ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 81
Скачиваний: 1
ВОЗДУШНАЯ УДАРНАЯ ВОЛНА ПРИ ПОДЗЕМНЫХ ВЗРЫВАХ 395
ких взрывов, пока не проведены дополнительные ра боты, оценочные данные следует получать путем интер поляции.
Ватмосфере из-за наличия градиентов температуры
иветра в некоторых случаях возможна фокусировка ударных взрывных волн на расстоянии 50, 100 миль или
даже больше. Около этих фокусов, или каустик, ампли туды обычных акустических волн могут возрасти в де сять или большее число раз, компенсируя ослабляющие эффекты подземных взрывов, при которых интенсив ность воздушных волн ослабляется в десять раз. По этому нужно дальнейшее исследование этого ослабле ния, которое, как установлено, зависит от энергии, глу бины взрыва и породы, окружающей источник взрыва.
3. УДАРНЫЕ ВОЛНЫ ПРИ ВЗРЫВАХ
Взрыв в воздухе излучает ударные волны, которые достаточно хорошо изучены; они рассчитываются по гидродинамической теории, причем расчеты подтверж дены экспериментом. Закон подобия позволяет пересчи тывать параметры воздушной ударной волны от взрыва одной энергии к другой, так что прогноз делается для стандартного взрыва, в качестве которого здесь принят ядерный взрыв в 1 кт в воздухе без отражающих по верхностей и в однородной неподвижной атмосфере при давлении 1000 мбар на уровне моря при температуре 300 К (+ 2 7 °С). Полные таблицы параметров для этого взрыва были рассчитаны в Лос-Аламосе и имеют шифр «Задача М» в программах IBM.
На рис. 1 показана зависимость давления от вре мени в волне при этом взрыве на расстоянии 9000 фу тов, полученная в самом конце расчета. Здесь показана типичная форма взрывной волны с резким сжатием, медленным переходом давления в длинную отрицатель ную фазу и постепенным возвращением к окружающему давлению после прохождения ударной волны. Зависи мость избыточного давления на фронте от расстоя ния для этого взрыва показана на рис. 2. Экстрапо ляция на давления, меньшие давлений в конце задачи М и ниже 0,37 фунт/дюйм2, основана на опытных данных
396 |
ДЖ. В. РИД |
для взрывов на большой высоте, которые мало чувстви тельны к атмосферной рефракции. При низких амплиту дах на расстояниях, близких к безопасным,-избыточное давление уменьшается обратно пропорционально рас стоянию в степени 1,2. Для акустических волн сфериче ское расширение дало бы степень 1, но небольшие поте ри энергии и изменения формы волны вызывают не сколько более быстрое наблюдаемое затухание.
Рис. 1. Зависимость давления в ударной волне от времени на рас стоянии 9000 футов от ядерного взрыва в 1 кт, произведенного в атмосфере на уровне моря (задача М в программах IBM).
Законы подобия показывают, что заданная интен сивность ударной волны, т. е. отношение избыточного давления к окружающему давлению ts.plр, будет до стигать расстояний R, пропорциональных кубическому корню из энергии взрыва W. Может быть учтена не большая поправка из-за изменения давления с высотой, однако для большинства взрывов по программе «Плаушер» этой поправкой можно пренебречь. Давление в ударной волне на высоте, превышающей уровень моря, было бы уменьшено -в безопасную сторону. Предмет на высоте 10 000 футов над средним уровнем моря под вергся бы действию избыточного давления на 9% мень ше, чем указано в графике, а на высоте 20 000 футов уменьшение составило бы 19%. Избыточное давление
Р и с. 2. Зависимость от расстояния избыточного давления при стандартном взрыве.
/ — пдерныП взрыв 1 кт в воздухе на уровне |
моря (IBM, задача М); 2—ядер- |
ный взрыв I Мт в воздухе на уровне моря |
(пересчет по законам подобия). |
Законы подобия: А р / р — А р м / Р м > R = % M ( w P m / w M P ) ' ^ ' i= t M (W P M lK 'M )'/3(cWc)-
p —атмосферное давление. Ар — ударное избыточное давление, Я —расстояние, W —энергия взрыва, ( — время, С—скорость звука.
3£8 |
ДЖ. В. РИД |
нанесено на график |
в миллибарах — метрических еди |
ницах, которые обычно употребляются при расчетах ударных волн. Расстояния показаны для удобства и в километрах и милях.
Отраженное избыточное давление Ар*, которое из меряется на больших расстояниях от взрыва, удобно
выразить формулой |
|
Ар* = 7l4W0AR~l'2(lQ~3p)0’6 F. |
(1) |
Здесь р — атмосферное давление, мбар; Ар — избы точное давление в ударной волне; индекс * означает, что амплитуда удвоена при отражении от земли; W — энер гия взрыва, кт; R — расстояние, кфут; F — коэффициент атмосферной фокусировки.
4. ПОДЗЕМНЫЕ ВЗРЫВЫ
При подземных взрывах давление в воздушной вол не уменьшается благодаря ослабляющему действию грунта. Форма волны может быть разной при различ ных глубинах взрыва, как это показано на рис. 3. На чальная ударная волна, прошедшая сквозь грунт, дей ствует на воздух как поршень, образуя при этом импульс «наведенной грунтовой ударной волны» GSI. Вслед за ним следует импульс «выхода газов» GV, если образуется воронка или происходит прорыв газов. При взрывах на малых глубинах наблюдается только им пульс GV; на глубинах, оптимальных для образования воронок в аллювии, наблюдаются оба импульса; при камуфлетных взрывах в воздухе образуется только им пульс GSI. !
Амплитуда воздушной ударной волны находится при помощи коэффициента передачи Т, который опреде ляется как отношение избыточного давления Ар на больших расстояниях к избыточному давлению Аро, ко торое было бы там от такого же заряда, но взорван ного в воздухе:
Ар
А р 0 '
(2)
Передача в ближней области очень сложна и зави сит от многих параметров. Пока еще нет полного физи
ВОЗДУШНАЯ УДАРНАЯ ВОЛНА ПРИ ПОДЗЕМНЫХ ВЗРЫВАХ 399
ческого описания того, что там происходит. Для опре деления безопасных расстояний в предлагаемой работе будут приниматься во внимание только наблюдения на больших расстояниях.
На рис. 4 показана интерполяционная кривая Т, по строенная по экспериментальным данным в зависимости
Р и с. 3. Зависимость от времени давления в воздушной волне при взрыве на выброс.
а —взрыв па малой глубине; б —взрыв на промежуточной глубине; в — взрыв на большой глубине.
от глубины взрыва, отнесенной к W'ls. Большой раз брос частично вызван неодинаковыми условиями излу чения волны около источника, а частично — неоднород ностями в атмосфере на большом путираспространения волны. При предсказаниях безопасности нужно принять во внимание отмеченные возможные ошибки.. Кривые показывают, что существенное значение имеют свойства среды, в которой производится взрыв. При ядерных взрывах во влажных средах происходит испарение воды, увеличивающее амплитуду волны GV, При взрывах
Р и с. 4. Коэффициент передачи для подземных взрывоб.
По оси абсцисс: глубина взрыва в футах, отнесенная к энергии взрыва (кт)
встепени '/з-
/—«Седан»; 2— «Кабриолет»; 3—«Денни-БоП»; 4— «Паланкин»; а —взрыв в скале;
б—взрыв в аллювии.
Р и с. 5. Зависимость избыточного давления |
(мбар) |
в воздушной |
|||
волне от расстояния |
при подземном взрыве. |
|
|||
/_ядерны й взрыв 1Мт на выброс па |
глубине 1500 |
футов |
во |
влажном |
аллю |
вии (7=0,166); 2—ядерный взрыв 200 кт на вскрытие на |
глубине 1170 |
футов |
|||
в сухом базальте (7 = 0,057); 3—камуфлетный подземный взрыв I Мт на глубине 7000 футов в спекшемся туфе (7'=0,021).
&—порог выбивания стекол.
402 |
ДЖ. В. РИД |
в сухих скальных породах на оптимальных для воронки глубинах получается небольшой импульс давления от выхода газов, а импульс GSI получается больше.
Волны от камуфлетных взрывов в аллювии сильнее затухают по сравнению с более сильными волнами, по лучаемыми при взрывах в скальной породе. Взрывы в солевых образованиях дают самую большую воздуш ную волну.
50
20
10
5
Z
1
1 |
2 |
5 |
10 |
20 |
50 |
100 |
|
Рис. 6. Эффект рядного взрыва. |
|
||||
По оси абсцисс: |
число зарядов в ряду; |
по оси ординат: амплитудный множи |
||||
|
|
|
тель. |
|
|
|
/ —перпендикулярно |
ряду, |
Др~д0,70; 2—вдоль |
ряда, |
Ар ^ |
||
Для получения результирующей зависимости давле ния от расстояния в разных применениях взрыва сле дует избыточное давление на рис. 1 умножить на соот ветствующий коэффициент передачи, взятый из рис. 4. Несколько примеров показано на рис. 5. Эти «стандарт ные» значения давления при взрывах в полупростран стве должны быть умножены на соответствующий коэф фициент фокусировки для конкретных условий атмо сферной рефракции.
При одновременном взрыве нескольких зарядов ударные волны складываются почти по акустическим законам, и избыточное давление получается больше, чем было бы от одного взрыва суммарной энергии. Этот
ВОЗДУШНАЯ УДАРНАЯ ВОЛНА ПРИ ПОДЗЕМНЫХ ВЗРЫВАХ 403
эффект можно ослабить путем подрыва через некоторый интервал времени, однако при этом выброс уменьшится настолько, что такой способ становится невыгодным или нежелательным. Недавно были получены данные по одно временным рядным взрывам для образования тран шей. Ударная волна с максимальной амплитудой рас пространилась перпендикулярно рядам, минимальная излучалась с кондов рядов. Коэффициент усиления для этих двух направлений при взрывах разных чисел заря дов показан на рис. 6, а данные для промежуточных направлений могут быть получены интерполяцией. Осо бенности рядного взрывания все еще не очень хорошо понятны, так что по этой проблеме продолжаются испы тания и исследования. Суммарная ошибка от ошибок в определении коэффициента передачи, рядного эффек та и изменчивости атмосферных условий может изме нить результат в 3—4 раза.
5. РАСПРОСТРАНЕНИЕ В АТМОСФЕРЕ
Рефракция ударных волн в атмосфере вызывает не монотонное распределение давления на больших рас стояниях. Простой пример показан на рис. 7. В реаль ной атмосфере температура изменяется с высотой, как это отражено на левой кривой, так что скорость звука на разных высотах разная. Изменения скорости ветра с высотой совместно с температурными вариациями ско рости звука определяют итоговую скорость распростра нения волн, которая изменяется с высотой так, как это показано пунктирной кривой. Плоская вертикальная волна, показанная справа, в такой атмосфере распро странялась бы на разных высотах с разными скоростя ми и все больше искривлялась бы с течением времени. Звуковые лучи, перпендикулярные волновому фронту, загибаются вверх от земли в слоях, в которых скорость распространения волн уменьшается с высотой. В слоях, где эта скорость возрастает с высотой, звуковые лучи пригибаются к земле.
Аналогичные искривления лучей от точечного источ ника или от взрыва показаны на рис. 8. Для взрывов наиболее важная особенность зависимости скорости
404 |
ДЖ. В. РИД |
распространения от высоты состоит в том, что сначала эта скорость падает, а затем возрастает с высотой. Лучи, выходящие от места взрыва под разными углами
800 з о о т о т о т о
Рис. 7. Искривление фронта ударной волны из-за наличия гради ентов температуры и распределения ветра.
По оси абсцисс: слева —скорость, фут/с; справа — расстояние; по оси ординат: высота.
1— температурная зависимость скорости звука; 2—скорость ветра; 3 — суммар ная скорость звука; 4—положения волнового фронта; 5—звуковые лучи.
вверх, поворачиваются из-за градиента скоростей и воз вращаются на некотором расстоянии на землю уже вместе. Относительное усиление ударной волны можно предсказать по плотности возвращающихся лучей. Фо кусировка ударной волны в таких звуковых кольцевых зонах может быть разной интенсивности. Зависимость скорости распространения волн от высоты обычно та