Файл: Подводные и подземные взрывы сб. ст.pdf

и расположение экрана относительно нее могут оказать существенное влияние на интенсивность прошедшей ударной волны. Отраженная волна разрежения может, таким образом, уменьшать давление в падающей удар­ ной волне только на то время, которое требуется для того, чтобы волна разрежения достигла поверхности воды и возвратилась в виде ударной волны, которая восстанавливает нагрузку. Но эта возвращающаяся от поверхности воды ударная волна встречает идущую на­ верх, отраженную от нижней поверхности экрана удар­ ную волну, что приводит к давлениям, более высоким, чем начальное давление на поверхности. Это высокое давление также не может поддерживаться дольше вре­ мени ее распространения до поверхности и обратно, после чего давление снова падает до начальной нагруз­ ки. Эти рассуждения частично иллюстрируются на диа­ грамме х, t рис. 68.

Г . Изменение во времени процесса прохождения ударной волны через пузырьковый экран

при нестационарной нагрузке (ядерный взрыв)

Два примера с пузырьковыми экранами толщиной 5 и 15 футов служат иллюстрацией некоторых интерес­ ных следствий при действии импульса от ядерного взры­ ва на тонкий экран. В обоих случаях используется экран с относительным содержанием воздуха ц = 10-4, на ко­ торый действует импульс давления 104 фунт/дюйм2 от взрыва на поверхности мощностью 1/2 Мт. В одном слу­ чае используется тот же экран, что и при ступенчатой нагрузке, т. е. толщиной 15 футов (на глубине от 20 до 35 футов). Экран толщиной 5 футов расположен на глу­

случая ступенчатой нагрузки, но очевидны и несколько отличительных черт. Падающая ударная волна Si отра­ жается пузырьковым экраном в виде волны разреже­ ния г2, точно так же как в предыдущем случае со сту­ пенчатой нагрузкой, но уменьшение давления за падаю­ щей ударной волной эквивалентно некоторой волне

разрежения ги следующей за ударной волной, и эта вол­ на разрежения отражается от экрана как волна сжа­ тия, которая вскоре переходит в ударную волну s2. Вза­ имодействие волн г1 и г2 дает область нулевого давления, которая продолжает существовать до тех пор, пока г% не отразится как ударная волна s3 от свободной поверх­ ности.

В случае экрана толщиной 5 футов, нижняя поверх­

ным исключением. В случае экрана толщиной 15 футов (рис. 69 и 70) ударная волна, идущая от поверхности, догоняет первичную ударную волну внутри экрана, увеличивая ее интенсивность перед отражением от ниж­ ней поверхности экрана. При толщине экрана 5 футов (не иллюстрируется) этой вторичной ударной волне не удается догнать первичную ударную волну за короткое время. Поэтому давление за прошедшей ударной вол­ ной в случае экрана толщиной 5 футов меньше, чем в случае экрана толщиной 15 футов.

Данные примеры показывают, насколько важно учи­ тывать взаимодействие между свободной поверхностью и пузырьковыми экранами на небольшой глубине. Для минимизации давления за прошедшей ударной волной глубина погружения экрана должна быть достаточной для того, чтобы волна, образующаяся от взаимодей­ ствия с поверхностью, не смогла догнать первичную ударную волну, проходящую через экран. Поскольку вода является по существу линейной средой, то, если ударные волны не коалесцируют внутри экрана, мало­ вероятно, что они сойдутся за пределами экрана.

Для экрана толщиной 15 футов профили давления в различные моменты времени показаны на рис. 70. Об­ щим следствием для различных экранов и взаимодей­ ствий с поверхностью в этом случае (когда пик давле­ ния падающей на экран ударной волны равен 8000 фунт/дюйм2) является импульс давления, прбшедший через экран с максимумом около 4500 фунт/дюйм2. Для экрана толщиной 5 футов, нижняя поверхность которого расположена на той же глубине, начальное

п If'

w/Tv

Рис. 70. Профили давления при прохождении ударной волны через экранирующий слой с пузырьками воздуха толщиной 15 футов.

12.Brode H. L., Weapons effects for protective design, The RAND Corporation, Paper P-1951, March 31, 1960.

13.Brode H. L., Numerical calculations of blast waves, The RAND Corporation, Paper P-1933, Feb. 16, 1960.

14.Von Neumann J., Richtmyer R. D., A method for the numerical

260 Т. Р. БУТКОВИЧ

классифицируются от совершенно сухих до полностью насыщенных водой. Горные породы, непосредственно окружающие точку взрыва, изменялись от гранита с тре­ щиноватой пористостью 1% до лаво-пеплогенных туфов с объемной пористостью 50%. Содержание воды по весу колебалось от долей процента до более чем 25% в зави­ симости от пористости и степени водонасыщения. Вдо­ бавок к поровой воде горные породы могут содержать химически связанную воду. Количество связанной воды в горной породе зависит от ее минеральных компонен­ тов, а ее выделение зависит от температуры и давления в горной породе.

Отмечалось, что наличие воды в горной породе, окру­ жающей ядерный заряд, влияет на развитие ядерного взрыва. Черри и Петерсен [5] сообщали о влиянии сво­ бодной воды на прочность гранита с относительно низ­ ким содержанием воды. В работе [13] подчеркивалась важность содержания воды для эффективности образо­ вания воронки от ядерного взрыва. Хиггинс и Буткович [7] показали, что полости больших размеров образуются от ядерных взрывов в горных породах с более высоким содержанием воды. Наличие воды интенсифицирует рост полости не только потому, что влажная порода яв­ ляется более слабой, но также потому, что водяные пары образуют газ, существенно не конденсируемый по сравнению с парами горной породы.

Когда ядерное устройство сдетонирует, вся энергия выделяется менее чем за 1 мкс. Чрезвычайно высокие давления и температуры, которые возникают при выде­ лении энергии, испаряют материал ядерного устройства и образуют сильную ударную волну, распространяю­ щуюся по окружающей среде. Ударная волна затухает по мере распространения от центра взрыва, до тех пор пока она не выродится в звуковую волну. Когда удар­ ная волна достигает некоторого элемента среды, проис­ ходит внезапное увеличение давления, плотности, внут­ ренней энергии, температуры и энтропии. Ударная вол­ на соответствует соотношениям Рэнкина — Гюгонио и уравнению состояния данной среды. После прохожде­ ния ударной волны этот элемент среды расширяется вдоль адиабаты, т. е. давление, плотность, температура