книги / Физико-химические свойства взрывчатых веществ, порохов и твердых ракетных топлив

Аналогичные изменения механических свойств ТРТ происходят и при изменении температуры испытания в сторону ее уменьшения, что соответствует увеличению относительной скорости деформирования, или в сторону ее увеличения, что соответствует уменьшению относительной скорости деформирования образца.

Значительное влияние на механические свойства ТРТ оказывает гидростатическое давление, возможное в условиях работы ТРТ, особенно для СТРГ.

До определенного значения давления (р), выше атмо-

и упругих характеристик ТРТ. Значения деформационных характеристик зависят от структуры связующего компонента, в некоторых случаях может происходить незначительное увеличение деформации.

Динамические характеристики в пределах параметров эксплуатации ТРТ, как правило, не влияют на их механические свойства.

Долговременная прочность ТРТ, как и любого другого материала, зависит от нагрузки (напряжения) и времени приложения нагрузки по уравнению

τ = B σ−m ,

где τ – время, σ – напряжение, В и m – коэффициенты, зависящие от свойств материала.

242

ГЛАВА 5. ДЕЙСТВИЕ ВЗРЫВА НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Давление детонации у бризантных ВВ достигает 104 МПа (сотни тысяч кгс/см2). Как только волна детонации достигнет поверхности заряда, начинается разлет сильно сжатых газообразных продуктов взрыва.

Газы сильно сжимают и оттесняют окружающий воздух, и расширяющаяся поверхность облака продуктов взрыва оказывается окруженной слоем сжатого воздуха. Внешняя граница сжатого слоя представляет собой фронт воздушной ударной волны. На начальной стадии процесса скорость движения продуктов взрыва близка к скорости ударной волны, но по мере расширения первая из них падает быстро, тогда как скорость ударной волны уменьшается гораздо медленнее. Расчет показывает, что когда радиус облака продуктов взрыва достигает 10–15 радиусов заряда, давление в нем становится близким к атмосферному. Примерно к этому моменту ударная волна отрывается от поверхности облака газов и распространяется далее в окружающей среде.

5.1. Поле взрыва

Разрушительное действие на малых расстояниях (до 10 радиусов заряда) вызывается главным образом продуктами взрыва, а на больших расстояниях от заряда – ударной волной.

Область пространства, в которой при взрыве заряда ВВ в той или иной степени проявляется его разрушительное действие, называется полем взрыва.

Поле взрыва вблизи заряда зависит от его формы и соответствует форме заряда. С увеличением расстояния поле взрыва принимает форму сферы. Рассмотрим поле взрыва сферического снаряда с радиусом r0 при мгновенном протекании детонационного процесса.

243

В зависимости от интенсивности действия продуктов детонации и ударной волны рассматривают три зоны разрушительного действия (рис. 24):

–I зона местного действия;

–II зона действия продуктов детонации и ударной волны;

–III зона фугасного действия.

Рис. 24. Поле взрыва

Зона местного действия представляет собой сферу радиусом (1,5...2,0) r0. В этой зоне фронт ударной волны почти совпадает с фронтом расширяющейся области продуктов детонации. Давление во фронте ударной волны достигает 15...20 МПа. Плотность продуктов детонации примерно на два порядка выше, чем плотность воздуха в ударной волне. Поэтому разрушения определяются действием продуктов взрыва.

Зона совместного действия продуктов детонации и ударной волны представляет собой часть сферы, все точки которой удалены от центров на расстояние от (1,5...2,0) r0 до (5...6) r0. Продукты детонации передают энергию ударной волне, но параметры продуктов детонации уменьшаются быстрее, чем параметры ударной волны. Однако параметры продуктов детонации еще достаточно высоки. Ударная волна также обладает достаточной интенсивностью. Поэтому разрушения во второй зоне обусловлены действием как продуктов детонации, так и ударной волны.

244

Зона фугасного действия занимает пространство, расстояние до точек которого от центра взрыва составляет более (5...6) r0. Параметры продуктов детонации и ударной волны значительно снизились. Однако разрушительное действие ударной волны превосходит действие продуктов детонации и является определяющим.

Расширение продуктов детонации заканчивается на предельном расстоянии (10...15) r0 от центра взрыва. При этом давление в продуктах взрыва будет равно атмосферному. Ударная волна отрывается от продуктов детонации, за ударной волной появляется зона разрежения.

Таким образом, в зависимости от расстояния между центром взрыва и объектом характер разрушения будет изменяться.

В зависимости от характера детонационной волны и, с другой стороны, от характера и расположения окружающей среды относительно фронта волны могут иметь место различные формы действия взрыва.

1. Сильное дробление, измельчение и пробивание непосредственно примыкающей к заряду прочной плотной среды, например, крепкой горной породы, металлической оболочки

вбоеприпасах.

2.Раскалывание, которое имеет место при добыче крупных кусков горной породы при минимальном дроблении или измельчении ее.

3.Отбрасывание среды.

4.Выброс грунта с образованием воронки.

5.Образованиеираспространениевоздушныхударныхволн.

6.Образованиеираспространениевгрунтесейсмическихволн.

Обычно только одна или лишь некоторые формы действия взрыва являются полезными, т. е. необходимыми для достижения заданной цели взрывной работы, остальные же являются бесполезными – потерей соответствующей доли полной работоспособности (энергии взрыва).

Различают два основных вида внешней работы взрыва: бризантное и фугасное действие.

245

5.2. Бризантное действие взрыва

Бризантное действие вызывает местное разрушение в результате резкого удара продуктов детонации по прилегающей к заряду среде или близко расположенным объектам.

Бризантное действие проявляется в дроблении, пробивании или весьма сильной деформации объектов. Оно происходит лишь вблизи заряда ВВ на расстоянии не более двух радиусов заряда, т.е. в I зоне, где параметры продуктов детонации достаточно велики.

Бризантное действие зависит не только от заряда ВВ, но и от характеристики объекта, а именно от соотношения между временем воздействия продуктов детонации на объект τ и временем прохождения волны деформации по объекту τ1, т.е. времени разрушения объекта.

Возможны два случая:

1. Величина τ намного больше τ1. Это случай большого заряда и тонкой стенки, когда бризантное действие определяется и характеризуется величиной детонационного давления:

pд = ρ04D2 .

Таким образом, бризантное действие должно увеличиваться с ростом плотности ВВ и быстро возрастать с увеличением скорости детонации.

2. Величина τ намного меньше величины τ1. Это случай небольшого заряда и толстой стенки (снаряда), когда стенка не успевает за время действия продуктов детонации скольконибудь существенно сместиться и деформироваться. Разрушение преграды в этом случае будет определяться импульсом давления продуктов детонации. Удельный импульс давления продуктов детонации i определяется по формуле

246

tк

i = ∫ pdt,

tн

где tн – время начала расширения продуктов детонации; tк – время завершения основного удара продуктов детонации по среде, соприкасающейся с зарядом.

Бризантное действие обусловлено в основном «головной» частью полного импульса, т.е. работой продуктов детонации при падении их давления в сравнительно узком интервале времени от давления детонации рд до конечного давления рк. Можно приближенно допустить, что величина этой головной части импульса пропорциональна начальному давлению, и принять последнее в качестве критерия бризантного действия.

Опытное определение бризантности по величине обжа-

тия свинцового цилиндра. Для контроля производства и при практическом применении ВВ бризантность оценивают по стандартной пробе – величине обжатия свинцового цилиндра при взрыве на нем заряда (рис. 25). В бумажную гильзу с внутренним диаметром 40 мм помещают 50 г испытуемого ВВ и закрывают сверху картонным кружком. В центре кружка делают отверстие для капсюля-детонатора. В специальной матрице прессованием доводят заряд до плотности 1 г/см3.

Рис. 25. Установка для определения бризантности: 1 – стальная плита, 2 – свинцовый цилиндрик, 3 – стальная пластина, 4 – патрон с испытуемым ВВ, 5 – электродетонатор

247

Подготовленный таким образом патрон ставят на стальной диск диаметра 41 мм и толщиной 10 мм, который положен на цилиндр из чистого свинца диаметром 40 мм и высотой 60 мм, установленный на стальной плите. Всю систему центрируют и укрепляют на плите, после чего производят взрыв.

При взрыве свинцовый цилиндр обжимается и приобретает форму гриба. Разность высот цилиндра до и после взрыва служит мерой бризантности ВВ.

В табл. 33 приведены значения бризантности некоторых ВВ. Величина обжатия, получающаяся по этой пробе, не дает абсолютного значения бризантности, а служит только для относительной ее оценки. Тем не менее она имеет большое значение

для практической оценки бризантности ВВ.

* Так как при массе заряда гексогена или тэна 50 г свинцовый столбик дробится на части, то при определении бризантности этих веществ применяют заряды в 25 г.

В последнее время для оценки бризантности все большее значение приобретает прямое определение импульса взрыва при помощи баллистического маятника.

Определение импульса взрыва при помощи баллистическо-

го маятника. Схема маятника приведена на рис. 26. Испытуемый заряд взрывают в контакте с наконечником маятника. Величину импульса определяют по максимальной скорости, сообщенной маятнику, или по его отклонению.

248

При взрыве заряда ВВ (3)поток продуктов взрыва или ударной волны, действуя на торец носка маятника (2), сообщает маятнику импульс и отклоняет его на некоторый угол, определяемый по горизонтальному отклонению маятника. Щит (5) служит для защиты основной массы маятника от непосредственного воздействия продуктов взрыва и ударной волны. Обозначим: М – масса маятника; l – длина подвеса; g – ускорение силы тяжести; h – высота поднятия центра тяжести маятника; φ – угол отклонения маятника.

Импульс, воспринимаемый маятником при взрыве,

I = M 2gl(1 − cosφ),

так как h =l(1 − cosφ) . Эта формула справедлива для углов отклонения φ не более 15–20°.

5

2 1

4

3

Рис. 26. Схема баллистического маятника: 1 – груз маятника, 2 – носок, 3 – испытуемый заряд ВВ, 4 – устройство для замера отклонения, 5 – щит

249

Пользуясь непосредственно величиной Х горизонтального отклонения маятника, можно определить импульс для малых углов из соотношения

I = M 2Tπ X ,

где Т – период колебания маятника. Учитывая зависимость между энергией движения и величиной импульса, сообщенного

маятнику, E = Mgh I 2 , можно вычислить суммарную энергию

2M

ударной волны.

Оценка бризантности взрывчатого вещества по осколочности снаряженных им боеприпасов. Оценка бризантности ВВ может быть произведена и по степени дробления металлической оболочки, окружающей заряд, или металлической плиты, на которой он установлен. В артиллерийской практике издавна принято судить о бризантности ВВ и о качестве снаряжения по результатам определения осколочности снаряженных им боеприпасов. Для этой цели боеприпас устанавливают в бронеяме, в ящике с песком, или окружают ящиками с песком для предохранения осколков от дробления при ударе о стенки бронеямы. После подрыва собирают все осколки, взвешивают и подсчитывают число «полезных» осколков. Полезными обычно считают осколки, вес которых равен или превышает 1 г.

Критерием бризантности служит число полезных осколков, отнесенное к 1 кг разрывного заряда. При заданных конструкции корпуса и взрывчатом веществе это число, называемое чис-

лом А, служит критерием качества снаряжения боеприпаса;

при заданных ВВ и снаряжении число А служит для оценки ос-

колочности боеприпаса.

Поскольку осколочность зависит не только от качества ВВ, но и от калибра и конструкции боеприпаса и качества металла, результаты испытания нового вида снарядов сравнивают с результатами испытания известных боеприпасов.

250