Лекция 7

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ СИСТЕМ.

УСЛОВИЯ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ВЗРЫВА.

УСЛОВИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И ПРОТЕКАНИЯ ВЗРЫВОВ. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ВЗРЫВЫ.

КЛАССИФИКАЦИЯ ЯВЛЕНИЙ ВЗРЫВЧАТОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ. ЭНЕРГИЯ И МОЩНОСТЬ ВЗРЫВА.

ФОРМА УДАРНОЙ ВОЛНЫ.

ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ИМПУЛЬСА.

РАСЧЕТ БЕЗОПАСНЫХ РАССТОЯНИЙ ПРИ ВЗРЫВЕ ГОРЮЧИХ СМЕСЕЙ

Взрыв - процесс быстрого неуправляемого физического или химического превращения системы, сопровождающийся переходом её потенциальной энергии в механическую работу. Механическая работа, совершаемая при взрыве, обусловлена быстрым расширением газов или паров. В основании взрывного процесса могут лежать как физические, так и химические превращения.

При химических взрывах вещества могут быть твёрдыми, жидкими, газообразными, а также аэросмесями горючих веществ (жидких и твёрдых) в окислительной среде (чаще в воздухе). А непосредственно химическим взрывом считается тот, при котором происходят чрезвычайно быстрые химические реакции окисления водорода и углерода с выделением 3,2х10³ – 5,6х10³ кДж/кг тепла и газов (взрывы вредных веществ, метана, угольной или другой органической пыли).

Физическим взрывом является тот, при котором происходят только физические преобразования веществ (беспламенное взрывание с помощью жидкой углекислоты пи сжатого воздуха, взрывы паровых котлов баллонов со сжиженным газом, электрические разряды и т.д.). Физический взрыв чаще всего связан с неконтролируемым высвобождением потенциальной энергии сжатых газов из замкнутых объёмов машин и аппаратов, сила взрыва сжатого или сжиженного газа зависит от внутреннего давления этого резервуара.

Ещё по своей природе имеются ядерные взрывы, при которых происходят цепные реакции деления и синтеза ядер с образованием новых элементов. В настоящее время реализуется два способа выделения атомной энергии при взрыве: превращение тяжёлых ядер в более лёгкие (радиоактивный распад и деление атомных ядер урана и плутония ) и образование из лёгких ядер более тяжёлых ( синтез атомных ядер ). Например, при термоядерном взрыве из тяжёлого водорода образуется гелий. При таких взрывах выделяется в миллионы раз больше тепла на единицу взрываемого материала чем при химическом (6,7х10¹³ кДж/кг при ядерном и 4х10¹⁴ кДж/кг при термоядерном) . Эти взрывы являются наиболее мощными из известных человечеству в настоящее время.

Параметрами, по которым определяют мощность взрыва, является энергия взрыва и скорость её выделения. Энергия взрыва определяется физико-химическими превращениями, протекающими при различных типах взрывов.

В производственных условиях возможны также: свободный воздушный, наземный, взрыв в непосредственной близости от объекта, а также взрыв внутри объекта (производственного сооружения).

Все ВВ, применяемые в производстве, делятся на три основные группы: инициирующие, бризантные, метательные (пороха) табл. 1.

Таблица 1 Классификация ВВ

Группа	Характеристика, Примеры веществ
1	Чрезвычайно опасные вещества. Нестабильны. Взрываются даже в самых малых количествах. Трихлорид азота; некоторые органические пероксидные соединения; ацителинид меди. Образующийся при контакте ацетилена с медью или медесодержащим сплавом.
2	Первичные ВВ. Менее опасные вещества. Инициирующие соединения. Обладают очень высокой чувствительностью к удару и тепловому воздействию. Используются в основном в капсюлях-детонаторах для возбуждения детонации в зарядах ВВ. Азид свинца, гремучая ртуть.
3	Вторичные ВВ (бризантные). Возбуждение детонации в них происходит при воздействии достаточно сильной ударной волны. Последняя может создаваться в процессе их горения или с помощью детонатора. Как правило, ВВ этой группы сравнительно безопасны в обращении и могут храниться в течение длительных промежутков времени. Динамиты, тротил, гексоген, октоген, центратил.
4	Метательные ВВ, пороха. Чувствительность к удару очень мала, относительно медленно горят. Баллиститные пороха – смесь нитроцеллюлозы и других технологических добавок. Загораются от пламени, искры или нагрева. На открытом воздухе быстро горят. В закрытом сосуде взрываются. На местах взрыва чёрного пороха, содержащего азотнокислый калий, серу и древесный уголь в соотношениях 75:15:10, остаётся чёрный остаток, содержащий углерод. Смесевые твёрдые ракетные топлива – смесь перхлората аммония (или другого твёрдого окислителя) и органического связующего (например, полиуретана)

В этой таблице приведена существующая классификация ВВ, которая является условной, так как поведение указанных веществ зависит от условий, которых они находятся, и способов инициирования. Так, например, аммиачная селитра, используемая в качестве сельскохозяйственного удобрения и даже не относимая некоторыми специалистами к числу ВВ, проявляет себя как сильное взрывчатое вещество, о чём свидетельствуют данные по авариям. Так в г. Людвигсгафен (Германия) в 1921 г. на территории компании BASF произошёл гигантский взрыв аммиачной селитры массой 4500 т, в результате пострадало более 2000 человек, в том числе погиб 561 человек.

ВВ в зависимости от их природы и состояния обладают определёнными взрывчатыми характеристиками. Наиболее важными из них являются:

• чувствительность к внешним воздействиям;

• энергия (теплота) взрывчатого вещества;

• скорость детонации;

• бризантность;

• фугасность (работоспособность).

Условия, определяющие возможность взрыва. Условия возникновения и протекания взрывов. Физические и химические взрывы

Как уже сказано несколько выше взрыв это процесс выделения энергии за короткий промежуток времени, связанный с мгновенным физико-химическим изменением состояния вещества, приводящим к возникновению скачка давлений или ударной волны, сопровождающийся образованием сжатых газов или паров, способных производить работу (ГОСТ Р22.0.8.-96).

Взрывы, вызывающие тяжелые аварии и человеческие жертвы, часто происходят на промышленных предприятиях. Взрываются котлы в котельных, газы, аппараты, продукция и полуфабрикаты на химических предприятиях, пары бензина и других компонентов на нефтеперегонных заводах, мучная пыль на мельничных комбинатах и зерновых элеваторах, сахарная пудра на сахаро-рафинадных заводах, древесная пыль и лакокрасочные пары на деревообрабатывающих комбинатах, газовые конденсаты при утечке из газопроводов и т.д. Случаются взрывы при перевозке взрывчатых веществ транспортом (например, 4 октября 1988 г. на станции Свердловск-Сортировочная Свердловской железной дороги взорвались два вагона, где находились 47,9 т тротила и 41 т гексогена).

Особенно подвержены взрывам с тяжёлыми последствиями шахты и рудники, где взрываются угольная пыль и рудничный газ. Наиболее частой причиной взрыва является искра, в том числе в результате накопления статического электричества. Причиной взрыва может стать халатность и недисциплинированность работников ОПО (взрыв вагонов на станции Свердловск-Сортировочная произошёл из-за халатности железнодорожного диспетчера, грубо нарушившего правила производства маневренных работ и обращения с вагонами, содержащими разрядный опасный груз.

При авариях, связанных со взрывами, происходят сильные разрушения, а зачастую большие людские потери. Разрушения являются следствием бризантного (разрушительного) действия продуктов взрыва и воздушной ударной волны. Характер и размеры зоны разрушений зависят от мощности взрыва и параметров ударной волны – избыточного давления на фронте волны и длительности действия давления. Разрушения от ударной волны вызываются как фазой сжатия , так и фазой разряжения, причём последняя может стать определяющей для целостности некоторых конструкций

Аварии, связанные со взрывами, часто сопровождаются пожарами. Иногда взрыв приводит к незначительным разрушениям, но вызванный им пожар может иметь катастрофические последствия: более мощные взрывы и более сильные разрушения.

Взрыв приводит к образованию сильно нагретого газа ( плазмы) с очень высоким давлением, который при моментальном расширении оказывает ударное механическое воздействие (давление, разрушение) на окружающие тела. Взрыв в твёрдой среде сопровождается её разрушением и дроблением, в воздушной или водной среде вызывает образование воздушной или гидравлической ударной волны, которые разрушают помещённые в них объекты. Взрывы происходят за счёт освобождения химической энергии (главным образом взрывчатых веществ), внутриядерной энергии(ядерный взрыв), электромагнитной энергии (искровой заряд, лазерная искра и др.), механической энергии (при падении метеоритов на поверхность Земли), энергии сжатых газов(при превышении давления предела прочности сосуда-баллона, трубопровода).

На взрывоопасных объектах возможны следующие виды взрывов:

• неконтролируемое резкое высвобождение энергии за короткий промежуток времени в ограниченном пространстве(взрывные процессы)

• образование облаков топливовоздушных смесей или других газообразных, пылевоздушных веществ, вызванное их быстрыми взрывными превращениями (объёмный взрыв)

• взрывы трубопроводов, сосудов, находящихся под высоким давлением или с перегретой жидкостью (прежде всего резервуаров со сжиженным углеводородным газом).

Основными поражающими факторами являются:

• воздушная ударная волна (при дефлаграционном взрыве – волна сжатия) – избыточное давление в её фронте (передней границе);

• осколки.

В результате действия поражающих факторов взрыва происходит разрушение или повреждение зданий, сооружений, технологического оборудования, транспортных средств, элементов коммуникаций и других объектов, гибнут или получают ранения люди. Вторичным последствием взрывов являются поражения людей, находящихся внутри объектов, обломками обрушенных конструкций зданий и сооружений, их погребение под обломками. При взрывах люди получают термические и механические повреждения, черепно-мозговые травмы, множественные переломы и ушибы, комбинированные повреждения.

Для предотвращения взрывоопасных ситуаций на предприятии принимается комплекс мер, которые зависят от вида выпускаемой продукции. Многие меры являются специфическими, характерными, только для одного или нескольких видов производства. Но существуют меры, соблюдать которые необходимо на любых химических производствах.

Различают взрывы, обусловленные различными физическими причинами (физические взрывы), и взрывы, в основе которых лежат чрезвычайно быстрые химические превращения веществ (химические взрывы).

Примерами "физических" взрывов могут служить:

I) Ядерные взрывы, источником которых служит ядерная энергия. Этот вид взрывов может быть искусственно вызван в земных условиях и в широких масштабах протекает в космосе.

2) Взрывы электрической природы, источником которых служит электрическая энергия. Примерами этого вида взрывов могут служить мощные искровые разряды в воздухе (молнии) или взрывы тонких металлических проволочек при пропускании через них тока высокого напряжения (взрывающиеся проволочки).

3) Взрывы, происходящие при соударениях тел, движущихся с высокими скоростями (падение крупных метеоритов). Источником взрывов этого вида служит кинетическая энергия движущихся тел, которая при ударе переходит в тепловую энергию, достаточную для превращения части вещества в сильно нагретый газ, что и приводит к взрыву.

4) Взрывы баллонов со сжатым газом, паровых котлов, вулканические взрывы. В этих видах взрывов источником энергии служат сжатые газы.

5) Землетрясения - своеобразная форма "физического" взрыва, обусловленного внезапным переходом потенциальной энергия упругих деформаций в энергию движения (перемещения) среды.

Физические взрывы, как правило, связывают со взрывами сосудов от давления паров и газов. Их основной причиной является не химическая реакция, а физический процесс, обусловленный высвобождением внутренней энергии сжатого или сжиженного газа. Сила таких взрывов зависит от внутреннего давления, а разрушения вызывают ударная волна от расширяющегося газа или осколки разорвавшегося сосуда. Физический взрыв может произойти в случае, например, падение переносного баллона с газом под давлением и срыва вентиля, понижающего давление. Давление сжиженного газа редко превышает 40 бар (критическое давление большинства обычных сжиженных газов).

К физическим взрывам относится также явление так называемой физической детонации. Оно возникает при смешении горячей и холодной жидкостей, когда температура одной из них значительно превышает температуру кипения другой (например, при выливании расплавленного метала в воду). Физическая детонация сопровождается возникновением ударной волны с избыточным давлением в жидкой фазе, достигающим в некоторых случаях более 1000 атм. Этот процесс наблюдается в производстве при взаимодействии, например, расплавленного алюминия с водой (при аварии на атомном реакторе), контакте с водой расплавленной стали ( в литейном цехе) или расплава солей(Na₂CO₃ и Na₂S) – при производстве бумаги.

Взрыв вулкана Кракатау в 1883 г.— пример физической детонации ,так как он возник в результате взаимодействия расплавленной лавы с водой. Гул взрыва был слышен на расстоянии 5000км в течение 4 часов после события.

Многие жидкости хранятся или используются в условиях, когда давление их паров значительно превышает атмосферное. К числу таких жидкостей относятся сжиженные горючие газы (например, пропан, бутан), сжиженные хладагенты – аммиак или фреон (хранимые при комнатной температуре), метан, который должен храниться при пониженной температуре, перегретая вода в паровых котлах. Если ёмкость с перегретой жидкостью повреждается, то происходит истечение пара в окружающее пространство и быстрое частичное испарение жидкости. При быстрых расширении и истечении пара в окружающей среде генерируются взрывные волны.

Общим для всех видов физических взрывов и взрывов химической природы является чрезвычайно быстрый переход потенциальной энергии системы в механическую работу разрушения окружающей среды. Однако если химический взрыв – это результат весьма быстрого химического превращения вещества, то при физическом такого превращения, как правило, не происходит (исключен6ия составляют ядерные взрывы).

К химическим взрывам относятся взрывы взрывчатых веществ (ВВ), жидких и твердых топлив, взрывчатых газовых смесей, а также взрывы пылевоздушных и пылекислородных смесей.

Характерными признаками взрывных превращений веществ являются:

1. Экзотермичность процессов превращения. Экзотермичность процессов превращения ВВ обуславливается различными причинами, главными из которых является химическое разложение эндотермических соединений и окисление горючих элементов (углерода и водорода) за счет кислорода, содержащегося в молекуле вещества. За счет тепла, выделяющегося при взрыве, происходит разогрев газообразных продуктов взрыва до нескольких тысяч градусов и осуществляется последующее разрушительное действие при расширении продуктов превращения вещества.

2. Способность его к самораспространению по массе исходного вещества. Причиной самораспространения является передача энергии, выделившейся в зоне химических реакций, новым слоям ВВ, которая при взрывных превращениях, в отличие от процессов горения, осуществляется при помощи распространения ударной волны.

3. Наличие конечного по ширине фронта превращения, перемещающегося с весьма высокой скоростью. Высокие скорости распространения взрывных процессов обусловлены тем, что передача энергии новым слоям ВВ для возбуждения в них интенсивной химической реакции осуществляется посредством ударной волны, которая распространяется со скоростью, в несколько раз превосходящей скорость звука и исходном веществе, для современных ВВ линейная скорость распространения взрыва составляет 4500-9000 м/сек.

4. Образование продуктов взрыва в виде газов и паров. Эти продукты, находящиеся в момент взрыва в чрезвычайно сжатом состоянии (давление газов достигает сотен тысяч атм.), являются тем физическим агентом, в процессе расширения которого осуществляется чрезвычайно быстрый переход потенциальной энергии ВВ в механическую работу разрушения окружающей среды.

Необходимо подчеркнуть, что только наличие всех четырех указанных признаков определяет возможность протекания химического превращения вещества в форме взрыва.

Взрывные процессы могут протекать в двух формах: собственно взрыв и детонация. Отличие между ними состоит лишь в том, что собственно взрыв характеризуется переменной скоростью распространения реакции по массе исходного вещества, детонация же представляет стационарную форму взрыва: она характеризуется постоянной и максимально возможной для денного ВВ и данных условий взрыва скоростью распространения.

Классификация явлений взрывчатого превращения

Под конденсированными взрывчатыми веществами (КВВ) понимаются химические соединения или смеси, находящиеся в твёрдом или жидком состоянии, которые под влиянием определённых внешних условий способны к быстрому самораспространяющемуся химическому превращению с образованием сильно нагретых и обладающих большим давлением газов, которые, расширяясь, производят механическую работу. Такое химическое превращение ВВ принято называть взрывчатым превращением.

Взрывчатое превращение в зависимости от взрывчатого вещества и вида воздействия на него может протекать в виде взрыва или горения. Взрыв распространяется по взрывчатому веществу с большей переменной скоростью, измеряемой сотнями или тысячами метров в секунду. Процесс взрывчатого превращения, обусловленный прохождением ударной волны по взрывчатому веществу и протекающий с постоянной (для данного вещества при данном его состоянии) сверхзвуковой скоростью, называется детонацией.

В случае снижения качеств ВВ (увлажнение, склеивание) или недостаточного начального импульса детонация может перейти в горение или совсем затухнуть – такая детонация называется неполной. Горение КВВ (конденсированного взрывчатого вещества) – это процесс взрывчатого превращения, обусловленный передачей энергии от одного слоя ВВ к другому путём теплопроводности и излучения тепла газообразными продуктами. Процесс горения ВВ (за исключением инициирующих веществ) протекает сравнительно медленно, со скоростями, не превышающими несколько метров в секунду. Скорость горения в значительной степени зависит от внешних условий, и в первую очередь от давления в окружающем пространстве: с увеличением давления скорость горения возрастает, при этом в некоторых случаях горение может перейти во взрыв. Горение бризантных ВВ в замкнутом объёме, как правило, переходит в детонацию.

Возбуждение взрывчатого превращения ВВ называется инициированием. Для возбуждения взрывчатого превращения ВВ требуется сообщить ему с определённой интенсивностью необходимое количество энергии (начальный импульс), которая может быть передана одним из следующих способов:

• механическим (удар, накол, трение)

• тепловым (искра, пламя, нагревание)

• электрическим (нагревание, искровой заряд)

• химическим (реакции с интенсивным выделением тепла)

• взрывом другого заряда ВВ (взрыв капсюля-детонатора и соседнего заряда).

Энергия и мощность взрыва

Применение ВВ в военном деле и народном хозяйстве основано на их использовании в качестве своеобразного источника энергии. Энергия, выделяющаяся при взрыве, содержится во взрывчатом веществе в скрытой форме. Чтобы понять, каким же образом происходит выделение этой энергии, вспомним, что всякое вещество состоит из молекул, а молекулы из атомов.

Превращение одного вещества в другое происходит в результате изменения строения молекул. Атомы, входящие в состав молекул, при химических процессах перестраиваются, соединяются по-новому. В результате появляются новые молекулы и вещество изменяется. Перестройка молекул сопровождается выделением или поглощением энергии. ВВ способно при соответствующих условиях выделять значительную энергию за счет того, что его молекулы превращаются в молекулы газов. Благодаря выделившейся энергии образовавшиеся газообразные продукты оказываются нагретыми до очень высокой температуры и начинают быстро расширяться. Расширяющиеся газы могут производить механическую работу по перемещению или разрушению окружающих предметов. Скрытой энергией обладают не только ВВ. Ею обладают дрова, уголь, бензин и другие горючие вещества. Эта энергия может также выделяться при определенных условиях, например при горении. Почему же для целей разрушения и метания на протяжении многих веков применяются ВВ и до настоящего времени им не могут найти замену? Казалось бы, можно предположить, что исключительной причиной их применения для этих целей является огромный запас потенциальной энергии. Такое предположение является ошибочным. Известно, что в 1 кг бензина энергии содержится в 10 раз больше, чем в 1 кг тротила, и в 12 раз больше, чем в пироксилиновом порохе. Правда, при таком сравнении допускается некоторая неточность. Вспомним, в каких условиях горит пороховой заряд или взрывается разрывной заряд снаряда. Они мгновенно превращаются в газы в изолированных от внешнего воздуха пространствах зарядной камеры ствола орудия или снаряда. Бензин или любое другое топливо не может гореть в замкнутом объеме без достаточного количества воздуха или свободного кислорода. Для сгорания 1 кг бензина требуется столько кислорода, сколько его содержится в 15,5 кг воздуха. Поэтому правильнее теплоту горения топлива рассчитывать на 1 кг его смеси с необходимым для горения количеством кислорода. При таком расчете разница в величинах теплоты горения бензина и теплоты взрыва ВВ стала меньше, однако и в этом случае количество выделяющейся энергии у бензина больше: пироксилиновый порох — 700 ккал/кг , тротил —1000 ккал/кг, смесь 1 кг бензина с кислородом — 2300 ккал/кг. Следовательно, величина энергии, заключенная во взрывчатых веществах и порохах, не является основной причиной их применения для разрушительных и метательных целей. Основная причина заключается не в величине энергии, хотя это тоже имеет значение, а в очень быстром ее выделении. Если сгорание 1 кг бензина в двигателе автомобиля происходит за 5—6 мин, то 1 кг пороха сгорает в каморе артиллерийского орудия за несколько тысячных долей секунды, а взрыв 1 кг тротила длится всего лишь 1—2 стотысячные доли секунды. Энергия при взрыве выделяется в десятки миллионов раз быстрее, чем при сгорании топлив. Этим объясняется колоссальная мощность взрыва. Путем весьма несложных расчетов можно подсчитать мощность взрыва разрывного заряда 100-мм осколочно-фугасного снаряда. Результат получится весьма внушительный — около 20 млн. л. с. Большая мощность характерна для ВВ и в случае их применения для метательных целей. Мощность порохового заряда артиллерийского выстрела крупного калибра составляет 15 млн. л.с. Возможности использования энергии взрыва и горения ВВ в настоящее время еще далеко не исчерпаны. Одной из задач современной науки, занимающейся изучением ВВ и их взрывного превращения, является овладение в полной мере умением управлять процессами выделения их энергии в целях получения наибольшего разрушительного или метательного эффекта.

ВВ при взрыве выделяет энергию за счет того, что небольшой объем твердого или жидкого ВВ превращается в огромный объем газов нагретых до температуры тысяч градусов. Для разных типов ВВ Объем выделяющихся газов на 1 кг ВВ имеющего начальный объем не более 0,8...1л. составляет величину от 300 до 1000 л. и более. Образовавшиеся при взрыве горячие газообразные продукты распада ВВ начинают расширяться, производя механическую работу. Таким образом, ВВ имеют запас скрытой химической энергии освобождающийся при взрыве. Однако скрытой энергией обладает не только ВВ, а, например бензин, уголь, дрова и др. горючие вещества. Эта энергия горючих веществ может выделяться при горении. Почему же для целей разрушения и метания применяются ВВ и пороха, а не, например бензин? Известно, что в 1 кг. бензина энергии содержится в 10 раз больше чем в 1 кг. тротила и 12 раз больше чем в бездымном пироксилиновом порохе. Но заряд ВВ и заряд пороха с громадной скоростью превращается в газы, а бензин или любое топливо не может гореть без достаточного количества воздуха или свободного кислорода. Для сгорания 1кг. бензина требуется столько кислорода, сколько его содержится в 15,5 кг. воздуха. Поэтому теплоту горения (энергию) топлива нужно рассчитывать на 1 кг. его смеси с необходимым для его полного сгорания кислородом. При таком расчете разница в энергии сгорания смеси бензина с кислородом и энергии взрыва заряда ВВ того же количества меньше чем, приведено выше, однако, и в этом случае количество выделяющейся при сгорании бензина энергии больше: бездымный порох 700 ккал/кг., тротил 1000 ккал/кг., смесь бензина с кислородом –2300 ккал/кг. Следовательно, не величина энергии заключенная в ВВ и порохах является основной причиной их применения для целей разрушения и метания. Основная причина заключается не в величине энергии, а в очень быстром ее выделении. Если сгорание 1 кг. бензина в автомобильном двигателе происходит (в зависимости от мощности двигателя и его нагрузки) за 10...60 минут, то 1 кг. пороха сгорает в зарядной каморе артиллерийского орудия за несколько тысячных долей секунды, а взрыв 1 кг. тротила длится всего лишь 30-40 стотысячных долей секунды. Энергия при взрыве выделяется в десятки миллионов раз быстрее, чем при сгорании топлив. Этим и объясняется колоссальная мощность взрыва. Например, при взрыве 1 кг. тротила выделяется 1000 ккал. тепла, которые эквивалентны работе в 427000 кгм. При скорости детонации тротила в 6900 м/сек. и длине заряда 25 см. его детонация закончится в течение времени: 0,25:6900=0,000036=36 микросекунд. Тогда мощность, развиваемая 1 кг. тротила за этот промежуток времени, будет равна 427000:0,000036 = 11900000000 кгм/сек.=158х106 л.с.=158 млн.л.с.! Однако мощность взрыва правильнее вычислять не по времени детонации всего заряда, а по времени расширения продуктов взрыва до атмосферного давления, расширение же до такого объема по результатам скоростных съемок взрывного процесса протекает в течение нескольких миллисекунд. В этом случае мощность 1 кг. тротила выражается величиной более 1 миллиона лошадиных сил. Но и эта мощность в реальных условиях не может быть реализована полностью из-за кратковременности ее действия, инерции масс перемещаемого или разрушаемого материала, на которые она действует, а также потерь на нагрев окружающей среды, на излишнее измельчение и разбрасывание ее, на остаточное тепло в продуктах взрыва после их окончательного расширения и на неизбежные химические потери. В итоге полезная механическая работа часто не превышает 1-2%, а при взрывах в твердой среде 8-9% энергии содержащейся в ВВ. Однако огромное количество потенциальной энергии содержащейся в ВВ и порохах делает их незаменимыми, несмотря на неполное ее использование при взрыве. Большая мощность характерна для ВВ и в случае применения их для целей метания снарядов. Мощность порохового заряда артиллерийского выстрела крупного калибра составляет 15 млн.л.с

Форма ударной волны. Длительность импульса

Взрыв – это очень быстрое выделение энергии в ограниченном объеме, связанное с внезапным изменением состояния вещества, и сопровождаемое обычно разбрасыванием (дроблением) окружающей среды. Наиболее характерными являются взрывы, при которых на первом этапе внутренняя химическая (или ядерная) энергия превращается в тепловую.

По сравнению с обычным топливом химические взрывчатые вещества (ВВ) обладают небольшим тепловыделением (4·10³ кДж/кг или 10³ ккал/кг), но из-за малого времени химического превращения (10-5с), которое происходит без участия кислорода воздуха, вещество не успевает разлететься в процессе взрыва и образуется газ с высокой температурой (2·10³ - 4·10³ К) и давлением до 10 ГПа (10⁵ кгс/см). Расширение газа приводит в движение окружающую среду – возникает взрывная волна, скорость распространения которой вблизи очага взрыва достигает нескольких км/с. Взрывная волна оказывает механическое действие на окружающие объекты.

Взрывы могут быть вызваны резкими внешними воздействиями - ударом, трением, ударной волной и др.

Действие взрыва может быть усилено в определенном направлении – кумулятивный эффект. Это достигается специальной формой заряда взрывчатых веществ – с выемкой (обычно конической или параболической формы) в противоположной от детонатора части заряда.

При инициировании взрыва продукты химической реакции образуют сходящийся к выемке поток – формируется высокоскоростная кумулятивная струя.

Выемку обычно облицовывают слоем металла толщиной h = 1-2 мм, что значительно повышает кумулятивный эффект: под действием высокого (до 10 ГПа) давления продуктов химической реакции образуется струя металла, скорость которой достигает 10-15 км/с, что обеспечивает ей большую пробивную силу. Этот эффект используется в кумулятивных снаря-дах, БЧ ракет, авиационных бомб и т.д.

Рис 5. Устройство кумулятивного снаряда

1 - детонатор; 2 - ВВ; 3- металлическая облицовка; 4 - кумулятивная струя; 5 - продукты взрыва; 6 - фронт детонационной волны.

Порожденное взрывом движение среды называют ударной волной. Под воздействием высокого давления газов, образовавшихся при взрыве, окружающая очаг взрыва среда испытывает сжатие и приобретает большую скорость. Движение передается от одного слоя к другому, так что область, охваченная взрывной волной, быстро расширяется. Скачкообразное изменение состояния вещества во фронте взрывной волны называют ударной волной, которая распространяется со сверхзвуковой скоростью.

Основными параметрами, характеризующими взрывную волну, являются максимальное давление P_m, время действия  и импульс . Для ядерных боеприпасов большой мощности учитывают еще и скоростной напор воздуха ΔРск, движущегося за фронтом ударной волны (при ΔРср > 50 кПа). По мере удаления от центра взрыва Рm и S (максимальное давление и импульс) уменьшаются, а время действия растет (см. рис.).

Рис.6. Изменение давления от времени

На больших расстояниях от места взрыва взрывная волна преобразуется в звуковую волну.

Ударная волна – это распространяющаяся со сверхзвуковой скоростью тонкая переходная область, в которой происходит резкое увеличение плотности , давления Р и скорости V вещества. Ударная волна возникает при взрывах, детонации и др. явлениях (например, при сверхзвуковых движениях тел, при мощных электрических разрядах и т.д.).

При взрывах ВВ образуются высоконагретые продукты взрыва, обладающие большой плотностью и находящиеся под высоким давлением. В начальный момент они окружены покоящимся воздухом при нормальной плотности и атмосферном давлении. Расширяющиеся продукты взрыва сжимают окружающий воздух, причем в каждый момент времени сжатым оказывается лишь воздух, находящийся в определенном объеме; вне этого объема воздух остается в невозмущенном состоянии. С течением времени объем сжатого воздуха возрастает. Поверхность, которая отделяет сжатый воздух от невозмущенного, и представляет собой ударную волну (или, как говорят, фронт ударной волны).

Импульс ударной волны (ударный импульс) действует на каждое из соударяющихся тел при ударе. Величина ударного импульса определяется равенством  или ,где Р - ударная сила, P_ср - ее среднее значение за время удара,  - время удара. Ударный импульс рассматривают как меру механического взаимодействия тел при ударе. Иногда ударный импульс называют ударом.