CC BY
165
УДК 536.46:629.194.632.1
ЗАЖИГАНИЕ И ГОРЕНИЕ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ, СОДЕРЖАЩИХ АЛЮМИНИЙ, БОР И ДИБОРИД АЛЮМИНИЯ
1 2КОРОТКИХ А. Г., 2архипов в. а., 1сорокин и. в., 1селихова е. а.
1 Томский политехнический университет, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30
2 Томский государственный университет, 634050 , г. Томск, пр. Ленина, 36
АННОТАЦИЯ. Перспективным направлением решения задачи повышения эффективности металлических горючих в составе высокоэнергетических материалов представляется полная или частичная замена алюминия на энергоемкие борсодержащие компоненты. В данной работе представлены результаты экспериментального исследования зажигания и горения высокоэнергетических композиций на основе перхлората и нитрата аммония, активного горючего-связующего. В качестве металлического горючего использовались порошки алюминия, аморфного бора и диборида алюминия, полученного СВС методом. Показано, что использование диборида в составе топливной композиции позволяет уменьшить время задержки зажигания 1,7-2,2 раза и существенно увеличить скорость горения образца (в 4,8 раза) по сравнению с топливной композицией, содержащей порошок алюминия. Применение аморфного бора в составе топливной композиции приводит к снижению времени задержки зажигания образца в 2,2-2,8 раза за счет высокой химической активности и отличия механизма окисления частиц бора. При этом скорость горения образца увеличивается не значительно.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: высокоэнергетический материал, аморфный бор, диборид алюминия, время задержки зажигания, температура поверхности реакционного слоя, скорость горения.
1 ВВЕДЕНИЕ
Порошки бора и боридов являются одними из наиболее перспективных компонентов для твердых и гибридных ракетных топлив за счет высокой удельной энергии окисления в процессе их горения [1]. Однако применение бора существенно осложняется тем, что при хранении и горении на поверхности частиц образуется инертный оксидный слой В2О3, препятствующий доступу окислителя [2] и увеличивающий время зажигания и горения частиц [3, 4].
Работы, посвященные исследованию процессов окисления бора, преимущественно представлены двумя направлениями: исследование процессов окисления одиночных частиц [5, 6], горения полидисперсных порошков бора [7 - 10] в окислительной среде или в составе высокоэнергетических материалов (ВЭМ) [11, 12].
При горении одиночных частиц бора выделяют два режима - низкотемпературное гетерогенное горение и высокотемпературное гомогенное горение. Учитывая достаточно высокую температуру кипения оксида бора (1860 °С), при зажигании в низкотемпературном режиме дополнительно выделяют две стадии: испарение оксидной пленки (на этой стадии скорость реакции окисления определяется скоростью диффузии окислителя к частице) и гетерогенное окисление частицы бора (на этой стадии скорость окисления определяется скоростью химической реакции [4]). Установлено, что с увеличением давления снижаются времена задержки зажигания частиц бора [5] по степенному закону, в то время как температура зажигания бора не зависит от парциального давления окислителя [5]. В то же время, зависимость времени задержки зажигания от размера частиц линейна [10]. Поскольку в кинетическом режиме скорости химических реакций малы, то генерируемое в ходе реакции тепло успевает диссипировать в окружающую среду без существенного увеличения температуры среды, такие процессы не являются самоподдерживающимися и представляют ограниченный практический интерес. Продукты окисления бора являются нелетучими при температурах ниже 1860 °С и в процессе нагрева на поверхности бора образуется оксидный слой. Температура плавления оксида бора составляет 450 °С, поэтому кислород диффундирует через расплав при нагреве выше указанной температуры, в то время как
чистый бор растворяется в нем, ускоряя процесс горения. Оксидный слой отрицательно влияет на процессы зажигания частиц бора, увеличивая температуру и время задержки зажигания [2]. Для улучшения параметров горения применяют добавки порошков исходных металлов и их оксидов [6, 7]: магния, алюминия, висмута, церия, железа, меди, что позволяет снизить времена задержки зажигания порошков до двух раз и температуру зажигания до 685 °С [6].
В литературе представлено множество работ в области исследования характеристик зажигания и горения ВЭМ с различной дисперсностью металлического горючего [13] и окислителя (наиболее часто используются КН4С104, ККОз), а также коэффициентом избытка окислителя [14]. В работах, направленных на исследование зажигания и горения при избыточных давлениях [15, 16], используется кондуктивное инициирование (например, нагрев нихромовой нитью [15], либо конвективное нагретыми газами [6, 17]). Было показано, что с увеличением давления и содержания бора до 20 масс. % в составе ВЭМ линейная скорость горения и температура поверхности образца увеличивается, причем зависимость от давления близка к линейной [11].
Для улучшения характеристик зажигания ВЭМ на основе бора использовались различные методики, наиболее перспективными считаются применение покрытий [18], увеличивающих реакционную способность частиц, и использование биметаллических порошков [12, 19], с температурой зажигания ниже температуры испарения слоя оксида бора.
В представленной работе приведены результаты экспериментального измерения времени задержки зажигания в зависимости от плотности теплового потока, температуры поверхности образцов и скорости горения ВЭМ, содержащих порошки алюминия, аморфного бора и диборида алюминия.
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Составы ВЭМ
Исследование основных характеристик зажигания и горения проводилось с использованием трех составов ВЭМ. Первый (базовый) состав ВЭМ, содержащий 15 масс. % перхлората аммония (ПХА) (фракции 160 - 315 мкм), 35 масс. % нитрата аммония (НА) (фракции меньше 100 мкм), 20 масс. % активного горючего-связующего МПВТ-АСП, и 30 масс. % металлического горючего - микроразмерный порошок алюминия АСД-4 со среднемассовым диаметром частиц й43 = 10,8 мкм. В оставшихся двух составах ВЭМ алюминий полностью замещался на порошки аморфного бора В (й?43 = 2,0 мкм) и диборида алюминия А1В2 (ё43 = 6,2 мкм), полученного СВС-методом. Коэффициент избытка окислителя для исследуемых составов ВЭМ был постоянным и составлял 0,64.
2.2 Экспериментальная установка
Исследование процесса зажигания ВЭМ осуществлялось с использованием установки лучистого нагрева на основе СО2-лазера непрерывного действия с длиной волны излучения 10,6 мкм и максимальной мощности 200 Вт (рис. 1). Диаметр лазерного луча на выходе из полупрозрачного зеркала СО2-лазера был примерно равен диаметру образца. Перед опытом образцы ВЭМ нарезались на таблетки диаметром 10 мм и высотой 5 мм. При этом торцевая поверхность образцов визуально контролировалась на отсутствие пор, углублений и трещин.
Исследуемый образец (5) ВЭМ крепился к держателю (6). При открытии электромагнитного затвора (3), (время экспозиции ~ 5 мс), излучение направлялось на торцевую поверхность исследуемого образца ВЭМ (5). Сигналы от фотодиодов (7) передавались через АЦП сигналов Ь-еагё Е-14-440 (10) и записывались на персональном компьютере (11), а затем обрабатывались с помощью программного приложения ЬОгарЬ2. Время задержки зажигания и&п ВЭМ определяли по разности моментов времени изменения сигналов от фотодиодов (7), один из которых регистрировал появление пламени на торцевой
поверхности образца ВЭМ, второй - открытие электромагнитного затвора (3). Относительная погрешность разброса данных времени задержки ^ составляла 5 - 12 % при величине доверительной вероятности 0,95.
1 - С02-лазер; 2 - полупрозрачное зеркало; 3 - затвор; 4 - линза; 5 - образец ВЭМ; 6 - держатель образца;
7 - фотодиоды; 8 - измеритель мощности излучения; 9 - тепловизионная камера; 10 - АЦП; 11 - ПК
Рис. 1. Схема экспериментальной установки на основе непрерывного С02-лазера
Температура на поверхности реакционного слоя ВЭМ в период прогрева и зажигания образца регистрировалась с помощью тепловизионной камеры Jade J530 SB с частотой кадров 50 Гц в диапазоне температур 370 - 1800 °С. Данные тепловизионной съемки и фотодиодов синхронизировались по сигналу при открытии затвора и соответствующему началу прогрева образца ВЭМ.
Среднее и максимальное значения мощности лазерного излучения, падающего на исследуемый образец ВЭМ, измерялись с помощью термоэлектрического датчика Ophir FL400A (8). Максимальное значение мощности излучения, которое являлось действующим значением при измерении времени задержки зажигания ВЭМ, определялось через диафрагму диаметром 2 мм. Отношение максимального значения к среднему значению по площади диаметра луча мощности излучения составляло ~ 1,7.
2.3 Скорость горения ВЭМ
Измерение скорости горения ВЭМ осуществлялось в воздухе при атмосферном давлении. Использовались исходные образцы ВЭМ диаметром 10 мм и высотой 25 - 30 мм. Торцевая поверхность образцов визуально контролировалась на отсутствие пор, углублений и трещин. После этого образец устанавливался на держатель и поджигался нихромовой спиралью. Скорость горения ВЭМ определяли по известной длине образца и времени горения, определяемому с помощью секундомера.
2.4 Энергия активации
Энергия активации при зажигании ВЭМ определялась путем решения обратной задачи теплопроводности, при лучистом нагреве образца [20]. Методика основана на решении уравнения следующего вида:
1л
ign
(! - V Tgn )
1л
0,35 • Ec
(1 - 0,8 b) R • Qz
+
b '
где 7 - время задержки зажигания, с; Т0 - начальная температура образца ВЭМ, К; Т. - квазистационарная температура зажигания поверхности образца ВЭМ, К;
1
Е - эффективная энергия активации реакции, Дж/моль; с - удельная теплоемкость образца
КТ
твердого топлива, Дж/(кг К); @ = —— - безразмерный параметр, выражающий степень
Е
зависимости скорости реакции от температуры; К - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль К); Q - тепловой эффект реакции, Дж/кг; г - предэкспонент реакции, 1/с.
Квазистационарная температура зажигания образца может быть определена по следующей формуле:
Т1гп = Т0 +1,2« '
Аср '
где д - плотность теплового потока излучения, падающая на образец, Вт/см ; X, р- теплопроводность, Вт/(м-К), и плотность, кг/м , образца ВЭМ.
3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
3.1 Время задержки зажигания
Полученные значения времени задержки зажигания ВЭМ в зависимости от плотности теплового потока излучения представлены на рис. 2.
Экспериментальные значения времени задержки зажигания ВЭМ были аппроксимированны степенной функцией следующего вида:
^ = А ■ д
-В
где - время задержки зажигания ВЭМ, с; д - плотность теплового потока излучения, 2
Вт/м ; А, В - константы аппроксимации.
q, Вт/см
Рис. 2. Время задержки зажигания ВЭМ в зависимости от плотности теплового потока
2
Значения констант аппроксимации, а также коэффициента детерминации К эксперименальных данных приведены в табл. 1.
Таблица 1
Константы аппроксимации и коэффициент детерминации экспериментальных данных
Образец ВЭМ А1 В А1В2
А 989939 202347 177596
В 1,75 1,61 1,53
К2 0,96 0,98 0,87
При полной замене микроразмерного порошка алюминия АСД-4 на порошок аморфного бора в составе ВЭМ происходит к снижению времени задержки зажигания в 2,2 - 2,8 раза при значениях плотности теплового потока д = 90 - 200 Вт/см2. Применение диборида алюминия в смесевом составе ВЭМ позволяет снизить время задержки зажигания в 1,7 - 2,2 раза по сравнению с составом ВЭМ, содержащим алюминий АСД-4. Отличие времени задержки зажигания ВЭМ при лучистым нагреве связано со скоростью реакции окисления и теплотой химических реакции при нагреве, зажигании используемых металлических горючих в составе ВЭМ. Большие значения времени прогрева теплового слоя и зажигания для состава ВЭМ, содержащего алюминий АСД-4, объясняются более высоким диаметром и наличием тугоплавкого оксидного слоя Л120з на поверхности частиц.
3.2 Температура зажигания
Получены синхронизированные кадры видео- и тепловизионной съемки, соответствующие основным стадиям прогрева и зажигания для исследуемых составов ВЭМ. Кадры тепловизионной съемки образцов ВЭМ в момент устойчивого зажигания приведены на рис. з. При обработке измеренных данных получены значения температур на поверхности реакционного слоя ВЭМ при постоянном значении степени черноты 0,9 в момент устойчивого зажигания и появления видимого пламени (табл. 2).
I Чв I
а) б) в)
Рис. 3. Кадры тепловизионной съемки в момент зажигания ВЭМ, содержащих порошки: а - А1; б - В; в - А1В2
Таблица 2
Температуры поверхности реакционного слоя составов ВЭМ в момент устойчивого зажигания при q = 115 Вт/см2
Образец ВЭМ Температура, °С
Максимальная Средняя
30 масс.% Al 1150 690
15 масс. % В 1260 560
25 масс. % AlB2 1240 570
Следует отметить, что максимальное значение средней температуры поверхности
образца ВЭМ наблюдается с порошком алюминия АСД-4 за счет высоких значений
подведенной теплоты (0 = 28,2 Дж/см ), времени прогрева и содержания алюминия, что
приводит к более равномерному распределению температур на поверхности и по толщине
реакционного слоя образца в процессе нагрева. Для составов ВЭМ, содержащих порошки
диборида алюминия и аморфного бора, средние температуры поверхности достаточно
близки и меньше, чем для ВЭМ, содержащего АСД-4, что возможно связано с образованием
меньшей толщины прогретого слоя и относительно небольшими значениями времени
22 прогрева образца и подведенной теплоты (0 = 11,2 Дж/см - образец с В и 0 = 14,4 Дж/см -
образец с Л1В2), а также возможным плавлением оксидного слоя частиц.
На рис. 4 представлены значения максимальной температуры на поверхности образца ВЭМ в зависимости от времени прогрева. Процесс прогрева и зажигания для исследуемых образцов ВЭМ может быть разделен на две стадии, отличающиеся временем образования прогретого слоя и скоростью повышения температуры на поверхности реакционного слоя образца за счет окисления частиц металла. Это может быть вызвано увеличением скорости экзотермических химических реакций при дополнительном выделении тепла и более высоких температурах разложения окислителя, активного горючего-связующего и окисления частиц металла.
Время, с
Рис. 4. Максимальные значения температур на поверхности ВЭМ от времени прогрева (точки соответствуют значениям времени зажигания)
3.3 Эффективная энергия активации
Определены значения энергии активации, произведения теплового эффекта реакции и предэкспоненты, квазистационарной температуры зажигания исследуемых ВЭМ (табл. 3). Отметим, что ВЭМ с порошком А1 имеет наибольшие значения энергии активации и квазистационарной температуры зажигания. На основании полученных данных можно сделать вывод о том, что применение диборида алюминия в составе рассматриваемых ВЭМ является предпочтительной с точки зрения воспламеняемости.
Таблица 3
Расчетные значения кинетических параметров и квазистационарной температуры зажигания
образцов ВЭМ при # = 115 Вт/см2
Образец ВЭМ Е, кДж/моль Вт/г Тгеп К
А1 159 9,92-1013 846
В 90 3,31-Ю11 641
А1В2 74 4,24-109 687
3.4 Скорость горения ВЭМ
Проведены три серии параллельных измерений линейной скорости горения для исследуемых образцов ВЭМ. Средние значения скорости горения ВЭМ в воздухе при атмосферном давлении приведены на рис. 5.
и, мм/с 4
3,5 3
2,5 2
1,5 1
0,5 0
АСД-4 В Л1В2 Образец ВЭМ
Рис. 5. Скорость горения ВЭМ, содержащих порошок металла
Полная замена порошка алюминия АСД-4 на аморфный бор позволяет увеличить скорость горения образца ВЭМ в 1,3 раза. Отметим, что эффективность сгорания частиц бора небольшая и составляет всего лишь 26,5 % [21] в кислородосодержащей среде. Поэтому для увеличения эффективности сгорания бора лучше его использовать в смеси с алюминием. Бориды алюминия отличаются малой энергией связи между атомами Л1 и В (- 67 кДж/моль). Поэтому их можно рассматривать как сплавы, а в зоне химических реакций они могут распадаться на Л1 и В и раздельно вступать в реакции с кислородом. Алюминий, образующий высокотемпературные продукты сгорания, может способствовать эффективному сгоранию бора. Как видно из рис. 5, скорость горения состава ВЭМ, содержащего диборид алюминия, является максимальной и составляет 3,9 мм/с, что в 4,8 раза выше, чем для состава ВЭМ с порошком алюминия и в 3,7 раза выше по сравнению с ВЭМ, содержащим аморфный бор.
4 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проведенного экспериментального исследования процессов зажигания и горения ВЭМ на основе перхлората, нитрата аммония и активного горючего-связующего определены значения времени задержки зажигания, температуры поверхности реакционного слоя и зажигания, а также линейной скорости горения образцов при атмосферном давлении. Установлено, что времена задержки зажигания ВЭМ, содержащего порошок аморфного бора, в 2,2 - 2,8 раза меньше по сравнению с ВЭМ, содержащего алюминий АСД-4, в диапазоне плотности теплового потока излучения q = 90 - 200 Вт/см . При этом скорость горения образца увеличивается не значительно (в 1,3 раза) за счет неполного сгорания бора и выделения тепла.
Использование порошка диборида алюминия в составе ВЭМ позволяет снизить времена задержки зажигания в 1,7 - 2,2 раза в указанном диапазоне q и значительно увеличить скорость горения в 4,8 раза по сравнению с ВЭМ, содержащим порошок алюминия, за счет увеличения эффективности и теплоты сгорания бора в зоне химических реакций.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 17-33-50162 молнр.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сандарам Д., Янг В., Зарко В. Е. Горение наночастиц алюминия (обзор) // Физика горения и взрыва.
2015. Т. 51, № 2. С. 37-63.
2. Ао В., Чжоу Цз.-Х., Лю Цз.-Ч., Ян В.-Цз., Ван Ю., Ли Х.-Р. Кинетическая модель воспламенения частицы бора, основанная на механизме диффузии кислорода и (BO)N // Физика горения и взрыва. 2014. Т. 50, № 3. С. 21-31.
3. 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.
4. Young G., Sullivan K., Zachariah M. R., Yu K. Combustion characteristics of boron nanoparticles // Combustion and Flame, 2009, vol. 156, pp. 322-333.
5. Foelsche R. O., Burton R. L., Krier H. Boron particle ignition and combustion at 30-150 atm // Combustion and Flame, 1999, vol. 117, pp. 32-58.
6. 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.
7. 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.
8. Liu L-J., He G-Q., Wang Y-H. Thermal reaction characteristics of the boron used in the fuel-rich propellant // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2013, vol. 114, iss. 3, pp. 1057-1068.
9. Ао В., Чжоу Ц.Х., Ян В.Ц., Лю Ц.Ч., Ван Ю., Цень К.Ф. Воспламенение, горение и окисление смесей порошков аморфного и кристаллического бора // Физика горения и взрыва. 2014. Т. 50, № 6. С. 47-53.
10. Jain A., Anthonysamy S., Ananthasivan K., Gupta G. S. Studies on the ignition behavior of boron powder // Thermochimica Acta, 2010, vol. 500, iss. 1-2, pp. 63-68.
11. Kuwahara T., Kubota N. Role of boron in burning rate augmentation of AP composite propellants // Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 1989, vol. 14, iss. 2, pp. 43-46.
12. Korotkikh A. G., Glotov O. G., Arkhipov V. A., Zarko V. E., Kiskin A. B. Effect of iron and boron ultrafine powders on combustion of aluminized solid propellants // Combustion and Flame, 2017, vol. 178, pp. 195-204.
13. Maggi F., Bandera A., Galfetti L., De Luca L. T., Jackson T. L. Efficient solid rocket propulsion for access to space // Acta Astronautica, 2010, vol. 66, iss. 11-12, pp. 1563-1573.
14. Liang D., Liu J., Zhou J., Wang Y., Yang Y. Combustion characteristics and propulsive performance of boron/ammonium perchlorate mixtures in microtubes // Journal of Energetic Materials, 2016, vol. 34, no. 3, pp. 297-317.
15. Galfetti L., De Luca L. T., Severini F., Meda L., Marra G., Marchetti M., Regi M., Bellucci S. Nanoparticles for solid rocket propulsion // Journal of Physics: Condensed Matter, 2006, vol. 18, iss. 33, p. S1991.
16. Connell Jr. T. L., Risha G. A., Yetter R. A., Roberts C. W., Young G. Boron and polytetrafluoroethylene as a fuel composition for hybrid rocket applications // Journal of Propulsion and Power, 2015, vol. 31, no. 1, pp. 373-385.
17. Liu P-J., Liu L-L., He G-Q. Effect of solid oxidizers on the thermal oxidation and combustion performance of amorphous boron // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2016, vol. 124, iss. 3, pp. 1587-1593.
18. Xi J.-F., Liu J.-Z., Wang Y., Li H.-P., Zhang Y.-W., Zhou J.-H., Cen K.-F. Effects of coating agents on the ignition and combustion of boron particles // Guti Huojian Jishu / Journal of Solid Rocket Technology, 2013, vol. 36(5), pp. 654-659.
19. Abraham A., Nie H., Schoenitz M., Vorozhtsov A. B., Lerner M., Pervikov A., Rodkevich N., Dreizin E. L. Bimetal Al-Ni nano-powders for energetic formulations // Combustion and Flame, 2016, vol. 173, pp. 179-186.
20. Вилюнов В. Н. Теория зажигания конденсированных веществ. Новосибирск: Наука СО, 1984. 192 с.
21. Сюй С., Чень Ю., Чень С., Ву Д., Лю Д. Б. Теплота сгорания порошка Al/B и эффективность его применения в металлизированных взрывчатых веществах при подводном взрыве // Физика горения и взрыва.
2016. Т. 52, № 3. С. 97-104. https://doi.org/10.15372/FGV20160314
IGNITION AND COMBUSTION OF HIGH-ENERGY MATERIALS CONTAINING ALUMINUM, BORON AND ALUMINUM DIBORIDE
1,2Korotkikh A. G., 2Arkhipov V. A., 1Sorokin I. V., 1Selikhova E. A.
1 Tomsk Polytechnic University, 634050, Tomsk, Lenin Ave., 30
2 Tomsk State University, 634050, Tomsk, Lenin Ave., 36
SUMMARY. Boron and its compounds are among the most promising metal fuel components to be used in solid propellants for solid fuel rocket engine and ramjet engine. The specific energy released during its oxidation is one of the highest values per unit mass or volume. However, its application is significantly complicated by the fact that the inert
oxide layer is formed on the boron particle surface during storage and combustion. This layer prevents the access of oxidizer and increases the ignition delay time and burning time for particles. Promising direction of solving the problem for increasing the efficiency of metallic fuels in high-energy materials is the complete or partial replacement of aluminum by energy-intensive boron-containing components. Papers studying boron oxidation mostly focus on two areas: oxidation of single particles and powders of boron, as well as boron-containing composite solid propellants. This paper presents the results of an experimental study of the ignition and combustion of the high-energy material samples based on ammonium perchlorate, ammonium nitrate, and an energetic combustible binder. Powders of aluminum, amorphous boron and aluminum diboride, obtained by the SHS method, were used as the metallic fuels. It was found that the use of aluminum diboride in the solid propellant composition makes it possible to reduce the ignition delay time by 1.7-2.2 times and significantly increase the burning rate of the sample (by 4.8 times) as compared to the solid propellant containing aluminum powder. The use of amorphous boron in the solid propellant composition leads to a decrease in the ignition delay time of the sample by a factor of 2.2-2.8 due to high chemical activity and a difference in the oxidation mechanism of boron particles. The burning rate of this sample does not increase significantly.
KEYWORDS: high-energy material, amorphous boron, aluminum diboride, ignition delay time, surface temperature of the reaction layer, burning rate.
REFERENCES
1. Sundaram D. S., Yang V., Zarko V. E. Combustion of nano aluminum particles (Review). Combustion, Explosion, and Shock Waves, 2015, vol. 51, no. 2, pp. 173-196. https://doi.org/10.1134/S0010508215020045
2. Ao V., Chzhou Tsz.-Kh., Lyu Tsz.-Ch., Yan V.-Tsz., Van Yu., Li Kh.-R. Kineticheskaya model' vosplameneniya chastitsy bora, osnovannaya na mekhanizme diffuzii kisloroda i (BO)N [Kinetic Model of Single Boron Particle Ignition Based upon Both Oxygen and (BO)N Diffusion Mechanism]. Fizika goreniya i vzryva [Combustion, Explosion, and Shock Waves], 2014, vol. 50, no. 3, pp. 21-31.
3. 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/10.1016Zj.combustflame.2016.08.027
4. Young G., Sullivan K., Zachariah M. R., Yu K. Combustion characteristics of boron nanoparticles. Combustion and Flame, 2009, vol. 156, pp. 322-333. https://doi.org/10.1016/jxombustflame.2008.10.007
5. Foelsche R. O., Burton R. L., Krier H. Boron particle ignition and combustion at 30-150 atm. Combustion and Flame, 1999, vol. 117, pp. 32-58. https://doi.org/10.1016/S0010-2180(98)00080-7
6. 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
7. 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. http s ://doi.org/ 10.1016/j. actaastro .2013.11.039
8. Liu L-J., He G-Q., Wang Y-H. Thermal reaction characteristics of the boron used in the fuel-rich propellant. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2013, vol. 114, iss. 3, pp. 1057-1068. https://doi.org/10.1007/s10973-013-3119-y
9. Ao V., Chzhou Ts. Kh., Yan V. Ts., Lyu Ts. Ch., Van Yu., Tsen' K. F. Vosplamenenie, gorenie i okislenie smesey poroshkov amorfnogo i kristallicheskogo bora [Ignition, Combustion, and Oxidation of Mixtures of Amorphous and Crystalline Boron Powders]. Fizika goreniya i vzryva [Combustion, Explosion, and Shock Waves], 2014, vol. 50, no. 6, pp. 47-53.
10. Jain A., Anthonysamy S., Ananthasivan K., Gupta G. S. Studies on the ignition behavior of boron powder. Thermochimica Acta, 2010, vol. 500, iss. 1-2, pp. 63-68. https://doi.org/10.1016/j.tca.2009.12.011
11. Kuwahara T., Kubota N. Role of boron in burning rate augmentation of AP composite propellants. Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 1989, vol. 14, iss. 2, pp. 43-46. doi: 10.1002/prep.19890140202
12. Korotkikh A. G., Glotov O. G., Arkhipov V. A., Zarko V. E., Kiskin A. B. Effect of iron and boron ultrafine powders on combustion of aluminized solid propellants. Combustion and Flame, 2017, vol. 178, pp. 195-204. https://doi.org/10.1016/jxombustflame.2017.01.004
13. Maggi F., Bandera A., Galfetti L., De Luca L. T., Jackson T. L. Efficient solid rocket propulsion for access to space. Acta Astronautica, 2010, vol. 66, iss. 11-12, pp. 1563-1573. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2009.10.012
14. Liang D., Liu J., Zhou J., Wang Y., Yang Y. Combustion characteristics and propulsive performance of boron/ammonium perchlorate mixtures in microtubes. Journal of Energetic Materials, 2016, vol. 34, no. 3, pp. 297-317. https://doi.org/10.1080/07370652.2015.1066464
15. Galfetti L., De Luca L. T., Severini F., Meda L., Marra G., Marchetti M., Regi M., Bellucci S. Nanoparticles for solid rocket propulsion. Journal of Physics: Condensed Matter, 2006, vol. 18, iss. 33, p. S1991. https://doi.org/10.1088/0953-8984/18/33/S15
16. Connell Jr. T. L., Risha G. A., Yetter R. A., Roberts C. W., Young G. Boron and polytetrafluoroethylene as a fuel composition for hybrid rocket applications. Journal of Propulsion and Power, 2015, vol. 31, no. 1, pp. 373-385. https://doi.org/10.2514/LB35200
17. Liu P-J., Liu L-L., He G-Q. Effect of solid oxidizers on the thermal oxidation and combustion performance of amorphous boron. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2016, vol. 124, iss. 3, pp. 1587-1593. https://doi.org/10.1007/s 10973-016-5252-x
18. Xi J.-F., Liu J.-Z., Wang Y., Li H.-P., Zhang Y.-W., Zhou J.-H., Cen K.-F. Effects of coating agents on the ignition and combustion of boron particles. Guti Huojian Jishu / Journal of Solid Rocket Technology, 2013, vol. 36(5), pp. 654-659. doi: 10.7673/j.issn.1006-2793.2013.05.017
19. Abraham A., Nie H., Schoenitz M., Vorozhtsov A. B., Lerner M., Pervikov A., Rodkevich N., Dreizin E. L. Bimetal Al-Ni nano-powders for energetic formulations. Combustion and Flame, 2016, vol. 173, pp. 179-186. https://doi.org/10.1016Zj.combustflame.2016.08.015
20. Vilyunov V. N. Teoriya zazhiganiya kondensirovannykh veshchestv [Theory of ignition of condensed matter]. Novosibirsk: Nauka Sibirskoe otdelenie Publ., 1984. 192 p.
21. Xu S., Chen Yu., Chen X., Wu D. and Liu D. Combustion Heat of the Al/B Powder and its Application in Metalized Explosives in Underwater Explosions. Combustion, Explosion, and Shock Waves, 2016, vol. 52, no. 3, pp. 342-349. https://doi.org/10.1134/S001050821603014X
Коротких Александр Геннадьевич, доктор физико-математических наук, профессор научно-образовательного центра И.Н. Бутакова ТПУ, старший научный сотрудник НИИ прикладной математики и механики ТГУ, тел. (3822)701-777, е-mail: korotkikh@Jtpu.ты
Архипов Владимир Афанасьевич, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий отделом НИИ прикладной математики и механики ТГУ, тел. (3822)529-656, е-таИ: 1еуа@,пИртт. 7т. ты
Сорокин Иван Викторович, аспирант научно-образовательного центра И.Н. Бутакова ТПУ
Селихова Екатерина Александровна, студент отделения ядерно-топливного цикла ТПУ
