1.3. Взрывательные устройства

В комплект боевого снаряжения БП, ракет, снарядов, мин и др. входит взрывательное устройтсво (ВУ). Это ВУ – система подрыва боевой части или взрыватель артиллерийского снаряда или мины.

ВУ = система обнаружения (и, может быть, управления) + ПИМ (предохранительно-исполнительный механизм) + детонационные цепи.

Очень часто система обнаружения цели сопряжена с системой управления ракеты. Именно она выдает сигналы на ПИМ для формирования электрического инициирующего импульса.

Лекция 2

Часть 2. Основы теории взрыва

2.1. Взрыв и его формы

Взрывом называют очень быстрое проявление механической работы, вызываемой внезапным расширением сильно сжатых газов или паров.

В зависимости от причин образования сжатых газов или паров и источников энергии, за счет которых совершается работа, различают следующие взрывы: физический, ядерный, химический.

1. Физический взрывпроисходит при быстром изменении состояния вещества или системы. Примеры: взрыв баллона со сжатым газом, взрыв за счет быстрого высвобождения упругой энергии – землетрясение; внезапное торможение сверхвысокоскоростных тел порождает взрыв при переходе кинетической энергии в тепловую; электрический взрыв.

2. Ядерный взрывпроисходит при быстропротекающих реакциях деления сверхтяжелых или синтеза легких атомных ядер, при которых высвобождается огромное количество энергии (в ~10⁶раз больше, чем при химическом взрыве).

3. Химический взрыв– происходит в результате быстрой экзотермической химической реакции с образованием сильно сжатых газообразных продуктов реакции. Такие химические реакции называют взрывными превращениями.

Вещества и составы способные к взрывным реакциям называют взрывчатыми веществами (ВВ) и взрывчатыми составами (ВС).

2.2. Стадии взрыва

1. Первая стадия – превращение энергии того или иного вида в потенциальную энергию сильно сжатых газов или паров (образование рабочего тела и накопление энергии).

2. Вторая стадия – совершение механической работы вследствие быстрого расширения рабочего тела.

Взрывом называют быстрое экзотермическое превращение вещества с образованием сильно сжатых газов или паров и сопровождающееся разрушением и перемещением окружающей среды.

Главное в ВВ: высокая плотность энергии, следовательно, большая мощность при взрыве; постоянная готовность к применению; автономность (для того, чтобы взорвать большую массу ВВ достаточно карманной батарейки).

2.3. Формы взрывного превращения. Объемный (гомогенный) взрыв

Взрыв может быть объемным (гомогенный) либо же в форме самораспространяющегося взрывного превращения.

Рассмотрим объемный (гомогенный) взрыв.

Описание реагирующего вещества

Рассмотрим систему, имеющую массу m, объемVи энтропиюS.

В момент времени tв веществе разложилось% - это доля продуктов реакции. Тогда осталось (не прореагировало):(1-).

Скорость химической реакции ;

Здесь n– порядок реакции.

• соответствует реакции нулевого порядка. Это характерно для начальной стадии любого разложения.

• соответствует реакции 1^гопорядка (мономолекулярная реакция), в которой участвует одна молекула.

• соответствует реакции 2^гопорядка (бимолекулярная реакция), в которой участвуют две молекулы.

• соответствует реакции 3^гопорядка (тримолекулярная реакция), в которой участвуют три молекулы. Такие реакции на практике маловероятны.

z– предэкспонент (частотный фактор)..

E– энергия активации.ккал/молькДж/моль.

Дж/(моль∙К).

Явление теплового самоускорения

Обозначим

При указанных выше значениях zиE:

К;

К.

То есть увеличение температуры в 2 раза приводит к увеличению скорости реакции в 10⁹раз.

Для ВВ характерна чрезвычайно сильная зависимость скорости реакции от температуры.

Запишем уравнение теплопроводности для среды с химическими источниками энергии

Здесь в левой части стоит изменение температуры лагранжевой частицы во времени, первый член в правой части характеризует нагрев или охлаждение заряда ВВ, а второй – тепловой эффект химической реакции для реакции нулевого порядка (энерговыделение вследствие химического превращения).

Теория теплового взрыва Н.Н.Семенова(Нобелевская премия 1935 г.)

Если усреднить температуру заряда ВВ по объему и считать, что она одинакова во всех точках заряда ВВ, то уравнение теплового баланса примет вид

здесь - масса ВВ (), первый член справа характеризует саморазогрев, второй – теплоотвод через поверхность заряда ВВ,S– площадь поверхности.

Рассмотрим график зависимости.

- мощность тепловых источников и стоков (поверхностный теплоотвод).

- мощность тепловыделения в результате протекания химической реакции.

- мощность теплоотвода через единицу площади поверхности заряда ВВ.

При этом А– точка устойчивого равновесия,В– точка неустойчивого равновесия – невозможно стационарное состояние.

Для прямой, проведенной через точку Т'', тепловой взрыв неминуем.

Пусть L– характерный размер заряда..

- количество выделяемой энергии.

- количество отводимой энергии.

Это называется законом «3/2».

Примеры:

1. Что было бы, если бы человек был в 10 раз больше? Кости не выдерживают.

2. Почему детей надо одевать теплее? где параметры с индексом «т» относятся к телу,- химический распад углеводов в организме.- диапазон, в котором может существовать человек. В среднем, при нормальном гомеостазе:Назовем- коэффициент теплового качества одежды (низкое значение- зимняя одежда, высокое – летняя, легкая). Следовательно, он пропорционален росту человека:.

Параметр Франк-Каменецкого Д.А.:

где r– характерный размер,- коэффициент теплопроводности. Этот параметр характеризует взаимосвязь между тепловыделением и теплоотводом.

Таблица 2.1

Параметр	Плоскость	Цилиндр	Сфера
	0,88	2,0	3,32

При происходит тепловой взрыв.

В критических условиях заряд ВВ с взорвется через время примерно равное адиабатической задержке взрыва

Энергетическая диаграмма распада ВВ

Q – тепловой эффект реакции распада.

В молекулах ВВ, как правило, содержится углерод, водород, азот и кислород.

- энергия активации;

- тепловой эффект;

т.е. .

Чрезвычайно сильная зависимость скорости реакции от температуры является фундаментальной наиболее важной характеристикой химических процессов при горении и взрыве.