CC BY
61
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ СОЗДАНИЯ
ЛИТИЕВОЙ КУМУЛЯТИВНОЙ СТРУИ ДЛЯ ИОНОСФЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ МЕТОДАМИ КОСМИЧЕСКОЙ ГЕОДЕЗИИ
Игорь Владиленович Минин
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск,
ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры метрологии и технологии оптического производства, тел. (383)361-07-45, e-mail: prof.minin@gmail.com
Олег Владиленович Минин
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск,
ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой метрологии и технологии оптического производства, тел. (383) 361-07-45, e-mail: kaf.metrol@ssga.ru
Приведены результаты предварительных экспериментов по формированию кумулятивной струи из алюмо-литиевого сплава 01420.
Ключевые слова: геофизические исследования, кумуляция, плазменная струя.
INVESTIGATION OF CREATION OF LITHIUM CUMULATIVE JET FOR IONOSPHERE RESEARCH BY MEANS OF COSMIC GEODESY METHODS
Igor V. Minin
Siberian state geodetic academy, 630108, Russia, Novosibirsk, Plakhotny St., 10, Dr.Sci.Tech., professor of "Metrology and Technology of Optical Production" chair, tel. (383)361-07-45, email: prof.minin@gmail.com
Oleg V. Minin
Siberian state geodetic academy, 630108, Novosibirsk, Plakhotny St., 10, Dr.Sci.Tech., professor of "Metrology and Technology of Optical Production" chair, tel. (383)361-07-45, e-mail: prof.minin@gmail.com
The experimental results of Al-Li 01420 alloy cumulative jet formations are described.
Key words: geophysical research, cumulation, plasma jet.
Ионосфера является одним из источников ошибки в определении местоположения пользователя в глобальных навигационных спутниковых системах GPS и ГЛОНАСС [1]. Величина задержки пропорциональна полному электронному содержанию (ПЭС) вдоль траектории распространения волны, измеряемые различными средствами ионосферного мониторинга. Изменения ПЭС вызывают пропорциональные изменения фазы и искажения амплитуды радиосигнала.
Поэтому важным и актуальным является исследование ионосферы в активных экспериментах, в которых по отклику среды на воздействие источника возмущения с известными параметрами определяются ее свойства. Следует подчеркнуть, что исследования ионосферы с использованием геофизических ракет и спутников с применением высокоскоростных струй абсолютно необходимы в интересах фундаментальной науки.
Осуществить такие исследования возможно с помощью выпуска системы струй из плазмообразующего вещества, атомный вес которого близок к молекулярному весу воздуха, в ионосферу, которые обеспечивают активное импульсное воздействие на нее и создание одной или нескольких (по числу кумулятивных зарядов) неперекрывающихся областей ионизированного воздуха на большом расстоянии от точки инжекции, превышающем радиус торможения продуктов взрыва [2].
Уже в первых экспериментах с инжекцией в магнитосферу вдоль геомагнитных линий пучков электронов с энергией ~10 кэВ удалось инициировать искусственные полярные сияния.
При инжекции в ионосферу плазменных литиевых струй наблюдалось возбуждение достаточно интенсивных электрических полей [3,4].
На сколько известно авторам, идея использовать кумулятивные заряды для формирования потока частиц из материала с низким потенциалом ионизации была предложена в работе [5]. Кумулятивный заряд для формирования бариевой кумулятивной струи был исследован в [6]. Заряд с коническим лайнером из стронция был предложен в работе [7].
Конструкция кумулятивного заряда с лайнером из бария обсуждалась в работе [8]. В случае применения взрывчатого вещества PETN/EPON начальная скорость струи составляла около 4 км/с. При применении взрывчатого вещества Baratol начальная скорость струи возрастала до 8.9 км/с. Внешний диаметр облицовки составлял 60 мм, внутренний - 50 мм, угол конического лайнера был 90 градусов.
В настоящей работе приведены результаты предварительных экспериментальных исследований возможности формирования кумулятивной струи из алюмо-литиевого сплава 01420. Использовались физические методы гиперкумулятивного режима струеобразования [9].
Химический состав сплава 01420: 5,0-6,0% Mg; 1,9-2,3% Li; 0,09-0,15% Zr; 0,1-0,3% Si; 6 0,3% Fe; 0,1% ^; 0,3% Mn; 0,005 % №; основа Л1, % (мас.). [10]. Серийно выпускаемый сплав 01420 имеет следующие характеристики: среднепрочный коррозионностойкий высокомодульный свариваемый сплав
-5
системы А1-И£^ пониженной плотности ^ = 2,47 г/см , Е = 78 ГПа; свойства в направлении Д: ав > 420 МПа, а0,2 > 270 МПа, 5 > 9 %). Применение сплава обеспечивает для изделий авиакосмической техники снижение массы клепаной конструкции до 12 %, сварной - до 24 % [11].
Эксперименты проводились на модельных зарядах с идентичными облицовками, выполненными из алюминия и сплава 01420. На рис. 1 показан процесс начального формирования кумулятивной струи из алюминиевой облицовки, а на рис. 2 - рентгенограмма алюминиевой струи. Видно, что из алюминиевого лайнера формируется компактная струя с начальной скоростью около 6 км/с.
Рис. 1. Начальная стадия обжатия кумулятивной облицовки
Рис. 3. Скоростной поток частиц из сплава 01420
Не смотря на то, что в литературе имеются данные о проявлении сплавом 01420 эффекта структурной сверхпластичности (авторами работ [12, 13] исследована микрозеренная структурная сверхпластичность образцов сплава 01420, которые находились при температуре испытаний в твердом состоянии),
сплошной кумулятивной струи из сплава 01420 в условиях сверхбыстрой деформации при взрывном нагружении получить не удалось (рис. 3). Поэтому вопрос о фазовом состоянии кумулятивной струи из такого материала остается открытым [14].
Однако формируемый скоростной поток частиц металла с низким потенциалом ионизации пригоден для использования в ионосферных экспериментах.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. В.Ф. Матвейчук, А.С. Толстиков, Г.В. Шувалов, И.В. Минин, О.В. Минин. Проблемные вопросы обеспечения точности координатно-временных определений на основе применения ГЛОНАСС технологий. // XXXVIII Академические чтения по космонавтике. МВТУ, январь 2014, Секция 13, с. 403
2. Способ возмущения ионосферы и устройство для его осуществления (патент РФ № 2144685)
3. Margaret G. Kivelson and C. T. Russell. Active experiments, magnetospheric modification, and a naturally occurring analogue // Radio Science, Volume 8, Number 11, p. 1035-1048, November 1973
4. T N Davis. Chemical releases in the ionosphere //1979, Rep. Prog. Phys. 42, р. 1565
5. J. Hunter, G. Martelli, K. S. Martin, and P. Rothwell. PRODUCTION OF FAST JETS OF IONIZED BARIUM USING EXPLOSIVE SHAPED CHARGES //Applied Physics Letters 14, 35 (1969);
6. J. Hunter and G. Martelli. PRODUCTION OF FAST JETS OF IONIZED BARIUM USING EXPLOSIVE SHAPED CHARGES // APPLIED PHYSICS LETTERS, v.14, N1, 1969, pp.35-37
7. Wescott, Eugene M.; Stenbaek-Nielsen, Hans; Swift, Daniel W.; Valenzuela, Arnoldo; Rees, David. SR90, strontium shaped-charge critical ionization velocity experiment // Journal of Geophysical Research (ISSN 0148-0227), vol. 95, Dec. 1, 1990, p. 21069-21075.
8. NAKAMURA Junji. Observations of barium Luminescent Clouds Using Explosive Shaped Charges // Proceedings of the Second Symposium on Coordinated Observations of the Ionosphere and the Magnetosphere in the Polar Regions: Part II. P.204-219, 1979
9. Патент РФ 2412338 опубл. 20.02.2011. Способ и устройство (варианты) формирования высокоскоростных кумулятивных струй для перфорации скважин с глубокими незапестованными каналами и с большим диаметром
10. Фридляндер И.Н., Чуистов К.В., Березина А.Л., Колобнев Н.И. Алюминий-литиевые сплавы. Структура и свойства. - Киев: Наук. думка, 1992. - 192 с.
11. ГОСТ 13616-97 Профили прессованные прямоугольные полосообразного сечения из алюминия, алюминиевых и магниевых сплавов.
12. Кайбышев О.А. Сверхпластичность промышленных сплавов. - Москва: Металлургия, 1984. - 264 с.
13. Фридляндер И.Н., Эхина Е.В., Кунявская Т.М., Ликин В.Л. Проявление эффекта сверхпластичности в алюминиевых сплавах с литием // Металловедение и термическая обработка металлов. - 1985. - № 2. - С. 62-63.
14. Минин В.Ф., Минин И.В., Минин О.В. Методы и результаты экспериментальных исследований фазового состояния кумулятивной струи: краткий обзор // Вестник СГГА. - 2013. -Вып. 2 (22). - С. 98-111.
© И. В. Минин, О. В. Минин, 2014
