В сборнике представлены работы по исследованию и теории горения взрывчатых веществ и порохов, выполненные в основном в Институте химической физики до 1950 г. Эти работы являются основополагающими и отражают приоритет советской школы горения. Сборник будет полезен для научных сотрудников, инженеров, аспирантов и студентов, специализирующихся в области теории горения и взрыва конденсированных систем.

В развитии теории горения ведущая роль принадлежит советской научной школе. Химическая кинетика и теория взрывов были той тематикой, которую Н. Н. Семёнов положил в основу работы Института химической физики (ИХФ).

В настоящем сборнике приведены работы по горению конденсированных веществ (работы по детонации будут освещены в следующем сборнике). Они выполнены в 30-х — 40-х годах нашего века и устанавливают приоритет советской школы науки о горении в ряде фундаментальных вопросов и стали классическими.

Отметим два обстоятельства. Во-первых, характерен выбор наиболее актуальных направлений, являющихся научной основой крупнейших промышленных применений горения конденсированных веществ: детонации и горения взрывчатых веществ, порохов, капель углеводородного горючего. У истоков этих работ стояли Ю. Б. Харитон и К. К. Андреев. Лаборатория взрывчатых веществ ИХФ была организована Ю. Б. Харитоном в двадцатых годах.

Во-вторых, характерен научный подход, заключающийся в установлении конкретного механизма известных явлений — в выяснении макроскопических закономерностей и нахождении взаимообратимых связей между горением и химической кинетикой, тепло-массо-переносом, газодинамикой. Особенно существенен поиск детального механизма химических реакций. Этот подход выразился также в органическом единстве экспериментального и теоретического исследований. Напомним фундаментальные экспериментальные открытия: горение жидких ВВ в газовой фазе (А. Ф. Беляев); ускорение горения пороха потоком продуктов горения (О. И. Лейпунский); существование и свойства прогретого слоя твёрдого топлива (Я. Б. Зельдович, О. И. Лейпунский, П. Ф. Похил). Одновременно происходило развитие теории горения газов (Я. Б. Зельдович и Д. А. Франк-Каменецкий — см. первый сборник); горения пороха (Я. Б. Зельдович); гидродинамической неустойчивости фронта пламени (Л. Д. Ландау).

Большинство работ настоящего сборника трудно доступны для сильно возросшего круга читателей. Ознакомление с работами 30—40-х годов важно для изложения истории науки, включая восстановление приоритета, а также как поучительный пример чуткости восприятия прогрессивных тенденций в промышленности и оборонной технике, плодотворной органической связи теоретического и экспериментального методов исследований. Отметим также и высокие темпы работы. Многие работы актуальны и в настоящее время. Всё это определило переиздание работ тех лет (1920—1950 гг.) в отдельных тематических сборниках. Первый сборник «Теория горения газов» (М.: Наука, 1981 г.), в котором, в частности, опубликованы основополагающие работы Н. Н. Семёнова по тепловому и цепному взрывам, является идейной основой данного, второго, сборника исследований горения конденсированных систем. В свою очередь, второй сборник содержит существенные идеи о переходе к исследованиям детонации, содержащимся в готовящемся к печати третьем сборнике.

Горение взрывчатых веществ исследовалось в связи с значением их в промышленности и в общей теории горения.

В работе А. Ф. Беляева доказано, что при горении жидкого нитрогликоля химическая реакция происходит в парах. Это дало возможность применить к горению конденсированных веществ развитую ранее в ИХФ теорию горения газов. Им же впервые обнаружено на примере горения гремучей ртути диспергирование непрореагировавшего вещества; рассмотрены горение термитных смесей и причины зависимости скорости их горения от давления.

В работе Ю. Б. Харитона высказаны физические соображения о механизме самораспространяющихся реакций.

Работы К. К. Андреева посвящены исследованию горения взрывчатых веществ при низких давлениях. Ф. И. Дубовицкий впервые исследовал горение взрывчатых веществ при высоких давлениях (до 1000 атм).

Нестационарный (турбулентный) вид горения жидких взрывчатых веществ и переход в детонацию были обнаружены в работах Б. М. Степанова, Ю. Б. Харитона и в работах К. К. Андреева. Гидродинамическая теория возмущения поверхности горения газов и жидких взрывчатых веществ была создана Л. Д. Ландау.

Особое значение имеют работы по горению бездымного пороха. Горение пороха является теоретической основой артиллерии, или точнее, важнейшей части артиллерийской науки — внутренней баллистики. До Великой Отечественной войны господствовала ствольная артиллерия. Горение пороха в стволе орудия происходило при высоком давлении, детальный механизм горения не играл существенной роли.

В литературе фигурировали наивные, физически невозможные теории горения пороха (непосредственный удар молекул продуктов сгорания о поверхность пороха, сгорание каждого слоя в постоянном объёме с температурой, соответствующей горению при постоянном объёме).

Во время войны нашла широкое применение реактивная артиллерия, для которой характерно горение пороха при невысоких давлениях и баланс между приходом пороховых газов при горении и истечением их через сопло. Привлекли внимание непонятные явления при горении пороха в ракетных двигателях «Катюш» (спонтанное потухание, невозможность сжигания длинных зарядов и др.).

Формальная внутренняя баллистика с теорией скорости горения пороха, зависящей только от давления и начальной температуры, оказалась недостаточной. Возникла необходимость разработки современной теории горения пороха.

В сборнике представлены фундаментальная работа Я. Б. Зельдовича, 1942 г., открывающая современную теорию стационарного и нестационарного горения пороха.

О. И. Лейпунский в 1942 г. открыл явление раздувания, т. е. увеличение скорости горения пороха при обдуве его поверхности пороховыми газами (зарубежный термин — эрозия). О. И. Лейпунский с сотрудниками экспериментально обнаружил прогретый слой у поверхности пороха и подтвердил его свойства, предсказанные теорией Я. Б. Зельдовича.

П. Ф. Похил дал более реалистическую картину стационарного горения пороха. Он доказал экзотермичность реакции газификации пороха и диспергирование твёрдой фазы. Впоследствии нестационарная скорость горения в более реалистическом рассмотрении была исследована Б. В. Новожиловым (его работы сделаны позже охваченного периода и потому не вошли в данный сборник, так же как и материал недавно изданной книги Я. Б. Зельдовича, О. И. Лейпунского и В. Б. Либровича по нестационарной скорости горения).

Сумма работ по горению пороха составила физические основы внутренней баллистики реактивных двигателей на твёрдом топливе и сделала возможной уверенное проектирование зарядов.

Г. А. Варшавский разработал последовательную теорию диффузионного горения капли углеводородного топлива — основного процесса в дизельных двигателях внутреннего сгорания.

Работы Института химической физики, вошедшие в сборник, отражают приоритет и ведущее положение советской школы горения в охваченный период. Они будут очень полезны для изучения горения конденсированных систем и в настоящее время. Издание сборника приурочено к юбилею Института химической физики АН СССР, пятидесятилетие которого широко отмечено научной общественностью (1931—1981). Сборник будет полезен инженерам, научным работникам, аспирантам, студентам.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Книги на ту же тему

1. Физика горения и внутренняя баллистика, Ассовский И. Г., 2005
2. Введение в теорию детонации, Фикетт У., 1989
3. Теория цепных процессов, Акулов Н. С., 1951
4. Теория детонации, Зельдович Я. Б., Компанеец А. С., 1955
5. Физика горения газов, Щетинков Е. С., 1965
6. Избранные труды: Химическая физика и гидродинамика. Частицы, ядра, Вселенная. В 2-х кн. (комплект из 2 книг). — 2-е изд., репринт., Зельдович Я. Б., 2014
7. Распространение тепловых волн в гетерогенных средах, Матрос Ю. Ш., ред., 1988
8. Детонационные процессы в двухфазных средах, Гладилин А. М., Григоров А. И., Сагидуллин Г. Г., 1991
9. Численные методы газовой динамики: Учебное пособие для студентов вузов, Пирумов У. Г., Росляков Г. С., 1987
10. Газодинамические основы внутренней баллистики, Бетехтин С. А., Виницкий А. М., Горохов М. С., Станюкович К. П., Федотов И. Д., 1957
11. Ударные волны и экстремальные состояния вещества, 2000
12. Релаксационные процессы в ударных волнах, Ступоченко Е. В., Лосев С. А., Осипов А. И., 1965
13. Юлий Борисович Харитон: путь длиною в век. 2-е изд., доп., 2005
14. Математическая теория неоднородных газов, Чепмен С., Каулинг Т., 1960
15. Аналитические решения задач тепломассопереноса и термоупругости для многослойных конструкций: Учебное пособие для вузов, Кудинов В. А., Карташов Э. М., Калашников В. В., 2005
16. Некоторые вопросы кинетической теории газов, 1965
17. Методы физико-химической кинетики, Туницкий Н. Н., Каминский В. А., Тимашев С. Ф., 1972
18. Качественные методы в физической кинетике и гидрогазодинамике: Учеб. пособие для физич. спец. вузов, Крайнов В. П., 1989
19. Неравновесная термодинамика и физическая кинетика, Базаров И. П., Геворкян Э. В., Николаев П. Н., 1989
20. Камеры сгорания газотурбинных двигателей, Пчёлкин Ю. М., 1973
21. Кинетика химических реакций: Учебное пособие, Семиохин И. А., Страхов Б. В., Осипов А. И., 1995
22. Основы химической кинетики и катализа, Байрамов В. М., 2003
23. Исследование гидродинамической неустойчивости в задачах лазерного термоядерного синтеза методами математического моделирования, Лебо И. Г., Тишкин В. Ф., 2006
24. Взрывное дело: Сборник 83/40: Методики измерения и аппаратура для исследования действия взрыва, Родионов В. Н., Фомичев А. Г., ред., 1982
25. Отечественные миномёты и реактивная артиллерия, Широкорад А. Б., 2000
26. Артиллерия XX века. Свыше 300 артиллерийских систем всех стран мира, 2001