CC BY
13
https://doi.org/10.15350/17270529.2022.2.13
УДК 536.46:629.194.632.1
Воспламенение дисперсных горючих на основе Al и B лучистым потоком тепла
12 3
А. Г. Коротких ' , И. В. Сорокин
1 Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Россия, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30
2 Национальный исследовательский Томский государственный университет, Россия, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36
3 Институт химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН, 630090, г. Новосибирск, ул. Институтская, 3
Аннотация. В работе представлены результаты экспериментального исследования воспламенения частицы-конгломерата A1 и дисперсных горючих на основе Al, B и AlBn при лучистом нагреве СО2-лазером непрерывного действия в диапазоне плотности теплового потока q = 65 - 190 Вт/см2. На основании полученных результатов установлены зависимости времени задержки воспламенения от плотности теплового потока и описан механизм воспламенения отдельной частицы алюминия и дисперсных металлических горючих на воздухе. Установлено, что времена задержки воспламенения микроразмерных порошков боридов алюминия в 1.9 - 2.3 раза (AlB2) и 3.2 - 3.5 раза (AlB12) меньше, чем у Al, при одинаковых условиях нагрева. Времена задержки воспламенения аморфного бора имеют минимальные значения (3 - 10 раз меньше, чем у Al). При этом температуры воспламенения порошков AlB2 и AlB12 на 110 - 130 °С выше температуры порошка алюминия. С увеличением массовой концентрации бора в частицах AlB12 скорость тепловыделения при прогреве и окислении порошка повышается.
Ключевые слова: воспламенение, лучистый нагрев, алюминий, бор, борид алюминия, время задержки воспламенения, температура зажигания.
И Александр Коротких, e-mail: korotkikh@tpu.ru
Ignition of Al- and B-Based Dispersed Fuels by a Radiant Heat Flux
12 3
Alexander G. Korotkikh ' , Ivan V. Sorokin
1 National Research Tomsk Polytechnic University (30, Lenin Av., Tomsk, 634050, Russian Federation)
2 National Research Tomsk State University (36, Lenin Av., Tomsk, 634050, Russian Federation)
3 Voevodsky Institute of Chemical Kinetics and Combustion Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (3, Institutskaya St., Novosibirsk, 630090, Russian Federation)
Summary. The efficiency of using boron in high-energy materials and solid propellants for rocket propulsion systems significantly depends on the presence of an oxide coating on particles, ignition and combustion conditions, particle structure and size distribution. The present paper outlines the results of an experimental study of the ignition of Al conglomerate particles and dispersed fuels based on Al, B, and AlBn under radiant heating by a continuous-wave CO2 laser in the range of the heat flux density q = 65 - 190 W/cm2. On the basis of the results obtained, the dependences of the ignition delay time on the heat flux density are established, and the mechanism of ignition of an individual particle of aluminum and dispersed metal fuels in the air is described. It was found that the ignition delay times of micron aluminum boride powders are 1.9 - 2.3 (AlB2) and 3.2 - 3.5 (AlBi2) times shorter than those for Al powder under the same heating conditions. The ignition delay times of amorphous boron are minimal (3 - 10 times shorter than that of Al). In this case, the ignition temperatures of the AlB2 and AlB12 powders are 110 - 130 °C higher than the ignition temperature of the micron aluminum powder. With an increase in the mass concentration of boron in AlB12 particles, the rate of heat released during heating and oxidation of the powder increases.
Keywords: ignition, radiant heating, aluminum, boron, aluminum boride, ignition delay time, ignition temperature.
И Alexander Korotkikh, e-mail: korotkikh@tpu.ru
ВВЕДЕНИЕ
Дисперсные системы на основе различных металлов и бора получили широкое применение в ракетно-космической промышленности, в частности, в компонентных составах твердого топлива с целью увеличения удельного импульса двигательных установок и характеристик газогенераторов [1 - 4]. Обычно используются порошки Л], Mg, Be, Fe и B в количестве от 5 до 20 масс.% от общей массы топлива. Бор имеет высокое значение удельной
3 3
теплоты сгорания (объемной) (~136 МДж/дм ) по сравнению с алюминием (~84 МДж/дм ) и другими энергетическими топливными добавками, поэтому он считается основным элементом в качестве энергоемкого горючего в рецептурах новых топливных композиций [5]. Жидкий оксидный слой В2О3, образующийся на поверхности частиц при горении бора, затрудняет диффузию окислителя и полное окисление ядра бора [6]. Снижение влияния оксидного покрытия возможно при его испарении и гетерогенных реакциях на поверхности частиц. Кислород из окружающей среды диффундирует через расплавленный оксидный слой, а бор - изнутри частицы, усложняя протекающие реакции и процессы. Реакция окисления бора протекает в несколько стадий с образованием промежуточных газообразных продуктов ВО и ВО2. В присутствии водяного пара окисление бора интенсифицируется благодаря газификации оксидного слоя при реагировании с Н2О и образованием борной кислоты НВ02. Процесс удаления оксида бора достаточно длительный, контролируемый кинетикой и диффузией, и составляет значительную часть общего времени горения частицы. Полнота сгорания бора зависит от времени реагирования частиц в камере сгорания. Поэтому эффективность применения бора в топливных композициях существенно зависит от наличия оксидного покрытия на частицах, условий воспламенения, горения, структуры и размера частиц.
Для снижения влияния В203 на полноту сгорания бора авторы работ [7, 8] применяли различные растворители (ацетонитрил СН3С^ толуол и гексан) или окислители (ЫН4СЮ4, КК03, ЫС104 и НМХ) в качестве покрытия ядра бора. Использование растворителей снижало времена задержки воспламенения и горения частиц бора. Защитные покрытия КК03 и ЫС104 частиц бора снижали температуру начала окисления и реакционную способность дисперсного бора. Покрытия КН4С104 или НМХ увеличивали удельное выделение тепла при окислении бора. Применение двухкомпонентных дисперсных горючих на основе алюминия и бора повышало характеристики горения твердотопливных композиций [5]. В работах [9 - 13] показано, что соединения бора и алюминия, в частности диборид А1В2 и додекаборид А1В12 алюминия, улучшают реакционную способность порошков при горении. При снижении среднего диаметра и изменении структуры оксидного покрытия частиц за счет применения механоактивированных смесевых композиций (Л1-В, Л1-М^-В) времена задержки воспламенения снижаются [14 - 18].
В данной работе изучены механизмы и определены характеристики процесса воспламенения как одиночной частицы А1, так дисперсных горючих А1, В и А1ВП при лучистом нагреве с разной скоростью.
ИСХОДНЫЕ ПОРОШКИ
В работе изучались порошки сферического алюминия марки АСД-4 со средним диметром частиц й43 = 10.6 мкм, аморфного бора с й43 = 2.0 мкм, а также боридов алюминия Л1В2 и Л1В12 со средним диаметром частиц й43 = 6.2 мкм и й43 = 2.3 мкм соответственно (рис. 1).
Бориды алюминия получали методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (метод СВС) в инертной среде с последующим измельчением в шаровой мельнице (Томский государственный университет).
С) d)
Рис. 1. Микрофотографии порошков алюминия (а), аморфного бора (Ъ), диборида AlB2 (с) и додекаборида AlB12 (d) алюминия
Fig. 1. SEM images of aluminum (а), amorphous boron (b), aluminum diboride AlB2 (c), and aluminum dodecaboride AlB12 (d) powders
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА
Воспламенение отдельных частиц и дисперсных металлических систем осуществлялось на экспериментальном стенде, включающем СО2-лазер непрерывного действия марки РЛС-200 с максимальной выходной мощностью 200 Вт и длиной волны излучения 10.6 мкм, оптическую систему, высокоскоростные видео- и тепловизионную камеры, систему измерения параметров зажигания образца (рис. 2).
В изучении процесса воспламенения отдельной частицы металла применялся оптический микроскоп МБС-9 с цифровой видеокамерой, позволяющий увеличивать изображение до 100 крат в режиме реального времени. Основными характеристиками воспламенения, характеризующие реакционную способность дисперсных металлических горючих, являются время задержки tign и температура Tign. Время задержки воспламенения определялось по появлению свечения на поверхности образца с использованием фотодиодов (7) и аналого-цифрового преобразователя сигналов L-card Е-14-440 (10). В экспериментах измерены интервалы времени изменения сигналов от фотодиодов (7), один из которых регистрировал открытие электромагнитного затвора (4) (через который проходил лазерный луч), второй - появление свечения на поверхности порошка металла (6).
В период прогрева, воспламенения и горения порошков металла регистрировалась температура на поверхности образца в узком диапазоне длин волн 2.5 - 2.7 мкм с применением тепловизионной камеры Jade J530 SB. Выбранный оптический фильтр камеры являлся прозрачным к лазерному излучению и позволял регистрировать температурные поля в диапазоне от 370 до 1800 °С с относительной погрешностью измерения не более 5 %. Обработка измеренных данных температур (тепловых потоков) осуществлялась в
программных приложениях Altair и Origin. С помощью термоэлектрического датчика Ophir FL400A регистрировались средние и максимальные значения теплового потока излучения, падающего на поверхность образца. Распределение температуры и, следовательно, теплового потока на поверхности образца при воздействии лазерного луча характеризировалось нормальным распределением.
Рис. 2. Схема экспериментального стенда на основе непрерывного С02-лазера:
1 - ТО2-лазер; 2 - полупрозрачное зеркало; 3 - линза; 4 - электромагнитный затвор;
5 - держатель образца; 6 - образец; 7 - фотодиоды; 8 - тепловизионная камера; 9 - измеритель мощности излучения; 10 - АЦП; 11 - ПК; 12 - система охлаждения
Fig. 2. The experimental setup based on a continuous CO2 laser: 1 - CO2 laser; 2 - translucent mirror; 3 - lens; 4 - electromagnetic shutter; 5 - sample holder; 6 - sample; 7 - photodiodes; 8 - thermal imaging camera; 9 - radiation power meter; 10 - ADC; 11 - PC; 12 - cooling system
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В исследовании процесса воспламенения и горения отдельных частиц металла использовались крупные конгломераты алюминия со средним диаметром частиц ~500 мкм. Сравнение стадий воспламенения как отдельной частицы, так и дисперсного Al проводилось на основе полученных данных визуализации процесса и измеренных временных и температурных характеристик при одинаковых условиях нагрева на воздухе.
На рис. 3 и 4, а представлены кадры видеосъемки процесса воспламенения и горения отдельной частицы и порошка алюминия при нагреве лазерным лучом. Неравномерность распределения теплового потока излучения приводило к появлению "горячих" очагов на облучаемой поверхности исследуемого образца, и начальная стадия воспламенения (свечения) образца первоначально развивалась в наиболее прогретом очаге. На первой стадии процесса частица прогревалась до температуры плавления ядра Al (660 °С). Основным процессом теплопереноса является передача теплоты лазерным излучением к внешней поверхности частицы, диффузия массы и энергии внутри частицы. Вторая стадия процесса начинается с плавления алюминиевого ядра. Плавление активного алюминия приводит к повышению давления и растрескиванию защитной оксидной оболочки частицы, а также облегчает внешнее движение расплавленного алюминия путем диффузии и/или протекания через трещины в оксидном слое. Расплавленный алюминий вступает в реакцию с кислородом воздуха, и последующее высвобождение энергии может приводить к воспламенению алюминиевых частиц (в основном мелких частиц менее 1 мкм). Для крупных частиц воспламенение достигается с большей задержкой из-за их относительно большой объемной теплоемкости и временем прогрева. На третьей стадии мелкие частицы подвергаются самоподдерживающему горению при контакте с кислородом. При горении химические реакции могут протекать гомогенно в газовой фазе или гетерогенно на поверхности частиц, а скорость горения металла ограничивается химической кинетикой.
Для крупных частиц полиморфные фазовые трансформации кристаллического оксидного слоя приводят к образованию открытых поверхностей, и воспламенение может достигаться до плавления оксида. На четвертой стадии частицы сгорают в газовой фазе или на поверхности в зависимости от их размера. На начальном этапе горения частица А1 окружена отдельным диффузионным пламенем в газовой фазе и подвергается постоянному симметричному сгоранию. По мере разложения оксида алюминия при испарении образуются газофазные субоксиды (А10 и АЮ2). На следующем этапе горение частиц алюминия неустойчивое и асимметричное, сопровождающееся выбросом газофазных субоксидов (дыма) и накоплением оксида на поверхности частицы.
Рис. 3. Кадры видеосъемки воспламенения и горения частицы-конгломерата алюминия (~500 мкм) Fig. 3. Video recording frames of ignition and combustion of an aluminum particle-conglomerate ~500 цт
Благодаря высокой объемной теплоемкости частиц и наличия оксидного покрытия А1203 воспламенение микроразмерных порошков (МП) алюминия достигается через длительный период времени (^ = 0.220 с при q = 68 Вт/см , см. таблицу). Время задержки и температура воспламенения, режим горения порошка алюминия зависят от размера частиц, толщины и фазового состава оксидной оболочки, давления и температуры окислительной среды. С уменьшением диаметра частиц алюминия от сотни микрометров до нанометров кристаллическая структура оксидного покрытия может изменяться, а температура воспламенения снижается более чем в 2 раза в кислородосодержащей среде [19].
d) AlB
12
Рис. 4. Кадры видеосъемки воспламенения и горения порошков алюминия (а), аморфного бора (b), диборида AlB2 (с) и додекаборида AlB12 (d) алюминия при q = 68 Вт/см2
Fig. 4. Video recording frames of ignition and combustion of aluminum (a), amorphous boron (b), aluminum diboride AlB2 (c), and aluminum dodecaboride AlB12 (d) powders at q = 68 W/cm2
Таблица - Время задержки и температура воспламенения, скорость изменения температуры на поверхности порошка (q = 68 Вт/см2)
Table - Ignition delay time and temperature of ignition, rate of temperature change on the surface of powder (q = 68 W/cm2)
Образец / Sample tig„, sec (experiment) T °C ig„9 ^ dT/dt, °C/sec
цА1 0.220 1030 7860
B 0.031 490 45570
A1B2 0.184 1170 13210
A1B12 0.100 1140 17990
Отметим, что процессы воспламенения и горения порошка аморфного бора существенно отличаются от процессов с алюминием в связи с существенным отличием температур плавления оксидного покрытия В2Оз и активного бора частиц. При прогреве и воспламенении частиц бора (в поверхностном слое порошка) оксидный слой находится в жидком состоянии при температуре плавления В203 (450 °С). Температура плавления твердого ядра бора составляет 2075 °С. Первая стадия горения бора представляет собой удаление ингибирующего оксидного слоя, покрывающего частицы [20]. После воспламенения частиц (^ = 0.031 с при q = 68 Вт/см ) в период первой стадии горения в расплавленный оксидный слой начинают диффундировать кислород из окружающего воздуха и бор изнутри частицы. Состав пограничного оксидного слоя становится более разнообразным, усложняя протекающие в нем процессы. На воздухе реакции окисления бора протекают в несколько стадий с образованием промежуточных газообразных продуктов (ВО, ВО2). После удаления пограничного слоя с поверхности частицы, механизм горения бора меняется. При отсутствии диффузионного сопротивления (оксидного слоя) ведущую роль при горении частиц начинают играть гетерогенные реакции окисления бора с кислородом воздуха и водяным паром.
При интенсивном нагреве и воспламенении порошков боридов алюминия на воздухе процесс их горения осуществляется в присутствии фазовых переходов, термического разложения боридов алюминия и с образованием оксидов алюминия А1203 и бора В203. Времена задержки воспламенения МП боридов алюминия ниже, чем у МП алюминия, и составляют 0.184 с - для А1В2 и 0.100 с - для А1В12 при плотности теплового потока q = 68 Вт/см . Отметим, что термическое разложение А1В2 начинается в диапазоне температуры 920 - 940 °С с выделением чистого алюминия и А1В12 (6А1В2 ^ А1В12 + 5А1) [21]. При этом температура плавления диборида алюминия А1В2 составляет 980 °С. Термическое разложение А1В12 начинается при более высокой температуре (выше 1900 °С) с выделением алюминия и А1В10, при этом температура его плавления составляет 2070 °С. При окислении частиц боридов алюминия основным продуктом реакции является соединение бората 2А120гВ203 (А14В209), которое формируется в виде твердой иглообразной структуры на поверхности частиц. Образующийся борат связывает жидкий оксид В203, открывая поверхность активного металла, что способствует увеличению скорости диффузии окислителя к поверхности частиц, повышая скорость реакций окисления и интенсивность выделения теплоты. Небольшое массовое содержание активного алюминия в А1В12 не позволяет удалять существенное количество В2О3, поэтому степень его окисления сохраняется на уровне бора. Присутствие образующегося жидкого активного алюминия интенсифицирует окисление борида в результате быстрых экзотермических реакций и увеличивает скорость переноса теплоты.
Проведенные в работе тепловизионные измерения на поверхности порошков металла (рис. 5, таблица) при нагреве лазерным лучом с постоянной q = 68 Вт/см показали, что для аморфного бора при появлении свечения (соответствующие точки времени воспламенения отмечены на кривой Т, рис. 5, а) температура существенно увеличивается (с 490 °С до 1510 °С), при этом скорость изменения температуры ёТ/ё в "горячем" очаге (максимального значения теплового потока) достигает максимального значения ~45.6 103 °С/с.
2000 1800 1600 1400 О 1200
О
к
1000 800 600 400
/
1 '
: fr' /-
il> /
i ; / У
j/ - цА1 - - В — aib2 —- aib12
Рис. 5. Температура (а) и скорость изменения температуры (b) на поверхности порошков от времени нагрева при q = 68 Вт/см2 на воздухе (точки на линиях - экспериментальное значение
времени задержки воспламенения)
Fig. 5. Temperature (a) and rate of temperature change (b) on the surface of powders vs. heating time at q = 68 W/cm2
in air (the points correspond to the ignition time)
Температура, при которой появляется свечение и осуществляется воспламенение частиц алюминия, составляет ~1030 °С. При этом скорость изменения температуры ёТ/ё на поверхности при свечении микроразмерных частиц достигает -7.9-10 °С/с (в 5.8 раза меньше, чем у бора). Отметим, что температура воспламенения микроразмерных порошков Л1В2 и Л1Б12 выше в сравнении с Т!^ алюминия и составляет -1170 и 1140 °С, соответственно. При нагреве боридов алюминия лазерным лучом до температуры ~920 - 940 °С (ниже температуры плавления А1203 2072 °С) и низкотемпературном окислении бора, образующийся на поверхности частиц жидкий оксид В203 реагирует с выделившимся при разложении А1В2 активным алюминием (термитная реакция В203 + 2А1 ^ 2В + Л1203). Дополнительное выделение теплоты способствует повышению температуры на поверхности частиц боридов алюминия (в сравнении с микроалюминием).
При увеличении массовой концентрации бора в частицах Л1Б12 скорость тепловыделения при прогреве и окислении порошка увеличивается. Кроме того, образующийся жидкий оксид Б203 при определенных условиях может "залечивать" трещины (дефекты) на поверхности огнеупорного Л1203 слоя частиц, сохраняя при этом защитные функции оксидного покрытия. При этом время задержки воспламенения порошков боридов алюминия снижается на 16 % (Л1Б2) и 55 % (Л1Б12), благодаря более интенсивному реагированию Л1 и В с окислителем и повышению скорости выделения теплоты в присутствии жидкого алюминия и В203 оксида. При появлении свечения на поверхности порошка скорость реакций окисления
увеличивается, при этом скорость изменения температуры ёТ/ё на поверхности порошков
3 3
Л1Б2 и Л1Б12 достигает -13.2-10 °С/с и 1810 °С/с. Отметим, что с увеличением массового содержания бора (с 44.5 до 82.8 масс.%) в бориде алюминия скорость изменения температуры на поверхности частиц увеличиваются в 1.7 и 2.3 раза (в сравнении с алюминием).
В ходе проведения опытов нами измерены значения времени задержки воспламенения исследуемых порошков металлов (рис. 6) и установлены степенные зависимости %„(д) = ад" (а, п - константы аппроксимации) при варьировании плотности теплового потока д = 65 - 190 Вт/см2.
цА - tlgn = 1.84^ 10 -q ; В - tlgn = 2.28-10 -q"m; AlB2 - tlgn = 3.77 10-q4 90; AlB12 - tlgn = 3.76^0 -q4 99 Рис. 6. Время задержки воспламенения порошков металлов и бора от плотности теплового потока Fig. 6. The ignition delay time of Ме and B powders vs. the heat flux density
Показатель степени п зависимости ^„(д) для порошков алюминия и боридов Л1Б2, Л1Б12 примерно одинаков и составляет ~2.0, для аморфного бора —1.0, что свидетельствует о различии в механизме реагирования частиц аморфного бора на воздухе, влиянии структуры оксидной оболочки и реакционной способности горючего. Отметить, что наименьшие значения времени задержки воспламенения получены для аморфного бора (^ = 11.2 - 33.3 мс) в диапазоне д = 65 - 190 Вт/см . Время задержки воспламенения аморфного бора в 3 - 10 раз меньше алюминия при одинаковых условиях нагрева. С увеличением д до 190 Вт/см2 реакционная способность исследуемых порошков металлов и аморфного бора существенно увеличивается, благодаря повышению скорости подвода тепла к поверхности, снижению времени прогрева частиц и увеличению скорости химических реакций на границе оксидной оболочки (диффузии окислителя). При максимальном значении д =90 Вт/см2 времена задержки воспламенения Л1Б2 и Л1Б12 составляют 18.4 мс и 10.7 мс, соответственно, что в 2.0 и 3.4 раза меньше алюминия.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. В работе проведено экспериментальное исследование процесса воспламенения и горения одиночной частицы-конгломерата Al и дисперсных высокоэнергетических горючих на основе Al, B и AlBn при нагреве СО2-лазером на воздухе.
2. Для отдельной частицы-конгломерата алюминия со средним диаметром ~500 мкм описаны основные стадии воспламенения и горения при интенсивном лучистом нагреве. В начальной стадии процесса прогрев частицы Al осуществляется до температуры 660 °С. Плавление ядра алюминия приводит к повышению давления и растрескиванию (дефектам) защитного оксидного покрытия частицы, а также облегчает внешнее движение расплавленного алюминия путем диффузии и/или протекания через трещины в оксидном слое. Расплавленный алюминий вступает в реакцию с кислородом воздуха, и последующее выделение теплоты приводит к воспламенению частицы. Горение частицы алюминия осуществляется в газовой фазе или на поверхности в зависимости от ее размера.
3. Установлено, что температуры воспламенения микроразмерных порошков AlB2 и AlB12 составляют ~1170 и 1140 °C, соответственно, значения которых выше на 110 - 130 °С Tign порошка алюминия. При прогреве частиц боридов алюминия лазерным лучом до температуры ~ 920 - 940 °С (ниже температуры плавления Al2O3 2072 °С) и низкотемпературном окислении бора, образующийся на поверхности частиц жидкий оксид B2O3 реагирует с выделившимся при разложении AlB2 активным алюминием. Дополнительное выделение теплоты увеличивает температуру на поверхности частиц боридов алюминия (в сравнении с микроалюминием). При увеличении массовой концентрации бора в частицах AlB12 скорость тепловыделения при прогреве и окислении порошка увеличивается. Температура воспламенения порошков возрастает согласно следующей последовательности: B ^ Al ^ AlB12 ^ AlB2.
4. Определены времена задержки воспламенения и их зависимости tign(q) от плотности теплового потока (65 - 190 Вт/см2) дисперсных металлических горючих в диапазоне плотности теплового потока. Воспламенение порошка аморфного бора отличается наименьшим значением времени задержки по сравнению с алюминием и боридами алюминия. Времена задержки воспламенения исследуемых порошков возрастают согласно следующему ряду: B^AlB12^AlB2^Al. Показатель степени n в зависимости tign(q) = aqn для алюминия и боридов AlB2, AlB12 примерно одинаков и составляет ~2.0, для аморфного бора - ~1.0, что свидетельствует о различии в механизме реагирования частиц бора на воздухе, влиянии структуры оксидного покрытия и реакционной способности активного горючего.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-03-00588 и Программы развития Томского государственного университета (Приоритет-2030).
The study was carried out with the financial support of the Russian Foundation for Basic Research within the framework of scientific project No. 20-03-00588 and the Tomsk State University Development Programme (Priority-2030).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Dreizin E. L. Metal-based reactive nanomaterials // Progress in Energy and Combustion Science, 2009, vol. 35, no. 2, pp. 141-167. https://doi.org/10.1016/i.pecs.2008.09.001
2. Ahmad S. R., Cartwright M. Laser ignition of energetic materials. First Ed. John Wiley & Sons, Ltd. 2015. 298 p.
3. Elbasuney S., Fahd A., Mostafa H. E. Combustion characteristics of extruded double base propellant based on ammonium perchlorate/aluminum binary mixture //
REFERENCES
1. Dreizin E. L. Metal-based reactive nanomaterials. Progress in Energy and Combustion Science, 2009, vol. 35, no. 2, pp. 141-167. https://doi.org/10.1016/i.pecs.2008.09.001
2. Ahmad S. R., Cartwright M. Laser ignition of energetic materials. First Ed. John Wiley & Sons, Ltd. 2015. 298 p.
3. Elbasuney S., Fahd A., Mostafa H. E. Combustion characteristics of extruded double base propellant based on ammonium perchlorate/aluminum binary mixture.
Fuel, 2017, vol. 208, pp. 296-304. https://doi.org/10.1016/i.fuel.2017.07.020
Fuel, 2017, vol. 208, pp. 296-304. https://doi.org/10.1016/i.fuel.2017.07.020
4. Гусейнов Ш. Л., Федоров С. Г. Нанопорошки алюминия, бора, боридов алюминия и кремния в высокоэнергетических материалах. М.: Торус Пресс, 2015. 255 с.
5. Яновский Л. С., Лемперт Д. Б., Разносчиков В. В., Аверьков И. С., Шаров М. С. Оценка эффективности некоторых металлов и неметаллов в твердых топливах для ракетно-прямоточных двигателей // Физика горения и взрыва. 2020. Т. 56, № 1. С. 81-94. https://doi.org/10.15372/FGV20200109
6. Ao W., Wang Y., Li H., Xi J., Liu J., Zhou J. Effect of initial oxide layer on ignition and combustion of boron powder // Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 2014, vol. 39, pp. 185-191. https://doi.org/10.1002/prep.201300079
7. Chintersingh K.-L., Schoenitz M., Dreizin E. L. Oxidation kinetics and combustion of boron particles with modified surface // Combustion and Flame, 2016,
vol. 173, pp. 288-295.
https://doi.org/10.1016/i.combustflame.2016.08.027
8. Liang D., Liu J., Chen B., Zhou J., Cen K. Improvement in energy release properties of boron-based propellant by oxidant coating // Thermochimica Acta, 2016, vol. 638, pp. 58-68. https://doi.org/10.1016/i.tca.2016.06.017
9. Xi J., Liu J., Wang Y., Hu Y., Zhang Y., Zhou J. Metal oxides as catalysts for boron oxidation // Journal of Propulsion and Power, 2014, vol. 30, no. 1, pp. 47-53. https://doi.org/10.2514/LB35037
10. Liu J.-Z., Xi J.-F., Yang W.-J., Hu Y.-R., Zhang Y.W., Wang Y., Zhou J.-H. Effect of magnesium on the burning characteristics of boron particles // Acta Astronautica, 2014, vol. 96, pp. 89-96. https://doi.org/10.1016/i. actaastro .2013.11.039
11. Li X. G., Ma B. G., Xu L., Hu Z. W., Wang X. G. Thermogravimetric analysis of the co-combustion of the blends with high ash coal and waste tyres // Thermochimica Acta, 2006, vol. 441, no. 1, pp. 79-83. https://doi.org/10.1016/i.tca.2005.11.044
12. Yu D., Kong C., Zhuo J., Li S., Yao Q. Oxidation characteristics of boron particles // Science China Technological Sciences, 2015, vol. 58, no. 12, pp. 20162024. https://doi.org/10.1007/s11431-015-5841-0
13. Сандарам Д. С., Янг В., Зарко В. Е. Горение наночастиц алюминия (обзор) // Физика горения и взрыва. 2015. Т. 51, № 2. C. 37-64.
14. Коротких А. Г., Сорокин И. В., Слюсарский К. В., Архипов В. А. Зажигание борсодержащих высокоэнергетических материалов на основе окислителя и полимерного связующего // Журнал технической физики. 2021. Т. 91, № 6. С. 928-934. https://doi.org/10.21883/JTF.2021.06.50861.329-20
4. Gusejnov Sh. L., Fedorov S. G. Nanoporoshki alyuminiya, bora, boridov alyuminiya i kremniya v vysokoenergeticheskih materialah [Nanopowders of aluminum, boron, aluminum and silicon borides in high-energy materials]. Moscow: Torus Press Publ., 2015. 255 p.
5. Yanovskii L. S., Raznoschikov V. V., Averkov I. S., Sharov M. S., Lempert D. B. Evaluation of the performance of some metals and nonmetals in solid propellants for rocket-ramjet engines. Combustion, Explosion, and Shock Waves, 2020, vol. 56, no. 1,
pp. 71-82. https://doi.org/10.1134/S0010508220010098
6. Ao W., Wang Y., Li H., Xi J., Liu J., Zhou J. Effect of initial oxide layer on ignition and combustion of boron powder. Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 2014, vol. 39, pp. 185-191. https://doi.org/10.1002/prep.201300079
7. Chintersingh K.-L., Schoenitz M., Dreizin E. L. Oxidation kinetics and combustion of boron particles with modified surface. Combustion and Flame, 2016, vol. 173, pp. 288-295.
https://doi.org/10.1016/icombustflame.2016.08.027
8. Liang D., Liu J., Chen B., Zhou J., Cen K. Improvement in energy release properties of boron-based propellant by oxidant coating. Thermochimica Acta, 2016, vol. 638, pp. 58-68. https://doi.org/10.1016/itca.2016.06.017
9. Xi J., Liu J., Wang Y., Hu Y., Zhang Y., Zhou J. Metal oxides as catalysts for boron oxidation. Journal of Propulsion and Power, 2014, vol. 30, no. 1, pp. 47-53. https://doi.org/10.2514/LB35037
10. Liu J.-Z., Xi J.-F., Yang W.-J., Hu Y.-R., Zhang Y.W., Wang Y., Zhou J.-H. Effect of magnesium on the burning characteristics of boron particles. Acta Astronautica, 2014, vol. 96, pp. 89-96. https://doi.org/10.1016/iactaastro.2013.11.039
11. Li X. G., Ma B. G., Xu L., Hu Z. W., Wang X. G. Thermogravimetric analysis of the co-combustion of the blends with high ash coal and waste tyres. Thermochimica Acta, 2006, vol. 441, no. 1, pp. 79-83. https://doi.org/10.1016/j.tca.2005.11.044
12. Yu D., Kong C., Zhuo J., Li S., Yao Q. Oxidation characteristics of boron particles. Science China Technological Sciences, 2015, vol. 58, no. 12, pp. 20162024. https://doi.org/10.1007/s11431-015-5841-0
13. Sandaram D. S., Yang V., Zarko V. E. Combustion of Nano Aluminum Particles (Review). Combustion, Explosion, and Shock Waves 2015, vol. 51, pp. 173-196. http://dx.doi.org/10.1134/S0010508215020045
14. Korotkikh A. G., Sorokin I. V., Slyusarskiy K. V., Arkhipov V. A. Ignition of boron-containing high-energy materials based on an oxidizer and
polymer binder. Technical Physics, 2021, vol. 66, no. 6, pp. 895-901.
https://doi.org/10.1134/S1063784221060104
15. Hashim S. A., Ojha P. K., Karmakar Sr., Roy A., Chaira D. Experimental observation and characterization of B-HTPB-based solid fuel with addition of iron particles for hybrid gas generator in ducted rocket applications // Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 2019, vol. 44,
pp. 896-907. https://doi.org/10.1002/prep.201900009
16. Adil Sh., Murty B. S. Effect of milling on the oxidation kinetics of Aluminium + Boron mixture and nanocrystalline Aluminium Boride (AlB12) // Thermochimica Acta, 2019, vol. 678, 178306, pp. 1-10. https://doi.org/10.1016/i.tca.2019.178306
17. Liang D., Xiao R., Liu J., Wang Y. Ignition and heterogeneous combustion of aluminum boride and boron-aluminum blend // Aerospace Science and Technology, 2019, vol. 84, pp. 1081-1091. https://doi.org/10.1016/i.ast.2018.11.046
18. Korotkikh A. G., Sorokin I. V. Effect of Me/B-powder on the ignition of high-energy materials // Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 2021, vol. 46, no. 11,
pp. 1709-1716. https://doi.org/10.1002/prep.202100180
19. Sundaram D. Sr., Purib P., Yang V. A general theory of ignition and combustion of nano- and micron-sized aluminum particles // Combustion and Flame, 2016, vol. 169, pp. 94-109.
https://doi.org/10.1016/i.combustflame.2016.04.005
20. Пивкина А. Н., Муравьев Н. В., Моногаров К. А., Мееров Д. Б., Фоменков И. В., Скрылева Е. А., Пресняков М. Ю., Васильев А. Л., Шишов Н. И., Милехин Ю. М. Сравнительный анализ порошков бора, полученных различными методами. I. Микроструктура и параметры окисления при нагревании // Физика горения и взрыва. 2018. Т. 54, № 4. С. 73-83. https://doi.org/10.15372/FGV20180409
21. Гусейнов Ш. Л., Федоров С. Г., Тузов А. Ю., Малашин С. И., Драчев А. И., Киселев М. Р., Певченко Б. В., Воронько О. В. Нанодисперсные бориды алюминия, полученные плазменной переконденсацией микронных порошков алюминия и бора // Российские нанотехнологии. 2015. Т. 10, № 5-6. С. 79-85.
15. Hashim S. A., Ojha P. K., Karmakar Sr., Roy A., Chaira D. Experimental observation and characterization of B-HTPB-based solid fuel with addition of iron particles for hybrid gas generator in ducted rocket applications.
Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 2019, vol. 44, pp. 896-907. https://doi.org/10.1002/prep.201900009
16. Adil Sh., Murty B. S. Effect of milling on the oxidation kinetics of Aluminium + Boron mixture and nanocrystalline Aluminium Boride (AlB12). Thermochimica Acta, 2019, vol. 678, 178306, pp. 1-10. https://doi.org/10.1016/i.tca.2019.178306
17. Liang D., Xiao R., Liu J., Wang Y. Ignition and heterogeneous combustion of aluminum boride and boron-aluminum blend. Aerospace Science and Technology, 2019, vol. 84, pp. 1081-1091. https://doi.org/10.1016/i.ast.2018.11.046
18. Korotkikh A. G., Sorokin I. V. Effect of Me/B-powder on the ignition of high-energy materials. Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 2021, vol. 46, no. 11,
pp. 1709-1716. https://doi.org/10.1002/prep.202100180
19. Sundaram D. Sr., Purib P., Yang V. A general theory of ignition and combustion of nano- and micron-sized aluminum particles. Combustion and Flame, 2016,
vol. 169, pp. 94-109.
https://doi.org/10.1016/icombustflame.2016.04.005
20. Pivkina A. N., Muravyev N. V., Monogarov K. A., Meerov D. B., Fomenkov I. V., Skryleva E. A., Presnyakov M. Y., Vasiliev A. L., Shishov N. I., Milekhin Y. M. Comparative analysis of boron powders obtained by various methods. I. Microstructure and oxidation parameters during heating. Combustion, Explosion, and Shock Waves, 2018, vol. 54, no. 4,
pp. 450-460. https://doi.org/10.1134/S0010508218040093
21. Guseinov S. L., Fedorov S. G., Tuzov A. Y., Malashin S. I., Drachev A. I., Kisilev M. R., Pevchenko B. V., Voron'ko O. V. Nanodispersive aluminum boride prepared by a plasma recondensation of aluminum and boron micron powders. Nanotechnologies in Russia, 2015, vol. 10, no. 5-6, pp. 420-427. https://doi.org/10.1134/S199507801503009X
Поступила 22.04.2022; после доработки 20.05.2022; принята к опубликованию 25.05.2022 Received 22 April 2022; received in revised form 20 May 2022; accepted 25 May 2022
Информация об авторах
Коротких Александр Геннадьевич, доктор физико-математических наук, профессор инженерной школы энергетики ТПУ; старший научный сотрудник НИИ прикладной математики и механики ТГУ, Томск, Российская Федерация, е-mail: korotkikh@tpu.ru
Сорокин Иван Викторович, ведущий инженер лаборатории Горения конденсированных систем, ИХКГ СО РАН, Новосибирск, Российская Федерация
Information about the authors
Alexander G. Korotkikh, Dr. Sci. (Phys.-Math.), Professor, School of Energy & Power Engineering, Tomsk Polytechnic University; Senior Researcher, Research Institute of Applied Mathematics and Mechanics, Tomsk State University, Tomsk, Russian Federation, e-mail: korotkikh@tpu. ru
Ivan V. Sorokin, Leading Engineer, Laboratory of Combustion of Condensed Systems, Voevodsky Institute of Chemical Kinetics and Combustion SB RAS, Novosibirsk, Russian Federation
