ОСНОВИ БУДОВИ АРТИЛЕРІЙСЬКИХ

Загальні вимоги до вибухових речовин

Досить великий запас потенціальної енергії, такий, що забезпечує досягнення необхідного ефекту від застосування ВР – руйнування, переміщення, збудження вибухового перетворення інших ВР та ін.

Певні межі чутливості до зовнішніх збуджень, що забезпечують безвідмовність у бойовому застосуванні та безпеку при виготовленні та повсякденному поводженні.

Висока фізична та хімічна стабільність, тобто здатність зберігати довгий час незмінним свої фізико-хімічні властивості.

Широка та дешева сировинна база, простота, безпечність та економічність технології виготовлення.

Крім загальних вимог до ВР, встановлено ряд і спеціальних (залежно від галузі застосування та мети використання). Так, єдиним способом спорядження ініціюючих ВР є пресування, а для ПТС – піротехнічний ефект та можливість пресування.

2.1.3. Вибухово-енергетичні характеристики вибухових речовин

Для оцінки можливої руйнівної дії вибухів або їх здатності виконувати роботу необхідно знати кількість теплоти, яка виділяється під час вибуху; об’єм, кількість і якість продуктів вибуху та їх температура.

Хімічна реакція вибухового перетворення в загальному вигляді подана схемою

ня.

Визначимо основні енергетичні характеристики вибуху: кисневий баланс ВР, питомий об’єм газоподібних

51

продуктів, теплота вибухового перетворення, температура вибуху, швидкість детонації, працездатність вибуху.

2.1.3.1. Кисневий баланс

Кисневий баланс (КБ) ВР – це показник, що характеризує можливості ВР до окиснення пального (вуглецю та водню у складі ВР) за рахунок власного кисню з утворенням вуглекислого газу і води.

Кисневий баланс розраховується за формулою

Кисневий баланс може бути: нульовим (КБ=0), якщо можливе повне окиснення ВР за рахунок власного кисню, тобто N0=N1; позитивним, якщо в молекулі ВР атомів кисню більше, ніж необхідно для повного окиснення і (N0>N1); негативним, якщо не вистачає атомів кисню для повного окиснення (N0<N1).

Приклад 1. Визначимо КБ тротилу.

C6H2 NO2 3CH3 1,2CO2 1,6H2O 2CO 3,8C 0,9H2 1,5N2 .

Кількість атомів кисню в молекулі N0=3 2=6. Для окиснення 7 атомів С і 5 атомів H необхідно

52

7C 14O 7CO2

5H 2,5O 2,5H 2 O

---------- -------

N1 16,5

КБ 16 6 16,5 100% 74% 227

КБ – негативний.

Приклад 2. Нітрогліцерин.

С3H5 ONO2 3 3CO2 2,5H2O 1,5N2 0,5O2 ;

м3мC 5мH 3мN 9мO 3 12 5 1 9 16 3 14

227 г ;

моль

КБ 16 9 8,5 100% 3,5% 227

КБ – позитивний.

Залежно від КБ вибухові речовини поділяються на три групи: ВР із позитивним або нульовим КБ (нітрогліцерин, нітродигліколь); ВР із незначним негативним КБ – ті, де кисню не вистачає для повного окиснення ВР, але досить для перетворення в газоподібні продукти (ТЕН, гексоген, піроксилін та ін.); ВР зі значним негативним КБ – ті, де кисню не вистачає для перетворення всього палива в газоподібні продукти, внаслідок чого утворюється вільний вуглець у вигляді сажі.

53

2.1.3.2. Об’єм газоподібних продуктів

Питомий об’єм газоподібних продуктів – об’єм газів

(у літрах), що утворилися під час вибуху 1 кг ВР, приведений до нормальних умов (Т=273 К; тиск Р=105 Па або t=0 C; P=760 мм рт. ст.).

22,4 – число Авогадро.

Приклад 3. Тротил (з прикладу 1). n 1,2 1,6 2 0,9 1,5 7,2;

2.1.3.3. Теплота вибухового перетворення

Теплота вибухового перетворення є однією з найва-

жливіших енергетичних характеристик, яка визначає її практичне використання.

Чим більша теплота вибуху, тим більший тиск, а отже, більша працездатність, потужність ВР; руйнівна дія продуктів вибуху на зовнішнє середовище.

Питомою теплотою вибухового перетворення називається кількість тепла, що виділяється під час вибуху 1 моля, або 1 кг ВР.

Розрахункова теплота вибуху визначається за допомогою таблиць. Для різних ВР її величина різна. Так, для тротилу вона становить

54

QV = 957,55 кДж/моль, або QV = 4220,7 кДж/моль.

Додавання алюмінієвого порошку до складу ВР значно підвищує теплоту вибуху, але знижує швидкість детонації.

Теплота вибуху тротилу QV = 4,18 МДж/кг і береться за еталон розрахунку потужності вибуху.

Наприклад, тротиловий еквівалент 1кг U235 при повному розщепленні всіх ядер становить 20 кілотонн.

2.1.3.4. Температура вибуху

Температура вибуху (Т) – це максимальна температура, до якої нагріваються продукти вибухового перетворення. Вона становить 3000 - 4000о К.

2.1.3.5. Швидкість детонації

Швидкість детонації (V) – це швидкість поширення детонаційної хвилі в масі ВР.

Вона визначається залежністю

2.1.3.6. Працездатність вибуху

Працездатність вибуху визначається потенціальною енергією – максимальною енергією, яка може виділитися під час вибуху. Її мірою може служити теплота вибуху

Під час вибуху потенціальна хімічна енергія перетворюється в механічну роботу через теплову (внутрішню) енергію газів. При цьому існують досить великі витрати енергії, через що реальний ККД вибуху снаряда в ґрунті дорівнює приблизно 7%.

Як приклад можна навести вибух 200 кг авіаційної бомби, яка споряджена 100 кг амотолу.

Потенціальна енергія її становить 3,51 105 кДж. Цього досить, щоб підняти локомотив масою 120 тонн на ви-

соту близько 300 м. Але практично навіть при вибуху у ве-

1

ртикальній шахті, обшитій бронеплитами, тільки частина

6

енергії перетворилася б у механічний рух, через що локомотив досяг би висоти тільки 50 м.

2.1.3.7. Руйнуюча дія вибухів, ударна хвиля, фугасність, бризантність

Під час вибуху ВР утворюються розігріті до температури 3000 - 4000 К, стиснуті до тиску (2 - 3 105атм) газо-

подібні продукти вибуху. Розширюючись зі швидкістю 3 4

швидкості детонації, ці продукти спричиняють сильну динамічну дію на довкілля, стискаючи його і утворюючи вибухові хвилі, які створюють механічні руйнування на відстані.

56

Рисунок 2.1 - Схема дії вибухової хвилі

Вибухова хвиля (ВХ) – це миттєва зміна параметрів стану повітря і тиску, густини, температури, швидкості, що поширюється в усі боки від центру вибуху.

Вибухова хвиля характеризується надлишковим тиском (оскільки вибухове перетворення відбувається значно швидше, ніж розширення продуктів вибуху) і швидкісним натиском (внаслідок руху потоку повітря зі швидкістю 7 - 8 км/с).

У момент надходження в яку-небудь точку простору фронту вибухової хвилі, тиск у цій точці миттєво підвищується, внаслідок чого об’єкт зазнає різкого удару, а повітря, що рухається в напрямку поширення ВХ, створює швидкісний тиск на об’єкт.

За зоною підвищеного тиску утворюється зона розрідження, де тиск нижчий за атмосферний. Віддалення вибухової хвилі від місця її виникнення приводить до того, що параметри її поступово зменшуються, що є наслідком перетворення кінетичної енергії ВХ у теплову, і врешті-решт вона вироджується в звукову хвилю.

Якщо ВХ несе навіть незначний надлишковий тиск (0,5 105 Па, або 0,5 атм), то внаслідок імпульсного характеру навантаження – стрімке зростання тиску і швидкий його

57

спад – вона викликає руйнування будівель, споруд, ураження людей. При надлишковому тиску 4 - 5 105 Па сильні пошкодження отримують танки, тиск 0,8 - 1,0 105 Па викликає тяжкі травми особового складу.

Зв’язок між параметрами ВХ і її уражаючими можливостями встановлюється експериментально.

Так, радіус (у метрах) смертельного ураження людей (Rcм) приблизно визначається:

Частина простору навколишнього середовища, в якому проявляється дія продуктів вибуху і ударної хвилі (УХ) при вибухові заряду, називається полем вибуху.

Рисунок 2.2 - Поле вибуху Поле має 4 зони:

I – зона бризантної дії від продуктів детонації:

RI 2,0 2,5 заряду ВР;

II – зона сильних руйнувань за рахунок сумісної

дії ВХ і продуктів детонації:

RIІ 20 заряду ВР;

III – зона загальної дії вибуху, де руйнування зумовлене дією повітряної вибухової хвилі:

58

RIII 100 200 заряду ВР;

IV – зона виродження ВХ у звукову.

Механічна робота руйнування при вибуху здійснюється за рахунок потенціальної енергії, яку має ВР. Робота вибуху проявляється у багатьох формах, але найбільш характерними є фугасна та бризантна дії.

Фугасна дія – робота продуктів вибуху з метання твердого навколишнього середовища, утворення та поширення вибухової хвилі в навколишньому середовищі.

Критерієм фугасності ВР є питомий об’єм газоподібних продуктів.

Бризантна дія – здатність ВР при вибуху подрібнювати або пробивати предмети, що доторкуються до заряду ВР.

Ця дія зумовлена різким ударом продуктів вибуху, що знаходяться під високим тиском.

Критерієм бризантності є початковий тиск продуктів вибуху Рдет. Це означає, що бризантна дія збільшується зі зростанням густини і різко збільшується зі зростанням швидкості детонації ВР.

При вибуху звичайного заряду ВР продукти вибуху і вибухова хвиля рухаються в усіх напрямках: при цьому тиск, швидкість і густина продуктів вибуху зменшуються пропорційно кубу відстані від центру вибуху. Якщо сконструювати заряд таким чином, щоб уся енергія вибуху була сконцентрована в одному напрямку, то руйнуюча дія вибуху в цьому напрямку різко зростає.

Концентрація бризантної дії вибуху в основному напрямку заряду вибухової речовини називається кумуляці-

єю.

Явище кумуляції вперше виявлене і досліджене військовим інженером Боресковим М.М. у 1864 році.

59

Рисунок 2.3 - Схема дії продуктів вибуху

Рисунок 2.4 - Схема дії кумулятивного заряду

Під час вибуху заряду ВР продукти вибуху рухаються в основному в двох напрямках: осьовому та боковому, приблизно перпендикулярно до поверхні заряду.

Якщо в заряді буде заглиблення конічної форми, то продукти вибуху, зіштовхуючись на осі конуса, стискуються і рухаються вздовж осі заряду, утворюючи сфокусований високоенергетичний газовий кумулятивний струмінь, що рухається зі швидкістю 12 - 15 км/с і максимальним тиском до 0,5 млн атм. на деякій відстані від основи заглиблення, що називається кумулятивною фокусною відстанню.

Діаметр струменя при цьому становить 2 - 3 см. Руйнуюча дія струменя зростає в 3 - 4 рази, якщо ко-

нічне заглиблення вкрите тонким шаром металу, що пояснюється утворенням металевого кумулятивного струменя з матеріалу покриття.

Встановлено, що при всебічному стискуванні продуктами вибуху металеве покриття переходить у рідкий стан і при наближенні на великій швидкості елементів покриття

60