CC BY
4№ или Fe практически полностью окислятся. Поэтому появление интерметаллических соединений в смесях нанометаллов с инертным связующим маловероятно. Результаты экспериментов подтвердили это предположение.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проведены экспериментальные исследования морфологических изменений продуктов окисления смесей двух нанометаллов с активным связующим в диапазоне температур от 25 до 1220 °С. Это позволило получить более полное представление о протекающих в топливных системах физико-химических процессах.
Применение в энергетических материалах на основе активного связующего электровзрывного алюминия и каталитических добавок нанопорошков Fe, Д № или Си приводит к увеличению общего количества тепла в процессе реализации ЭКС за счёт образования интерметаллических соединений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ягодников Д.А. Воспламенение и горение порошкообразных металлов. - М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2009. - 432 с.
2. Громов А.А., Хабас Т.А., Ильин А.П. и др. Горение нанопорошков металлов. - Томск: Дельтаплан, 2008. - 382с.
3. Мондольфо Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. / Пер. с англ. - М.: Металлургия, 1979. - 640 с.
4. Концепция развития СВС как области научно-технического прогресса /под ред. Мержанова А.Г - Черноголовка: Территория, 2003. - 368 с.
5. Комарова М.В., Комаров В.Ф., Ворожцов А.Б. Процессы, протекающие в высокоэнергетических системах, содержащих наноразмерные порошки металлов // Известия вузов. Физика. - 2011. - № 12. - С. 107 - 111.
6. Комарова М.В., Комаров В.Ф. Поведение на-норазмерных металлических порошков в вязком электролите // Труды Всероссийской научно-технической конференции «Успехи в специальной химии и химической технологии». Москва. - 2010. - С. 260 - 264.
УДК 662.1/.4
7. Комарова М.В., Комаров В.Ф., Вакутин А.Г., Ященко А.В. Влияние наноразмерных биметаллических частиц на характеристики горения смесевого топлива // Ползуновский вестник. - 2010. - № 4 - 1. С. 112 - 115.
8. Алюминиевые сплавы. Металловедение алюминия и его сплавов. Справочное руководство. - М.: Металлургия, 1971. - 352 с.
9. Елагин В.И. Легирование деформируемых алюминиевых сплавов переходными металлами. -М.: Металлургия, 1975. - 248 с.
10. Комарова М.В., Вакутин А.Г, Бычин Н.В. Лабораторные методы исследования процесса окисления УДП металлов // Ползуновский вестник. -2010. - № 4 - 1. С. 131 - 136.
11. Иванов В.Г., Гаврилюк О.В. Закономерности окисления и самовоспламенения на воздухе электровзрывных ультрадисперсных порошков металлов // Физика горения и взрыва. - 1999. - Т. 35. -№ 6. - С.53 - 60.
Комарова Марина Витальевна, младший научный сотрудник лаборатории «Физико-химических основ создания энергетических конденсированных систем» Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения РАН (ИПХЭТ СО РАН), 659322 г. Бийск Алтайского края, ул. Социалистическая 1, E-mail: mv10mv@ mail.ru. Р.т. (3854)301866.
Комаров Виталий Фёдорович, доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией «Физико-химических основ создания энергетических конденсированных систем» Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения РАН (ИПХЭТ СО РАН), 659322 г. Бийск Алтайского края, ул. Социалистическая 1. E-mail: ipcet@mail.ru. Р.т. (3854)305805.
Бычин Николай Валерьевич, старший научный сотрудник лаборатории «Физико-химических основ создания энергетических конденсированных систем» Федерального государственноо бюджетного учреждения науки Института проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения РАН (ИПХЭТ СО РАН), 659322 г. Бийск Алтайского края, ул. Социалистическая 1, E-mail: ipcet@mail.ru. Р.т. (3854)301528.
МЕТАТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ КОМПОНЕНТОВ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОМПОЗИТОВ: МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ
Ю.В. Передерин, Н.И. Попок
Представлены результаты моделирования и прогнозирования метательной способности индивидуальных компонентов высокоэнергетических композитов. Показано, что при моделировании с использованием нейросетевого алгоритма прогнозирование осуществляется с
94 ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК № 3, 2013
точностью, соответствующей реализуемой существующими стандартными экспериментальными методами определения рассматриваемой характеристики. В качестве сравнения приведены данные по прогнозированию метательной способности с помощью линейно-регрессионного анализа.
Ключевые слова: высокоэнергетические композиты, метательная способность, нейронные сети.
ВВЕДЕНИЕ
Энергоемкие вещества (высокоэнергетические композиты, их индивидуальные компоненты) и изделия из них имеют разнообразную номенклатуру, свойства, технологии изготовления и области применения. Высокоэнергетические композиты (ВЭК) нашли широкое применение в различных областях хозяйственной деятельности человека и при создании образцов специальной техники: промышленные взрывчатые вещества, пороха, топлива для ракетных двигателей.
Важным аспектом создания, хранения и эксплуатации является определение физико-химических свойств компонентов высокоэнергетических композитов, в том числе и взрывчатых, с целью дальнейшего прогнозирования аналогичных свойств составов и изделий на их основе при хранении, транспортировке и эксплуатации, а также на стадии выбора составов композитов для решения частных задач. В связи с этим следует упомянуть, что для определения свойств взрывчатых веществ су-
Таблица 1 - Разработанная электронная компонентов высокоэн
ществует целый ряд методик, в конечном итоге не дающий четкого представления о реальной опасности для людей и производств, имеющих дело со специальными продуктами.
Классическая статистика в некоторых случаях путем усреднения результатов многочисленных экспериментов и игнорирования явных экстремумов может выдать результаты, в некотором приближении отражающие реальную картину по выбранному показателю, но иногда погрешность такой обработки может составлять сотни процентов.
Изложенное выше является основанием необходимости моделирования и прогнозирования свойств компонентов высокоэнергетических композитов с целью прогноза характеристик вновь создаваемых ВЭК.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Согласно [1], кинетическая энергия ускоряемого тела пропорциональна объемному энергосодержанию взрывчатого вещества, коэффициент отбора энергии зависит от объемного числа молей газообразных продуктов взрыва. В связи с этим была предложена гипотеза о влиянии на метательную способность индивидуальных компонентов высокоэнергетических композитов их плотности и природы атомов, входящих в состав их молекул (энергосодержание и состав газообразных продуктов взрыва). Для проведения исследований на основе экспериментальных и литературных данных [1] была разработана электронная база, содержание которой приведено в таблице 1.
¡а данных по свойствам индивидуальных "етических композитов
Название Содержание в молекуле Плотность, кг/м3 Скорость метания, м/с
углерода водорода азота кислорода
Нитрометан 1 3 1 2 1140 1092
Бис-(нитраминометил)-нитрамин 2 6 6 6 1850 1907
Гексоген 3 6 6 6 1800 1781
Бис-(тринитроэтил)-нитрамин 4 4 8 14 1850 1530
Бис-(тринитроэтил)-нитрамин 4 4 8 14 1900 1650
Бис-(тринитроэтил)-нитрамин 4 4 8 14 1940 1792
Октоген 4 8 8 8 1730 1660
Октоген 4 8 8 8 1810 1770
Октоген 4 8 8 8 1890 1840
Октоген 4 8 8 8 1910 1910
Октанитро-диазаоктан 6 8 10 14 1860 1683
Тринитроэтиловый эфир тринитромасляной кислоты 6 6 6 14 1780 1507
Продолжение Таблицы 1
Название Содержание в молекуле Плотность, кг/м3 Скорость метания, м/с
углерода водорода азота кислорода
Метилнитрат 1 3 1 3 1210 1133
Диэтанолнитраминдинитрат 4 8 4 8 1670 1616
Тетранитропентаэритрит 5 8 4 12 1670 1661
Тетранитропентаэритрит 5 8 4 12 1760 1790
Гексанитробензол 6 0 6 12 1960 1710
Гексанитробензол 6 0 6 12 1860 1616
Триаминотринитробензол 6 6 6 6 1800 1470
Тетрил 7 5 5 8 1700 1594
Гексанитростильбен 14 6 6 12 1650 1440
5-оксо-3-нитро-1,2,4-триазол 2 2 4 3 1850 1330
Тринитротолуол 7 5 3 6 1630 1460
Примечание: скорость метания является скоростью расширения медной цилиндрической оболочки [1]
На основе нейросетевого алгоритма [2-7] разработанная электронная база данных была обработана с помощью линейно-регрессионного анализа. Без каких-либо изменений та же база была проанализирована с использованием нейросетевого алгоритма. Результаты моделирования с помощью линейной регрессии и нейронной сети приведены в таблице 2. Для оценки корректности моделирования обе модели были проверены на веществах, свойства которых отсутствуют в исходной базе данных, а также были проведены исследования по вос-
производимости полученных результатов.
При моделировании метательной способности при расширении медной цилиндрической оболочки с использованием линейной регрессии среднее отклонение составило 78 м/с, тогда как применение нейросетевого алгоритма дало среднее отклонение 29 м/с, что находится на уровне точности, соответствующей реализуемой существующими стандартными экспериментальными методами определения рассматриваемой характеристики.
Название Скорость метания, м/с Скорость метания (прогноз, линейная регрессия), м/с Отклонение от экспериментального значения (линейная регрессия), м/с Скорость метания (прогноз, нейронная сеть), м/с Отклонение от экспериментального значения (нейронная сеть), м/с
Нитрометан 1092 1070 22 1101 9
Бис-(нитраминометил)-нитрамин 1907 1734 173 1836 71
Гексоген 1781 1677 104 1774 7
Бис-(тринитроэтил)-нитрамин 1530 1691 161 1557 27
Бис-(тринитроэтил)-нитрамин 1650 1732 82 1661 11
Бис-(тринитроэтил)-нитрамин 1792 1764 28 1735 57
Октоген 1660 1676 16 1653 7
Октоген 1770 1741 29 1785 15
Октоген 1840 1806 34 1850 10
Октоген 1910 1822 88 1860 50
Таблица 2 - Результаты обработки разработанной базы данных с помощью линейной регрессии
и с использованием нейронной сети
Продолжение Таблицы 2
Название Скорость метания, м/с Скорость метания (прогноз, линейная регрессия), м/с Отклонение от экспериментального значения (линейная регрессия), м/с Скорость метания (прогноз, нейронная сеть), м/с Отклонение от экспериментального значения (нейронная сеть), м/с
Октанитро-диазаоктан 1683 1788 105 1673 10
Тринитроэтиловый эфир тринитромасляной кислоты 1507 1675 168 1598 91
Метилнитрат 1133 1134 1 1134 1
Диэтанолнитраминдинитрат 1616 1645 29 1704 88
Тетранитропентаэритрит 1661 1660 1 1591 70
Тетранитропентаэритрит 1790 1732 58 1759 31
Гексанитробензол 1710 1610 100 1764 54
Гексанитробензол 1616 1529 87 1576 40
Триаминотринитробензол 1470 1628 158 1474 4
Тетрил 1594 1518 76 1576 18
Гексанитростильбен 1440 1422 18 1439 1
5-оксо-3-нитро-1,2,4-триазол 1330 1589 259 1323 7
Тринитротолуол 1460 1454 6 1461 1
ВЫВОДЫ
В результате исследований разработана электронная база данных по свойствам индивидуальных компонентов высокоэнергетических композитов. При моделировании метательной способности взрывчатых веществ медной цилиндрической оболочки с помощью линейной регрессии и с использованием ней-росетевого алгоритма показано, что точность прогнозирования с использованием нейронной сети соответствует реализуемой стандартными методами испытаний. В соответствии с полученными результатами можно сделать вывод о том, что использование нейронных сетей при прогнозировании метательной способности индивидуальных компонентов высокоэнергетических композитов является предпочтительным по сравнению с линейно-регрессионным методом анализа.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Реут, И.И. Расчет метательной способности взрывчатых веществ при цилиндрическом и торцевом метаниях металла / И.И. Реут, А.Л. Кривчен-ко // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия физико-математические науки. - 2011. - № 4(25). - С. 173-177.
2 Передерин, Ю.В. Использование информационных технологий DATA MINING для прогнозирования характеристик циклических соединений / Ю.В. Передерин // Вестник КГТУ. - 2006. - Т. 32, № 4. - С. 32-38.
3 Передерин, Ю.В. Использование информационных технологий DATA MINING применительно
к прогнозированию параметров безопасности органических соединений / Ю.В. Передерин // Ползунов-ский вестник. - 2007. - № 3. - С. 87-90.
4 Передерин, Ю.В. Многофакторный анализ и прогноз свойств органических соединений / Ю.В. Передерин // Ползуновский вестник. - 2008. -№ 3. - С. 61-62.
5 Передерин, Ю.В. Моделирование и прогнозирование параметров работоспособности энергетических конденсированных систем на основе физико-химических свойств исходных компонентов, являющихся взрывчатыми веществами / Ю.В. Передерин // Ползуновский вестник. - 2010. - № 3. - С. 295-298.
6 Передерин, Ю.В. Количественный анализ и прогнозирование свойств компонентов энергетических конденсированных систем - бризантных взрывчатых веществ / Ю.В. Передерин, Н.И. Попок // Ползуновский вестник. - 2010. - № 4-1. - С. 126130.
7 Передерин, Ю.В. Исследование свойств различных энергетических структур для прогнозирования их чувствительности с помощью технологий DATA MINING / Ю.В. Передерин // Перспективы создания и применения конденсированных энергетических материалов: материалы I Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых, г Бийск, 27-29 сентября 2006 г - Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. универ., 2006. - С. 57-62.
Передерин Юрий Владимирович, младший научный сотрудник лаборатории физико-химических основ создания энергетических конденсированных систем Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук (ИПХЭТ СО
РАН), ipcet@yandex.ru, ул. Социалистическая, 1, Бийск, 659322, Россия, тел. (3854)30-18-66
Попок Николай Иванович, главный научный сотрудник лаборатории физико-химических основ создания энергетических конденсированных систем, доктор технических наук Федерального го-
УДК 621.454.3 - 181.4
сударственного бюджетного учреждения науки Института проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук (ИПХЭТ СО РАН), ул. Социалистическая, 1, Бийск, 659322, Россия.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОТРАБОТКА
МОДЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК С НЕИЗВЛЕКАЕМОЙ ОСНАСТКОЙ - КАПРОНОВОЙ НИТЬЮ
А.А. Трубников, В.О. Попов, Г.Н. Нестеров, Б.В. Певченко, Н.Ф. Панченко, С.А. Зяблицкий, Г. К. Хайновский
Представлены нестационарная газодинамическая модель расчета внутрибаллистиче-ских характеристик, результаты численного моделирования и экспериментальной отработки модельных двигательных установок с неизвлекаемой оснасткой. Проведены испытания на химическую совместимость с наполнителем и механическую прочность материала неизвле-каемой оснастки.
Ключевые слова: модельная двигательная установка, неизвлекаемая оснастка, внутри-баллистические характеристики, высокоэнергетический наполнитель.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время при отработке ракетных двигателей на твердом топливе используются конструкции модельных двигательных установок (МДУ), которые можно разделить по типам: на торцевые, с цилиндрическим каналом и канально-щелевые МДУ [1]. Одной из актуальных проблем современного проектирования МДУ является эффективность ее работы, которая обеспечивается высоким коэффициентом заполнения при увеличенной, по сравнению с торцевой, площади поверхности горения. Варьируя геометрией канала наполнителя МДУ достигается площадь поверхности горения, необходимая для заданного режима работы изделия. Высокий уровень заполнения МДУ обеспечивается за счет использования неизвлекаемой оснастки (НО). Первые исследования, посвященные применению НО, в двигательных установках были проведены в 1960-х годах [2], однако практическое применение сдерживалось отсутствием материалов с требуемыми характеристиками и технологическими проблемами, возникающих при изготовлении. На сегодняшний день многие из этих проблемных вопросов решены, и данное направление развитие специальной техники считается перспективным.
В представленной статье в качестве НО рассматривается капроновая нить, которая
может служить скрепляющим звеном для не-извлекаемых элементов, изготовленных из быстрогорящих составов или материалов и композиций на их основе. Скорость горения таких элементов или композиций существенно больше скорости горения наполнителя МДУ. Для НО обязательными требованиями к характеристикам ее применения в МДУ служат достаточный уровень механической прочности и химическая совместимость с высокоэнергетическим наполнителем (ВЭН).
Перед проведением формования и экспериментальной отработки МДУ, следует производить расчет внутрибаллистических характеристик (ВБХ) с использованием специальных методов и моделей, с целью устранения неверно принятых конструкторских решений при проектировании МДУ. В настоящее время разработано достаточно большое число методов расчетов ВБХ, однако наиболее точными из них являются газодинамические методы, в которых применяются нестационарные уравнения, описывающие высокоскоростное движение потока продуктов сгорания по газовому тракту.
ВЫБОР МАТЕРИАЛА НЕИЗВЛЕКАЕМОЙ ОСНАСТКИ
В качестве материала гибких элементов скрепляющих НО рассмотрены капроновые и
