2.3.5. Воздействие ударной волны на наземные объекты

Характер воздействия воздушной ударной волны ядерного взрыва на различные объекты зависит от давления во фронте вол­ны, его изменения во времени, а также от размеров объекта и его положения относительно места взрыва.

Вблизи эпицентра взрыва сооружения, возвышающиеся над поверхностью земли, подвергаются воздействию падающей и от­раженной волн (рис. 2.13). В первый момент при встрече фронта падающей волны с сооружением последнее испытывает резкий удар вследствие внезапного возникновения вертикальной нагруз­ки, равной по величине давлению отражения, а затем всестороннее сжатие. При этом давление Отражения более Чем в два раза превышает избыточное давление во фронте падающей волны.

По мере удаления сооружения от центра (эпицентра) взрыва на него кроме всестороннего сжатия действует сдвигающее усилие. Это объясняется тем, что ударная волна не одновременно и не с одинаковой силой воздействует .на различные элементы сооружения. В первую очередь и наиболее сильному воздействию ее под­вергается стена сооружения, обращенная к центру (эпицентру) взрыва, которая воспринимает давление отражения и действие скоростного напора (рис. 2.13). В тот момент, когда фронт удар­ной волны достигает поверхности этой стены, воздух, движущий­ся в волне с большой скоростью, останавливается. Это вызывает резкое повышение давления на поверхности стены и образование отраженной ударной волны (рис. 2.14, а). В результате давление воздуха на стену во всех ее точках скачком повышается от атмос­ферного до давления отражения (рис.2.14, б).

Рис. 2.13. Схема воздействия воздушной ударной волны на наземные объекты в зависимости от их по­ложения относительно центра (эпицентра) взрыва

Давление отражения на стену, обращенную к центру (эпи­центру) взрыва, сохраняется сравнительно недолго, так как у верхнего и ботовых краев сразу же начинается перетекание воз­духа из зоны с давлением отражения в стороны и вверх в общий поток воздуха в проходящей волне, где давление воздуха мень­ше, чем перед стеной (см. рис. 2.14,6). Вследствие оттока воздуха избыточное давление на стену сравнительно быстро уменьшает­ся — примерно в два раза по уравнению с давлением отражения. Этот спад давления происходит сначала у краев стены, а затем постепенно распространяется на всю ее поверхность. Очевидно, что чем меньше ширина или высота стены, тем быстрее произой­дет обтекание ее волной. При высоте и ширине стены порядка не­скольких метров время обтекания составляет около одной сотой доли секунды.

По мере распространения ударной волны избыточное давление передается боковым стенам и покрытию сооружения (см. рис. 2.14,6).

Достигнув краев тыльной стены, волна начинает затекать за сооружение (рис. 2.14,в). Давление затекающей волны меньше, чем проходящей; однако для ударных волн с давлением во фрон­те менее 2—3 кгс/см² вследствие соударения волн, затекших за сооружение с боков и сверху, максимальное давление волна на тыльную стену мало отличается от давления во фронте приходя­щей ударной волны. После того, как ударная волна полностью охватит все сооружение (рис. 2.14, г), ее воздействие будет пред­ставлять совокупность всестороннего сжатия сооружения давле­нием и одностороннего действия скоростного напора. График из­менения избыточного давления, действующего на лобовую и тыльную стены сооружения при обтекании его ударной волной, показан на рис. 2.14,д.

Влияние избыточного давления и скоростного напора на степень повреждения или разрушения сооружения зависит от конструкции и размеров сооружения. При действии ударной волны на обычные здания, имеющие сравнительно большие размеры, определяющей нагрузкой в их разрушении является первоначальный кратковре­менный удар, возникающий в момент отражения волны от здания. Разрушающее же действие ударной волны на такие сооружения, как трубы, опоры линий электропередач, буровые вышки, мостовые фермы, телеграфные столбы и т. п., определяется не первоначаль­ным кратковременным ударом волны и не всесторонним сжатием, которому все эти конструкции хорошо противостоят, а действием скоростного напора. Это объясняется тем, что время установления режима обтекания таких сооружений будет значительно меньше, чем время обтекания длинной и высокой стены. Поэтому при одинаковых допустимых нагрузках столб, например, может вы­держать воздействие гораздо более сильной ударной волны, чем стена.

Движущийся с большой скоростью воздух в ударной волне вызывает метательное действие волны, т. е. отбрасывает на большие расстояния различные объекты, например танки, броне­транспортеры, тракторы, артиллерийские орудия. Повреждения боевой техники и вооружения от удара о поверхность земли при этом могут быть значительно более серьезными, чем от непо­средственного действия ударной волны.

Сооружения, заглублённые в грунт даже на небольшую глуби­ну, при воздействии, ударной волны находятся в значительно луч­ших условиях, чем сооружения, возвышающиеся над поверх­ностью земли. В этом случае на покрытие сооружения действует только избыточное давление в проходящей волне.

Рассмотрение особенностей ударной волны позволяет дать не­которые рекомендации по основным принципам защиты от ее раз­рушающего действия:

1. Чтобы уменьшить нагрузку, действующую на сооружение при прохождении волны, следует монтировать сооружения котло­ванного или подземного типа, не возвышающиеся над поверх­ностью земли.

2. Объекты, расположенные по отношению к взрыву за какой-либо преградой (например, за холмом с крутыми окатами, за вы­сокой насыпью полотна железной или шоссейной дороги, в овра­ге и т. п.), оказываются защищенными от прямого удара волны, и на них воздействует ослабленная волна.

3. Поражающее действие ударной волны на людей, находя­щихся ,в момент взрыва на открытой местности, может быть так­же значительно снижено, если к моменту прихода волны они успеют лечь на землю. Лучше всего ложиться вдоль направления движения волны, так как при таком положении площадь поверх­ности тела, испытывающая прямой удар волны, уменьшается в несколько раз и вследствие этого снижается действие скоростного напора.

4. Для зашиты от ударной волны возможно использование простейших укрытий: траншей, ходов сообщения, окопов, рвов и канав, а также естественных укрытий (оврагов, глубоких лощин). Защитные свойства таких укрытий проявляются в полной мере в том случае, если они расположены перпендикулярно направле­нию движения волны и глубина укрытия превышает высоту укрываемого объекта. Еще лучше защищают от действия ударной вол­ны полностью закрытые сооружения типа убежищ и блиндажей.