Файл: Покровский Г.И. Взрыв и его применение.pdf

во взрывные газы, т. е. волна детонации сама себя дви­

жет вперед.

Обычно волна детонации во взрывчатых веществах нор­

мальной мощности, например в тротиле, распространяется со скоростью около 7 километров в секунду. Взрывные газы

Рис. 7. Модель детонационной волны. Книга сме­ щает лежащие на столе карандаши; при этом фронт волны сжатия Ф движется значительно быстрее вправо, чем книга и смещаемые карандаши. /, 2. 3— последовательные моменты движения

движутся за фронтом волны детонации со скоростью около 2 километров в секунду.

За фронтом волны детонации имеется некоторый до­ вольно тонкий слой, внутри которого и осуществляется сама детонация, т. е. разложение взрывчатого вещества с выде­

лением энергии. Повышающееся при этом давление толкает

волну детонации вперед, производит уплотнение новых слоев взрывчатого вещества и доводит эти слои до детонации.

20

ложиться и разлетается. При этом частицы взрывчатого вещества догорают в полете, образуя мощное и яркое пламя. Если заряд находится в плотной оболочке, напри­ мер, в железном, стальном или чугунном корпусе, то де­

тонация оказывается полной даже у зарядов малых раз­

меров.

Некоторые вещества имеют настолько большой пре­ дельный диаметр, что их вообще нельзя считать взрывча­ тыми веществами. Например, слежавшаяся уплотненная

аммониевая селитра обычно не может взорваться. Однако если имеется большое количество селитры, то ее можно заставить детонировать путем взрыва достаточно крупного вспомогательного заряда.

Известен такой случай, происшедший в Германии при­ мерно сорок лет назад. Около города Оппау находился склад аммониевой селитры. В одном штабеле было сло­ жено более 10 000 тонн. Под влиянием собственного веса и

дождевой воды селитра сильно уплотнилась. Чтобы брать из штабеля то или иное количество селитры, стали ее дро­ бить при помощи взрывов небольших зарядов. Пока эти заряды были небольшими и их действие захватывало ма­

лые объемы штабеля, все шло благополучно. Но однажды

применили крупный заряд. Это привело к катастрофе: шта­ бель взорвался, на значительном пространстве были разру­

шены здания, погибло много людей. Звук взрыва слышал­

ся на расстоянии нескольких сотен километров.

ИНИЦИИРОВАНИЕ ВЗРЫВА

Как сказано выше, инициирование 'получается при ударе по поверхности заряда. Для того чтобы вызвать взрыв обычных взрывчатых веществ, требуется очень сильный удар. Такой удар может осуществить ударяющее плашмя плотное (металлическое) тело, движущееся со скоростью 1500—2000 метров в секунду. Обычными средствами осуще­ ствить такой удар трудно. Поэтому применяют вспомога­ тельные заряды, способные взрывными газами произвести удар нужной силы.

Вспомогательные заряды состоят из взрывчатых ве­

ществ, которые для своего инициирования требуют удара

гораздо меньшей силы или сравнительно небольшого разо­

гревания (рис. 8). Они могут быть взорваны еще меньшими по величине и еще более чувствительными зарядами (дето­ наторами, электродетонаторами).

Таким образом, слабым ударом соответствующим об­

22

разом устроенного ударника или электрическим током, пережигающим тонкую проволоку, можно вызвать взрыв самых больших зарядов.

При мощных взрывах возможна передача детонации на значительное расстояние. При этом основным передатчи­ ком взрыва являются твердые частиць), которым взрыв сообщает огромные скорости.

Основной заряд взрывчатого вещества

\ вспомогательный заряд

из взрывчатого вещества, чувствительного н инициированию

Детонатор (электродетонатор)

Рис. 8. Схема устройства заряда

ЭНЕРГИЯ и МОЩНОСТЬ ВЗРЫВА

Взрывчатые вещества при взрыве выделяют энергию. При взрыве появляются большие силы давления взрывных газов, способные произвести перемещение и разрушение окружающих предметов. В этом проявляется механическая сила взрыва. Кроме того, выделяется большое количество тепла, и температура взрывных газов достигает несколь­ ких тысяч градусов.

Запас энергии во взрывчатом веществе измеряется удельной энергией, т. е. энергией, содержащейся в еди­ нице веса взрывчатого вещества. У обычных взрывчатых веществ, например у тротила, удельная энергия довольно

постоянна (мало зависит от химического состава) и равна приблизительно 450 000 килограммометров на килограмм. Это значит, что энергия, выделяемая при взрыве одного килограмма тротила, если бы она полностью пошла на механическую работу, была бы достаточной, чтобы под­ нять груз весом 450 килограммов на высоту 1000 метров. Как видим, эта энергия довольно велика. Однако она значительно меньше, чем удельная энергия, запасенная в

горючих веществах. Например, в бензине содержится в

23

10 раз больше энергии, чем в обычном взрывчатом веще­ стве. Впрочем, необходимо иметь в виду, что горючее тре­ бует для своего горения кислорода, который берется из атмосферы. Следовательно, в горючем содержится только часть того запаса энергии, который выделяется при его сжигании. Другая часть энергии заключена в кислороде

воздуха.

Взрывчатое вещество в этом отношении коренным обра­ зом отличается от горючего. Оно не требует для выделения энергии никаких дополнительных материалов.

Горение идет более или менее быстро в зависимости от того, насколько быстро соединяются горючее и кислород.

Поэтому горение не может идти особенно быстро. Наобо­ рот, взрыв может протекать очень быстро — в десятки мил­

лионов раз быстрее, чем горение, именно потому, что вы­ деление энергии представляет собой у взрывчатого веще­

ства внутренний самостоятельный процесс.

Взрыв можно рассматривать как мощный и вместе с тем весьма недолго работающий двигатель.

Мощность двигателя, как известно, определяется путем деления механической работы на время, в течение кото­

рого работа совершена. Если с такой меркой подойти к взрыву, то окажется, что мощность взрыва чрезвычайно велика.

Для примера рассмотрим взрыв обычной тротиловой шашки весом 400 граммов. Допустим, что детонация идет вдоль шашки. Скорость детонации тротила — около

7000 метров в секунду. Длина шашки — 10 сантиметров.

Время t выделения энергии взрыва в таком случае равно

/ = ^- = 0,000014 сек,

7000

т. е. немного более одной стотысячной доли секунды. За это время выделяется энергия Е, равная

Е = 450 000 X 0,4 = 180 000 кем.

Мощность W равна энергии, деленной на время:

=jmoo=13000000000 кгм1сек. 0,000014

24

Это превосходит мощность самых крупных электро­ станций.

Мощность взрыва более крупных зарядов возрастает в соответствии с увеличением их размера. Если, например, линейные размеры заряда (т. е. его ширину, длину и вы­ соту) увеличить в два раза, то его вес увеличится пропор­ ционально объему в восемь раз. Как показывает расчет,

мощность взрыва при этом увеличится в четыре раза. Во­ обще мощность взрыва W пропорциональна квадрату корня кубического из веса заряда С:

ных силах и С — в килограммах.

При различных строительных работах в Советском Союзе производят весьма мощные взрывы. Например, не­ сколько лет назад при строительстве одного водохрани­ лища в Узбекистане был взорван сосредоточенный заряд, имевший форму, близкую к кубу, и вес около 400 тонн. Мощность этого взрыва составила

3 _________

w = 310 000 000 (У 400 000 2 = 1 700 000 000 000 л. с.

Учитывая, что каждая лошадиная сила равна 0,734 ки­ ловатта, можно выразить эту мощность в киловаттах. По­ лучаем 1 250 000 000 000 киловатт. Эта мощность намного превосходит мощность всех источников электрической энер­ гии, которыми обладает в настоящее время человечество.

Однако такая большая мощность сама по себе еще ни­ чего не значит. Дело не в том, сколь велика мощность, т. е.

насколько быстро выделяется энергия, а в том, насколько

можно использовать эту энергию для той или иной практи­ ческой цели. Здесь основное значение имеет то, как проис­

ходит действие взрыва, в особенности, как движутся тела,

окружающие заряд и приводимые в движение силами взрыва. Если суметь правильно использовать огромную мощность взрыва, то, несомненно, можно будет разрешить много производственных и научных задач.

Но в этой области есть еще много трудностей. Можно

указать хотя бы на следующую. При взрыве во взрывных газах образуется очень высокое давление. Например, при прохождении детонационной волны давление внутри заряда

25

повышается до 200 000 атмосфер (200 000 килограммов на

квадратный сантиметр). Если детонационная волна дохо­

дит до поверхности заряда, соприкасающегося с массив­ ной стальной стенкой, и волна ударяет в эту стенку, то.дав­

ление может подняться почти до полумиллиона атмосфер.

Очевидно, что при таких давлениях ни одно вещество не может остаться неизменным. По существу при таких дав­ лениях все тела, даже самая прочная сталь, текут как жид­ кости и сжимаются как газы. Поэтому управлять энергией взрыва нельзя обычными способами при помощи машин и механизмов с неизменными жесткими деталями, как напри­ мер у двигателей внутреннего сгорания. Здесь необходимы совсем особые способы овладения силами невиданной вели­ чины и скорости. И с этой необычной задачей советские

люди должны уметь справляться успешно.

РАСШИРЕНИЕ ВЗРЫВНЫХ ГАЗОВ И ОБРАЗОВАНИЕ УДАРНОЙ ВОЛНЫ В ОКРУЖАЮЩЕЙ ЗАРЯД СРЕДЕ

Прежде чем перейти к рассмотрению способов управ­ ления взрывом, ознакомимся с простейшими явлениями, возникающими при взрыве самопроизвольно, без вмеша­ тельства человека.

Особенно часто встречаются такие явления, как расши­ рение продуктов взрыва — взрывных газов и образование в окружающей среде ударной волны взрыва. Давление, возникающее во взрывных газах, первоначально очень ве­ лико: оно безусловно превосходит 100 000 атмосфер. По­ этому взрывные газы при любом взрыве расширяются в

большей или меньшей степени.

Рассмотрим движение взрывных газов несколько под­

робнее. Непосредственно после прохода волны детонации начинается расширение взрывных газов. Особенно быстро

движутся частицы, находящиеся на поверхности облака газов. Такие частицы определяют своим движением на­ правления переноса основной энергии взрыва. Если заряд находился в оболочке, то осколки оболочки обычно дви­ жутся совместно с головной частью взрывных газов. По­ ток осколков и частиц несет в себе значительную часть энергии взрыва и движется закономерно и направленно. Направление движения основной части энергии взрыва мо­

жет быть рассчитано заранее, и этим направлением можно управлять.

26

Осколки оболочки заряда и следующая за ними наибо­ лее быстрая часть газов разлетаются вблизи заряда по на­ правлениям, близким к перпендикуляру к соответствую­ щей поверхности заряда (рис. 9 и 10). Отклонение от пер­

колков действие взрыва распределяется в пространстве не­ равномерно. Наиболее сильным оно оказывается против граней заряда. Наоборот, вблизи углов и ребер заряда дей­ ствие взрыва значительно ослабляется. Здесь расположены так называемые зоны пониженного действия взрыва. Потоки

Рис. 10. Схема разлета осколков оболочки заряда при взрыве