Himičeskaâ fizikaHimičeskaâ fizikaХимическая физика0207-401XThe Russian Academy of Sciences68900910.31857/S0207401X25080098Combustion, explosion and shock wavesГорение, взрыв и ударные волныResearch ArticleShock initiation of detonation in a mixture of gelled nitromethane with microballoonsУдарно-волновое инициирование детонации в смеси гелеобразного нитрометана с микросферамиShakulaM. Yu.ШакулаМ. Ю.
Russian Federation
utkin@icp.ac.ruUtkinA. V.УткинА. В.
Russian Federation
utkin@icp.ac.ruMochalovaV. M.МочаловаВ. М.
Russian Federation
utkin@icp.ac.ruLavrovV. V.ЛавровВ. В.
Russian Federation
utkin@icp.ac.ruSavchenkoA. V.СавченкоА. В.
Russian Federation
utkin@icp.ac.ruVilkovV. V.ВилковВ. В.
Russian Federation
utkin@icp.ac.ruFederal Research Center of Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry, Russian Academy of SciencesФедеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наукMoscow Institute of Physics and TechnologyМосковский физико-технический институтLomonosov Moscow State UniversityМосковский государственный университет1508202544887961108202511082025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://transsyst.ru/0207-401X/article/view/689009

Using a multichannel laser interferometer, a series of experiments with recording of particle velocity profiles have been carried out to determine the dynamics of shock initiation of detonation in the mixtures of nitromethane with microballoons, which are heterogeneous explosives with a controlled charge structure. It is shown that the addition of 5–8 wt.% microballoons to nitromethane reduces the shock wave amplitude required to initiate detonation by almost an order of magnitude. At 8 wt.% of microballoons, depending on the initiation conditions, the realization of both steady Chapman-Jouguet detonation and weak detonation is observed.

С использованием многоточечного лазерного интерферометра проведена серия экспериментов с регистрацией профилей массовой скорости для определения динамики ударно-волнового инициирования смесей нитрометана с микросферами, которые являются гетерогенными взрывчатыми веществами с контролируемой структурой зарядов. Показано, что добавление к нитрометану 5–8 вес.% микросфер почти на порядок снижает необходимую для инициирования амплитуду ударной волны. При добавлении 8 вес.% микросфер в зависимости от условий инициирования, наблюдается реализация как стационарной детонации Чепмена–Жуге, так и низкоскоростной детонации.

nitromethanemicroballoonsdetonationshock initiation of detonationweak detonationнитрометанмикросферыдетонацияударно-волновое инициированиенизкоскоростная детонацияМинистерство науки и высшего образования Российской ФедерацииMinistry of Science And Higher Education of the Russian Federation075-00247-24-00Lee J.J., Frost D.L., Lee J.H.S., Dremin A. // Shock Waves. 1995. V. 5. № 1–2. P. 115.Presles H.N., Vidal P., Gois J.C., Khasainov B.A., Ermolaev B. S. // Shock Waves. 1995. V. 4. № 6. P. 325.Presles H.N., Vidal P., Gois J.C., Khasainov B.A., Ermolaev B.S. // Shock Waves. 1995. V. 4. № 6. P. 325.Satonkina N.P., Ershov A.P., Kashkarov A.O., Rubtsov I.A. // RSC adv. 2020. V. 10. № 30. P. 17620.Yunoshev A.S., Plastinin A.V., Rafeichik S.I. // Combust. Explos. Shock Waves. 2017. V. 53. P. 738.Юношев А.С., Пластинин А.В., Рафейчик С.И. // Физика горения и взрыва. 2017. V. 53, № 6. P. 132.Yang M., Ma H., Shen Z. // J. Energ. Mater. 2019. V. 37. № 4. P. 459.Busby T., Smith J., Sheehan P., Oxley J. // Propellants, Explos., Pyrotech. 2023. V. 48. №8. P. e202200324.Lavrov V.V., Zubareva A.N., Komissarov P.V. // Russ. J. Phys. Chem. B. 2019. V. 13. № 4. P. 603.Лавров В.В., Зубарева А.Н., Комиссаров П.В. // Хим. физика. 2019. V. 38. № 8. P. 31.Dattelbaum D.M., Sheffield S.A., Stahl D.B. et al. // Proc. 14th Intern. Detonation Sympos. Arlington, VA, USA: Office of Naval Research, 2010. P. 611.Engelke R. // Phys. Fluids. 1979. V. 22. № 9. P. 1623.Khasainov B.A., Ermolaev B.S., Presles H.N. // Tenth Intern. Sympos. on Detonation. Arlington, VA, USA: Office of Naval Research, 1993. P. 33395.Sabourin J.L., Yetter R.A., Asay B.W. et al. // Propellants, Explos., Pyrotech. 2009. V. 34. № 5. P. 385.Gois J.C., Campos J., Mendes R. // Proc. Conf. Amer. Phys. Soc. on Shock Compression of Condensed Matter. V. 2. Seattle, Washington: AIP Press, 1996. P. 827.Gois J.C., Campos J., Mendes R. // Proc. Conf. Amer. Phys. Soc. on Shock Compression of Condensed Matter. V 2. Seattle, Washington: AIP Press, 1996. P. 827.Mochalova V., Utkin A., Shakula M., Lavrov V. // Phys. Fluids. 2023. V. 35. № 1. P. 017117.Higgins A., Loiseau J., Mi X.C. // AIP Conf. Proc. 2018. V. 1979. № 1. P. 100019.Kondrikov B.N., Kozak G.D., Oblomskii V.B., Savkin A.V. // Combust., Explos., Shock Waves. 1987. V. 23. № 2.Кондриков Б.Н., Козак Г.Д., Обломский В.Б., Савкин А.В. // Физика горения и взрыва. 1987. V. 23. № 2. P. 83.Mochalova V., Utkin A., Shakula M. et al. // Phys. Fluids. 2024. V. 36. № 2. P. 026112.Mochalova V., Utkin A., Shakula M. et al. // Phys. Fluids. 2021. V. 33. № 4. P. 046108.Dremin A.N., Savrov S.D., Trofimov V.S., Shvedov K.K. Detonation Waves in Condensed Media. Moscow: Nauka, 1970.Дрёмин А.Н., Савров С.Д., Трофимов В.С., Шведов К.К. Детонационные волны в конденсированных средах. М.: Наука, 1970.Chaiken R.F. // J. Chem. Phys. 1960. V. 33. № 3. P. 760.Sheffield S.F., Weese R.K., Wardell J.F. et al. // Proc. 13th Intern. Deton. Sympos. Arlington, VA, USA: Office of Naval Research, 2006. P. 401.Bouyer V., Darbord I., Hervé P. et al. // Combust. Flame. 2006. V. 144. № 1–2. P. 139.Bouyer V., Darbord I., Hervé P. et al. // Combust. and Flame. 2006. V. 144. № 1–2. P. 139.Kanel G.I., Razorenov S.V., Utkin A.V., Fortov V.E. Shock-Wave Phenomena in Condensed Media. Moscow: “Yanus-K”,1996.Канель Г.И., Разоренов С.В., Уткин А.В., Фортов В.Е. Ударно-волновые явления в конденсированных средах. М.: “Янус-К”, 1996. P. 11.Mader C.L. Numerical modeling of detonations. Los Alamos Series in Basic and Applied Sciences, 1979.Utkin A., Mochalova V., Zubareva A. et al. // Propellants, Explos., Pyrotech. 2022. V. 47. № 9. e202200051.Utkin A.V., Mochalova V.M., Rogacheva A.I., Yakushev V.V. // Combust., Explos., Shock Waves. 2017. V. 53. № 2. P. 199.Уткин А.В., Мочалова В.М., Рогачева А.Е., Якушев В.В. // Физика горения и взрыва. 2017. V. 53. № 2. P. 84.Wang Z., Xue K., Mi X. // Phys. Fluids. 2024. V. 36. № 2. P. 023336.Ermolaev B.S., Sulimov A.A. Convective Combustion and Low-Speed Detonation of Porous Energy Materials. Torus Press Moscow. 2017.Ермолаев Б.С., Сулимов А.А. // Горение и взрыв. 2017. V. 10. № 3. P. 82.Ermolaev B.S. Belyaev A.A., Roman’kov A.V. et al. // Russ. J. Phys. Chem. B. 2019. V. 13. P. 646.Ермолаев Б.С., Беляев А.А., Романьков А.В. et al. // Хим. физика. 2019. V. 38. № 8. P. 80.