Фугасное действие взрыва

Под фугасным действием понимают разрушающее действие заряда ВВ средств поражения при взрыве их в различных средах.

Фугасное действие взрыва (боеприпасов) обусловлено разрушающим действием ГПВ и ударной волны.

Рассмотрим процесс взрыва.

Образующиеся при взрыве заряда газообразные продукты находятся под давлением 20–25 ГПА (200–250 тысяч атмосфер), нагреты до температуры порядка 3500–4000°С и занимают объем, равный объему заряда ВВ.

Расширяясь, продукты взрыва вытесняют окружающую среду, разрушая и среду и находящиеся в ней объекты. Если окружающая среда сжимаема (воздух, вода, большинство грунтов), то продукты взрыва, начиная расширяться со скоростью порядка 7–9 км/с, производят резкий удар по прилегающему к заряду ВВ слою среды, который мгновенно сжимается.

Стремясь расшириться, этот сжатый слой интенсивно сжимает следующий слой, который при своем расширении сжимает очередной слой, и т. д. Процесс этот распространяется по упругой среде в виде так называемой ударной волны, движущейся в среде со сверхзвуковой для данной среды скоростью.

Граница, отделяющая среду от среды, сжатой в данный момент ударной волной, называется фронтом ударной волны.

На фронте ударной волны происходит резкое повышение давления – образуется скачок давления, резко возрастает плотность среды и ее температура, а масса сжатой среды приходит в движение в направлении движения ударной волны.

Движение массы сжатой среды в направлении движения ударной волны является характерной чертой ударной волны!

Между тем продукты взрыва, играющие роль своеобразного поршня, приводящего в движение среду, постепенно теряют свою скорость, и в какой-то момент их скорость станет равной скорости движения ударной волны.

В этот момент ударная волна отрывается от продуктов взрыва и уже самостоятельно распространяется по среде. Однако отставшие от ударной волны продукты детонации еще некоторое время продолжают двигаться вслед за ударной волной и в какой-то момент процесс их расширения заканчивается.

При этом давление внутри продуктов взрыва становится меньше давления в окружающей среде. В этот момент продукты взрыва начинают двигаться теперь в обратном направлении, устремляясь к центру взрыва, и вовлекают в движение среду, примыкающую к фронту продуктов взрыва. В результате этого в среде возникает зона разрежения продолжительностью τ ^–, давление в которой будет меньше начального давления в окружающей среде (аналогия с поршнем, который сперва толкает среду вперед, а затем, двигаясь в обратном направлении, отсасывает ее назад).

Рис. 1. Характер изменения давления в некоторой точке пространства

Если на некотором расстоянии от точки взрыва установить датчик для измерения давления в ударной волне, то он запишет кривую, вид которой изображен на рис. 1.

Рис. 2. Ударная волна в воздухе

На рис. 2. представлена картина распространения ударной волны в воздухе. Точка А – фронт ударной волны, точка В – граница зоны разряжения.

Величина избыточного давления на фронте ударной волны Δр и время действия давления τ⁺ определяют ее способность наносить разрушения объектам, находящимся на значительном расстоянии от точки взрыва.

С увеличением расстояния до точки взрыва Δр уменьшается, а τ⁺ увеличивается (т.е. волна растягивается). Чем больше масса заряда и выше удельная энергия ВВ, тем больше будут значения Δр и τ⁺.

Параметры и характеристики разрушающего действия продуктов взрыва и ударной волны во многом определяются также и свойствами среды.

Так, при взрыве в воздухе в момент удара продуктов взрыва по окружающему воздуху, т.е. в начальный момент формирования ударной волны, давление на ее фронте равно 500–900 атм. Отрыв ударной волны от продуктов взрыва происходит на расстояниях, равных примерно 10–12 приведенных радиусов заряда. (Приведенный радиус – радиус сферического заряда, масса которого раина массе заряда ВВ).

Величина избыточного давления на фронте ударной волны Δр определяет численные значения всех ее параметров.

К параметрам ударной волны при воздушном взрыве относятся:

- скорость ударной волны;

- скорость воздуха за фронтом ударной волны;

- плотность воздуха на фронте ударной волны;

- температура воздуха на фронте ударной волны;

- время действия ударной волны.

Так, например, при взрыве в воздухе 250-кг фугасной авиабомбы давление Δр на расстоянии 6 м составляет 10 атм., скорость ударной волны D=1040 м/с, скорость движущегося за волной воздуха u = 762 м/с, температура его T = 500°С, плотность ρ в 4 раза превосходит начальную и равна 4,9 кг/м², а время τ⁺=0,007 с. А на расстоянии 14 м параметры ударной волны будут следующие: Δр = 1 атм., u= 174 м/с, T=65°С, ρ = 2 кг/м³ и τ⁺=0,013 с.

Зависимость параметров ВУВ от Δр

Δр, атм.	D, м/с	U, м/с	ρ, кг/м^3	C1, м/с	T1, К
0,01		2,3	1,225
0,10		22,8	1,315
1,00			1,965
10,0			4,810
			8,710
			17,690

Важной характеристикой, определяющей разрушающее действие ударной волны и продуктов взрыва, является также удельный импульс J₁.

Удельный имп ульс равен количеству движения, которое несет в себе ударная волна, отнесенному к единице площади фронта волны.

Численно удельный импульс J₁ равен заштрихованной на рис. 1 площади под кривой давления.

Разрушающее действие ударной волны определяется удельным импульсом J₁, если тот или иной элемент конструкции цели или сооружения имеет недостаточную жесткость, т.е. его период собственных колебаний существенно превосходит время действия ударной волны τ⁺.

В этом случае за время действия ударной волны данный элемент не успеет сколько-нибудь заметно деформироваться и сдвинуться с места и поэтому его разрушение может начаться уже после того, как он получит все количество движения, которое несет в себе ударная волна и которое равно произведению удельного импульса на площадь рассматриваемого элемента.

Так, например, при взрыве 250-кг фугасной бомбы на расстоянии 6 м от здания с толщиной кир­пичной стены 0,5 м последняя разрушается удельным импульсом ударной волны J₁ = 800 Н·с/м².

Если же, наоборот, время действия ударной волны будет заметно превосходить период собственных колебаний (элемент является весьма жестким), то разрушающее действие будет определяться величиной максимального давления Δр, которое будет действовать на элемент практически в течение всего времени его деформации и разрушения.

Так как большинство фронтовых наземных целей содержит различные по жесткости элементы, то при оценке разрушающего действия учитываются одновременно и Δр, и J₁. Так, например, при взрыве 250-кг фугасной авиабомбы на расстоянии 14 м от фронтового самолета на открытой стоянке дав­лением в ударной волне Δр, равным примерно 1 атм., и удельным импульсом J₁=360 Н·с/м² самолету только фугасным действием будут нанесены повреждения, требующие как минимум его капитального ремонта.

При взрыве заряда в воздухе различные степени поражения могут быть нанесены и человеческому организму – от легких, не опасных для жизни контузий до значительных повреждений наружных и внутренних органов, приводящих к смертельному исходу. Например, при взрыве 100 кг тротилового заряда не опасные для жизни повреждения, требующие в крайнем случае лишь госпитализации, наносятся на расстояниях порядка 8 м от точки взрыва, а смертельные поражения будут иметь место на расстояниях около 4 м.

При взрыве заряда в прочных средах (грунт, бетон и др.) частной характеристикой фугасного действия является радиус сферы разрушения, в пределах которой в материале среды возникают пластические деформации и образуются трещины.

Величина этого радиуса зависит от массы и удельной энергии заряда и от свойств среды. Например, при взрыве на достаточной глубине в обычном грунте 250-кг фугасной авиабомбы этот радиус равен 4,5 м, а в бетоне – 2 м.

При взрыве в таких средах создается сфера, из которой среда вытеснена; радиус этой сферы примерно в 3 раза меньше радиуса разрушения.

Если взрыв заряда происходит на глубине меньшей, чем радиус разрушения, то в среде образуется воронка, радиус которой R и объем W зависят от свойств среды, типа и массы ВВ. Так, при взрыве в грунте фугасной 250-кг авиабомбы на глубине 2 м образуется воронка с радиусом R=5,5 м и W=112 м³.

Заряд ВВ

Физическая картина взрыва заряда в воде качественно мало чем отличается от взрыва в воздухе, так как и вода и воздух являются упругими (сжи­маемыми) средами. Однако вследствие того что по сравнению с воздухом вода обладает меньшей сжимаемостью и ее плотность в 800 раз превосходит плотность воздуха, численные значения параметров, определяющих явление взрыва в воде, существенно отличаются от тех, которые получаются для случая взрыва заряда в воздухе.

При взрыве в воде на достаточной глубине образуется пульсирующий газовый пузырь (рис. 3).

Рис. 3. Взрыв заряда ВВ в воде.

Основными факторами, определяющими разрушающее действие при взрыве заряда в воде, являются: ударная волна (основная и вторичная волна, возникающая при пульсации газового пузыря), гидропоток (создается массовой скоростью воды на фронте ударной волны и главным образом движением массы воды, вытесняемой пульсирующим газовым пузырем) и продукты взрыва газового пузыря (в случае, если разрушаемый объект находится на расстоянии R < Rп).

Необходимо отметить, что Δр для вторичной ударной волны составляет все лишь 10% от Δр первичной ударной волны. Однако из-за большой длительности вторичной ударной волны удельные импульсы ударных волн имеют примерно одинаковую величину, т.е. одинаково разрушительны.

В заключение отметим, что степень разрушения подводных или надводных объектов усиливается, если расстояние до объекта окажется меньше, чем максимальный радиус газового пузыря.

Дата добавления: 2014-01-05