2.3.1. Закон подобия при взрывах

При ядерных, так же как и при обычных, взрывах существует довольно простая связь между мощностью и расстоянием от центра взрыва, на котором наблюдается определенная величина избыточного давления. Эта связь называется законом подобия при взрывах и может быть выражена следующим образом: при двух ядерные взрывах, мощности которых равны q₁ и q₂, одинако­вые избыточные давления во фронте ударных волн наблюдаются на расстояниях R₁ и R₂ (от центров первого и второго взрывов соответственно), отношение которых равно корню третьей степени из отношения мощностей:

.Закон подобия при взрывах дает возможность определить параметры воздушной ударной волны на различных расстояниях от центра (эпицентра) взрыва любой мощности, если эти параметры известны для взры­ва какой-либо определенной мощности. Это обстоятельство, а также наличие связи между избыточным давлением во фронте ударной волны и остальными параметрами фронта позволяют ограничиться рассмотрением зависимости избыточного давления от расстояния до центра (эпицентра) только для взрыва какой-либо одной мощности. В дальнейшем в качестве исходных при­водятся данные для взрывов мощностью 1 тыс. т.

2.3.2. Ударная волна наземного ядерного взрыва

При наземном взрыве фронт ударной волны имеет форму полусферы 3 (рис. 2.4). Изменение избыточного давления во фронте ударной волны с расстоянием от центра взрыва мощ­ностью 1 тыс. т показано на графике рис. 2.7.

Из графика рис. 2.7 видно, что вблизи центра взрыва, в той зоне где избыточное давление составляет десятки килограммов на квадратный сантиметр, наблюдается очень быстрый спад давления по мере увеличения расстояния от центра взрыва. В этой зоне величина давления во франте волны обратно пропор­циональна третьей степени расстояния. На расстояниях же, на которых давление составляет несколько сотых долей килограм­ма на квадратный сантиметр, спад давления более медленный, а величина его изменяется обратно пропорционально расстоянию.

Если бы воздух был однородной и неподвижной средой, то такая зависимость давления от расстояния должна была бы существовать и для слабой волны, т. е. волны, во фронте ко­торой избыточное давление составляет менее 0,05 кгс/см². Однако в реальных условиях величина давления на большом расстоянии от центра взрыва сильно зависит от изменения температуры, скорости и направления ветра в приземном, слое воздуха. Поэто­му участок кривой на рис. 2.7 для расстояний более 3 км пока­зан пунктирной линией.

Пользуясь графиком рис. 2.7 и законом подобия при взрывах, можно определить избыточное давление и другие параметры фронта ударной волны три наземном взрыве любой мощности, а также оценить разрушающее действие ударной волны этого взрыва.

2.3.3. Ударная волна воздушного ядерного взрыва

При воздушном ядерном взрыве давление во фронте ударной волны в приземном слое воздуха и ее поражающее действие за­висят не только от мощности, высоты взрыва и расстояния от эпицентра, но и от состояния поверхности земли в районе взрыва.

Если земля покрыта достаточно толстым слоем снега или льда или если взрыв произошел над поверхностью воды, то слои воздуха у поверхности земли (поды) почти не прогревается све­товым излучением. В этих условиях ударная волна ядерного взрыва распространяется так же, как ударная волна три взрыве заряда обычного ВВ. Сначала от центра взрыва распространя­ется сферическая ударная волна (рис. 2.8); она остается сфери­ческой до тех пор, пока ее фронт не достигнет поверхности земли в эпицентре взрыва. При встрече падающей волны с поверх­ностью земли происходит резкая остановка быстро движущегося в ней воздуха. Это приводит к столь же резкому дополнительному повышению его давления, сначала непосредственно у поверхности земли, а затем во все более и более высоких слоях; возникает новая ударная волна 2, которая называется отражен­ной. Фронт отраженной волны движется снизу вверх, форма его близка к полусферической. Избыточное давление во франте отраженной волны у поверхности земли в два—восемь раз пре­восходит избыточное давление во фронте падающей волны. Чем мерьте высота взрыва при одной и той же мощности, тем боль­ше давление во фронте падающей и отраженной волн.

Вблизи эпицентра взрыва скорость движения воздуха вдоль поверхности земли незначительна, поэтому в районе эпицентра не наблюдается отброса танков, бронетранспортеров, орудий и другой боевой техники, а также могут сохраняться столбы, стволы деревьев и т. п.

По мере удаления от эпицентра взрыва угол между поверх­ностью земли и фронтом падающей волны увеличивается и ско­рость воздуха вдоль поверхности земли возрастает. Это явление наблюдается до расстояния, равного примерно высоте взрыва. Зона, радиус которой равен высоте взрыва, называется зоной регулярного отражения.

В зоне нерегулярного отражения, т. е. на расстояниях, превы­шающих высоту взрыва, в приземном слое воздуха происходит слияние фронтов падающей и отраженной волн и образуется единый фронт так называемой .головной ударной волны 3 (см. рис. 2.8). Высота этой волны по мере удаления от эпицентра взрыва возрастает, и все наземные объекты оказываются в зоне ее действия.

В головной ударной волне связь между величиной избыточ­ного давления и другими параметрами ее такая же, как и при на­земном взрыве.

На рис. 2.9 приведены кривые, показывающие изменение из­быточного давления во фронте отраженной (в зоне регулярного отражения) и головной (в зоне нерегулярного отражения) ударных волн у поверхности земли при взрыве мощностью 1 тыс. т на высотах 70, 120 и 200 м от поверхности земли, что соответст­вует расчетной высоте низкого (7) и высокого (12 и 20) воздушных взрывов. Здесь же для сравнения пунктиром показано изменение избыточного давления во фронте ударной волны при наземном взрыве такой же мощности.

Как видно из рис. 2.9, в зоне регулярного отражения давле­ние на поверхности земли тем больше, чем меньше высота взры­ва. В зоне нерегулярного отражения в области малых давлении (р_ф < 0,4—0,5 кгc/см²), наоборот, давление во фронте головной у волны с увеличением высоты взрыва несколько возрастает. На расстояниях, в 15—20 раз превышающих высоту взрыва, давле­ние на поверхности земли при воздушном взрыве примерно такое же, как и при наземном взрыве.

Из рис. 2.9 также следует, что для объектов большой проч­ности, например, убежищ тяжелого типа, получающих средние разрушения при избыточном давлении р_ф = 5—10 кгс/см², радиус зоны разрушающего действия ударной волны будет наи­большим при наземном взрыве. Для таких же малопрочных объектов, как жилые здания, полностью разрушающихся при давлении 0,3 — 0,4 кгс/см², наибольшим радиус разрушения бу­дет при воздушном взрыве.

Таким образом, чем меньше прочность объектов, тем больше должна быть высота взрыва, при которой достигаются наиболь­шие размеры зоны их разрушений воздушной ударной волной.

Однако объекты, по которым возможно применение ядерного оружия, обычно состоят из элементов различной прочности, поэтому высоту взрыва выбирают, исходя из устойчивости того элемента, который является определяющим при решении конкрет­ной задачи.

В случае взрыва над поверхностью сухого грунта, особенно при наличии сухой растительности (травы, кустарника и т. п.), травяной покров и органические вещества верхнего слоя почвы под действием светового излучения сгорают, а грунт растрески­вается и измельчается. В этих условиях происходит быстрое за­дымление, запыление и нагрев приземного слоя воздуха на. сотни градусов. Наличие такого нагретого воздуха оказывает сущест­венное влияние на характер распространения и параметры удар­ной волны.

Bo-первых, максимальное давление ударной волны в призем­ном слое оказывается меньшим, чем три отсутствии нагретого слоя. Если вблизи эпицентра различие давлении невелико, то на расстоянии от эпицентра, примерно равном высоте взрыва, дав­ление снижается в два-три раза по сравнению с давлением при взрыве, не сопровождающемся значительным прогревом призем­ного слоя воздуха. При дальнейшем увеличении расстояния от эпицентра различие в давлении уменьшается, и на расстоянии равном четырем-пяти высотам взрыва, давление становится та­ким же, как и при отсутствии прогрева воздуха.

Во-вторых, в указанной выше области отмечается значитель­ное увеличение скоростного напора и, следовательно, усиление метательного действия ударной волны. Различные объекты, нахо­дящиеся на поверхности земли, отбрасываются волной значи­тельно дальше, чем при таком же давлении волны в условиях, когда приземный слой воздуха мало прогревается световым излу­чением.

В-третьих, ударная волна в приземном слое не имеет обычного для нее резкого фронта. Избыточное давление при прохожде­нии волны нарастает до максимума не .скачком, а постепенно, в течение нескольких сотых и даже десятых долей секунды.

Уменьшение величины максимального давления волны и от­сутствие резкого фронта несколько снижают ее разрушающее действие на заглубленные сооружения по сравнению с тем, кото­рое наблюдалось бы при взрыве без прогрева приземного слоя воздуха. В то же время усиление метательного действия волны приводит к тому, что танки, орудия, бронетранспортеры и другие объекты, расположенные вне укрытий, получают определенную степень повреждения на несколько большем расстоянии от эпи­центра, чем при взрыве без прогрева приземного слоя воздуха.

Изменение избыточного давления до фронте воздушной удар­ной волны на поверхности земли с расстоянием от эпицентра низкого и высокого воздушных взрывов мощностью 1 тыс. т в условиях прогрева приземного слоя воздуха показано на графике рис. 2.10. Величина избыточного давления при взрыве другой мощности может быть вычислена по данным указанного графика на основании закона подобия таким же методом, как и при назем­ном взрыве.

Следует иметь в виду, что при воздушных взрывах законом по­добия можно пользоваться только в том случае, если отношение высот сравниваемых взрывов к корню кубическому из их мощностей одинаковое, т. е. .

Отношение называется приведенной высотой взрыва и обозначается символом Н, Раз­мерность приведенной высоты здесь— м/т^1/3.

Для воздушных взрывов, произведенных на различных приве­денных высотах, закон подобия неприменим. Так, например, если произведены взрывы мощностью 5 и 30 тыс. т на высотах, рав­ных соответственно 120 и 370 м, т. е. на приведенных высотах

м/т^1/3

м/т^1/3

то законом подобия при сравнении параметров ударных воли этих взрывов пользоваться нельзя, так как равенство приведенных высот отсутствует.

Изменение давления во фронте воздушной ударной волны в зависимости от мощности и расстояния до центра наземного (эпицентра низкого воздушного) взрыва показано на графиках рис. 2.11, 2.12. При этом график рис. 2.12 составлен для воздуш­ного взрыва с прогревом воздуха, т. е. условии, которые наибо­лее часто будут иметь место при применении ядерного оружия.

Рис. 2.11. Зависимость избыточного давления во фронте ударной волны при наземном взрыве от мощности и расстояния до центра взрыва

Рис. 2.12. Зависимость избыточного давления во фронте ударной волны при воздушном взрыве на высоте Н =12 от мощности и расстояния до эпицентра взрыва.