ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ
Под фугасным действием взрывчатых веществ понимают разрушение и выброс той или иной плотной среды (чаще всего грунта), в которой происходит взрыв заряда взрывчатого вещества.
Мерой фугасного' действия служит объем воронки, образовавшейся при взрыве, отнесенный к 1 кг взрывчатого вещества. Объем воронки зависит от веса и свойств заряда взрывчатого вещества, от свойств разрушаемой среды и расположения заряда относительно последней.
На фугасное действие взрывчатых веществ весьма существенное влияние оказывает углубление заряда в среду. Так, например, тротил на поверхности обычного, грунта дает при взрыве воронку около 0,15 м /кг, при углублении же заряда на 0,4 м объем воронки в указанном грунте доходит до 2 м /кг.
Образующаяся воронка (горн) имеет в этом случае более или менее правильную конусообразную форму (рис 1). Вследствие того, что часть выброшенного взрывом грунта падает обратно в воронку, объем нерасчищенной воронки всегда меньше объема действительной воронки. Расстояние от центра заряда до поверхности среды называется глубиной воронки (горна) Расстояние в плоскости горизонта от центра воронки (горна) до подошвы называется радиусом г. Если h= г, то воронка или горн называются простыми, если г> h — мелкими, если же h>r— глубокими. В среде, подвергнувшейся действию взрыва, различают три сферы (см.рис 1): сферу сжатия, 2) сферу разрушения и 3) сферу сотрясения.
В сфере сжатия под действием продуктов взрыва среда. Объем сферы сжатия в зависимости от свойств среды и взрывчатого вещества' колеблется от 5 до 300 объемов заряда.
В сфере разрушения под действием ударной волны, возникающей в среде, связь между частицами среды нарушается и среда выбрасывается продуктами взрыва в сторону наименьшего сопротивления. Радиус сферы разрушения (г) в 2—4 раза больше радиуса сферы сжатия. В сфере сотрясения ударная волна переходит в звуковую (затухает) без нарушения связи между частицами среды. Теоретически радиус сферы сотрясения беспредельный. В зависимости от мощности взрыва сотрясение может быть обнаружено (сейсмическими приборами) на расстоянии сотен километров от очага взрыва. Практически за радиус сферы сотрясения принимают расстояние, на котором упругие волны от взрыва еще способны производить разрушающее действие наземных построек. В артиллерийской практике обычно требуется определять глубину воронки (h) по заданному весу заряда в снаряде. Но для этого необходимо знать углубление снаряда в среду, которое зависит от' свойства среды, от скорости падения снаряда и конструктивных особенностей его (баллистического коэффициента, замедления взрывателя и пр.) При сравнительной оценке различных взрывчатых веществ по фугасному действию снаряженных ими боеприпасов производят подрывы в грунте или стрельбу с последующим обмером воронок. При стрельбе с небольшими углами падения и без замедления получаются мелкие воронки, имеющие конусообразную форму.
Кумулятивное действие Кумулятивным называется повышенное в одном направлении действие взрыва заряда, имеющего определенную форму. Кумулятивное действие может быть иллюстрировано следующим примером: если на достаточно толстой броне последовательно подрывать три цилиндрических заряда (смотри рисунок) равной высоты и диаметра, но с различным устройством торцевой части заряда, примыкающей к броне, то получим разное действие по броне*
После подрыва заряда а с плоским торцом на броне образуется неглубокая вмятина с диаметром, равным диаметру заряда, или в лучшем случае на противоположной заряду стороне брони отколется металл на участке, имеющем диаметр, примерно равный диаметру заряда* После подрыва заряда б с конической выемкой в торцевой части в броне будет выбита воронка в несколько раз глубже, чем вмятина от взрыва заряда с плоским торцом. Диаметр такой воронки в броне будет значительно меньше диаметра заряда. После подрыва заряда в с конической выемкой, облицованной внутри тонкой стальной оболочкой, в броне будет выбита еще более глубокая воронка (или сквозная пробоина), но еще меньшего диаметра, чем в предыдущем случае.
|
Рисунок Пробивное действие обычного и кумулятивных зарядов
Разобранный пример показывает, что приданием заряду определенной формы и устройства можно создать условия, при которых часть энергии взрыва заряда сосредоточивается (кумулируется) на узком участке пространства, вследствие чего происходит местное резкое повышение действия взрыва. Сущность этого явления заключается в следующем. При подрыве заряда, имеющего в торцевой своей части выемку (называемую кумулятивной) и инициируемого со стороны, противоположной выемке, продукты взрыва части заряда, прилегающей к выемке, разлетаясь вначале примерно по нормали к поверхности выемки, уплотняются вдоль оси выемки и приобретают большую скорость, образования кумулятивную струю. Скорость движения кумулятивной струи превосходит скорость детонации заряда и достигает вблизи заряда 10 ООО м/сек при давлении выше 100 ООО кг/см. Динамическим воздействием струи продуктов взрыва и объясняется повышенное пробивное действие взрыва кумулятивных зарядов без оболочки внутри выемки. Кумулятивная струя на некотором небольшом расстоянии от заряда имеет наибольшие плотность, скорость и наименьший диаметр. Это место называется кумулятивным фокусом. По мере удаления от заряда за фокусное расстояние диаметр струи увеличивается, скорость падает, струя рассеивается и пробивное действие уменьшается.
Глубина пробития прочных преград кумулятивными зарядами зависит от ряда условий. Из них основными являются следующие: свойства ВВ кумулятивного заряда, форма и размеры кумулятивной выемки, свойства металла и толщина облицовки кумулятивной выемки, расстояние заряда от преграды, а для снарядов- вращательное движение.
Из свойств ВВ кумулятивного заряда определяющим является скорость детонации, Чем выше скорость детонации заряда, тем более высокие начальные характеристики будут иметь продукты и тем короче будет время прохождения детонационной волной участка кумулятивной выемки.
Форма кумулятивной выемки существенно влияет не только на глубину пробития преграды, но и на сохранение пробивной способности струи, но мере удаления заряда от преграды. При одной и той же форме на пробивной эффект существенно влияют размеры выемки. Поэтому диаметр выемки у основания ее (т.е. у среза заряда) стремятся сделать возможно большим, приближающимся к диаметру заряда, а высоту выемки делают равной полутора- двум диаметрам выемки. Материал облицовки выемки может улучшить пробивное действие. Например, картонная облицовка ухудшает кумулятивный эффект, а стальная значительно увеличивает. При этом для каждого материала существует своя оптимальная толщина облицовки, ниже и выше которой пробивной эффект снижается. Для стальной облицовки обычно применяется толщина 1-2 мм. Вращательное движение снаряда отрицательно влияет на пробивное действие, поэтому не вращающиеся кумулятивные боеприпасы при равных условиях действуют эффективно.
Действие взрыва на расстоянии
Разрушительное действие взрыва не ограничивается непосредственной близостью к месту взрыва. Зона разрушений, производимых взрывом, значительно превышает объём заряда. Разрушения в окружающей среде происходят в следствии того, что образующиеся при взрыве нагретые до высоких температур и сжатые до больших давлений газообразные продукты, расширяясь, оказывают сильное динамическое воздействие на окружающую среду. При этом в окружающей среде образуются ударные волны большой интенсивности, особенно вблизи заряда. Вблизи очага взрыва фронт разлета продуктов взрыва совмещён с фронтом ударной волны, т.к. они двигаются примерно с равной скоростью. Но плотность продуктов взрыва в этой зоне примерно в 20 раз превосходит плотность воздуха на фронте ударной волны, поэтому динамическое воздействие продуктов взрыва на преграду значительно превосходит действие ударной волны. Такое положение сохраняется до тех пор, пока ударная волна, двигаясь с большой скоростью, не оторвется от продуктов взрыва. Отрыв ударной волны от продуктов взрыва происходит на расстоянии от 7 до 14 радиусов заряда от центра очага взрыва. На расстоянии от 14-20 радиусов заряда продукты взрыва и ударная волна оказывают примерно одинаковое воздействие на преграду. На расстоянии больше 20 радиусов заряда разрушительный эффект обуславливается действие только ударной волны. Таким образом, при взрыве в воздухе на небольших расстояниях от места взрыва основные разрушения производят продукты взрыва, а на некотором удалении- воздушная ударная волна.
| Рисунок 1 - Поле действия взрыва. Зона 1: основное действие продуктов взрыва; зона 2: совместное действие продуктов и ударной волны зона 3: действие ударной волны |
Удельный импульс ударной волны может быть вычислен по формуле:
I = (AC2/3)/R
Где: I — удельный импульс в кг • сек/м [1] ; А — коэффициент, характеризующий взрывчатое вещество, для тротила равный 60, гексогена — 78; С — вес заряда взрывчатого вещества в кг; R— расстояние от заряда в м.3.
Передача детонации на расстоянии
Продукты взрыва одного заряда в воздухе могут вызвать взрыв другого заряда, если он не очень удален от первого заряда. В таком случае первый заряд носит название активного, второй—пассивного. Явление возбуждения взрыва в пассивном заряде в случае взрыва активного, отделенного от пассивного инертной средой, называют детонацией на расстоянии или детонацией через влияние.
Дальность передачи детонации на расстоянии зависит от ряда факторов, основными из которых являются:
1. вес и свойства: активного заряда.
2. свойства пассивного заряда,
3. характер оболочек, в которых помещены заряды.
4.. направление детонации в активном заряде.
5. Зависимость дальности передачи детонации от веса активного заряда выражается эмпирической формулой:
Механизм разрушения в окружающей среде.
Механические разрушения в окружающей среде принято классифицировать на три следующие группы:
1) сильные, характеризующиеся разрушением каменных или кирпичных кладок;
2) средние, сопровождающиеся разрушением деревянных частей и толстых стекол;
3) слабые, при которых приподнимается черепица и разбиваются обыкновенные стекла.
На основании многочисленных исследований установлено, что расстояния, на которых происходят одинаковые разрушения, определяются в - зависимости от веса заряда взрывчатого вещества.