Моделирование разрушающего воздействия продуктов горения термитных составов на тугоплавкие материалы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Моногаров Константин Александрович

• Моногаров Константин Александрович
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Моногаров Константин Александрович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Воспламенение и горение титана

1.2 Основные закономерности энерговыделения в термитных композициях

1.2.1 Дополнительный источник тепла для разрушения титанового сплава

1.2.2 Энтальпия реакции термитного взаимодействия

1.2.3 Варьирование скорости горения термитного состава

1.3 Использование энергии термитных взаимодействий

1.4 Проблема предотвращения падения на Землю космического мусора и пути ее решения

1.5 Температура на поверхности титанового бака при прохождении плотных слоев атмосферы

1.6 Заключение к главе

ГЛАВА 2. ТРЕХМЕРНАЯ НЕСТАЦИОНАРНАЯ ТЕПЛОВАЯ МОДЕЛЬ РАБОТЫ ПИРОТЕХНИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА С ЗАРЯДОМ ТЕРМИТНОГО ТИПА

2,1 Математическая постановка задачи

Теоретический поиск эффективных термитных составов для прожигания тугоплавких материалов

2.2.1 Критерии отбора термитного состава

2.2.2 Оценка массы термитного состава, необходимого для нагрева титановой пластины до плавления или воспламенения

2.2.3 Литературные данные - предварительный уровень отбора

2.2.4 Теоретическая оценка энергетической эффективности термитных составов - первый уровень отбора

2.2.5 Термодинамический расчет составов со связующим - второй уровень отбора

2.3 Экспериментальный отбор термитных составов для прожигания тугоплавких материалов

2.3.1 Исходные материалы

2.3.2 Методы исследования компонентов

2.3.3 Образцы термитных составов

2.3.4 Лабораторная установка для исследования воспламенения термитных составов

2.3.5 Определение температуры воспламенения термитных композиций

2.3.6 Кинетические закономерности протекания термитных реакций в составах А^Оз, М^Оз, А1/С03О4

2.4 Экспериментальное исследование эффективности термитных составов А1/У2О5, А1/Бе2О3, А1/Со3О4 для разрушения тугоплавких материалов

2.5 Моделирование теплового потока при сгорании термитного заряда

2.6 Граничные и начальные условия

2.6.1 Внешний тепловой поток Q (х, у, 2, ?)

2.6.2 Потери тепла на границе образец - окружающая среда

2.7 Геометрия расчетной области

2.8 Сеточная модель

2.9 Теплофизические параметры модели

2.9.1 Титановый сплав

2.9.2 Термитный состав и конденсированные продукты его сгорания

2.9.3 Теплоизолирующая вставка

2.10 Настройка решателя

2.11 Анализ устойчивости и оптимизация модели

2.12 Оценка эффективности пиротехнического устройства

2.13 Заключение к главе

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА МОДЕЛИ ТЕРМИТНОЙ КАПСУЛЫ

3.1 Проверка в лабораторных условиях

3.1.1 Экспериментальная установка и методика проведения испытаний

3.1.2 Геометрия образцов для лабораторных испытаний

3.1.3 Моделирование теплового потока, создаваемого лазером

3.1.4 Результаты лабораторных испытаний

3.1.5 Пиротехническое устройство, закрепленное точечной сваркой

3.1.6 Экспериментальная проверка результатов расчетов пиротехнического устройства с крепежными элементами

Проверка эффективности пиротехнического устройства в гиперзвуковом

потоке

3.2.1 Экспериментальные стенды, измеряемые параметры и образцы

3.2.2 Результаты экспериментов на установке УТ-1М

3.2.3 Результаты экспериментов на установке Т-117

3.2.4 Определение конвективного теплового потока

3.2.5 Сравнение результатов испытаний в гиперзвуковом потоке и теплового

моделирования

3.3 Заключение к главе

ГЛАВА 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ МОДЕЛИ ПРИ ВЫБОРЕ ЭФФЕКТИВНОЙ ГЕОМЕТРИИ ТЕРМИТНОЙ КАПСУЛЫ ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ ТУГОПЛАВКИХ МАТЕРИАЛОВ

4.1 Пиротехническое устройство цилиндрической формы

4.2 Пиротехническое устройство кольцевой формы

Сравнение цилиндрической и кольцевой форм пиротехнического устройства

4.4 Заключение к главе

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В настоящее время на высоте до 2 тысяч километров находятся порядка 220 тысяч техногенных объектов общей массой до 5 тысяч тонн. Космический мусор затрудняет дальнейшее освоение космоса. Поскольку засоренность космического пространства продолжает увеличиваться, вероятность столкновений, способных наносить повреждения космическим аппаратам, будет расти. В связи с этим незамедлительное осуществление надлежащих мер по предупреждению образования космического мусора и предотвращению его падения на Землю после завершения миссии космических аппаратов является необходимым шагом на пути к сохранению космической и земной среды для будущих поколений.

После завершения миссии и схода с орбиты элементы конструкции космических летательных аппаратов, изготовленные из легко плавящихся материалов (алюминий) в общем случае сгорают, а объекты из материалов с высокой температурой плавления (титан, бериллий, углеродные композитные материалы, нержавеющая сталь), имеющие обтекаемую форму, с высокой вероятностью долетают до поверхности Земли. Компьютерное моделирование и многочисленные случаи падения баков для жидкого топлива, изготовленных из титанового сплава, показали, что этот элемент конструкции ракеты является наиболее «живучим» и с наибольшей вероятностью достигает поверхности Земли.

В диссертационной работе теоретически обосновано и экспериментально проверено новое решение по снижению риска падения обломков космических аппаратов на Землю. Пиротехнический заряд термитного типа, находящийся внутри установленного на поверхности титанового бака пиротехнического устройства (термитной капсулы), нагревается при неконтролируемом падении в плотных слоях атмосферы и пассивно воспламеняется. Высокотемпературные продукты сгорания термитного состава прожигают стенки объекта (топливного

бака), способствуя его фрагментации, потере обтекаемой формы и сгоранию до падения на Землю.

В диссертации предложен прототип термитной капсулы, построена трехмерная нестационарная тепловая модель разрушения тугоплавких материалов продуктами горения термитных составов и экспериментально доказана ее корректность и прогностическая ценность в условиях теплового нагружения, приближенных к реализуемым в плотных слоях атмосферы. Теоретически и экспериментально обоснован выбор термитного состава, определены основные кинетические закономерности термитной реакции. На основе разработанной модели найдены оптимальные параметры состава и капсулы, обеспечивающие разрушение пластины заданной толщины из титанового сплава.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование разрушающего воздействия продуктов горения термитных составов на тугоплавкие материалы»

Таким образом, актуальность работы обусловлена:

(1) теоретической необходимостью разработки и совершенствования компьютерных моделей, описывающих применение существующих и перспективных высокоэнергетических составов термитного типа;

(2) практической необходимостью повышения безопасности проведения космических исследований путем решения актуальной научно-технической проблемы разрушения космического мусора, а также снижения затрат на дорогостоящие лабораторные и стендовые эксперименты в этой области исследований.

Цели и задачи исследования. Целью диссертации является построение трехмерной нестационарной тепловой модели разрушения тугоплавких материалов продуктами горения термитных составов, позволяющей корректно прогнозировать эффективность использования термитных составов для разрушения тугоплавких компонентов отработавших космических аппаратов с целью снижения риска падения их на Землю.

Для достижения этой цели потребовалось решение ряда задач:

- разработка прототипа и построение трехмерной нестационарной математической модели работы устройства;

- определение кинетических закономерностей термитного взаимодействия при различной скорости нагрева; построение кинетических моделей реакции и установление закономерностей энерговыделения;

- экспериментальное подтверждение результатов моделирования пиротехнического устройства в различных условиях теплового нагружения: лазерного нагрева и высокотемпературного гиперзвукового потока.

- расчет по разработанной тепловой модели закономерностей влияния рецептуры термитного состава, формы и размеров пиротехнического устройства на прожигание широко используемых титановых топливных баков.

Научная новизна работы заключается в получении следующих результатов:

1. Впервые разработана и экспериментально проверена трехмерная нестационарная тепловая модель разрушающего воздействия продуктов горения термитных составов на тугоплавкие материалы, описывающая поведение системы при различных условиях теплового нагружения. Модель позволяет корректно рассчитывать зависимости температуры от времени в любой точке трехмерного объекта.

2. Определены основные закономерности взаимодействия компонентов составов термитного типа при различной скорости их нагревания - с применением дифференциальной сканирующей калориметрии (скорость нагревания до 40 К/мин) и при воздействии лазерным лучом (скорость нагревания до 150 К/мин). Получены кинетические параметры (энергия активации и предэкспонент) реакции взаимодействия компонентов и впервые установлена температура воспламенения термитных составов в условиях лазерного нагрева.

3. В результате расчетов по разработанной тепловой модели установлены закономерности влияния формы и размера термитной капсулы на эффективность прожигания тугоплавкого материала.

Теоретическая и практическая значимость работы:

Разработанная модель разрушения тугоплавких материалов продуктами горения термитного состава позволяет рассчитать необходимую геометрию и способ крепления термитного устройства для надежного прожигания целевой пластины в условиях заданного теплового нагружения. В частности, расчетами доказано, что на высоте 70 км наиболее эффективной для надежного прожигания титанового бака с толщиной стенок 0.8 мм является капсула, в которой содержится термитный состав с наноразмерным алюминием, заряд имеет цилиндрическую форму высотой 3 мм и диаметром 10 мм, а сама капсула закреплена на целевой пластине методом точечной сварки или с применением узкого ремня толщиной 0.6 мм.

Создан прототип пиротехнического устройства, пассивно инициируемого при падении в плотных слоях атмосферы, которое позволяет фрагментировать обломки отработавших летательных аппаратов и отделяемые части ракеты-носителя на стадии их спуска в плотных слоях атмосферы с целью минимизации размера зоны отчуждения. Разработанное устройство позволит значительно снизить вероятность падения на Землю частей отработавших космических аппаратов и тем самым повысить степень безопасности космических полетов. По результатам работы получены патенты РФ.

Методы исследования:

Морфология поверхности образцов энергетических конденсированных систем (ЭКС) исследована методами сканирующей электронной микроскопии (без нанесения покрытий) на воздухе при давлении 1 атм и растровой электронной микроскопии в условиях вакуума.

Описание кинетики процессов взаимодействия компонентов термитных составов проведено с использованием термокинетического моделирования на основе уравнений нелинейной регрессии. Это позволило представить совокупность

отдельных стадий реакции в виде целостной модели, применяемой для прогнозирования хода реакции в различных температурных условиях.

Определение теплофизических параметров материалов проводилось методами лазерной вспышки и дифференциальной сканирующей калориметрии.

Степень достоверности полученных результатов. Достоверность полученных результатов и выводов обеспечивается:

- использованием современных методов диагностики и приборов научного поиска (сканирующая электронная микроскопия, дифференциальная сканирующая калориметрия, совмещенная с термогравиметрией, цифровая регистрация параметров воспламенения и горения, лазерное инициирование, видео-регистрация процесса срабатывания пиротехнического устройства);

- физической обоснованностью принятых допущений;

- строгостью математического описания разработанной тепловой модели;

- критическим анализом полученных результатов и сравнением с экспериментальными данными, полученными в различных условиях теплового нагружения, а также широкой апробацией материалов диссертации на научных конференциях, совещаниях и семинарах.

Положения выносимые на защиту:

- результаты трехмерного моделирования разрушающего воздействия продуктов горения термитного состава на тугоплавкие материалы в условиях их падения в плотных слоях атмосферы;

- методика отбора термитных композиций, наиболее эффективных для прожигания тугоплавких материалов, основанная на многостадийном термодинамическом расчете и разработанных физических критериях;

- результаты экспериментальных исследований закономерностей физико-химических превращений, происходящих при взаимодействии компонентов термитного состава;

- экспериментальные данные и физические представления о разрушающем воздействии продуктов горения термитных составов на тугоплавкие материалы в условиях теплового нагружения, имитирующих падение в плотных слоях атмосферы.

Личный вклад автора. Автором предложен прототип термитной капсулы и разработана трехмерная нестационарная модель ее работы. Проведен теоретический и экспериментальный отбор наиболее подходящих термитных составов. Лично автором установлены кинетические закономерности энерговыделения в отобранных термитных составах и определены кинетические параметры термитных реакций (энергия активации и предэкспонент). Экспериментально проверены результаты моделирования в условиях лазерного нагрева. Для проверки результатов моделирования в условиях гиперзвукового потока автором подготовлены испытательные образцы, а эксперименты проведены при его непосредственном участии. Также с использованием разработанной тепловой модели автором установлены закономерности влияния рецептуры термитного состава, формы и размеров пиротехнического устройства на прожигание широко используемых титановых топливных баков.

Апробация результатов. Результаты исследований, представленных в диссертации, докладывались и обсуждались на: Международной конференции по высокоэнергетическим материалам «НЕМв2016» (г. Томск, Россия 2016); 20-ом Семинаре по новым направлениям в исследовании энергетических материалов «КТЯЕМ'17» (г. Пардубице, Чехия 2017); Международном симпозиуме «Безопасность космических полетов» (г. Санкт-Петербург, Россия 2017); IX Всероссийской конференции «Энергетические конденсированные системы» (г. Дзержинский, Россия 2018); 44-ом Международном пиротехническом семинаре «Еишруш-2019» (г. Тур, Франция 2019); XXIX Семёновских чтениях (г. Москва, Россия 2019); Научной конференции по горению и взрыву, ФИЦ ХФ РАН (г. Москва, Россия 2021).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ и 2 патента РФ. Работ, опубликованных в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК - 5.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, формулировки основных результатов и выводов, списка сокращений и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 125 страницах и содержит 57 рисунков, 13 таблиц и библиографию из 95 наименований.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫМ ОБЗОР

1.1 Воспламенение и горение титана

Для выяснения возможных механизмов разрушающего воздействия рассмотрим процессы, происходящие с титаном во время нагревания, воспламенения и последующего горения в воздухе (см. рисунок 1).

Известно, что при температуре 1156 К титан претерпевает фазовое превращение из низкотемпературной гексагонально-упакованной структуры а в объемно-центрированную кубическую Р-фазу, которая остается стабильной до точки плавления (1933 К). Одним из сплавов, широко применяемых в аэрокосмической отрасли, является двухфазный сплав (а + в) марки Т1-6Л1-4У (ТЛ6У), российский аналог - ВТ6.

В процессе нагревания в воздухе окисление титана начинается при температуре свыше 750 К, а выше 950 К происходит активное поглощение кислорода с формированием защитного оксидного слоя, который замедляет дальнейшую реакцию окисления.

3250 К

Воспл. в О2 (880 К) I Воспл. в N (1090 К), реакция с Н20

1156 К - фазовый переход а^р, плотность а - 4.505, р - 4.32

1280 К - максимальная температура поверхности топливного бака

Рисунок 1. Схематическое представление физико-химических процессов при нагреве чистого Т на воздухе при Р = 0.1 МПа

Сравнительное термоаналитическое исследование процессов окисления порошков микро- и наноразмерного титана [1] показало, что микроразмерный порошок начинает окисляться при 923 К. Процесс описывается двумерной диффузией с энергией активации Еа = 220 ± 3 кДж/моль. В аналогичных условиях наноразмерный титан начинает реагировать с воздухом, начиная с 423 К и следуя логарифмическому закону окисления с Еа = 152 ± 3 кДж/моль.

До температуры воспламенения (1450 К) сформированный оксидный слой имеет сложную структуру, образованную оксидами титана от TiO до Ti7012. В процессе окисления цвет оксидного слоя изменяется от желтовато-золотого до темно-фиолетового и белого. Температура воспламенения титана в чистом кислороде - 880 К, а в чистом азоте - 1090 К. При той же температуре наблюдается реакция титана с водой [2]. Адиабатическая температура горения титана в чистом кислороде составляет приблизительно 3250 К при давлении 0.1 МПа [3].

Воспламенение и горение титана в виде компактного образца представляют собой сложные технические задачи [4,5] ввиду высокой теплопроводности титана, обеспечивающей высокую скорость отвода тепла из реакционной зоны в массу компактного образца и образования защитного оксидного слоя. Это приводит к крайне тяжелым критическим условиям воспламенения и достаточно низкой скорости горения компактных металлических образцов, несмотря на высокую теплоту сгорания титана [6]. Во время горения оксид титана накапливается на поверхности расплавленного металла, замедляя скорость его окисления [7]. В результате для поддержания горения требуется либо значительный дополнительный нагрев металла, либо повышение парциального давления кислорода, либо сдвиг расплавленного оксидного слоя [7,8]. Указанные условия могут быть обеспечены в реактивных двигателях, где сдвиг оксидного слоя обусловлен высокой скоростью движения газов и центробежными силами [4,5]. Так, самоподдерживающийся режим горения для пластин из титанового сплава ВТ6 толщиной 0.8 мм наблюдается при скорости воздушного потока более 23 м/с

[9]. В отсутствие газового потока устойчивое горение платин из титанового сплава ОТ4 (содержит 0.2-2% Мп и 3.5-5% А1) толщиной 0.55 мм происходит исключительно в чистом кислороде [10].

Таким образом, при нормальных условиях и в разреженной атмосфере самоподдерживающийся режим горения титана невозможен без дополнительного источника тепла.

1.2 Основные закономерности энерговыделения в термитных композициях

1.2.1 Дополнительный источник тепла для разрушения титанового сплава

Дополнительными химическими источниками тепла, инициируемыми нагреванием, могут служить взрывчатые вещества (ВВ) и композиции на их основе, а также класс пиротехнических составов, называемых термитами, состоящими из металла (как правило, алюминия, и оксида другого металла). Анализ литературных источников показывает, что по сравнению с традиционными СИЫС взрывчатыми материалами - тротил, гексоген, октоген, пентаэритриттетранитрат (ТЭН) -термитные составы обеспечивают более высокую объемную теплоту реакции [11,12]. Термическая стабильность оксидов, входящих в состав термитов, в значительной степени определяет температуру воспламенения для микро- [13] и нанотермитных составов [14]. На рисунке 2 представлена диаграмма соотношения удельного объемного энерговыделения и температуры воспламенения в воздухе для ряда ВВ и термитных составов (диаграмма Эшби), показывающая, что в условиях предполагаемого космического применения использование энергии термитного взаимодействия является предпочтительным, поскольку при более высокой термической стабильности обеспечивается существенно более высокое энерговыделение на единицу объема состава.

Таким образом, источником дополнительной тепловой энергии для разрушения тугоплавкого конструкционного материала может служить термитный состав, эффективно срабатывающий при падении обломков космического аппарата в плотных слоях атмосферы.

1.2.2 Энтальпия реакции термитного взаимодействия

Впервые термин «термит» был введен в 1908 году Гольдшмидтом [15] для обозначения экзотермических реакций восстановления оксида металла и окисления алюминия. Такие реакции проходят с высоким энерговыделением, достаточным для расплавления продуктов реакции. Так, при реакции

2А1 + Бе20з ^ 2Бе + АЬОз + 878.8 кал/г

25

о __

5 20 о

® 15

s х

<D

§ 10

.а

со

о *р 5

А) 5 X

О

0

Al/MoO3

Ч

Al/CuO

V

Al/WO

Ж

3

Al/BUO

2O3 f

Al/V2O5

Al/Cr2O3

Al/Co3O4 /

\

Al/Fe2O3 Al/Nb^O

2O5

Al B O

\

Al/Ta^O

2O5

ТЭН Гексоген * ^ ^-Октоген ^Тротил

\

Al/SnO2

400 600 800 1000 1200 1400 Температура начала реакции, К

1600

Рисунок 2. Диаграмма Эшби, показывающая соотношение удельного объемного энерговыделения [11] и температуры воспламенения некоторых взрывчатых веществ (красные квадраты) и микро- [13] и наноразмерных [14] термитных составов (синие круги)

достигается температура 3725 K, превышающая температуру плавления как железа (1812 К), так и оксида алюминия (2317 К). В настоящее время термином «термит» обозначают более широкий класс самоподдерживающихся реакций, не требующих участия внешнего окислителя, в которых металл взаимодействует с оксидом другого металла или неметалла, а также с другим металлом.

Величина экзотермического эффекта при взаимодействии компонентов термитного состава определяется энтальпией реакции. Используя стандартный термодинамический расчет, в работе [16] определены основные параметры взаимодействия термитных смесей, включая теплоту реакции и адиабатическую температуру горения Tad. На рисунке 3 представлена сравнительная диаграмма

Тротил Гексоген ТЭН Октоген Mg/B2O3 Ti/Cr2O3 AI/B2O3 Zr/СпОз Al/СпОз Be/B2O3 Ti/Fe2O3 AI/V2O5 Al/Fe2O3 Al/CoO Al/MoO3 Al/СозО* Al/CuO Be/PbO2

|кал/см3 ■ кал/г

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Рисунок 3. Теплота взрыва некоторых мощных взрывчатых веществ и энтальпия реакции взаимодействия ряда термитных композиций [16]

теплоты горения ряда высокоэнергетических термитов по данным работы [16] и теплоты взрыва мощных взрывчатых веществ. Очевидно, что по количеству выделившегося тепла термитные составы обладают большим потенциалом, чем ряд мощных ВВ.

Во многих случаях адиабатическая температура реакции Tad превышает температуру плавления продуктов, как например, для термитных смесей алюминия с оксидами Fe2O3, NiO, C03O4, СГ2О3, V2O5, M0O3, WO3, PbO2, MnO2, и Nb2Os, в то время как при реагировании алюминия с оксидом бора (B2O3) достигается температура плавления Al2O3. По величине Tad можно оценить способность реакции распространяться в самоподдерживающемся режиме, которая определяется условием Tad > 1800 K [17].

При поиске оптимальных термитных составов для практического применения необходимо учитывать ряд факторов, включающих величину энерговыделения на единицу массы/объема, Tad, определяющую фазовое состояние продуктов взаимодействия, химическую стабильность и токсичность реагентов и продуктов, химическую совместимость с другими материалами, скорость реакции, площадь теплового контакта, стоимость и ряд других факторов. Как будет показано далее, для целевого применения оптимальным оказался состав, не обладающий максимальной теплотой горения.

1.2.3 Варьирование скорости горения термитного состава

Известно, что скорость горения термитного состава зависит от ряда экспериментальных параметров, среди которых отметим давление окружающей среды, соотношение компонентов состава, плотность состава, размер частиц компонентов, пространственную ориентацию заряда, гравитационные перегрузки.

В настоящее время показано, что варьирование размеров частиц термитов может обеспечить широкий спектр изменения скорости их горения и чувствительности к механическим воздействиям [18,19]. Считается, что

существенное снижение диффузионной длины и возрастание поверхности реакции в нанотермитах обеспечивает значительный рост скорости горения от 0.03 до 2600 м/с [20-22], что приближает скорость распространения реакции к величинам, характерным для инициирующих ВВ - азидов свинца РЬК3 или серебра А§К3 (15002000 м/с). Дополнительно обеспечивается существенное снижение времени задержки воспламенения, а также снижение необходимой для инициирования реакции температуры [23-25]. Эти преимущества реализованы, в частности, в микродвигателях с нанотермитными топливами [20], в «термитных чернилах» [26] - составах для нанесения слоя легкоинициируемой высокоэнергетической термитной композиции практически любой формы на инертную подложку методом робокастинга. Однако в литературе отмечается, что реально наблюдаемое возрастание скорости горения нанотермитов значительно ниже ожидаемого [27,28]. Одной из причин является плавление алюминия и формирование крупных агрегатов до начала реакции, то есть потеря наноразмерной микроструктуры состава [28,29].

Скорость горения термитных составов в значительной степени зависит от их пористости [30-32]. Однако природа этой зависимости до сих пор обсуждается

[33]. Считается, что для композиций малой пористости теплопередача от продуктов реакции к консолидированному непрореагировавшему составу происходит в основном по фронту реакции и определяется теплопроводностью, а для высокопористых составов доминирующую роль играет конвективный тепловой поток, носителем которого являются газообразные продукты реакции или расплав

[34]. Экспериментально установлено, что существует пороговая плотность нанотермитного состава р*, соответствующая "переключению" скорости распространения реакции горения из медленного режима в быстрый. Эмпирически определенные значения р* для нанотермита СиО/А1 составляют 44.4%, тогда как для В^03/А1 - 29.2% [35]. Варьирование плотности нанотермита является способом управления скоростью горения и зависимостью силы тяги двигателя в

микротрастерах. В работе [36] получено значение пороговой плотности р* = 38% для классического термитного состава А1/Бе203 при горении в условиях замкнутого объема.

В работе [37] показано, что для термитной композиции А1/Ре0/А1203 плотностью 4.5 г/см3 скорость горения и возрастает в 6 раз при увеличении перегрузки от 0 до 895 g (см. рисунок 4а). Рост скорости горения авторы объясняют форсированным затеканием расплава алюминия в поры еще непрореагировавшего состава, подобно прорыву горячих газов в поры при горении конденсированных ВВ [38]. Похожие закономерности получены в работе [39] на составах для синтеза карбидного и боридного керамического слоя (см. рисунок 4б).

а) б)

Рисунок 4. Зависимость скорости горения состава от перегрузки для состава:

а) А1/Бе0/А1203 [40]; б) Мо03/М0/А1/С (синий) и Мо03/№0/А1/Б (красный) [39]

1.3 Использование энергии термитных взаимодействий

Самораспространяющиеся термитные реакции с высоким энерговыделением широко применяются в металлургии [40-48], для пиротехнических целей [49], для синтеза керамических материалов [50], а также для генерации тепла [51-56].

Энергия, выделяемая в результате термитного или интерметаллического взаимодействия, позволяет получить прочное соединение пластин металлов. Преимущества такого метода очевидны: химическая и термическая стабильность компонентов смеси, высокое энерговыделение на единицу массы (объема), отсутствие необходимости во внешнем окислителе, простота, экономическая эффективность, доступность и дешевизна компонентов.

Так, прочное соединение пластин из титанового сплава Ti-6Al-4V на воздухе при комнатной температуре достигается при инициировании самоподдерживающейся экзотермической реакции в наноструктурированной многослойной фольге Al/Ni [57], содержащей 2000 слоев Al/Ni толщиной 25-80 нм каждый.

Современная технология ремонта и сварки рельсов в полевых условиях использует алюмотермитные реакции для соединения крупных деталей [58,59]. По сути, процесс реактивного сплавления представляет собой комбинацию плавильной и литьевой технологий: энергия термитной реакции расплавляет продукты - железо и оксид алюминия. Расплавленное железо, имеющее более высокую плотность, вытекает в область между свариваемыми деталями, а после застывания формируется прочное бездефектное соединение.

Как известно, для снаряжения боеприпасов и огнеметов используются термитно-зажигательные составы (ТЗС) - комбинированные смеси на основе термита и солей-окислителей, обеспечивающих более низкую температуру воспламенения смеси, чем для чистого термита. Как правило, в таких композициях используют алюминий, оксид железа и нитрат бария Ba(NO3)2. Однако для

космических применений использование солей-окислителей является неприемлемым ввиду их низкой химической и термической стабильности.

Прожигание металлических пластин/деталей с помощью термитных составов необходимо, например, для ликвидации аварий на нефтепроводах. Авторы работы [60] предложили погружать в стальную трубу, которую необходимо перфорировать, стальную гильзу, наполненную термитным составом А1/Бе203. После его воспламенения происходит открытие сопла, и истекающие продукты горения оказывают термомеханическое воздействие на стальную трубу, прожигая ее насквозь.

Авторы патента США [61] разработали «термитный бур» для прожигания стальных сейфов, брони танков и других устройств военного назначения. Учитывая, что расплавленное железо обладает более высокой эффективностью при прожигании, чем оксид алюминия, который при охлаждении смеси расплавов кристаллизуется раньше, авторам удалось разделить жидкие продукты реакции, используя разницу в их плотности (р = 7.874 г/см3, рА1203 = 3.99 г/см3). В результате реакции расплавленное железо попадает на металлическую преграду и расплавляет ее. Устройство, предложенное авторами, является технически сложным, громоздким и срабатывает только при его вертикальном расположении. Таким образом, к моменту постановки настоящего исследования отсутствовали как теоретическое обоснование, так и техническое решение задачи прожигания металлической пластины в космических условиях с использованием энергии термитного взаимодействия.

1.4 Проблема предотвращения падения на Землю космического мусора и пути ее решения

Фрагменты отработавших на низкой околоземной орбите летательных аппаратов, изготовленные из материалов с высокой температурой плавления -нержавеющая сталь, титан, бериллий - после фазы неконтролируемого падения в

плотных слоях атмосферы могут уцелеть и долететь до Земли [62]. Так, за период 2008-2017 гг. на Землю упали 392 фрагмента космических аппаратов весом более 500 кг [63]. В 1979 году в штате Техас (США) были найдены обломки частично разрушенного топливного бака второй ступени Delta II из нержавеющей стали. Титановый сферический бак диаметром 37 см от советского корабля Фотон 4 был найден в Австралии в 1988 г. Оставшаяся от советского спутника Космос 2267 металлическая пластина размером 2.4 x 2.4 м массой 20 кг была обнаружена в Мексике в 1994 г. В 2001 году в Саудовской Аравии упал титановый корпус двигателя третьей ступени весом около 70 кг.

Металлические баки из титанового сплава, например, ВТ6 (аналог TA6V), для жидких топлив и газов под давлением (гидразин или водород) не плавятся и не разрушаются при входе в плотные слои атмосферы. Выбор титанового сплава для конструкции топливных баков обусловлен легкостью и химической совместимостью этого материала с топливом. Однако высокая температура плавления (1933 К) обеспечивает высокую «выживаемость» титановых топливных баков после завершения миссии аппарата и падения его фрагментов в плотных слоях атмосферы.

Крупные объекты, которые находятся на низких околоземных орбитах, постепенно замедляются и через какое-то время входят в атмосферу. На рисунке 5 представлен процесс разрушения отработавшего космического аппарата весом около 800 кг [64]. На высоте 90-95 км под действием аэродинамических сил, превышающих допустимый крутящий момент вокруг точки крепления, от корабля отламываются солнечные батареи. Корпус аппарата, как правило, разрушается на высоте 84-72 км из-за аэродинамического воздействия, превышающего допустимую нагрузку. После разрушения конструкции отдельные компоненты или их фрагменты продолжают падать и нагреваются под воздействием аэродинамического потока, после чего либо сгорают полностью, либо падают на Землю. Дополнительная сложность состоит в наличии «зоны отчуждения» -

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Моногаров Константин Александрович, 2022 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Muravyev N.V., Monogarov K.A., Zhigach A.N., Kuskov M.L., Fomenkov I.V., Pivkina A.N. Exploring enhanced reactivity of nanosized titanium toward oxidation // Combustion and Flame. — 2018. — V. 191. — P. 109-115.

2. Gunaji M.V., Sircar S., Beeson H.D. Ignition and combustion of titanium and ttanium alloys // Flammability and Sensitivity of Materials in Oxygen-Enriched Atmospheres. — Ed. By D.D. Janoff, W.T. Royals, M.V. Gunaji / Philadelfia: American Society for Testing and Materials, 1995. — P. 81-85. — 271 p.

3. Strobridge T., Moulder J., Clark A. Titanium combustion in turbine engines. Report N0.FAA-RD-79-51. — Washington: Federal Aviation Administration, 1979. — 137 p.

4. Ohlemiller T.J., Shields J.R. Effect of suppressants on metal fires. — Gaithersburg: National Institute of Standards and Technology, 1975. — 34 p.

5. Baldwin J., Beach C., Rhein R. Extinction of Titanium Fires in Pressurized Flowing Air. Report No. NWC TP 6439. — China Lake: Naval Weapons Center, 1984. — 78 p.

6. Бахман Н. Н., Кузнецов Г. П., Пучков В. М. Исследование критических условий горения прессованных образцов титана // Физика горения и взрыва. — 1998. — Т. 34, № 3. — С. 50-55.

7. Clark A., Moulder J., Runyan C. Combustion of bulk titanium in oxygen // Proceedings of the Combustion Institute. — 1975. — V. 15, № 1. — P. 489-499.

8. Rhein R., Baldwin J. Literature review on titanium combustion and extinction. Report No. NWC TP 6167. — China Lake: Naval Weapons Center, 1980. — 324 p.

9. Борисова Е.А., Верникова Н.Г., Ефимов Б.Г., Заклязьминский Л.А., Клюкин С. С., Кузяев П.Н. Влияние состава титановых сплавов на характер горения в потоке воздуха // Физика горения и взрыва. — 1991. — Т. 27, № 3. — С. 35-40.

10. Бахман Н.Н., Кузнецов Г.П., Пучков В.М. Горение пластин титана // Физика горения и взрыва. — 2000. —Т. 36, № 4. — С. 60-65.

11. Fischer S., Grubelich M. A survey of combustible metals, thermites, and intermetallics for pyrotechnic applications // 32nd Joint Propulsion Conference and Exhibit / Lake Buena Vista: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1996. — 771 p.

12. Hastings D.L., Schoenitz M., Dreizin E.L. High density reactive composite powders // Journal of Alloys and Compounds. — 2018. — V. 735. — P. 1863-1870.

13. Черненко Е.В., Афанасьева Л.Ф., Лебедева В.А., Розенбанд В.И. Воспламеняемость смесей окислов металлов с алюминием // Физика горения и взрыва. — 1988. — Т. 24, № 6. — С. 3-11.

14. Jian G., Chowdhury S., Sullivan K., Zachariah M.R. Nanothermite reactions: Is gas phase oxygen generation from the oxygen carrier an essential prerequisite to ignition? // Combustion and Flame. — 2013. — V. 160, № 2. — P. 432-437.

15. Goldschmidt H. New thermite reactions // Iron Age. — 1908. — V. 82. — P. 232-232.

16. Fisher S.H., Grubelich M.C. Theoretical Energy Release of Thermites, Intermetallics, and Combustible Metals // Proceedings of 24th International Pyrotechnics Seminar. — Ed. by A.J. Tulis / Chicago: IIT Research Institute, 1998. — P. 231-286. — 852 p.

17. Merzhanov A.G. Self-propagating high-temperature synthesis: Twenty years of search and findings // Combustion and plasma synthesis of high-temperature materials.

— Ed. by Z. A. Munir, J. B. Holt / New York: VCH Publishers Inc, 1990. — P. 1-53. — 143 p.

18. Рогачёв А.С., Мукасьян А.С. Горение гетерогенных наноструктурных систем (обзор) // Физика горения и взрыва. — 2010. — Т. 46, № 3. — С. 3-30.

19. Piercey D., Klapoetke T. Nanoscale aluminium - metal oxide (thermite) reactions for application in energetic materials // Central European Journal of Energetic Materials. — 2010. — V. 7, № 2. — P. 115-129.

20. Shende R., Subramanian S., Hasan S., Apperson S., Thiruvengadathan R., Gangopadhyay K., Gangopadhyay S., Redner P., Kapoor D., Nicolich S., Balas W. Nanoenergetic composites of CuO nanorods, nanowires, and Al-nanoparticles // Propellants, Explosives, Pyrotechnics. — 2008. — V. 33, № 2. — P. 122-130.

21. Yetter R.A., Risha G.A., Son S.F. Metal particle combustion and nanotechnology // Proceedings of the Combustion Institute. — 2009. — V. 32, № 2. — P. 1819-1838.

22. Pantoya M., Granier J. Combustion behavior of highly energetic thermites: Nano versus micron composites // Propellants, Explosives, Pyrotechnics. — 2005. — V. 30, № 1. — P. 53-62.

23. Hunt E.M., Pantoya M.L. Ignition dynamics and activation energies of metallic thermites: From nano- to micron-scale particulate composites // Journal of Applied Physics. — 2005. — V. 98, № 3. — 034909: 1-7.

24. Puszynski J.A., Bulian C.J., Swiatkiewicz J.J. Processing and ignition characteristics of aluminum-bismuth trioxide nanothermite system // Journal of Propulsion and Power. — 2007. — V. 23, № 4. — P. 698-706.

25. Chowdhury S., Sullivan K., Piekiel N., Zhou L., Zachariah M.R. Diffusive vs explosive reaction at the nanoscale // The Journal of Physical Chemistry C. — 2010. — V. 114, № 20. — P. 9191-9195.

26. Pat. 8048242 US. Nanocomposite thermite ink / A.S. Tappan, J. Cesarano, J.N. Stuecker; priority 05.04.2007; publ. 01.11.2011.

27. Hübner J., Klaumünzer M., Comet M., Martin C., Vidal L., Schäfer M., Kryschi C., Spitzer D. Insights into combustion mechanisms of variable aluminum-based iron oxide/-hydroxide nanothermites // Combustion and Flame. — 2017. — V. 184. — P. 186-194.

28. Sullivan K.T., Kuntz J.D., Gash A.E. The role of fuel particle size on flame propagation velocity in thermites with a nanoscale oxidizer // Propellants, Explosives, Pyrotechnics. — 2014. — V. 39, № 3. — P. 407-415.

29. Sullivan K.T., Piekiel N.W., Wu C., Chowdhury S., Kelly S.T., Hufnagel T.C., Fezzaa K., Zachariah M.R. Reactive sintering: An important component in the combustion of nanocomposite thermites // Combustion and Flame. — 2012. — V. 159, № 1. — P. 2-15.

30. Sanders V.E., Asay B.W., Foley T.J., Tappan B.C., Pacheco A.N., Son S.F. Reaction propagation of four nanoscale energetic composites (Al/MoO3, Al/WO3, Al/CuO, and B12O3) // Journal of Propulsion and Power. — 2007. — V. 23, № 4. — P. 707-714.

31. Ahn J.Y., Kim J.H., Kim J.M., Lee D.W., Park J.K., Lee D., Kim S.H. Combustion characteristics of high-energy Al/CuO composite powders: The role of oxidizer structure and pellet density // Powder Technology. — 2013. — V. 241. — P. 67-73.

32. Saceleanu F., Idir M., Chaumeix N., Wen J.Z. Combustion characteristics of physically mixed 40 nm aluminum/copper oxide nanothermites using laser ignition // Frontiers in Chemistry. — 2018. — V. 6. — 465: 1-10.

33. Weismiller M.R., Malchi J.Y., Yetter R.A., Foley T.J. Dependence of flame propagation on pressure and pressurizing gas for an Al/CuO nanoscale thermite // Proceedings of the Combustion Institute. — 2009. — V. 32, № 2. — P. 1895-1903.

34. Epps J.M., Hickey J.-P., Wen J.Z. Modelling reaction propagation for Al/CuO nanothermite pellet combustion // Combustion and Flame. — 2021. — V. 229. — 111374: 1-6.

35. Pat. 20110167795 US. Nanothermite thrusters with a nanothermite propellant / S. Gangopadhyay, S. Apperson, K. Gangopadhyay, R. Thiruvengadathan, A. Bezmelnitsyn; priority 05.06.2009; publ. 14.07.2011.

36. Monogarov K., Pivkina A., Muravyev N., Meerov D., Dilhan D. Combustion of micro- and nanothermites under elevating pressure // Physics Procedia. — 2015. — V. 72. — P. 362-365.

37. Серков Б.Б., Максимов Э.И., Мержанов А.Г. Горение конденсированных систем в поле массовых сил // Физика горения и взрыва. — 1968. — Т. 4, № 4. — С. 349-352.

38. Андреев К.К. Термическое разложение и горение взрывчатых веществ. — Москва: Наука, 1966. — 347 с.

39. Андреев Д.Е., Икорников Д.М., Юхвид В.И., Санин В.Н. Исследование процессов горения высококалорийной термитной смеси на поверхности титановой основы // Физика горения и взрыва. — 2017. — Т. 53, № 5. — С. 93-98.

40. Pat. 875345 US. Thermic process / H. Goldschmidt; priority 06.01.1906; publ. 31.12.1907.

41. Perfect F.H. Metallothermic reduction of oxides in water-cooled furnaces // Transactions of the Metallurgical Society of American Institute of Mining, Metallurgical, and Petroleum Engineers. — 1967. — V. 239, №. 9. — P. 1282-1286.

42. Carlson O.N. Progress in extractive metallurgy. Volume 1. — New York: Gordon and Breach, 1973. — 187 p.

43. Amerongen C.V. The way things work. Volume 2. — New York: Simon and Schuster, 1971. — 137 p.

44. Chen Y., Lawrence F.V., Barkan C.P.L., Dantzig J.A. Heat transfer modelling of rail thermite welding // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit. — 2006. — V. 220, № 3. — P. 207-217.

45. Smartt H.B. Arc-welding processes // Materials Processing: Theory and Practices. — 1990. — V. 8. — P. 175-208.

46. Menf C., Atik E., §ahm S. Mechanical and metallurgical properties of welding zone in rail welded via thermite process // Science and Technology of Welding and Joining. — 2002. — V. 7, № 3. — P. 172-176.

47. Pat. 2604646 FR. Method for joining a workpiece made of austenitic manganese steel to a workpiece made of ordinary steel / C. Pichard; priority 03.10.1986; publ. 23.08.1991.

48. Сапченко И.Г., Жилин С.Г., Комаров О.Н., Предеин В.В. Применение термитных прибылей при получении стальных отливок // Литейное производство. — 2009. — № 6. — С. 33-36.

49. MacLain J.H. Pyrotechnics. From the viewpoint of solid state chemistry. — Philadelphia: The Franklin Institute Press, 1980. — 324 p.

50. Munir Z.A., Holt J. Combustion and plasma synthesis of high-temperature materials. — New York: VCH, 1990. — 492 p.

51. Spector M.L., Suriani E., Stukenbroeker G.L. Thermite process for fixation of high-level radioactive wastes // Industrial and Engineering Chemistry Process Design and Development. — 1968. — V. 7, № 1. — P. 117-122.

52. Rudolph G., Saidl J., Drobnik S., Guber W., Hild W., Krause H., Mueller W. Lab-scale R+D work on fission product solidification by vitrification and thermite processes // Proceedings of the Symposium on the Management of Radioactive Wastes from Fuel Reprocessing / Washington: OECD-NEA and IAEA, 1973. — P. 655-681. — 683 p.

53. Pat. 01198422 JP. Method for deciding heat treating condition of metal material / K. Nakajima, H. Nakamura, C. Yoshino; priority 02.02.1988; publ. 10.08.1989.

54. Pat. 3516880 US. Fuel unit for a gas turbine power plant / D. Johnson; priority 12.12.1966; publ. 23.06.1970.

55. Mohler J., Halcomb D., Begeal D. An effective low-profile thermite torch // Proceedings of the 15th International Pyrotechnics Seminar. — Ed. by A.J. Tulis / Chicago: IIT Research Institute, 1990. — P. 711-720. — 1051 p.

56. Pat. 4963203 US. High- and low-temperature-stable thermite composition for producing high-pressure, high-velocity gases / D.L. Halcomb, J.H. Mohler; priority 29.03.1990; publ. 16.10.1990.

57. Duckham A., Spey S.J., Wang J., Reiss M.E., Weihs T.P., Besnoin E., Knio O.M. Reactive nanostructured foil used as a heat source for joining titanium // Journal of Applied Physics. — 2004. — V. 96, № 4. — P. 2336-2342.

58. Hart R.N. Thermit welding process. — Bradley: Linday Publications, 1987. —

40 p.

59. Yuan X.Y., Zhan C.B., Jin H.B., Chen K.X. Novel method of thermite welding // Science and Technology of Welding and Joining. — 2010. — V. 15, № 1. — P. 54-58.

60. Костин С.В., Барзыкин В.В., Нечаев М.А., Ловля С.А. Прожигание стальных труб газодисперсными продуктами горения термита // Физика горения и взрыва. — 2000. — Т. 36, №4. — С. 79-82.

61. Pat. 4216721 US. Thermite penetrator device (U) / S.J. Marziano, R.E. Donnard; priority 22.12.1972; publ. 12.08.1980.

62. Stelmakh N.I., Usovik I.V., Yakovlev M.V. International legal aspects of operations for active removal of space debris from near Earth outer space // American Institute of Physics Conference Proceedings. — 2019. — V. 2171. — 130017: 1-6.

63. Pardini C., Anselmo L. Uncontrolled re-entries of massive space objects // 4th International Space Debris Re-entry Workshop / Darmstadt: ESA/ESOC, 2018. — 23 p.

64. Ailor W., Wilde P. Requirements for warning aircraft of re-entry debris // Proceedings of 3rd IAASS Conference. — Ed. by H. Lacoste / Rome: International Association for the Advancement of Space Safety, 2008. — 662 p.

65. Sgobba T. Safety design for space operations. — Oxford: ButterworthHeinemann Elsevier Ltd, 2013. — 1046 p.

66. Lazare B. The French space operations act: Technical regulations // Acta Astronautica. — 2013. — V. 92, № 2. — P. 209-212.

67. Пат. 2092409 РФ. Способ очистки околоземного космического пространства от космических объектов и мелких частиц путем их разрушения и устройство для его осуществления / Ю.В. Корягин, В.Н. Долгих, В.И. Савин, В.П. Сенкевич, Э.Г. Семененко; заявл. 16.11.1993; опубл. 20.10.1995.

68. Пат. 220450 РФ. Способ разрушения фрагментов космического мусора / И.В. Денисов; заявл. 22.04.2002; опубл. 20.05.2003.

69. Пат. 2572283 РФ. Способ разрушения фрагментов космического мусора / А.В. Гуськов, К.Е. Милевский, В.А. Ломан; заявл. 28.08.2014; опубл. 10.01.2016.

70. Пат. 116466 РФ. Устройство для разрушения крупногабаритных космических аппаратов / И.Д. Бадьин; заявл. 01.12.2011; опубл. 27.05.2012.

71. Heinrich S., Leglise F., Harrison L., Renard F., Nold O. Trade-off atmospheric re-entry: Design for demise vs controlled re-entry // Space safety is no accident. —

Ed. by T. Sgobba, I. Rongier / Cham: Springer International Publishing, 2015. — P. 423435. — 640 p.

72. Masuda T., Masuoka I., Kajiwara K., Yamada K. Demise characteristics evaluation for melting promotion-type tank // Journal of Propulsion and Power. — 2015.

— V. 31, № 3. — P. 981-985.

73. Este H. R. Development and implementation of a process for producing a highly wettable aluminum PMD for the GPM hydrazine tank // 48th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit / Atlanta: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2012. — 638 p.

74. Monogarov K.A., Pivkina A.N., Grishin L.I., Frolov Yu.V., Dilhan D. Uncontrolled re-entry of satellite parts after finishing their mission in LEO: Titanium alloy degradation by thermite reaction energy // Acta Astronautica. — 2017. — V. 135.

— P. 69-75.

75. Monogarov K.A., Melnikov I.N., Drozdov S.M., Dilhan D., Frolov Yu.V., Muravyev N.V., Pivkina A.N. Pyrotechnic approach to space debris destruction: From thermal modeling to hypersonic wind tunnel tests // Acta Astronautica. — 2020. — V. 172. — P. 47-55.

76. Monogarov K., Trushlyakov V., Zharikov K., Dron M., Iordan Y., Davydovich D., Melnikov I., Pivkina A. Utilization of thermite energy for re-entry disruption of detachable rocket elements made of composite polymeric material // Acta Astronautica.

— 2018. — V. 150. — P. 49-55.

77. Annaloro J., Galera S., Thiebaut C., Spel M., Van Hauwaert P., Grossir G., Paris S., Chazot O., Omaly P. Aerothermodynamics modelling of complex shapes in the DEBRISK atmospheric reentry tool: Methodology and validation // Acta Astronautica.

— 2020. — V. 171. — P. 388-402.

78. Бруяка В.А., Фокин В.Г., Солдусова Е.А. Инженерный анализ в ANSYS Workbench. — Самара: Самарский государственый технический университет, 2010. — 271 с.

79. Денисов М.А. Компьютерное проектирование. ANSYS. — Екатеринбург: Уральский университет, 2014. — 77 с.

80. Иванов Д.В., Доль А.В. Введение в ANSYS Workbench. — Саратов: Амирит, 2016. — 56 с.

81. Jeurgens L.P.H., Sloof W.G., Tichelaar F.D., Mittemeijer E.J. Structure and morphology of aluminium-oxide films formed by thermal oxidation of aluminium // Thin Solid Films. — 2002. — V. 418, № 2. — P. 89-101.

82. Trunov M.A., Schoenitz M., Dreizin E.L. Effect of polymorphic phase transformations in alumina layer on ignition of aluminium particles // Combustion Theory and Modelling. — 2006. — V. 10, № 4. — P. 603-623.

83. Kissinger H.E. Reaction kinetics in differential thermal analysis // Analytical chemistry. — 1957. — V. 29, № 11. — P. 1702-1706.

84. Sun J., Pantoya M.L., Simon S.L. Dependence of size and size distribution on reactivity of aluminum nanoparticles in reactions with oxygen and MoO3 // Thermochimica Acta. — 2006. — V. 444, № 2. — P. 117-127.

85. Schoenitz M., Patel B., Agboh O., Dreizin E. L. Oxidation of aluminum powders at high heating rates // Thermochimica Acta. — 2010. — V. 507-508. — P. 115122.

86. Моногаров К.А., Мееров Д.Б., Фролов Ю.В., Пивкина А.Н. Особенности горения наноразмерных термитов в пиронагревателях // Химическая физика. — 2019. — Т. 38, № 8. — С. 40-45.

87. Яковлев В. Ф. Курс физики. Теплота и молекулярная физика. — Москва: Просвещение, 1976. — 320 с.

88. Boivineau M., Cagran C., Doytier D., Eyraud V., Nadal M.-H., Wilthan B., Pottlacher G. Thermophysical properties of solid and liquid Ti-6Al-4V (TA6V) alloy // International Journal of Thermophysics. — 2006. — V. 27, № 2. — P. 507-529.

89. URL: https://webbook.nist.gov (дата обращения 17.06.2021).

90. Atkinson K. E. An introduction to numerical analysis. — New York: John Wiley & Sons, 1989. — 663 p.

91. Пат. 2637007 РФ. Способ разрушения деталей отработавших космических аппаратов и устройство для его реализации / К.А. Моногаров, Н.В. Муравьев, А.Н. Пивкина, Ю.В. Фролов, Д.Б. Мееров, А.С. Никифорова, И.В Фоменков, Д. Дильян; заявл. 14.04.2016; опубл. 29.11.2017.

92. Borovoy V.Ya., Brazhko V.N., Maikapar G.I., Skuratov A.S., Struminskaya I.V. Heat transfer peculiarities in supersonic flows // Journal of Aircraft. — 1992. — V. 29, № 6. — P. 969-977.

93. Мошаров В. Н., Радченко В. А. Измерение полей тепловых потоков в трубах кратковременного действия с помощью люминесцентных преобразователей температуры // Ученые записки ЦАГИ. — 2007. — Т. 38, № 1-2. — С. 94-101.

94. URL: http://www. space-propulsion.com/spacecraft-propulsion/hydrazine-tanks/index.html#58 (дата обращения 20.04.2021).

95. Пат. 2672683 РФ. Способ минимизации зон отчуждения отделяемых частей ракеты-носителя / В.И. Трушляков, Д.Ю. Давыдович, Ю.В. Иордан, Д.Б. Лемперт, Я.Т. Шатров, К.А. Моногаров, Н.В. Муравьев; заявл. 27.11.2017; опубл. 19.11.2018.