Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

08.10 Ударные и взрывные волны, звуковой удар

 

Якушев В.В., Ананьев С.Ю., Уткин А.В., Жуков А.Н., Долгобородов А.Ю. «Скорость звука в ударно-сжатых образцах из смеси микро- и нанодисперсных порошков никеля и алюминия» Физика горения и взрыва, 55, № 6, с. 108-114 (2019)

Измерена скорость звука за фронтом ударной волны в прессованных образцах из микро- и нанодисперсной смесей порошков никеля и алюминия при давлениях 10, 30 и 60 ГПа с целью проверки возможности протекания реакции с образованием алюминида никеля в субмикросекундном диапазоне времени. Показано, что в области давления до 60 ГПа скорость звука в образцах из нанодисперсной смеси выше, чем в образцах из микродисперсной смеси. Причем при приближении к 60 ГПа скорости звука в обеих смесях с учетом погрешности практически выравниваются, что связано с плавлением образцов. На основании полученных данных сделан вывод об отсутствии заметного протекания реакции Ni+Al за время менее 1 мкс.

Физика горения и взрыва, 55, № 6, с. 108-114 (2019) | Рубрики: 06.11 08.10

 

Куличков С.Н., Попов О.Е., Чунчузов И.П. «О некоторых особенностях излучения и распространения инфразвуковых сигналов Челябинского метеороида» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 40 (2019). 106 с.

Рассматривается распространение на большие расстояния инфразвукового сигнала, излучённого при падении Челябинского метеороида. Приводятся результаты моделирования распространения инфразвука в приземном звуковом канале волновым методом псевдодифференциального параболического уравнения. Проводится сравнение частотной дисперсии в диапазоне 0.3–0.8 Гц, наблюдаемой в экспериментальном сигнале, зарегистрированном на расстояния около 543 км на станции IS31 (Актюбинск) Международной системы инфразвукового мониторинга, с дисперсией в расчётном сигнале. Оценивается влияние на интенсивность инфразвукового сигнала выраженной направленности излучения. Делается вывод о необходимости учёта направленности излучения метеороида при оценках мощности источника инфразвука. Ключевые слова: инфразвуковые сигналы, Челябинский метеороид, частотная дисперсия, направленность излучения

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 40 (2019). 106 с. | Рубрика: 08.10

 

Юлдашев П.В., Карзова М.М., Хохлова В.А. «Моделирование волны звукового удара в неоднородной атмосфере на основе однонаправленного параболического волнового уравнения» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 42 (2019). 106 с.

Полет сверхзвуковых самолетов сопровождается непрерывной генерацией ударной волны, расходящейся от траектории движения в виде конуса Маха. На земле такая ударная волна амплитудой около 100 Па воспринимается как резкий импульсный шум. По этой причине полеты гражданской сверхзвуковой авиации через густонаселённые территории были запрещены. В настоящее время интерес к сверхзвуковым полетам возобновился и планируется создание малоразмерных летательных аппаратов бизнес-класса. Ожидается, что производимый ими шум будет существенно меньше, чем у полноразмерных лайнеров предыдущего поколения. Важным физическим явлением, которое необходимо учитывать при оценке уровня шума на поверхности земли, является взаимодействие волны с турбулентными неоднородностями атмосферы. Рефракция на случайных неоднородностях скорости звука приводит к появлению случайных областей фокусировки и дефокусировки, с соответствующим увеличением и уменьшением амплитуды. Таким образом, с некоторой вероятностью номинальный уровень шума может быть превышен. Целью данной работы было создание численной модели распространения ударной волны через случайно-неоднородный турбулентный слой на основе модифицированного параболического уравнения ХЗК для нелинейных импульсов, а также оценка статистики параметров ударных импульсов после прохождения слоя. В работе численная модель для уравнения ХЗК была реализована в двумерной геометрии. Модель учитывает дифракцию, рефракцию на неоднородностях показателя преломления, термоязкое и релаксационное поглощение. Численное решение строилось на основе метода расщепления по физическим факторам и конечно-разностных схем для отдельных операторов упомянутых выше физических эффектов. В качестве начального условия задавалась плоская N-волна с амплитудой 20 Па и длительностью 100 мс, что соответствует малоразмерным летальным аппаратам. Пространственное распределение показателя преломления генерировалось методом случайных Фурье-мод с использованием фон Кармановского спектра неоднородностей с интегральным масштабом L0=100 м. Максимальное расстояние распространения в глубину слоя принималось равным 2 км. Для набора статистики моделирование было проведено с достаточно длинными реализациями турбулентного слоя. Показано, что наличие неоднородностей, характерных для реальной атмосферы приводит к существенному искажению поля плоской волны и появлению областей, в которых амплитуда увеличивается более чем в полтора раза, по сравнению с номинальным уровнем. Ключевые слова: волна звукового удара, турбулентность, уравнение ХЗК

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 42 (2019). 106 с. | Рубрика: 08.10

 

Вознесенский А.С., Красилов М.Н., Куткин Я.О., Корякин В.В. «Особенности вибрационного отклика системы геосреда–анкер на ударное воздействие» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 64 (2019). 106 с.

Обсуждаются результаты оценки прочности горных пород в кровле подземных горных выработок в массиве гипсоносных пород методом неразрушающего контроля анкерного крепления с помощью ударно-спектрального устройства «Анкер-Тест». Метод использует связь между прочностью и акустической добротностью горных пород. Влияние расслоения пород кровли, выветривания и давления вышележащих слоев на прочность породы вокруг очистной выработки и транспортного штрека показано путем измерения амплитуды, частоты и добротности на основе спектрального анализа отклика анкера, установленного в кровле, на ударное воздействие. Внешние слои породы кровли подвержены воздействию влаги и выветривания, они содержат больше механических повреждений по сравнению с внутренними слоями, как для камеры, так и для штрека. Для них среднее значение акустической добротности меньше, чем для внутренних слоев. Это связано с механическим повреждением в месте, где тестируется кровля камеры. Визуально нарушения (расслоение горных пород и их обрушение) в кровле штрека меньше, чем в камере. Это определяется геологическим строением и большой толщиной гипсовой кровли в штреке, что снижает механические напряжения в породах кровли. Внутренние слои в камере меньше подвержены влиянию, чем в штреке. На это влияет более короткая продолжительность обнажения кровли в камере по сравнению с штреком, когда количество накопленных трещин пропорционально продолжительности механической нагрузки и влажности, возникающей в нависающих породах. Этот метод может быть использован для неразрушающего контроля прочности, усталости и ресурса горных пород вокруг горных выработок. Ключевые слова: анкерная крепь, горные породы, геоконтроль, ударно-спектральный, кровля

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 64 (2019). 106 с. | Рубрика: 08.10

 

Гурбатов С.Н., Дерябин М.С., Касьянов Д.А., Курин В.В., Тюрина А.В. «Экспериментальное исследование дифракции ударных акустических волн на краю экрана» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 70 (2019). 106 с.

Приведены результаты экспериментального исследования дифракции ударных акустических волн на краю экрана. Лабораторные эксперименты проводились в дегазированной дистиллированной воде при нормальных климатических условиях на установке, обеспечивающей позиционирование приемно-излучающей системы по трем линейным координатам с точностью не хуже 6 мкм. В качестве излучателей использовались поршневые преобразователи с рабочими частотами 1 и 2 МГц, диаметрами апертур от 1 см до 4 см. Амплитуда акустического давления на апертуре излучателей, составляла 1 МПа. Регистрация профиля акустической волны осуществлялась с помощью мембранного гидрофона имеющего практически равномерную характеристику чувствительности в полосе частот вплоть до 40 МГц. В качестве экранов, закрывающих половину площади волнового фронта падающего акустического пучка, использовались клинья, выполненные из различных упругих материалов: металлов, пластиков и пенопластов различной плотности и упругости, а, также дерево. Экраны располагались за последним дифракционным максимумом осевого распределения поля излучателя. В экспериментах подбирались такие значения чисел Рейнольдса, чтобы пилообразный профиль волны успевал полностью сформироваться до попадания пучка в экран, и чтобы интенсивные нелинейные взаимодействия в диафрагируемом интенсивном акустическом пучке продолжались и после преодоления экрана. В результате экспериментов удалось обнаружить некоторые особенности дифракции интенсивных акустических пучков. В частности, вблизи акустической оси излучателя регистрируются профили акустических волн имеющих спектральную характеристику с законом спадания гармоник существенно отличающимся от случая безграничного пространства. В поперечных распределениях амплитуд гармоник с номерами выше 7 наблюдался дополнительный экстремум, связанный как с дифракцией отдельных гармоник, так и с продолжающейся нелинейной генерацией кратных частоте накачки гармоник. Ключевые слова: дифракция, интенсивные акустические пучки, ударные волны

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 70 (2019). 106 с. | Рубрика: 08.10

 

Журавлева Е.С., Кедринский В.К «Фокусировка цилиндрической волны разрежения в слое двухфазной жидкости со свободной поверхностью» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 84 (2019). 106 с.

Рассматривается формирование ударной волны (УВ) и волны разрежения (ВР) при импульсном нагружении слоя жидкости со свободной поверхностью. Инициирование УВ выполняется заданием импульса массовой скорости поршня, соосного с осью симметрии, в форме экспоненты с диапазоном максимальных скоростей от 20 до 200 м/с. Постоянная экспоненты варьируется до 40 мкс. Радиус слоя жидкости изменялся от 1 до 10 см. Численный анализ формирования УВ выполнялся для двух состояний жидкости – чистой и дистиллированной воды с микропузырьками свободного газа. Согласно экспериментальным данным радиус микропузырьков имеет порядок 1.5 микрона, их концентрация Ko=10–5, а плотность совместно с микротвердымя частицами достигает 106 см–3. Двухфазная матмодель представлена в виде системы Иорданского–Когарко–ван Вийнгаардена (ИКванВ) для средних значений массовой скорости, плотности и давления, которая включала уравнение для концентрации свободного газа типа уравнения Рэлея. Численный расчет выполнялся в два этапа: 1 – расчет формирования, распространения, отражения УВ от свободной поверхности (формирование ВР) и фокусировка ВР на ось симметрии в однофазной чистой жидкости, 2 – в процессе формирования ВР в расчет включалась система ИКванВ, которая рассчитывала и формирование кавитационной пузырьковой зоны при фокусировке ВР на ось симметрии, и динамику структуры ВР. Для чистой жидкости рассчитывались распределения максимальных амплитуд УВ вдоль радиуса до свободной поверхности ВР от свободной поверхности до поверхности поршня. При этом полученные распределения максимальных амплитуд УВ и ВР оказались практически симметричными относительно радиуса. Было показано, что от поршня вдоль радиуса амплитуда УВ в процессе распространения уменьшается, достигая асимптотики r–0.72. Распространение ВР к оси симметрии носит кумулятивный характер, а за ее фронтом регистрируется интенсивный рост объемной концентрации газовой фазы. Выполнены расчеты влияния на ее рост амплитуды УВ-нагружения (от 40 до 200 м/с) и роли начальных данных состояния воды, увеличения постоянной спада экспоненты до 40 мкс. Обнаружен рост K вплоть до 15% при начальных данных: Ro=7 мкм и концентрации Ko=10–3.

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 84 (2019). 106 с. | Рубрика: 08.10

 

Зубин М.А., Максимов Ф.А., Остапенко Н.А. «Критерии существования вихревых особенностей Ферри в сверхзвуковых конических течениях при отсутствии точек ветвления ударных волн» Доклады академии наук, 489, № 6, с. 576-580 (2019)

На основе результатов численного исследования управления структурой течения около ромбовидного крыла с коническим сопряжением консолей при обтекании со скольжением на режимах со сверхзвуковыми передними кромками определены критерии существования вихревых особенностей Ферри в отсутствие точек ветвления головной и внутренней ударных волн.

Доклады академии наук, 489, № 6, с. 576-580 (2019) | Рубрика: 08.10

 

Ерофеев В.И., Леонтьева А.В., Шекоян А.В. «Ударные волны в термоупругой среде с точечными дефектами» Журнал технической физики, 90, № 1, с. 26-32 (2020)

Изучено распространение плоских продольных волн в безграничной среде с точечными дефектами, находящейся в нестационарном неоднородном температурном поле. Рассмотрена самосогласованная задача, учитывающая как влияние акустической волны на образование и перемещение дефектов, так и влияние дефектов на особенности распространения акустической волны. Показано, что в случае отсутствия диффузии тепла система уравнений сводится к нелинейному эволюционному уравнению относительно смещений частиц среды. Уравнение можно считать формальным обобщением уравнения Кортевега–де Вриза–Бюргерса. Методом усеченных разложений найдено точное решение эволюционного уравнения в виде стационарной ударной волны с монотонным убыванием. Отмечено, что диссипативные эффекты, обусловленные наличием дефектов, преобладают над дисперсией, связанной с миграцией дефектов в среде. Ключевые слова: термоупругая волна, стационарная ударная волна, точечные дефекты, эволюционное уравнение.

Журнал технической физики, 90, № 1, с. 26-32 (2020) | Рубрика: 08.10

 

Тахсини А.М. «Подавление детонационной волны с помощью облака из многокомпонентной смеси частиц» Прикладная механика и техническая физика, 60, № 1, с. 63-70 (2020)

С использованием многокомпонентной двухфазной модели для реагирующего сжимаемого поля потока, включающего облака твердых химически инертных частиц, исследуется влияние облака разнообразных частиц, находящегося вниз по потоку от ударной волны, на подавление детонационной волны. Детонационная волна моделируется для стехиометрической смеси водорода и кислорода с использованием полной химической модели. Разработана численная программа, в которой используются схема конечных объемов, метод направленных разностей, а также метод Сореля. Путем численного расчета получено значение результирующего давления при лобовом столкновении двух аналогичных волн, которое моделирует соударение детонационной волны с жесткой стенкой. Поскольку при ударе волны о стенку давление существенно увеличивается, для его понижения можно использовать многокомпонентное облако частиц как в случае малого, так и в случае длительного времени воздействия.

Прикладная механика и техническая физика, 60, № 1, с. 63-70 (2020) | Рубрика: 08.10

 

Li X.-L., Cao W., Song Q.-G., Gao D.-Y., Zheng B.-H., Guo X.-L., Lu Y., Wang X.-A. «Исследование характеристик энерговыделения взрывчатых веществ, содержащих B/Al, при взрыве в воздухе» Физика горения и взрыва, 55, № 6, с. 99-107 (2019)

Разработка и создание металлизированных взрывчатых веществ с низкой чувствительностью и высокой энергетикой относятся к числу ключевых проблем. Для изучения влияния содержания порошкообразного соединения B/Al на энерговыделение металлизированных взрывчатых веществ, взрываемых в воздухе, разработаны три состава на основе октогена, содержащие B/Al. Проведены испытания их взрыва в воздухе, а также численное моделирование взрыва методом конечных элементов LS-DYNA. Результаты показали, что избыточное давление в ударной волне от взрывчатых веществ, содержащих B/Al, выше, чем у содержащих только Al, в тех же условиях. Отличие результатов измерения от результатов расчета по эмпирическому уравнению составляет менее 3.5 кПа, от результатов численного моделирования – менее 4.9 кПа. Несмотря на то, что порошок Al легче реагирует с продуктами детонации и воздухом, время горения порошка B больше и при этом больше высвобождается энергии. Кроме того, при увеличении содержания порошка B/Al время горения возрастает, работоспособность и поражающее действие усиливаются.

Физика горения и взрыва, 55, № 6, с. 99-107 (2019) | Рубрика: 08.10

 

Шуршалов Л.В. «Численное моделирование ударного сжатия жидкой и парообразной воды для определения условий синтеза алмаза из графита» Физика горения и взрыва, 56, № 1, с. 120-130 (2020)

Рассмотрены примеры расчета ударного сжатия жидкой воды и водяного пара с использованием некоторым образом скорректированного упрощенного уравнения состояния воды Нигматулина–Болотновой. Основное внимание уделено достижению тех параметров численного моделирования (прежде всего, температуры воды), которые могут быть полезными при синтезе алмаза из графита. Показано, что благоприятным фактором для достижения требуемой температуры является ударное сжатие предварительно нагретого слоя жидкой воды. Еще более перспективным представляется использование вместо жидкой воды слоя нагретого водяного пара. В последнем случае для достижения нужных температур и давлений требуется существенно меньшая скорость ударника.

Физика горения и взрыва, 56, № 1, с. 120-130 (2020) | Рубрика: 08.10

 

Sandhu I.S., Sharma A., Thangadurai M., Kala M.B., Alegaonkar P.S., Singh M., Saroha D.R. «Сравнение ослабления взрывного давления каучуковой пеной в генераторе взрывной волны и в условиях полевых испытаний» Физика горения и взрыва, 56, № 1, с. 131-139 (2020)

Исследовалась эффективность подавления взрывной волны пеной из натурального каучука с открытыми порами в лабораторных и полевых условиях. Ослабление взрывной волны оценивалось в терминах пикового избыточного давления и положительной фазы импульса. Для измерения падающего и передаваемого через пену давления использовались пьезоэлектрические датчики давления, устанавливаемые в полевых испытаниях заподлицо с верхней поверхностью опорной плиты из композитного материала, а в лабораторных тестах - на торцевой пластине генератора взрывной волны. В полевых испытаниях взрывная волна генерировалась при детонации взрывчатого вещества, в лабораторных испытаниях она создавалась при разрыве диафрагмы в генераторе взрывной волны. Из результатов испытаний следует, что передаваемое через пену давление и соответствующие импульсы зависят от формы волны нагрузки, а также от тестовой конфигурации, используемой в лабораторном методе. Таким образом, лабораторные тесты с использованием генератора взрывной волны показывают только тенденцию трансформации передаваемого давления и в лучшем случае могут использоваться для сравнительной оценки ослабления взрывной волны при прохождении через различные материалы. Фактические значения передаваемого давления и импульса могут быть получены только в полевых испытаниях при взрывных нагрузках, создаваемых взрывчатыми веществами.

Физика горения и взрыва, 56, № 1, с. 131-139 (2020) | Рубрика: 08.10

 

Цзюн Ю.-С., Ким Ч.-Ц., Юнь Ч.-Ю. «Влияние резонатора Гельмгольца на работу генератора гартмана с соплом с большой степенью расширения» Прикладная механика и техническая физика, 60, № 6, с. 17-24 (2019)

С использованием модели турбулентности выполнено численное моделирование влияния емкости резонатора Гельмгольца на работу генератора Гартмана при большом значении отношения давления в сопле к давлению на выходе из него. Проведено сравнение результатов численного моделирования с экспериментальными данными. В результате численного моделирования установлено, что при использовании резонатора Гельмгольца частота колебаний генератора Гартмана и амплитуда его колебаний меньше, чем при использовании резонатора в виде прямолинейной трубы. Изолинии числа Маха и ячеистая структура ударных волн в области между соплом и резонатором практически одинаковы как в случае резонатора Гельмгольца, так и в случае резонатора в виде прямолинейной трубы, однако возвратное течение для резонаторов этих двух типов различное. Основная частота колебаний существенно зависит от диаметра задней камеры резонатора Гельмгольца.

Прикладная механика и техническая физика, 60, № 6, с. 17-24 (2019) | Рубрики: 04.08 08.10