Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория горения и взрыва. Учебник
.pdf
Часто это условие выполняется для смесевых ВВ.
В подобных условиях с увеличением плотности заряда скорость
детонации растет лишь до определенного предела. При дальнейшем
увеличении плотности она резко падает вплоть до полного прекращения детонации (рис. 15.6).
Рис. 15.6. Зависимость скорости детонации от плотности ВВ
Рис. 15.7. График зависимости бризантности
тонкоизмельченного аммонала от плотности
Критической плотностью ρкр называют плотность ВВ, при превышении которой в зарядах данного диаметра детонация становится
неустойчивой и сопровождается снижением взрывного эффекта. Ее
171
часто определяют испытанием ВВ на бризантность при различной
плотности.
На рис. 15.7 представлен график зависимости бризантности аммо-
нала при изменении плотности ВВ.
С повышением плотности до некоторого предела бризантность ам-
миачно-селитренных ВВ обычно повышается, а затем падает.
Смесевые ВВ, как правило, имеют критическую плотность
3
1,4…1,5 г/см
.
Критическая плотность зависит
– от состава ВВ. Замена активных взрывчатых компонентов в со-
ставе ВВ более инертными приводит, как правило, к снижению критической плотности ВВ;
– диаметра заряда ВВ. Критическая плотность возрастает с увели-
чением диаметра заряда;
– физического состояния (размеров частиц, равномерности распре-
деления частиц компонентов в массе вещества и др.). Сильное влияние
размеров частиц и равномерности смешивания компонентов промышленных ВВ на их детонационную способность в неидеальном режиме
объясняется тем, что общее время и полнота завершения реакции зависят не только от скорости сгорания отдельных частиц (первичные
реакции), но и от скорости вторичных реакций, проходящих в газовой
фазе и определяемых условиями диффузии, смешивания продуктов
первичного распада. Чем мельче частицы разнородных компонентов и
равномернее их распределение в объеме, тем быстрее завершится их
сгорание, а также смешивание и взаимодействие продуктов сгорания;
– наличия оболочки.
15.7. Влияние мощности инициатора на скорость
детонации заряда взрывчатого вещества
Влияние мощности инициатора на скорость детонации заряда ВВ
сказывается лишь на начальном участке развития детонации, где в зависимости от величины импульса может быть получена скорость детонации выше или ниже характерной для данного диаметра заряда,
но в любом случае на участке 1–2 диаметра заряда скорость стабилизируется (рис. 15.8).
С этой точки зрения для инициирования любого заряда необходимо иметь достаточно мощный точечный источник, который вызовет
172
начальную детонацию в критической массе инициируемого заряда,
способный своей энергией обеспечить самораспространение детонации по всему заряду с характерной для него скоростью.
Рис. 15.8. Изменение детонации заряда ВВ в зависимости
от мощности (скорости) начального импульса
Инициирование удлиненных зарядов ВВ в нескольких точках,
в том числе двухстороннее, рекомендовано при разрушении хрупких
сред, требующих для качественного дробления высокой скорости нагружения при минимальном времени нарастания давления.
По данным В.Н. Мосинца с увеличением числа точек инициирования до трех-четырех давление на фронте волны напряжения повышается на 25–40 %, а импульс волны в целом увеличивается на 20–70 %,
при этом удельный расход ВВ снижается на 10–12 %.
Способ инициирования зарядов может определенным образом
влиять на характер и величину передачи энергии от продуктов взрыва
заряда к породе. Кроме того, изменяя положение шашек промежуточных детонаторов, применяемых для инициирования взрыва низкочувствительных грубодисперсных ВВ, можно увеличить разрушающее
действие заряда на массив горных пород.
Направление инициирования зарядов от устья шпура (скважины)
считается прямым, а к устью – обратным. Согласно исследованиям
Ф.А. Баума, при обратном инициировании импульс взрыва увеличивается на 8 % по сравнению с прямым инициированием.
173
ТЕМА 16. КУМУЛЯТИВНОЕ ДЕЙСТВИЕ
ВЗРЫВА
16.1. Кумулятивный эффект
Вблизи от заряда действие взрыва зависит от формы заряда. Так,
в случае заряда кубической формы в направлении сторон куба действие значительно сильнее, чем в направлении углов. Этот пример
показывает, что продукты взрыва в начальной стадии движутся перпендикулярно поверхностям заряда. Таким образом, можно создавать
заряды ВВ с направленным действием взрыва.
Кумулятивный заряд – заряд ВВ с конической, сферической или
клинообразной выемкой, действие которого основано на кумулятивном эффекте (рис. 16.1).
Рис. 16.1. Схема воздействия кумулятивного заряда
Кумулятивный эффект (кумуляция – скопление) – усиленное
в определенном направлении действие взрыва. Кумулятивный эффект
создается зарядом ВВ, имеющим углубление – кумулятивную выемку, обращенную к мишени (например, к негабариту или стальной
броневой плите). Кумулятивная выемка, обычно конической формы,
покрыта металлической оболочкой (облицовкой), ее толщина в зависимости от диаметра заряда варьируется от долей до 1 мм.
174
В табл. 16.1 представлен характер действия обычного и кумуля-
тивного заряда.
Таблица 16.1
Действие по броне плите толщиной 200 мм обычного и кумулятивного заряда
Характеристика заряда
Сплошной цилиндрический, высота – 180 мм, диаметр –
65 мм
То же, с конической выемкой без облицовки
То же, выемка имеет стальную облицовку толщиной 2 мм
Характер деформации
преграды
Вмятина
Кратер глубиной 22 мм
Сквозная пробоина
Назначение кумулятивного заряда – направленное разрушение
прочных материалов. Кумулятивный заряд с конической выемкой, высота которой равна диаметру отверстия выемки, имеющей металлическую облицовку (толщиной около 1/30 диаметра отверстия выемки)
пробивает стальную броню толщиной, примерно в 4 раза превосходящей диаметр отверстия выемки.
Кумулятивные заряды применяются в бронебойных снарядах,
в капсюлях-детонаторах и зарядах, предназначенных для дробления
негабаритных камней на карьерах и других объектах.
Характерный пример использования кумулятивных зарядов в военном деле – реактивные противотанковые снаряды (рис. 16.2).
Рис. 16.2. Поперечное сечение головной части реактивного противо-
танкового снаряда «базука» (США):
1 – взрыватель; 2 – коническая стальная оболочка;
3 – полая головная часть; 4 – взрывчатое вещество
В этих снарядах имеется значительная по размеру полая головная
часть, обеспечивающая взрыв снаряда на таком расстоянии от преграды, при котором бронебойное действие является максимальным.
Взрыватель – это детонатор, предназначенный для возбуждения
детонации (взрыва) зарядов боеприпасов (снаряда, мины, бомбы и
др.), срабатывает от удара боеприпаса в преграду.
175
Другой пример – линейные кумулятивные заряды, имеющие удлиненную форму и клинообразную выемку в виде желоба, облицованного металлом. Такие заряды применяются для перерезывания металлических листов, стержней и конструкций, в частности при разборке
наземных и подводных сооружений.
16.2. Механизм действия кумулятивного заряда
Механизм действия кумулятивного заряда состоит в следующем.
После взрыва капсюля-детонатора, находящегося на противоположной по отношению к выемке стороне заряда, возникает детонационная волна, которая перемещается вдоль оси заряда. Волна разрушает
коническую оболочку, начиная от ее вершины, и сообщает материалу
оболочки большую скорость. Давление продуктов взрыва, достигающее максимального значения, превосходит предел прочности металла. Поэтому движение металлической оболочки под действием продуктов взрыва подобно течению жидкой пленки. Движущийся металл
образует сходящийся под определенным углом к оси конуса поток, который переходит в тонкую (порядка толщины оболочки) металлическую струю, перемещающуюся вдоль оси с очень большой скоростью
(~ 10 км/c). Действие этой струи и обусловливает высокую пробивную способность взрыва кумулятивного заряда. Высокоскоростная
струя пробивает стальную броню подобно тому, как мощная струя
воды проникает в мягкую глину. Глубина проникновения (равная
примерно длине струи) пропорциональна образующей конической
оболочки. Давление, возникающее при столкновении струи с броневой плитой, настолько превышает напряжение разрушения стали, что
прочность мишени не играет существенной роли.
При схлопывании конической оболочки скорости отдельных частей струи оказываются несколько различными, в результате струя
в полете растягивается. Поэтому небольшое увеличение промежутка
между зарядом и мишенью увеличивает глубину пробивания из-за удлинения струи.
Расстояние от заряда до преграды, на котором струя имеет наибольшую пробивную способность условно называют фокусным рас-
стоянием кумулятивного заряда. При значительных расстояниях
между зарядом и мишенью (больше фокусного) струя разрывается на
части, и эффект пробивания снижается.
Фокусное расстояние кумулятивного заряда зависит от высоты и
диаметра выемки у основания. На практике обычно применяют ко-
176
нические выемки с диаметром, почти равным диаметру нижней части заряда, и с высотой, равной одному–полутора диаметрам (угол
30…40°). Выемки в виде полусферы используют в тех случаях, когда максимальное разрушающее действие должно быть получено на
большом расстоянии от нижнего среза заряда. У полусферических
выемок фокус кумулятивной струи дальше отстоит от нижнего среза
заряда, чем у зарядов с конической выемкой.
Так, во время бомбежек Югославии широко применялись заряды
индивидуального наведения, которые подрывались достаточно далеко
от цели, держа ее на оси прицела. Возникающие кумулятивные струи
поражали бронетехнику с крыши.
Свойства кумулятивной струи и, в частности, ее пробивающая
способность зависят также от материала облицовки и ее толщины.
Как слишком большая, так и чрезмерно малая толщина облицовки невыгодны. На практике применяют облицовки стальные, медные, алюминиевые и пр.; толщина их в зависимости от размеров и
конструкции заряда меняется от 0,5 до 3 мм. Использование заряда
с кумулятивной выемкой, но без металлической облицовки снижает
кумулятивный эффект, поскольку вместо металлической струи действует струя газообразных продуктов взрыва.
Свойства кумулятивной струи и, в частности, ее пробивное действие, зависят также от свойств ВВ. У веществ малой плотности и
малой скорости детонации кумулятивный эффект проявляется слабо.
Для того чтобы этот эффект был выражен наиболее ярко, необходимо
использовать ВВ с возможно большей плотностью и скоростью детонации.
Противостоять кумулятивным струям можно с помощью динами-
ческой брони, которая представляет собой многослойный бутерброд.
За противопульным наружным слоем размещены брикеты среднебризантного ВВ, затем основная броня. Попадая в танк, кумулятивная
струя вызывает детонацию ВВ динамической защиты. При взаимодействии волны взрыва с кумулятивной струей происходит расфокусировка последней. Она теряет форму и «размазывается» по основной
броне, которая должна быть многослойной, чтобы не разрушиться от
внутренних напряжений и не поразить осколками экипаж и механизмы. Именно в расфокусировке состоит действие динамической брони. Динамическая броня, которой были оснащены танки «Меркава»
впервые была применена в начале 1980-х годов в Ливане.
177
Библиографический список
Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ / Под ред. П.А. Власова. М.: Физматлит, 2003. 352 с.
Гаврилов Н.И., Перепелицин А.И. О причинах аварий при перевозке взрывчатых материалов автомобильным транспортом // Безопасность труда в промышленности. 2004. № 5. С. 22–23.
Гельфанд Б.Е., Сильников М.В. Фугасные эффекты взрывов. СПб.:
ООО «Издательство «Полигон», 2002. 272 с.
Даниленко В.В. Взрыв: физика, техника, технология. М.: Энергоатомиздат, 2010. 784 с.
Кедринский В.К. Гидродинамика взрыва: эксперимент и модели.
Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. 435 с.
Комащенко В.И., Носков В.Ф., Исмаилов Т.Т. Взрывные работы.
М.: Высш. шк., 2007. 439 с.
Кутузов Б.Н. Методы ведения взрывных работ. Ч. 1. Разрушение
горных пород взрывом. М.: Горная книга, 2009. 471 с.
Кутузов Б.Н. Методы ведения взрывных работ. Ч. 2. Взрывные
работы в горном деле и промышленности. – М.: Горная книга, 2008.
512 с.
Кутузов Б.Н., Нишпал Г.А. Технология и безопасность изготовления и применения взрывчатых веществ на горных предприятиях. М.:
Издательство Московского государственного горного университета,
2004. 246 с.
Латышев О.Г., Петрушин А.Г., Азанов М.А. Промышленные
взрывчатые материалы. Екатеринбург: УГГУ, 2009. 221 с.
Матвейчук В.В., Чурсанов В.П. Взрывные работы. М.: Академический Проспект, 2002. 384 с.
Митрофанов В.В. Детонация гомогенных и гетерогенных систем.
Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2003. 200 с.
Орленко Л.П. Физика взрыва и удара. М.: Физматлит, 2006. 304 с.
Сейсмическая безопасность при взрывных работах / В.К. Совмен,
Б.Н. Кутузов, А.Л. Марьясов и др. М.: Горная книга, 2012. 228 с.
Угольников В.К. Повышение эффективности взрывных работ на
карьерах. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова», 2006.
182 с.
Физика взрыва: в 2 т. / С.Г. Андреев, А.В. Бабкин, Ф.А. Баум и др.;
Под ред. Л.П. Орленко. М.: Физматлит, 2004. Т. 1. 832 с.
178
Физика взрыва: в 2 т. / С.Г. Андреев, А.В. Бабкин, Ф.А. Баум и др.;
Под ред. Л.П. Орленко. М.: Физматлит, 2002. Т. 2. 656 с.
Эквист Б.В. Теория детонации взрывчатых веществ. М.: Издатель-
ский дом МИСиС, 2016. 24 с.
Эквист Б.В., Горбонос М.Г. Повышение безопасности сейсмического проявления короткозамедленного взрывания на горных предприятиях // Горный журнал. 2016. № 10. С. 34–36.
Эквист Б.В., Кутузов Б.Н. Воздействие взрывных работ на окружающую среду. Saarbrucken, Deutschland: LAP LAMBERT Academic
Publishing, 2016. 187 с.
Энергетические конденсированные системы. Краткий энциклопедический словарь / Под ред. Б.П. Жукова. М.: Янус К, 2000. 596 с.
179
Учебное издание
Эквист Борис Владимирович
ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА
Учебник
Редактор Н.Э. Хотинская
Компьютерная верстка Ю.Б. Пашковой
Подписано в печать 01.10.18 Рег. № 942 Уч.-изд. л. 11,25
1
Формат 60 × 90
Национальный исследовательский
технологический университет «МИСиС»,
119049, Москва, Ленинский пр-т, 4
Издательский Дом МИСиС,
119049, Москва, Ленинский пр-т, 4
Тел. (495) 638-45-22
Отпечатано в типографии Издательского Дома МИСиС,
119049, Москва, Ленинский пр-т, 4
Тел. (499) 236-76-17, тел./факс (499) 236-76-35
/
16
Электронная версия Заказ
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]