Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физические основы взрыва. Монография
.pdf
По составу
Индивидуальные ВВ
Органические азотистые
нитрамин - (CH2NNO2)4
Неорганические
NH4CLO4
1 группа
2 группа
Инициирующие или первичные ВВ
Бризантные или вторичные
ВВ
Высокая чувствительность,
тетразен- C2H8ON10 – к трению.
Сравнительно низкая
В ствольных системах-
соединения:
ТНТ-тринитротолуол C6H2(NO2)3CH
ТЭН - C(CH2ONO2)
4
гексоген-циклотриметилентринитр-
амин - (CH
NNO2)
2
3
октоген-циклотетраметилентетра-
детонация.
В средствах возбуждения
детонации и горения.
Гремучая ртуть- Hg(ONC)
–
2
к удару,
азид свинца-Pb(N
ТНРС- C
H(O2Pb)(NO2)3H2O –
6
– к удару,
3)2
к пламени,
соединения:
соли азотной кислоты –
3
нитрат аммония NH
Соли хлорной кислоты –
перхлорат калия KCLO
перхлорат аммония
чувствительность,
детонация. В качестве
разрывных зарядов из
индивидуальных ВВ и
составов на их основе.
.
4NO3
;
4
По областям
Рис. 1.2. Классификация и общая характеристика
11
пироксилиновые и
баллиститные пороха
Взрывчатые составы
Смеси окислителя с горючим.
Смеси индивидуальных ВВ
т.п.
3 группа
4 группа
Метательные ВВ – пороха
топлива
Пиротехнические составы
Сравнительно низкая
горение.
В ракетных двигателях –
Сравнительно низкая
двигателей.
Взрывчатые составы
с добавками: флегм.
гексоген, флегм. октоген,
ТГ, ТО, ТГА, ТОА,
ТГА+окисл., ТОА+окисл. и
применения
и твердые ракетные
чувствительность
(кроме тепловой),
твердые ракетные топлива
на основе баллиститных
порохов, смесевых топлив
на основе окислителя и
горючего.
взрывчатых веществ
Промышленные ВВ на основе
аммиачной селитры с
невзрывчатыми горючими –
простейшие ВВ, с взрывчатыми
горючими – аммониты, с Al –
аммоналы, водосодержащие
аммиачно-селитренные смеси
чувствительность, горение.
Смеси на основе неорганических
окислителей с органическими,
металлическими горючими и
цементирующими добавками.
В пиротехнических средствах
для получения спецэффектов:
осветительные, фотосмеси,
трассирующие, сигнальные,
инфракрасного излучения,
маскирующие, дымообразующие,
зажигательные, твердые
пиротехнические топлива для
воздушных и гидрореактивных
12
перед индивидуальными ВВ, так как они являются более
экономичными (низкая стоимость) и позволяют регулировать
тепловые эффекты и состав продуктов взрыва. К их недостаткам
относят более низкую детонационную способность и невысокую
физическую стабильность.
В качестве окислителя в смесевых ВВ применяют неорганические
соли:
- азотной кислоты - нитрат аммония, натрия, калия и кальция;
- хлорной кислоты - перхлорат аммония, натрия и калия;
- хлорноватой кислоты - хлорат калия.
Наиболее широкое применение получил нитрат аммония или
аммиачная селитра, на основе которого создан класс промышленных
ВВ.
В качестве горючего используют индивидуальные ВВ со
значительным отрицательным кислородным балансом, в основном с
тротилом, органические вещества в виде жидких и твердых продуктов
переработки нефти, различные виды целлюлозы и т.д.
Смесевые ВВ на основе аммиачной селитры можно разделить на:
- смеси гранулированной аммиачной селитры с невзрывчатыми
горючими. Они относятся к простейшим ВВ, например, игданиты,
включающие в качестве горючего дизельное топливо или соляровое
масло;
- смеси аммиачной селитры со взрывчатыми горючими, с тро-
тилом или другими нитросоединениями, называемые аммонитами;
- смеси аммиачной селитры с алюминием или другими
металлами, называемые аммоналами;
- водосодержащие аммиачно-селитренные смеси, где в качестве
жидкого наполнителя и пластифицирующего материала используют
водные гели.
Взрывчатое превращение смесевых ВВ типа окислитель-горючее,
а также взрывчатых составов типа индивидуальное ВВ и металлическая добавка, в отличие от взрыва индивидуальных ВВ, происходит не
в одну, а в две стадии. Первой стадией является разложение или гази-
фикация одного или нескольких компонентов, второй стадией – взаимодействие продуктов разложения (газификации) между собой или с
частицами неразлагающегося компонента, например металла.
Взрывчатые вещества и взрывчатые составы в соответствии с
областями их применения разделяются на 4 группы:
I - инициирующие или первичные ВВ;
13
II - бризантные или вторичные ВВ;
III - метательные ВВ - пороха, твердые ракетные топлива;
IV - пиротехнические составы.
I группа.
Отличительной особенностью инициирующих ВВ (ИВВ) является
их высокая чувствительность к внешним воздействиям. Характерным
видом взрывчатого превращения (ВП) для индивидуальных ИВВ
является детонация, так как их горение очень легко и быстро
переходит в детонацию. ИВВ применяют для изготовления двух типов
средств инициирования ВП: средств детонирования или возбуждения
детонации и средств возбуждения горения. Для первого типа
характерно бризантное действие, для второго типа - ничтожное
бризантное действие и интенсивное тепловое воздействие.
Типичными представителями индивидуальных ИВВ являются:
- гремучая ртуть Нg(ONC)
- азид свинца Pb(N
)2 - менее чувствителен к удару и пламени,
3
- высокая чувствительность к удару;
2
чем гремучая ртуть, но превосходит ее по инициирующей
способности;
- ТНРС С
H(O2Pb)(NO2)3H2O - высокая чувствительность к
6
пламени;
- тетразен C
2H8ON10
- чувствительный к накалу и трению,
обладает минимальной из всех перечисленных ИВВ бризантностью.
II группа.
Отличительной особенностью типичных бризантных (вторичных)
ВВ является их сравнительно низкая чувствительность к возбуждению
детонации при таких внешних воздействиях как слабый удар, накал,
трение, искра и луч пламени.
Характерным штатным режимом ВП бризантных ВВ является
детонация, возбуждаемая ударными волнами, создаваемыми детонаторами, ударом быстролетящих (со скоростью большей чем 1 км/с)
металлических тел.
По составу бризантные ВВ разделяются на индивидуальные,
бризантные ВВ и составы на их основе, характеристики которых были
даны выше.
III группа.
Метательные ВВ (МВВ) предназначены для метания тел в
ствольных системах или создания реактивной тяги в ракетных
двигателях. В соответствии с назначением они должны иметь
14
устойчивое послойное горение, обладать высоким метательным
действием, быть нечувствительными к внешним воздействиям, за
исключением теплового. МВВ делятся на пороха для ствольных
систем и твердые ракетные топлива.
В настоящее время в ствольных системах применяют в основном
нитроцеллюлозные пороха на основе нитроклетчатки,
пластифицированной растворителем. В зависимости от
пластификатора различают:
- пироксилиновые пороха с применением летучего пластифика-
тора, который в основном удаляется после обработки пороха;
- баллиститные пороха, пластифицированные труднолетучим
растворителем (нитроглицерин или нитродигликоль), полностью
остающимся в порохе.
В пороха вводят также специальные добавки, увеличивающие
срок хранения и повышающие характеристики горения.
Твердые ракетные топлива делают либо на основе баллиститных
порохов, либо в виде смесевых твердых топлив из механической
смеси окислителя и горючего связующего. Окислителями обычно
являются перхлораты или нитраты аммония, а горючими
алюминиевые порошки или связующие на основе полимеров. К
основным компонентам вводят добавки, ускоряющие или
замедляющие горение, а также технологические добавки IV групп.
К пиротехническим составам (ПС), то есть веществам, которые
при горении дают световые, тепловые, дымовые, реактивные и
звуковые эффекты относятся, как правило механические смеси
неорганических окислителей с органическими, металлическими
горючими и цементирующими добавками. Основным видом
взрывчатого превращения их является горение. При известных
условиях ПС способны к детонации и обладают сравнительно
высокой чувствительностью к внешним воздействиям.
Окислителями ПС обычно являются оксиды металлов Fe
MnO
, BaO2, PbO2, Pb3O4 или кислородсодержащие соли NaNO3,
2
Ba(NO
бескислородные соединения: гексахлорэтан C
, KNO3, KClO4, KClO3. Окислителями могут служить и
3)2
, фторопласт C2F4.
2Cl6
3O4
,
В качестве горючего используют металлы Al, Mg, Zr, Ti, сплав
алюминия с магнием, углеводородные смеси, углеводы.
По виду достигаемого эффекта ПС делятся на осветительные
составы, фотосмеси, трассирующие, сигнальные составы, составы
инфракрасного излучения, маскирующие дымообразующие составы,
зажигательные составы, твердые пиротехнические топлива и т.п.
15
Фотосмеси применяют при аэрофотосъемках в ночное время, для
которых требуется большой поток световой энергии определенной
длины волны, соответствующей чувствительности фотопленки и
малое время сгорания заряда, равное времени экспозиции
фотоматериала (10
−2
- 10−3с). Наибольшие скорости сгорания имеют
стехиометрические смеси перхлората калия с магнием.
Трассирующие составы используют в устройствах
предназначенных для указания местонахождения или траектории
изделия (снаряда) при управляемой оператором противотанковой
ракеты (трассеры). Чаще используют смеси порошкообразного магния
с нитратом стронция для обеспечения красного цвета спектра, с
оксалатом натрия - желтого цвета (в дневных условиях).
Сигнальные составы ночного действия служат для подачи на
большие расстояния световых сигналов по 3, 4 и 5 цветовой системе
сигнализации (чаще используют три цвета - красный, желтый и
зеленый). В отличие от осветительных составов, пламя сигнальных
смесей имеет характерную "чистую" окраску за счет минимального
содержания Al и Mg, образующих конденсированные продукты
горения, а также окислителей и горючих, образующих легколетучие
парообразные продукты горения.
Составы инфракрасного излучения отличаются от обычных
сигнальных пониженной температурой горения, обеспечивающей
молекулярное излучение. Для этого в качестве горючих используют
ароматические соединения.
Маскирующие дымообразующие составы предназначены для
ослепления различного рода систем и устройств наблюдения, для
прикрытия объектов. Эти составы создают в воздухе тончайшую
взвесь частиц из твердого вещества (дым) или из жидкости (туман).
При этом используют составы двух типов. Первый содержит горючее,
окислитель и легковозгоняющееся дымообразующее вещество.
Второй тип составов образует дымообразующее вещество в
результате реакции горения, например, смеси гексахлорэтана с
цинком, которое затем дает аэрозоль.
Зажигательные составы предназначены для термического
воздействия на объекты и живую силу. Поражение живой силы при
массированном применении этих составов достигается мощным
дымообразованием и "обескислородиванием" атмосферы.
Зажигательные составы делятся на две группы: составы без
16
окислителя и с окислителем. Первые являются либо металлическими
горючими (сплав электрон) с температурой горения на воздухе более
2000°С, либо органическими горючими, чаще в виде загущенных,
липких, пластичных масс (напалм) или отвержденных до
консистенции мыла. Зажигаются эти вещества составами,
содержащими окислитель. К этой группе относится также фосфор.
Зажигательные составы содержащие окислитель, разделяются на
термитные - обычно спрессованные смеси порошков алюминия и
оксидов металлов (Fe
, PbO); термитно-зажигательные, в которых к
3O4
термитам добавлены соли-окислители; пламенные зажигательные
составы, в которых оксиды металлов полностью заменены солямиокислителями. Термитные составы применяются для повреждения
металлических и зажигания трудновоспламеняемых объектов.
Твердые пиротехнические топлива в зависимости от наличия и
состава окислителя применяются для воздушно-реактивных и
гидрореактивных, то есть работающих на заборной воде, ракетных
двигателей.
Существуют и другие подходы в квалификации ВВ и составов на
их основе. Например, по функциональному типу взрывного
устройства, в котором используется тот или иной состав:
- заряды для кумулятивных, фугасных, осколочных, осколочно-
фугасных устройств и т.д.;
по технологии изготовления заряда:
- литьевые, прессованные, шнекованные, экструзионные и т.д.;
по условиям применения:
- воздушный, подводный взрыв и взрыв в твердой среде;
Место состава по той или иной классификации не является
исключительным, большинство ВВ и составов могут использоваться в
нескольких типах взрывных устройств, находя компромисс между
энергетическими возможностями и чувствительностью состава.
Используемые для различных целей составы ВВ можно
подразделить на мощные бризантные составы, мощные фугасные
составы, бризантно-фугасные составы.
Мощные бризантные составы в основе содержат гексоген или
октоген, флегматизируемые соответствующими связующими, если
они прессованные, и содержат в ограниченном количестве ТНТ, если
они литьевые.
Мощные фугасные составы в общем случае, содержат тротил,
гексоген или октоген, металл (алюминий) и флегматизатор. Для
17
улучшения кислородного баланса в композицию возможна добавка
окислителя.
Бризантно-фугасные составы могут содержать те же компоненты,
что и указанные выше с отличающимся процентным соотношением,
позволяющим растянуть энерговыделение, например, при
осколкообразовании. В зависимости от требований по параметрам и
условиям применения составы могут быть термостойкими,
малочувствительными и низкоимпульсными.
Термостойкие составы должны выдерживать в течение
длительного времени температуры от 200°С и более. Они могут быть
индивидуальными ВВ или композицией из нескольких ВВ, например,
содержать высокоэнергетическую добавку, позволяющую за счет
высокой теплопроводности выравнивать тепловое поле в заряде.
Малочувствительные составы ВВ имеют пониженную
чувствительность к любому виду внешних воздействий и пониженную
опасность в технологическом цикле, что достигается, в основном,
включением в состав наиболее низкочувствительного ВВ и
увеличением процентного содержания флегматизирующей добавки.
Низкоимпульсные составы имеют скорость детонации в области
1-4 км/с, низкие плотность и бризантное действие. Для этого
используют порошкообразные штатные ВВ, преимущественно на
основе аммиачной селитры (аммониты), разбавляемые инертным
наполнителем, насыпная плотность которого существенно ниже
насыпной плотности штатного ВВ. В качестве низкоимпульсного
состава широко используют также аммонит, разбавленный в
различных соотношениях его менее активным компонентом аммиачной селитрой.
Литература к главе 1
1.1. Физика взрыва / Под ред. Л. П. Орленко. – Изд. 3-е,
переработанное. – Т.1. – М.: Физматлит, 2002. – С.1-17.
1.2. Физика взрыва / Под ред. К. П. Станюковича. – Изд. 2-е,
переработанное – М.: Наука, 1975. – С.9-17.
1.3. Взрывчатые вещества. Основные свойства. Технология
изготовления и переработки / Под ред. Л. В. Фомичевой. – Саров:
РФЯЦ-ВНИИЯФ, 2007. – С.7-15.
1.4. Горст А. Г. Пороха и взрывчатые вещества. – М.:
Машиностроение, 1972. – С.18-26.
18
Глава 2. ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ,
R
> (5-8)rо
(5-8)rо
(1,5-2)rо
rо
ПРОИСХОДЯЩИЕ ПРИ ВЗРЫВЕ ЗАРЯДА ВВ
В ВОЗДУШНОЙ СРЕДЕ
2.1. Процесс расширения продуктов взрыва и образования
воздушной ударной волны. Бризантные и фугасные действия
взрыва
При рассмотрении общей картины взрыва в воздушной среде, как
и в других средах, обычно принимают, что заряд ВВ располагается в
неограниченной среде, имеет сферическую форму и инициируется с
центра. При взрыве заряда ВВ в этих условиях, вследствие высокой
скорости детонации, газообразные продукты взрыва первоначально
занимают объем заряда ВВ (рис. 2.1 А).
Рис. 2.1. Схемы образования и распространения воздушной
ударной волны (ВУВ) в координатах P-R:
P – давление, R – расстояние в радиусах заряда r
0;
А – продукты взрыва (ПВ) занимают объем заряда ВВ;
Б – совместное движение ПВ и ВУВ на расстояниях 1,5-2,0 r
;
0
В – отрыв ВУВ от ПВ;
Г – самостоятельное движение ВУВ
Продукты взрыва (ПВ), находящиеся в этот момент под
максимальным давлением, порядка 10
4
МПа, и высокой температурой,
в несколько тысяч градусов, начинают расширяться и вытеснять во
все стороны окружающую воздушную среду. Вытесняемый слой
воздуха уплотняется, приобретая все большую толщину за счет
вовлечения впереди лежащих слоев. Вследствие того, что процесс
расширения ПВ происходит очень быстро, на границе
19
расширяющихся ПВ и уплотненного слоя воздуха образуется скачок
k
V
P1≈
давления. Движущийся слой массы сжатого воздуха, отделенный
резкой границей от воздушной среды, до которой еще не дошло
действие ПВ, называется воздушной ударной волной (ВУВ).
По мере дальнейшего расширения ПВ давление в них и в ВУВ,
движущейся перед ПВ, будет уменьшаться, однако, ПВ расширяясь,
продолжают подпирать и двигать ВУВ (рис. 2.1 Б). При совместном
движении ПВ и ВУВ изменение их параметров осуществляется по
известному закону PV
k
= const. Показатель адиабаты k для ПВ в ВУВ
больше (около 3), чем для воздуха (1,2 – 1,4), поэтому давление
падает в ПВ быстрее, чем в ВУВ. По этой причине напор ПВ на ВУВ
будет с течением времени уменьшаться. Давления на некотором
расстоянии от центра взрыва в расширяющихся ПВ и движущейся
перед ними ВУВ уравниваются. Основная часть уплотненного слоя
воздуха образует самостоятельную ударную волну, которая движется
в направлении приобретенной скорости.
Воздушная ударная волна, таким образом, окончательно
лишается поддержки расширяющихся ПВ, и происходит так
называемый отрыв ВУВ от ПВ (рис. 2.1 В), после чего ВУВ движется
самостоятельно. Такой отрыв, как показывают расчеты и опытные
данные, происходит на расстоянии 5-8r
от центра взрыва. С этого
0
момента от ВУВ в направлении к центру взрыва распространяется
волна разрежения, которая гонит ПВ обратно к центру взрыва. Здесь
снова образуется зона сжатия ПВ, которая затем снова расширяется,
создавая, так называемую, вторичную ВУВ. Параметры вторичной
ВУВ как по давлению, так и по скорости существенно меньше, чем
параметры первичной ВУВ.
Взрыв заряда ВВ в воздушной среде, таким образом, достаточно
четко характеризуется по расстоянию и времени действия как
продуктов взрыва, так и действием в воздушной ударной волны [2.1-
2.4].
В этой связи здесь целесообразно остановиться на понятиях о
бризантном и фугасном действиях или работах взрыва.
Под бризантным действием понимают действие продуктов
взрыва:
- на близких расстояниях, равных 1,5–2r
заряда от центра взрыва,
0
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]