Параметры ударных волн при взрыве в воздухе.

Воздушная ударная волна представляет собой область резкого сжатия воздуха, распространяющуюся во все стороны от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью. Источником возникновения воздушной ударной волны является высокое давление в центре взрыва, достигающее 10⁵ млрд. Па. Основные параметры ударной волны, характеризующие ее разрушающее и поражающее действие: избыточное давление во фронте ударной волны, давление скоростного напора, продолжительность действия ударной волны.

Продукты взрыва, стремясь расшириться, сжимают окружающие их слои воздуха. Эта уплотненная масса воздуха в свою очередь расширяется и передает давление соседним слоям.

Так, давление быстро передается от слоя к слою, образуя ударную волну в воздухе. Передняя граница сжатого слоя воздуха, характеризующаяся резким увеличением давления, называется фронтом ударной волны. В непосредственной близости от центра взрыва скорость распространения ударной волны в несколько раз превышает скорость звука в воздухе. По мере удаления от центра скорость постепенно уменьшается, а ударная волна ослабевает.

Скорость движения и расстояние, на которое распространяется ударная волна, зависят от мощности взрыва. Чем мощнее взрыв, тем больше скорость и радиус действия ударной волны. Кроме того, на радиус действия ударной волны оказывают влияние рельеф местности, метеорологические условия и ветер.

При быстром движении ударной волны происходит также перемещение частиц воздуха в сжатом слое в направлении распространения ударной волны. Воздух движется за фронтом волны со сверхзвуковой скоростью и представляет собой ураган огромной силы.

Направление и скорость движения воздуха за фронтом ударной волны изменяются. Когда фронт ударной волны доходит до какой-либо точки на поверхности земли, то в этой точке мгновенно повышаются избыточное давление и температура, а воздух начинает перемещаться в сторону движения ударной волны.

В дальнейшем, по мере продвижения ударной волны, давление падает ниже атмосферного, и воздух движется в обратную сторону. Следовательно, за фазой сжатия следует фаза разрежения. Характер действия ударной волны зависит от вида взрыва. При воздушном ядерном взрыве образуется сферическая ударная волна, которая в ближней зоне, т. е. на расстоянии, меньшем высоты взрыва (R<H), падает вниз и называется падающей. Дойдя до поверхности земли, ударная, волна мгновенно отражается, образуя отраженную волну. В дальней зоне, т. е. на расстоянии, большем высоты взрыва (R>H), скорость отраженной волны больше скорости волны падающей. В результате происходит сложение падающей и отраженной волн и образуется головная волна, давление в которой в 4—5 раз больше давления во фронте свободно распространяющейся сферической волны. Головная волна распространяется вдоль поверхности земли (рисунок 6).

Основными параметрами, определяющими поражающее действие ударной волны, являются избыточное давление, скоростной напор воздуха и время действия избыточного давления (время действия фазы сжатия).

Поражающее действие ударной волны определяется главным образом избыточным давлением

Ударные волны, возникающие при взрыве, могут распространяться в любых средах: воздухе, воде, грунте, бетоне, металле и пр. Наиболее важным практически и потому наиболее изученным является случай ударной волны в воздухе. Воздушную ударную волну иногда называют также взрывной волной.

В инженерной практике наибольший интерес представляет определение следующих параметров ударной волны:

1 – давление воздуха на фронте ВУВ, Р1;

2 – скорость движения фронта ВУВ, Д;

3 – скорость движения воздуха за фронтом ВУВ, ω;

4 – плотность воздуха на фронте ВУВ, ρ1;

5 – температура воздуха на фронте ВУВ, Т1.

Параметры среды в невозмущенном воздухе перед фронтом ВУВ:

1 – давление воздуха Р0 = 101 325 Па;

2 – скорость звука α0 = 340 м/с;

3 – скорость невозмущенного потока ω0 = 0 м/с;

4 – плотность воздуха ρ0 = 1,225 кг/м3;

5 – температура воздуха Т0 = 288 К.

Для определения параметров ВУВ следовало бы составить систему из 5 уравнений, однако задача существенно упрощается, если одну из искомых величин считать известной, например, определить ее значение экспериментально, а все остальные величины выразить через нее.

Из параметров ВУВ удобнее всего при современной технике определить давление Р1 или избыточное давление ΔР1.