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

продуктов взрыва, идущие от граней заряда и движущиеся с ними осколки оболочки заряда расширяются веерооб­ разно и несколько уменьшают объем зон пониженного дей­ ствия. Вследствие этого направления движения продуктов детонации и осколков могут отклоняться от перпендикуляра к внутренней поверхности заряда на углы больше 14° —

примерно до 20°.

Таким движением осколков и газов определяется об­ ласть разрушающего действия различных боеприпасов.

Граница зоны сильных разрушении

Поверхность грунта

Положение бомбы в момент разрыва

Рис. 11. Схема распределения в пространстве разрушающего дей­ ствия взрыва авиационной бомбы

При этом следует еще учитывать образование воронки при разрыве снарядов и авиационных бомб возле поверхности

грунта и влияние выбрасываемого грунта на поражаемые

взрывом предметы (рис. 11).

Если положить на поверхность грунта прямоугольный заряд и взорвать его в темноте, то можно при помощи фо­ тоаппарата с заранее открытым затвором заснять пламя взрыва. На рис. 12 показано, что пламя взрыва имеет форму опрокинутой буквы Т; из каждой грани заряда (кроме той, которая опирается на грунт) вырывается мощный факел пламени, движущийся в основном перпендикулярно грани;

факелы по мере их удаления от заряда расширяются и за­ канчиваются клубящимся пламенем, напоминающим по своей форме облака. Такая картина получается при взрыве заряда, не имеющего металлической оболочки. Если же происходит взрыв заряда в металлическом корпусе, то на

28

Если бы осколки летели в более разреженном воздухе, чем у поверхности земли, то торможение их воздухом было бы меньше. Например, на высоте 7000 метров, где плот­ ность воздуха в два раза меньше, чем у поверхности

земли, дальность действия осколков увеличится вдвое.

Дальность движения газовых струй также возрастет.

Расширяющиеся взрывные газы вытесняют во все сто­

роны окружающий воздух. Вытесняемый воздух уплот­ няется, и в нем получается ударная волна, т. е. масса сжа­ того воздуха, отделенная резкой границей от остального

воздуха, до которого еще не дошло действие взрыва. Удар­

ная волна движется в воздухе очень быстро. Вблизи за­ ряда ее скорость близка к скорости детонации. Чем дальше движется ударная волна, тем меньше становится ее ско­

рость. В конце концов ударная волна превращается в обыч­

На небольших расстояниях от места взрыва расширяю­

щиеся взрывные газы гонят перед собой воздушную удар­ ную волну, сжимая воздух наподобие поршня. Затем дав­ ление и плотность уменьшаются, как это всегда бывает при увеличении объема, занимаемого газом. Вследствие па­

дения давления взрывные газы теряют способность сжи­ мать окружающий воздух. Поэтому дальнейшее расшире­ ние взрывных газов оказывается невозможным и граница облака этих газов останавливается. Но воздух, приведен­ ный в движение взрывом, продолжает некоторое время дви­ жение, и сжатая зона воздуха отрывается от взрывных газов.

Если в соответствующий момент после взрыва произве­

сти мгновенное измерение давления в воздухе, окружаю­

щем место взрыва, то получилось бы следующее. В центре взрывные газы, успевшие уже сильно расшириться, имеют сравнительно небольшое давление. Снаружи в воздухе,

где образовалась ударная волна, давление значительно больше. Воздух быстро движется и передает ударную волну все дальше и дальше.

На рис. 14 показано облако расширяющихся взрывных газов. Точка в центре указывает положение заряда до

взрыва. Облако взрывных газов окружено ударной воздуш­ ной волной, т. е. массой уплотненного воздуха. Справа по­ казан график распределения давления в воздухе.

31

Это явление напоминает такой случай. Если погрузить весло в воду и перемещать его, то на поверхности воды получится волна, гонимая веслом. Если весло остановить,

то образовавшаяся волна не исчезнет и не остановится, а

будет двигаться дальше; она оторвется от весла и продол­ жит самостоятельно переносить вдаль полученную ею энергию.

Давление

Рис. 14. График распределения давления за фронтом ударной волны. В центре рисунка — облако взрывных газов

Волна, идущая по поверхности воды, и ударная волна,

вызванная взрывом в воздухе, конечно, сильно отличаются друг от друга. Однако как бы велики ни были их отличия,

эти волны имеют также и некоторые общие свойства. Осо­ бенно важным свойством их является способность отры­

ваться от тех тел, движением которых волны вызываются, и двигаться дальше самостоятельно.

Есть и другое существенное сходство. Например, если веслом гнать воду в определенном направлении, то сна­ чала получается волна на поверхности воды, движущаяся в сторону движения весла. После отрыва от весла волна

32 .

постепенно расходится в разные стороны и на некотором расстоянии от места своего возникновения превращается

в правильный круг. Совершенно так же воздушная удар­ ная волна движется при взрыве сначала в тех направле­

ниях, по которым ее гонят взрывные газы. При дальней­ шем движении головные части расширяющихся потоков взрывных газов сами начинают расширяться в стороны, что приводит к расширению фронта ударной воздушной волны. После отрыва от взрывных газов воздушная удар­ ная волна еще более расходится в стороны. Ударные волны, движущиеся в различные стороны от заряда, сое­ диняются вместе и образуют шарообразную волну, равно­ мерно движущуюся по всем направлениям.

Таким образом, резко выраженное направленное дей­

ствие взрывных газов, происходящее на малых расстоя­ ниях, постепенно уменьшается при увеличении расстояния от места взрыва и, наконец, почти совсем исчезает на расстояниях, превышающих размеры заряда в 20—30 раз. Конечно, это не значит, что на больших расстояниях дей­ ствие взрыва в целом распределено равномерно по всем направлениям. Необходимо иметь в виду, что обычно при взрыве в воздухе не только возникает воздушная ударная волна, но и летят осколки корпуса, в котором был за­

ключен заряд. Осколки летят по направлениям, примерно перпендикулярным поверхности корпуса заряда. Это на­ правление осколки сохраняют на больших расстояниях. Поэтому та часть действия взрыва, которую следует отне­ сти за счет осколков, сохраняет свою направленность и на больших расстояниях.

Интересно отметить следующую подробность. Если ос­

колки идут достаточно плотным потоком, то они способны

гнать перед собой воздушную ударную волну и придавать ее действию значительную направленность на расстояниях,

превосходящих в 10—20 раз размеры заряда.

Сказанное относится к взрыву в воздухе. Если взрыв происходит в более плотной среде, чем воздух, например в воде или в грунте, то возникающая при взрыве ударная волна окажется гораздо сильней, а торможение осколков произойдет быстрее. Здесь основное действие взрыва будет обусловлено одной лишь ударной волной или, точнее, мас­ сами, движущимися за фронтом волны. В этом случае на­

правленное действие взрыва тоже возможно, однако уже в совсем иных условиях.

33

ДАВЛЕНИЕ НА ФРОНТЕ УДАРНОЙ ВОЛНЫ

Действие ударной волны в первую очередь зависит от

давления на фронте этой волны. Это давление в свою оче­ редь зависит, во-первых, от веса и состава заряда взрывча­

того вещества, во-вторых, от того, на каком расстоянии на­ ходится точка, где определяется давление, от центра за­ ряда. Для зарядов, состоящих из одного и того же взрыв­

чатого вещества, первоначальное давление взрывных газов не зависит от размеров заряда и определяется только тем,

сколько энергии выделилось при взрыве каждого кило­ грамма данного взрывчатого вещества.

При расширении газов их давление падает, соответст­ венно падает давление и на фронте ударной волны. Умень­ шение давления зависит от того, во сколько раз расстояние от заряда стало больше средних размеров этого заряда. Например, если заряд имеет форму шара с радиусом, рав­ ным /?0, то при удалении от центра заряда на расстояние 2R0 давление упадет в 8 раз; при удалении от заряда на

3/?0 давление уменьшится в 27 раз; наконец, при удалении на расстояние 4/?0 давление падает в 64 раза. Из этого можно сделать вывод, что вблизи заряда давление об­ ратно пропорционально кубу относительного расстояния.

Относительным расстоянием называется отно­ шение расстояния от центра заряда до точки, где изме­ ряется давление, к радиусу заряда данного веса, если бы заряду придали форму шара.

В воздухе давление на фронте ударной волны на рас­ стояниях R, не превышающих 12—15 радиусов Ro заряда, можно для тротиловых зарядов выразить так:

Р = 50 ООО [кг/см2].

На более значительных расстояниях R давление умень­ шается при росте расстояния медленнее. При этом обычно приходится иметь в виду уже не полное давление, а его превышение над нормальным давлением воздуха, которое равно, как известно, примерно 1 кг/см2. Это превышение называется избыточным давлением на фронте ударной волны и обозначается ДРф.

В тех случаях, когда взрыв произошел в воздухе и когда ДРФ лежит в пределах примерно 2—0,1 кг/см2, можно опре­ делять Д/’ф по формуле

ДРф = 3,7

34

Здесь С — вес заряда в килограммах и 7? — расстояние в метрах.

Приведенная формула справедлива для тротила. У других взрывчатых веществ нормальной мощности отступ­ ления сравнительно невелики.

При переходе к воде формула сохраняет силу для при­

ближенных расчетов, но вместо коэффициента 3,7 необхо­

димо взять величину 550. В водонасыщенных грунтах ДРф примерно такое же, как и в воде. В твердой скале и бетоне оно становится в 3—4 раза больше, поэтому коэффициент в формуле достигает величины 1700—2200. Наконец, если взрыв произведен внутри "стального блока, то ДРф будет

еще больше и коэффициент дойдет до величины, равной примерно 5000.

Величина давления на фронте ударной волны—очень важное свойство этой волны. Однако это давление дейст­ вует очень малое время, равное примерно тысячным долям

секунды. За такое время многие разрушения не успевают произойти. Поэтому наряду с избыточным давлением важны и другие величины, характеризующие действие взрыва.

ИМПУЛЬС ВЗРЫВА

Чтобы измерить действие взрыва, нужно правильно вы­ брать способ измерения. Нередко высказывается мнение, что действие взрыва измерить трудно, что для этого нужны

сложные приборы, мало понятные неподготовленному че­ ловеку. Такое мнение неправильно. Во многих случаях воз­ можно и полезно применять простые средства измерения,

основанные на правильной теории. Одно из таких средств мы и рассмотрим.

Поставим на пути ударной волны и потока осколков толстую металлическую плиту (рис. 15). В плите сделаем

предварительно цилиндрическое отверстие, в которое вло­

жим цилиндр, способный с малым трением перемещаться вдоль оси отверстия. При взрыве цилиндр получит сильный удар от действия ударной волны и осколков и будет выбро­ шен из отверстия со скоростью, которую нетрудно изме­

рить.

Для этой цели, например, можно натянуть на пути ци­ линдра две проволоки, по которым идет электрический ток. Цилиндр при своем движении разорвет сначала одну, а потом другую проволоку. Время между разрывом пер­

вой и второй проволоки измеряется осциллографом — при­

35

бором, записывающим изменения силы электрического тока в зависимости от времени.

Итак, при помощи осциллографа можно определить время движения цилиндра, брошенного взрывом, на опре­ деленном участке пути. Расстояние между проволоками,

Электрическая аппаратура,

записывающая время полета

цилиндра

Проволоки,

разрываемые

летящим цилиндром^

Цилиндр, — воспринимающий U действие взрыва

Рис. 15. Схема установки для определения импульса взрыва

проходимое цилиндром, измерить легко. После этого не составит труда рассчитать скорость движения цилиндра.

Эта скорость равна частному от деления расстояния на время:

у расстояние время

Очевидно, что чем больше скорость цилиндра, брошен­

ного взрывом, тем сильнее действие взрыва. На основании

этого можно измерять действие взрыва, устанавливая ско­ рость тел, брошенных взрывом.

Однако такой способ измерения нельзя считать доста­

точным. Дело в том, что цилиндр может иметь различную

36

массу. Чем больше масса цилиндра, т. е. чем цилиндр тя­ желее, тем медленнее он будет двигаться при том же дей­ ствии взрыва. Поэтому скорость движения нельзя счи­ тать исчерпывающей мерой действия взрыва. Нужно од­

новременно учитывать и массу, и скорость. Можно дока­ зать, что действие взрыва будет измерено правильно, если учесть количество движения цилиндра, т. е. произведение

массы цилиндра на его скорость.

Количество движения равно импульсу взрыва: mV = /.

Здесь буквой I обозначен импульс взрыва, буквой т —

масса цилиндра, буквой V — скорость цилиндра. Установив такой способ измерения действия взрыва, мы

все же не довели дела до конца. Необходимо еще учесть

то, что импульс взрыва, действующий на цилиндр, зависит не только от силы взрыва, но и от площади поперечного сечения цилиндра, воспринимающей этот импульс. Чем больше поперечное сечение цилиндра, тем больше импульс.

Чтобы исключить неопределенность при таком измерении,

необходимо брать не весь импульс, а ту его часть, которая действует на единицу площади дна цилиндра, например, на один квадратный сантиметр. Для этого величину им­

пульса нужно разделить на площадь дна цилиндра. Полу­ ченная величина называется удельным импульсом:

Здесь буквой Л обозначен удельный импульс, бук­

Удельный импульс взрыва является основной мерой механического действия взрыва. Он определяется с целью

установить, может ли взрыв произвести заданное дейст­

вие или не может. Каждому виду разрушений, производи­ мых взрывом, соответствует определенная величина удель­ ного импульса.

Удельный импульс зависит от величины заряда и рас­ стояния от места взрыва до поверхности, воспринимающей

37