Механизм распространения взрыва

Явление взрыва в настоящее время изучено достаточно полно. Основные положения теории, объясняющей механизм распространения взрыва, разработаны в конце прошлого столетия профессором Московской сельскохозяйственной академии В.А.

Согласно существующим воззрениям все BB, как бы сильно они ни отличались одно от другого своим химическим составом и физическими свойствами, взрываются, по существу, одинаково. Взрыв возникает в результате резкого сжатия небольшой части BB. При этом во взрывчатом веществе образуется волна сжатия — ударная волна. Резкое сжатие может быть следствием удара быстро движущегося предмета, сильного электрического разряда или взрыва другого BB.

При быстром и сильном сжатии BB нагревается, в результате происходит химическая реакция, сопровождающаяся выделением большого количества энергии и образованием газообразных продуктов. Образующиеся газообразные продукты производят резкий удар по соседним слоям BB. Эти слои в свою очередь сжимаются, в них также образуется ударная волна и происходит интенсивная химическая реакция.

Ударная волна распространяется по всей массе BB со скоростью, равной нескольким километрам в секунду. Скоростью распространения ударной волны во взрывчатом веществе определяется скорость взрыва. 14

Ударная волна имеет впереди резко очерченный фронт, на котором происходит сильное повышение давления и температуры. Непосредственно за фронтом волны происходит превращение BB в газообразные продукты и выделение энергии. Продукты взрыва не удаляются из зоны реакции, а движутся в направлении распространения процесса вслед за ударной волной. Благодаря выделению энергии в процессе химической реакции и постоянному ее восполнению скорость распространения ударной волны во взрывчатом веществе может оставаться постоянной.

Детонация представляет собой наиболее совершенную форму взрыва, когда процесс протекает с постоянной и максимально возможной для данного BB скоростью.

Скорость детонации является одной из наиболее важных характеристик BB. Ее можно определить экспериментально. В последнее время широкое применение нашли оптический, осциллографический и хронографический методы определения скорости детонации. Эти методы довольно сложные и требуют специального оборудования. Наиболее простым методом определения скорости детонации является так называемый метод До- триша, основанный на сравнении известной скорости детонации детонирующего шнура со скоростью детонации испытуемого заряда. Скорость детонации зависит от природы BB, его плотности, содержания примесей. В табл. 2 приводятся скорости детонации некоторых BB.

Таблица 2

Влияние природы BB проявляется через зависимость скорости детонации от количества тепла, выделяющегося при взрыве 1 кг вещества: чем больше выделяется тепла, тем выше скорость детонации. Так, при взрыве 1 кг тротила выделяется 1 000 ккал, а при взрыве 1 кг тэна — 1 400 ккал.

С увеличением плотности заряда скорость детонации бризантных BB возрастает, достигая максимума при предельной для данного BB плотности. Зависимость скорости детонации тротила от плотности заряда видна из табл. 3.

Таблица 3

Инертные примеси, как правило, снижают скорость детонации BB. Взрывчатые вещества различны по своей способности детонировать. Для каждого из них имеется некоторое наименьшее количество BB, необходимое для того, чтобы произошла детонация.

Как было установлено академиком Ю.Б. Харитоном, мерой способности BB к взрыву может служить критический диаметр заряда, т. е. такой предельный диаметр его, при котором детонация может распространиться по заряду. Чем меньше критический диаметр, тем больше способность BB к детонации. Величина критического диаметра зависит от физического состояния взрывчатого вещества.

Так, критический диаметр прессованного тротила около 10 мм, а литого — 32 мм. Поэтому в заряде из прессованного тротила возбудить детонацию легче, чем в заряде из литого. Дополнительные детонаторы, предназначенные для передачи импульса от взрывателя разрывному заряду, делают из прессованного тротила. Боеприпасы малого калибра нельзя снаряжать литым тротилом, так как может быть неполная детонация.

Взрыв - чрезвычайно быстрое физическое или химическое превращение вещества или смеси веществ из одного состояния в другое с переходом потенциальной энергии в кинетическую газообразных продуктов. Взрыв проявляется как скачкообразное повышение давления в окружающей среде в форме ударной волны.

Химический взрыв - быстрое самораспространяющееся химическое превращение определенных веществ или их смесей, сопровождающееся выделением большого количества тепла и газов.

Химический взрыв - может совершаться в форме быстрого горения (например, взрыв черного пороха) или в форме детонации. При горении передача тепла впередилежащим слоям происходит за счет теплопроводности в твердых веществах или за счет диффузии в газах, тогда при детонации теплопередача осуществляется ударной волной, вызывающей мгновенное сжатие и сильный разогрев тонкого слоя взрывчатого вещества и пузырьков воздуха, находящихся в нем. В результате этого создаются условия для очень быстрого протекания химических реакций в этом веществе. Скорость передачи энергии ударной волной во много раз больше скорости передачи за счет теплопроводности или диффузии.

Ударная волна - скачок давления и плотности, распространяющийся в окружающей среде под воздействием быстро расширяющихся газообразных продуктов взрыва. В воздухе распространяется воздушная волна, а по заряду ВВ - детонационная волна, способная вызвать и поддержать на постоянном уровне взрывчатое разложение ВВ. Ее можно рассматривать как самораспространяющийся комплекс, состоящий из ударной волны и зоны химической реакции, выделяющееся тепло в которой поддерживает на постоянном уровне давление на фронте ударной волны. Скорость ударной волны в воздухе, вблизи заряда, несколько превышает скорость детонации. По мере удаления от очага взрыва скорость и энергия ударной волны ослабевают и, в конечном счете, она преобразуется в звуковую.

Детонационная волна распространяется по ВВ с постоянной скоростью, тогда как ударная волна распространяется по химически инертным средам с затуханием.

Детонация - процесс экзотермического химического превращения ВВ, протекающей с постоянной скоростью, максимальной для данных условий взрывания и состояния заряда.

Скорость детонации от 1 000 до 2 500 м/с - газообразных, от 2 500 до 9 000 м/с - твердых и жидких ВВ.

В случае снижения качества ВВ (увлажнения, и т.д.) или недостаточного начального импульса детонация может перейти в горение или совсем затухнуть. Такая детонация ВВ называется неполной.

Горение - процесс взрывчатого превращения, обусловленный передачей энергии от одного слоя ВВ к другому путем теплопроводности и излучения тепла газообразными продуктами. Процесс горения протекает медленно, со скоростью не более нескольких метров или десятков метров.

К изделиям из ВВ, как очень ответственным элементам боеприпасов предъявляются очень жесткие требования, основными из которых являются:

1. Высокая эффективность действия. Для различных ВВ это требование имеет неодинаковый смысл. Так, для ИВВ оно выражает высокую инициирующую способность, т.е. надежное возбуждение детонации в разрывных зарядах из БВВ при минимальной массе ИВВ.

Для БВВ под высокой эффективностью понимается прежде всего высокая мощность, большой разрушительный эффект, обеспечивающий поражающее действие боеприпасов. Как правило, повышение эффективности боеприпасов обеспечивается за счет комплексного сочетания ряда факторов (природы БВВ, материала и конструкции снаряда, головной части, конструкции разрывного заряда и боеприпаса).

2. Определенная чувствительность к внешним импульсам, обеспечивающая, с одной стороны безопасность при производстве ВВ, снаряжения различных видов боеприпасов и их эксплуатацию, а с другой стороны - надежность возбуждения в них взрыва при боевом применении.

3. Высокая химическая и физическая стойкость, химическая инертность по отношению к различным материалам, обеспечивающие стабильность взрывчатоэнергетических характеристик и других свойств ВВ в процессе эксплуатации боеприпасов.

4. Удовлетворительные технологические качества, обеспечивающие возможность изготовления различными способами разрывания заряда высокого качества. Это требование обеспечивается за счет хорошей прессуе- мости ВВ, умеренной температуры плавления, большего различия между температурами плавления и разложения.

5. Производственно-экономические требования, которые включают дешевизну и доступность сырья, простоту и безопасность производства, невысокую себестоимость готового продукта:

• Следует обратить внимание на противоречивость ряда требований. Так, повышение эффективности за счет роста взрывчато-энергетических характеристик, как правило, сопровождается увеличением чувствительности к внешним воздействиям, а также снижением химической стойкости.

• Обеспечение безотказности действия разрывных зарядов ВВ предполагает достаточно высокую чувствительность, а гарантированная безопасность требует низкой чувствительности. Поэтому для удовлетворения всему комплексу требований необходимо находить оптимальное сочетание всех характеристик ВВ. Именно трудности удовлетворения всех требований ограничивают круг веществ, которые могли бы применяться для снаряжения боеприпасов различного типа.

Многие ВВ по своим взрывчато-энергетическим характеристикам соответствуют требованиям, но по физико-химическим свойствам их применение невозможно.

Основными факторами взрывчатого превращения являются:

- состав продуктов взрыва и кислородный баланс;

- теплота взрыва;

- основные параметры продуктов взрыва;

- распространение детонации;

- чувствительность ВВ;

- действие взрыва;

- ядовитые газы, образующиеся при взрыве;

- горение ВВ.