванович Фадеев, Нина Анатольевна Вурзгиль, Павел Васильевич Федоров. Многие разработки этого коллектива нашли практическое применение.

Наряду с решением прикладных задач большое внимание уделялось и фундаментальным исследованиям. Так, был создан универсальный термодинамический метод расчета газодинамических параметров детонации и работоспособности, который позволяет с большой надежностью получать результаты для взрывчатых веществ практически любого элементарного состава. Изучалась ударно-волновая чувствительность взрывчатых веществ и композиций.

Важные работы проводились по исследованию процессов возбуждения и распространения детонации в монокристаллах различных мощных индивидуальных взрывчатых веществ. Полученные уникальные результаты опубликованы в отечественных и зарубежных изданиях.

Научные работы д.х.н., профессора Исаака Наумовича Айзенштадта в области физики взрыва связаны с оценкой параметров эффективности высокоэнергетических систем.

На основе обширной базы экспериментальных данных по скоростям детонации взрывчатых веществ различных классов, определенных с высокой точностью, им разработан полуэмпирический метод расчета скоростей детонации мощных ВВ, учитывающий химическое строение и состав ВВ, а также плотность заряда. Этот метод расчета отличается сравнительной простотой и широко используется в практике.

Теоретические и экспериментальные работы д.т.н., профессора Александра Алексеевича Котомина в области химической физики взрывчатых систем и физики взрыва посвящены, в основном, изучению взаимосвязи параметров идеальной и неидеальной детонации, а также детонационной способности индивидуальных и смесевых взрывчатых веществ с их химическим строением и составом.

Им создан метод расчета параметров детонации взрывчатых веществ по вкладам химических связей и групп. Предложенный метод основан на аддитивном принципе вычисления идеальной скорости детонации ВВ различных классов, содержащих атомы C, H, N, O, F, Cl, S, при плотности монокристалла. В отличие от известных методов расчета он непосредственно связывает ско­рость детонации с составом и строением ВВ и не требует знания энтальпии его образования, корректный расчет которой для новых ВВ затруднен. Метод широко используется для прогно­зирования и целенаправленного синтеза новых эффективных ВВ.

А.А.Котоминым выявлены закономерности процесса детонации гетерогенных взрывчатых систем с инертными добавками различного вида (органические соединения, неорганические и органиче­ские соли, металлы, оксиды, карбиды, силициды и др.). Результаты исследований позволили ус­тановить, что влияние этих добавок на параметры детонации определяется физическими факто­рами: сжимаемостью, разгоном частиц добавок и скоростью распространения в них ударной волны. Химические реакции между добавками и продуктами взрыва ВВ с отрицательным кислородным балансом (тротил, гексоген, ТЭН и др.) практически не протекают в детонационной волне. Сгорание частиц активных металлов (Mg, Al, B, Be, Ti, Zr, Hf) и органических добавок в этом случае происходит за плоскостью Чепмена-Жуге. Показано влияние энтальпии образования органических добавок. Установлен предельный уровень запасенной молекулой энергии, превышение которого приводит к разложению органического соединения при детонации взрывчатой композиции и высвобождению части энергии в зоне химической реакции. Таким образом, энергонасыщенные органические добавки превращаются из инертных в “активные”. Разработан инженерный метод расчета параметров детонации порошкообразных, литьевых и пресскомпозиций, пластичных, пастообразных и эластичных ВВ, содержащих до 70% добавок. Метод широко используется разработчиками взрывчатых составов.

Изучена также неидеальная детонация взрывчатых композиций с различными инертными добавками. Установлена определяющая роль дисперсности ВВ, степени его разбавления инертной добавкой и пористости заряда. Разработан полуэмпирический метод расчета скорости детонации при диаметре заряда между предельным и критическим, критической скорости, а также предельного диаметра как для индивидуальных ВВ, так и для взрывчатых композиций. Данный метод успешно используется при разработке взрывчатых составов и при оценке надежности их применения в детонационных устройствах и системах.

В совместных работах академика РАРАН, профессора, докт. физ.- мат. наук. Игоря Михайловича Воскобойникова (институт Химической Физики РАН) и профессора. А.А.Котомина получена система уравнений термодинамики и газодинамики с привлечением политропического уравнения состояния продуктов взрыва, описывающая детонацию взрывчатых композиций с невзрывчатыми компонентами. Выявлены условия достижения газодинамического и термодинамического равновесий в продуктах взрыва таких композиций. Предложенная физико-математическая модель учитывает ударное сжатие и разгон частиц инертных добавок, а также их возможные полиморфные превращения.

При исследовании влияния инертных компонентов различной природы и дисперсности и их содержания на метательную способность взрывчатых композиций ими также установлено, что определяющую роль играет плотность и ударная сжимаемость добавок. При равном массовом содержании низкоплотные сжимаемые компоненты (типа парафина, полиизобутилена) в наибольшей степени уменьшают метательную способность. Полученные результаты учитываются при практическом использовании взрывчатых составов.

Проф. А.А.Котоминым и д.х.н., доцентом Татьяной Павловной Кофман разработан аддитивный метод расчета плотности твердых взрывчатых веществ различного химического строения по вкладам фрагментов молекул с учетом их взаимодействия. Определены значения вкладов для алифатических, алициклических, ароматических и гетероароматических соединений, включая структуры с конденсированными циклами. Метод успешно применяется для прогнозирования и целенаправленного синтеза энергоемких веществ.

Проф. А.А.Котоминым, проф., д.х.н. Михаилом Алексеевичем Илюшиным, доц., к.х.н. Юрием Николаевичем Даниловым и научн. сотр., к.х.н. Надеждой Александровной Петровой по результатам проведенных исследований разработан метод расчета скорости детонации комплексных соединений с анионом-окислителем. В основе метода лежит модель комплексного соединения в виде однородной композиции, состоящей из “активной” (анион-окислитель и лиганды) и “инертной” (катион металла, кристаллизационная вода) частей, распределенных между собой на молекулярном уровне. Предложенный метод применяется при синтезе инициирующих ВВ.

Проф. А.А.Котоминым, д.т.н. Сергеем Адамовичем Душенком и асп. Ириной Васильевной Васильевой установлены закономерности детонационной способности гомогенных и гетерогенных взрывчатых систем с инертными органическими добавками. Найдена количественная взаимосвязь критического диаметра детонации композиций с дисперсностью и дефектностью кристаллов ВВ, акустической жесткостью, теплоемкостью и содержанием добавок. Разработан метод расчета критического диаметра детонации полидисперсных взрывчатых композиций (пластичных, эластичных, пастообразных ВВ и др.), а также методы расчета критического диаметра и скорости детонации растворов жидких ВВ в инертных растворителях. Эти методы успешно применяются для прогнозирования детонационной способности сложных взрывчатых систем.

В результате теоретических и экспериментальных исследований, проведенных совместно проф. И.М.Воскобойниковым, д.т.н. С.А.Душенком и проф. А.А.Котоминым, предложены уравнения, связывающие критические диаметры детонации гомогенных взрывчатых систем с температурой и теплоемкостью ударно-сжатого неразложившегося ВВ во фронте детонационной волны, а также с энергией активации его разложения в этих условиях. Разработан метод прогнозирования критического диаметра детонации жидких ВВ различного химического строения и их растворов при использовании значений энергий активации, найденных при существенно меньших температурах в газовой фазе.

Применение уравнений для растворов нескольких взрывчатых веществ дает возможность выявить компонент, ведущий разложение за фронтом детонационной волны, и определить соотношение времен разложения компонентов.

Д.т.н. С.А.Душенком совместно с научными сотрудниками института Химической Физики кандидатами физ.- мат. наук М.Ф.Гогулей и А.Ю.Долгобородовым с применением метода оптической пирометрии установлено, что макрокинетика ударно-волнового инициирования реальных ЖВВ отличается от упрощенной классической схемы. Процесс разложения ЖВВ (особенно при низких давлениях инициирующей ударной волны) последовательно развивается во времени, что делает достаточно произвольным определение задержки адиабатического взрыва.