- •Факультет «Специальное машиностроение»
- •1.2. Классификация средств поражения
- •1.3. Взрывательные устройства
- •Лекция 2
- •Часть 2. Основы теории взрыва
- •2.1. Взрыв и его формы
- •2.2. Стадии взрыва
- •2.3. Формы взрывного превращения. Объемный (гомогенный) взрыв
- •Лекция 3
- •2.4. Самораспространяющееся взрывное превращение (свп) . Горение
- •2.5. Детонация
- •2.6. Условия, определяющие возможность химического взрыва
- •Лекция 4
- •Часть 3. Взрывчатые вещества и пороха
- •3.1. Классификация вв по составу
- •3.2. Классификация вв по их использованию
- •3.3. Группа I: инициирующие вв (ивв)
- •3.4. Группа II: бризантные вв
- •Лекция 5
- •3.5. Группа III: метательные вв (пороха)
- •3.6. Группа IV: пиротехнические составы (пс)
- •3.7. Методы снаряжения
- •Лекция 6
- •Часть 4. Чувствительность взрывчатых веществ
- •4.1. Общие замечания о чувствительности
- •4.2. Чувствительность к нагреву (тепловому воздействию)
- •4.3. Чувствительность к механическому воздействию
- •4.4. Чувствительность к ударно-волновому нагружению
- •4.5. Чувствительность к электрическому импульсу
- •4.6. Факторы, влияющие на чувствительность вв
- •Лекция 7
- •Часть 5. Элементы теории ударных волн
- •5.1. Общие замечания об ударных волнах
- •5.2. Уравнения состояния
- •5.3. Соотношения на фронте ударной волны
- •5.4. Ув в идеальном газе с постоянной теплоемкостью
- •Лекция 8
- •5.5. Сильные и слабые ударные волны
- •5.6. Основные свойства ударных волн
- •5.7. Давление за фронтом отраженной ударной волны
- •5.8. Геометрическая интерпретация закономерностей ударно-волнового сжатия
- •5.9. Многократное ударно-волновое сжатие
- •5.10. Параметры на фронте ув
- •5.11. Важные замечания по ударным волнам в газах
- •5.12. Ударные волны в конденсированных средах
- •Лекция 9
- •Часть 6. Детонация
- •6.1. Общие замечания о детонации
- •6.2. Гидродинамическая теория детонации (модель знд)
- •6.3. Распространение детонации в конденсированных вв
- •6.4. Зависимость скорости детонации зарядов вв от их плотности
- •6.5. Зависимость скорости детонации зарядов вв от их диаметра
- •Лекция 10
- •Часть 7. Действие взрыва
- •7.1. Начальные параметры
- •7.2. Зависимость давления нагружения при контактном взрыве от ориентации детонационной волны
- •7.3. Поле взрыва заряда вв. «Мгновенная детонация»
- •7.4. Общие понятия о фугасном и бризантном действии
- •Лекция 11
- •7.5. Пробивное действие взрыва (разновидность бризантного действия)
- •7.6. Метательное действие взрыва
- •7.7. Определение направления метания пластины (подход Тейлора)
- •Лекция 12
- •Часть 8. Фугасное действие
- •8.1. Взрыв заряда вв в воздухе
- •8.2. Законы подобия ударных волн
- •8.3. Динамический и квазистатический характер нагружения объектов при воздействии ударных волн
- •8.4. Взрыв снаряда вв в грунте
- •Лекция 13
- •Часть 9. Осколочное действие
- •9.1. Метание оболочек
- •9.2. Разрушение оболочек осколочных сп (естественное или нерегулируемое разрушение)
- •9.3. Внешняя баллистика осколка
- •9.4. Уязвимость цели к осколочному действию
- •9.5. Характеристика эффективности действия осколочных сп по площадным целям
1.3. Взрывательные устройства
В комплект боевого снаряжения БП, ракет, снарядов, мин и др. входит взрывательное устройтсво (ВУ). Это ВУ – система подрыва боевой части или взрыватель артиллерийского снаряда или мины.
ВУ = система обнаружения (и, может быть, управления) + ПИМ (предохранительно-исполнительный механизм) + детонационные цепи.
Очень часто система обнаружения цели сопряжена с системой управления ракеты. Именно она выдает сигналы на ПИМ для формирования электрического инициирующего импульса.
Лекция 2
Часть 2. Основы теории взрыва
2.1. Взрыв и его формы
Взрывом называют очень быстрое проявление механической работы, вызываемой внезапным расширением сильно сжатых газов или паров.
В зависимости от причин образования сжатых газов или паров и источников энергии, за счет которых совершается работа, различают следующие взрывы: физический, ядерный, химический.
Физический взрывпроисходит при быстром изменении состояния вещества или системы. Примеры: взрыв баллона со сжатым газом, взрыв за счет быстрого высвобождения упругой энергии – землетрясение; внезапное торможение сверхвысокоскоростных тел порождает взрыв при переходе кинетической энергии в тепловую; электрический взрыв.
Ядерный взрывпроисходит при быстропротекающих реакциях деления сверхтяжелых или синтеза легких атомных ядер, при которых высвобождается огромное количество энергии (в ~106раз больше, чем при химическом взрыве).
Химический взрыв– происходит в результате быстрой экзотермической химической реакции с образованием сильно сжатых газообразных продуктов реакции. Такие химические реакции называют взрывными превращениями.
Вещества и составы способные к взрывным реакциям называют взрывчатыми веществами (ВВ) и взрывчатыми составами (ВС).
2.2. Стадии взрыва
Первая стадия – превращение энергии того или иного вида в потенциальную энергию сильно сжатых газов или паров (образование рабочего тела и накопление энергии).
Вторая стадия – совершение механической работы вследствие быстрого расширения рабочего тела.
Взрывом называют быстрое экзотермическое превращение вещества с образованием сильно сжатых газов или паров и сопровождающееся разрушением и перемещением окружающей среды.
Главное в ВВ: высокая плотность энергии, следовательно, большая мощность при взрыве; постоянная готовность к применению; автономность (для того, чтобы взорвать большую массу ВВ достаточно карманной батарейки).
2.3. Формы взрывного превращения. Объемный (гомогенный) взрыв
Взрыв может быть объемным (гомогенный) либо же в форме самораспространяющегося взрывного превращения.
Рассмотрим объемный (гомогенный) взрыв.
Описание реагирующего вещества
Рассмотрим систему, имеющую массу m, объемVи энтропиюS.
В момент времени tв веществе разложилось% - это доля продуктов реакции. Тогда осталось (не прореагировало):(1-).
Скорость химической реакции ;
Здесь n– порядок реакции.
соответствует реакции нулевого порядка. Это характерно для начальной стадии любого разложения.
соответствует реакции 1гопорядка (мономолекулярная реакция), в которой участвует одна молекула.
соответствует реакции 2гопорядка (бимолекулярная реакция), в которой участвуют две молекулы.
соответствует реакции 3гопорядка (тримолекулярная реакция), в которой участвуют три молекулы. Такие реакции на практике маловероятны.
z– предэкспонент (частотный фактор)..
E– энергия активации.ккал/молькДж/моль.
Дж/(моль∙К).
Явление теплового самоускорения
Обозначим
При указанных выше значениях zиE:
К;
К.
То есть увеличение температуры в 2 раза приводит к увеличению скорости реакции в 109раз.
Для ВВ характерна чрезвычайно сильная зависимость скорости реакции от температуры.
Запишем уравнение теплопроводности для среды с химическими источниками энергии
Здесь в левой части стоит изменение температуры лагранжевой частицы во времени, первый член в правой части характеризует нагрев или охлаждение заряда ВВ, а второй – тепловой эффект химической реакции для реакции нулевого порядка (энерговыделение вследствие химического превращения).
Теория теплового взрыва Н.Н.Семенова(Нобелевская премия 1935 г.)
Если усреднить температуру заряда ВВ по объему и считать, что она одинакова во всех точках заряда ВВ, то уравнение теплового баланса примет вид
здесь - масса ВВ (), первый член справа характеризует саморазогрев, второй – теплоотвод через поверхность заряда ВВ,S– площадь поверхности.
Рассмотрим график зависимости.
- мощность тепловых источников и стоков (поверхностный теплоотвод).
- мощность тепловыделения в результате протекания химической реакции.
- мощность теплоотвода через единицу площади поверхности заряда ВВ.
При этом А– точка устойчивого равновесия,В– точка неустойчивого равновесия – невозможно стационарное состояние.
Для прямой, проведенной через точку Т'', тепловой взрыв неминуем.
Пусть L– характерный размер заряда..
- количество выделяемой энергии.
- количество отводимой энергии.
Это называется законом «3/2».
Примеры:
Что было бы, если бы человек был в 10 раз больше? Кости не выдерживают.
Почему детей надо одевать теплее? где параметры с индексом «т» относятся к телу,- химический распад углеводов в организме.- диапазон, в котором может существовать человек. В среднем, при нормальном гомеостазе:Назовем- коэффициент теплового качества одежды (низкое значение- зимняя одежда, высокое – летняя, легкая). Следовательно, он пропорционален росту человека:.
Параметр Франк-Каменецкого Д.А.:
где r– характерный размер,- коэффициент теплопроводности. Этот параметр характеризует взаимосвязь между тепловыделением и теплоотводом.
Таблица 2.1
Параметр |
Плоскость |
Цилиндр |
Сфера |
|
0,88 |
2,0 |
3,32 |
При происходит тепловой взрыв.
В критических условиях заряд ВВ с взорвется через время примерно равное адиабатической задержке взрыва
Энергетическая диаграмма распада ВВ
Q – тепловой эффект реакции распада.
В молекулах ВВ, как правило, содержится углерод, водород, азот и кислород.
- энергия активации;
- тепловой эффект;
т.е. .
Чрезвычайно сильная зависимость скорости реакции от температуры является фундаментальной наиболее важной характеристикой химических процессов при горении и взрыве.