Сегодня - 15.07.2020

Лучшая сторона взрыва

14 октября 2013

Большинство считает, что взрыв — это опасно, и не все знают о его положительных качествах. Вы даже не представляете, сколько полезных вещей можно изобрести, если подойти к этому явлению с научной точки зрения: новые композиционные материалы, двигатели для гиперзвуковых самолетов, системы пожаротушения…

На всероссийской конференции «Взрыв в физическом эксперименте», организованной Институтом гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН, 105 ведущих ученых из 20 городов России обсуждали, как применять энергию взрыва для решения научных и прикладных задач. «Огонь, вышедший из-под контроля, вызывает ужас у всего живого, но уже миллионы лет, как человек использует его для приготовления пищи, обогрева жилища и т.д. Точно так же и со взрывом: с одной стороны, этого явления все боятся и стараются избежать, но с другой, если научиться управлять им, то открывается много новых возможностей его применения. Например, около полувека назад с помощью взрыва была создана насыпная плотина в урочище Медео для защиты Алма-Аты от селевого потока. Мало кто осознает, что множество «взрывоподобных» процессов происходит при работе двигателя внутреннего сгорания, а умение управлять ядерной реакцией позволило построить АЭС, атомные ледоколы...»,— рассказывает директор ИГиЛ СО РАН доктор физико-математических наук Анатолий Александрович Васильев.

Итак, если направить энергию взрыва в нужное русло, можно:

Предсказывать развитие реальных катастроф

Сотрудники Научно-исследовательского института прикладной математики и механики ТГУ работают над улучшением численного метода описания «взрыва». В математическое моделирование катастроф они включают значения физико-механических характеристик материала, что позволяет «предсказывать» вероятные разрушения и наиболее точно перелагать «в цифры» процесс, наблюдаемый в эксперименте.

Создавать двигатели для самолетов, передвигающихся с гиперзвуковыми скоростями

В Институте гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН изучается процесс непрерывной спиновой детонации в топливно-воздушных смесях (детонация  — процесс распространения взрывной волны со сверхзвуковой скоростью, сопровождающийся химическими реакциями), которая может стать новым, более эффективным способом переработки углеводородного горючего. Новосибирские ученые придумали другую схему, в которой волна бегает не вдоль трубы, а поперек. В результате смесь сжигается стационарно вращающимися волнами с огромными скоростями. Это создает предпосылки для создания детонационного двигателя (данная тематика сейчас интенсивно прорабатывается в промышленно развитых странах — США, Франции, Японии, Китае,  России), который позволит самолетам передвигаться со скоростью, в несколько раз превышающую скорость звука. Так на полет, например, из Москвы в Петропавловск-Камчатский вместо десяти часов уйдет менее двух. Вероятно, в будущем регистрация, досмотр багажа, паспортный контроль будут длиться дольше, чем само время нахождения в воздухе.

Удешевить энергетику и производство

Современная нефтехимия невозможна без катализаторов, работа которых, в свою очередь, сильно зависит от суммарной поверхности частичек, на которые они нанесены — чем она больше, тем выше эффективность. В свое время Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН совместно с НПО «Алтай» создали технологию получения ультрадисперсных алмазов из взрывчатки (детонационные наноалмазы). К сегодняшнему дню она разошлась «по странам и континентам». Ученые из Сибирского федерального университета и Красноярского научного центра СО РАН научились усиливать каталитическую активность детонационных наноалмазов применительно к задачам нефтехимии.

Изобретать инновационные материалы

Еще во времена создания Сибирского научного центра ученые из Института гидродинамики ми. М.А. Лаврентьева выяснили, что применяя энергию взрыва, можно получать композиционные материалы из веществ, которые ранее считались «несовместимыми» (железо с титаном, тантал с медью и т.д.). Эта технология называется сваркой взрывом. Из ИГиЛ СО РАН этот метод распространился по другим научным организациям. Например, недавно в Волгоградском государственном техническом университете показали, что  если соединить титан со сталью с помощью двух прослоек из композитов ниобия и меди, то получится материал, выдерживающий температуру 1100 °C. Такие сплавы дадут новый толчок для развития космической, нефтяной и химической промышленности.

А в Институте структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской академии наук энергию взрыва используют для изготовления крупногабаритного (площадью более 25 кв. м) биметалла. Приварить друг к другу два больших листа меди и стали обычным способом практически нереально, поможет только взрывная волна.  Зачем нужен этот биметалл? Возьмем такой пример: лучшим проводником электрического тока является медь, но она довольно дорогая. Только представьте себе, сколько понадобится меди для оборудования всей линии электропередач? Но на самом деле высокочастотные токи распространяются по поверхности, а значит, для провода хватит даже тонкой медной оболочки, а сердечник можно сделать из стали. Похожие задачи стоят при создании мощных электродов современных плавильных печей и многого другого промышленного и научного оборудования.

Повышать прочность приборов

Сотрудники Института гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН разрабатывают новое оборудование для детонационного напыления, которое сильно повышает износостойкость металлов. Например, если обработать им лопатки компрессоров авиационных двигателей, то они прослужат во много раз дольше. Подобное покрытие уже стало традиционным для деталей газотурбинного и нефтегазового оборудования.

И это далеко не все возможности практического применения энергии взрыва. Исследование детонационных процессов — актуальная тема для ученых во всем мире. Если говорить о тенденциях науки о детонации, то, по мнению доктора физико-математических наук Валентина Федоровича Куропатенко из Всероссийского научно-исследовательского института технической физики имени академика Е. И. Забабахина, ученым пора прекратить подгонять параметры численного моделирования под экспериментальные данные (ведь такие исследования не объясняют ничего и не позволяют достоверно прогнозировать поведение материалов в тех областях, где результаты отсутствуют). Необходимо сконцентрировать усилия на развитии моделей, основанных на фундаментальных  принципах физики, как это делалось в 40-50-е годы XX века до появления ЭВМ.

Диана Хомякова

Иллюстрации предоставлены ИГЛ СО РАН

Голосов еще нет
Поделись с друзьями: 

Система Orphus