Детонация (франц. détoner – взрываться, от лат. detono – гремлю) – процесс химического превращения взрывчатого вещества, сопровождающийся освобождением энергии и распространяющийся по веществу в виде волны от одного слоя к другому со сверхзвуковой скоростью. В отличие от горения, где распространение пламени обусловлено медленными процессами диффузии и теплопроводности, детонация представляет собой комплекс мощной ударной волны и зоны химического превращения. Ударная волна сжимает и нагревает вещество, вызывая в нём химические превращения. С другой стороны, теплота, выделяющаяся в результате реакции, поддерживает ударную волну, не давая ей затухать. Благодаря резкому повышению температуры и давления за фронтом ударной волны химическое превращение протекает чрезвычайно быстро в очень тонком слое, непосредственно прилегающем к фронту волны (заштрихованная область на рис. 1). При этом обеспечивается устойчивый стационарный режим волны детонации с постоянной скоростью. Скорость детонационных волн достигает 1–3 км/с в газовых смесях и 8–9 км/с во взрывчатых веществах, а давление на фронте распространяющихся в них детонационных волн составляет 1–5 МПа (10–50 кгс/cм²) и 10 ГПа (10⁵ кгс/см²) соответственно.

Возбуждение детонации является обычным способом осуществления взрывов. Детонация в заряде взрывчатого вещества создаётся интенсивным механическим или тепловым воздействием (удар, искровой разряд, взрыв металлической проволочки под действием электрического тока и т.п.). Сила воздействия, необходимого для возбуждения детонации, зависит от химической природы взрывчатого вещества. К механическому воздействию чувствительны, например, так называемые инициирующие взрывчатые вещества (гремучая ртуть, азид свинца и др.), которые обычно входят в состав капсюлей-детонаторов, используемых для возбуждения детонации вторичных (менее чувствительных) взрывчатых веществ.

В однородном взрывчатом веществе детонация обычно распространяется с постоянной скоростью, которая является минимальной среди возможных для данного вещества скоростей распространения детонационной волны. В детонационной волне, распространяющейся с минимальной скоростью, зона химической реакции перемещается относительно продуктов реакции со скоростью звука (но со сверхзвуковой скоростью относительно исходного вещества). Благодаря этому волны разрежения, возникающие при расширении газообразных продуктов химической реакции, не могут проникнуть в зону реакции и ослабить бегущую впереди ударную волну. Детонация, отвечающая указанным выше условиям, называется процессом Чепмена – Жуге; соответствующая ей минимальная скорость распространения принимается в качестве характеристики взрывчатого вещества.

При определённых условиях во взрывчатом веществе может быть возбуждена детонация, скорость распространения которой превышает минимальную скорость детонации. Так, взрыв заряда твёрдого взрывчатого вещества, помещённого в газообразную взрывчатую смесь, порождает в смеси ударную волну, интенсивность которой во много раз превосходит интенсивность волны, отвечающей режиму с минимальной скоростью. В результате в газовой смеси распространяется детонационная волна с повышенной скоростью. В этой волне, в отличие от процесса Чепмена – Жуге, зона химической реакции движется относительно продуктов реакции с дозвуковой скоростью. Поэтому по мере удаления такой волны от места её возникновения ударная волна постепенно ослабевает (сказывается влияние волн разрежения) и скорость распространения детонации снижается до минимального значения.

  

Детонатор (рис. 2) по виду воздействия может быть любой конструкции: электроразрядный, газодинамический, химический. На чертеже представлен газодинамический детонатор, разработанный в 40-х годах Институтом химической физики АН СССР, под названием "Устройство, основанное на предварительном получении детонационной волны в трубе малого сечения, с последующим выпуском ее в объем любой формы". Он представляет собой короткий отрезок трубы малого сечения, со сплошной по длине внутренней резьбовой нарезкой, с электросвечой зажигания на периферийном конце трубы.

Работа двигателя по двухтактному циклу начинается включением зажигания. В нижний цилиндр подается порция сжатого воздуха, воздействующего на поршень, который посредством рабочей жидкости 8 приводит в движение поршень 6. Он, в свою очередь, перекрывает продувочные 4 и выхлопные 5 окна. В цилиндре 1 создается воздушная подушка, куда через форсунку 2 вспрыскивается топливо, создавая заряд горючей смеси. Возникающая при воспламенении в детонаторе детонационная волна инициирует детонацию всего заряда. Возникающая при детонации ударная волна направленным действием на поршень передает мощность детонации рабочей жидкости 8, преобразованной соплом 7 в скоростной напор, приводящий в действие гидротурбину 9.
Завершая рабочий ход, поршень 6 открывает продувочные 4 и выхлопные окна 5, продукты детонации через выхлопные окна 5 удаляются из цилиндра 1 воздухом, поступающим через продувочные окна 4, отработавшая в гидроцилиндре 9 рабочая жидкость 8 поступает в нижний цилиндр, создавая своим воздействием на поршень воздушную подушку, и весь процесс повторяется.

Детонационный двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере блок спаренных цилиндров с разделительными поршнями, образующими газовые полости с камерами сгорания, сообщенные между собой и гидротурбиной при помощи магистралей рабочей жидкости. Камеры сгорания цилиндров двигателя снабжены детонаторами, инициирующими детонацию горючей смеси в камерах сгорания, воздействующую направленными ударными волнами на поршни, передающие мощность детонации гидротурбине посредством рабочей жидкости.