Воздействие ударной волны на людей

Непосредственное поражение человека ударной волной возникает в ре­зультате воздействия избыточного давления и скоростного напора воздуха. Ударная вол­на почти мгновенно ох­ватывает человека и сжимает его со всех сторон. Мгновенное повышение давления в момент прихода ударной волны воспринимается как резкий удар. Скоростной напор воздуха действует с одной стороны, обладает метательным действием и может отбросить человека, причинив ему травмы.

Косвенными поражениями называются поражения, наносимые человеку обломками зданий, деревьев и другими предметами, ко­торые под действием скоростного напора воздуха перемещаются с большой скоростью. Воздействуя на людей, ударная волна вы­зывает переломы, повреждение внутренних органов, контузии, т.е. вызывает травмы различной тяжести, которые подразделяются на:

легкие, возникающие при избыточном давлении 20-40 кПа и характеризующиеся ушибами, вывихами, временными поврежде­ниями слуха, общей контузией;

средние, появляющиеся при избыточном давлении 40-60 кПа и характеризующиеся серьезными контузиями всего организма, повреждениями органов слуха, кровотечением из носа и ушей, а также сильными вывихами конечностей;

тяжелые, возникающие при избыточном давлении 60-100 кПа и характеризующиеся сильными контузиями всего организма, тяжелыми переломами конечностей и сильными кровотечениями из нoca и ушей;

крайне тяжелые, наблюдающиеся при избыточном давлении 60-100кПа. Эти травмы могут привести к смертельному исходу.

Радиусы поражения ударной волной ядерного взрыва и виды травм зависят от мощности взрыва.

Радиус поражения людей обломками зданий, особенно осколками стекол, разрушающихся при избыточном давлении 2-7 кПа, может превышать радиус непосредственного поражения ударной волной.

Для защиты от ударной волны необходимы подземные соору­жения - убежища, рассчитанные на сопротивление воздействию ударной волны. При отсутствии убежищ используются построен­ные укрытия, а также подземные выработки, шахты, естественные укрытия и рельеф местности. Защитные свойства рельефа мест­ности зависят от его характера, лучшую защиту обеспечивают крупные формы рельефа: возвышенности, лощины, овраги боль­ших размеров. Однако и небольшие курганы, ямы, воронки спо­собны ослабить действие ударной волны.

Радиусы поражения людей и разрушения сооружений ударной волной ядерного взрыва можно определить с помощью таблиц, графиков, а также с помощью закона подобия взрывов. Как по­казали теоретические исследования, радиусы зон разрушений и поражения ударной волной ядерных и термоядерных взрывов раз­личной мощности пропорциональны кубическому корню из отношения тротиловых эквивалентов. Поэтому для приблизительного сравнения радиусов зон поражения ударной волной ядерных взры­вов различной мощности можно пользоваться формулой

где R1 и R2 - радиусы зон поражения, км; q1 и q2 – тротиловый эквивалент, тысячи т.

Пример.Радиус легких поражений при воздушном ядерном взрыве мощ­ностью 20 кт достигает 3,2 км. Требуется определить радиус поражения ядер­ного взрыва мощностью 10 Мт. Подставим известные значения в приведенную выше формулу:

Из этого примера следует вывод, что при увеличении тротилового эквивалента ядерной бомбы в 1000 раз радиус поражения увеличивается в 10 раз.

2. Воздействие воздушной ударной волны ядер­ного взрыва на здания и сооружения.

Воздействие воздушной ударной волны ядер­ного взрыва на здания и сооружения связано с вели­чиной избыточного давления и скоростного напора воздуха, дви­жущегося за фронтом ударной волны. Однако в зависимости от конструктивных особенностей того или иного сооружения степень его разрушения может определяться либо избыточным давлением, либо скоростным напором.

Большие здания, имеющие значительную площадь стен, раз­рушаются главным образом под действием избыточного давления. При этом разрушение происходит вследствие первоначального кратковременного удара, возникшего в результате отражения удар­ной волны. Это происходит потому, что для обтекания ударной волной такого здания требуется некоторое время, а это вызывает сравнительно длительное, действие давления отражения ударной волны.

Пока ударная волна движется, не встречая препятствий, она создает изменяющуюся во времени нагрузку, равную избыточному давлению в проходящей ударной волне. При подходе ударной волны к преграде она отражается (образуя давление отражения ΔPотр) и происходит торможение масс движущегося воздуха, избыточное давление повышается. В результате этого преграда испытывает удар огромной силы, увеличившийся вследствие давления отражения.

Давление отражения можно рассчитать по формуле

где ΔPотр - давление отражения; ΔPф - избыточное давление во фронте ударной волны; P0 - атмосферное давление. Как показывает эта формула, избыточное давление увеличи­вается от 2 до 8 раз.

Такое давление преграда (например, здание) испытывает в первоначальный момент. Вслед за этим ударная волна начинает обтекать здание, оказывая давление на боковые стены и верх, затем и на заднюю стену. В результате этого здание оказывается охваченным высоким давлением и сжато со всех сторон (рис. 5). Однако наибольшее давление испытывает стена, обращенная к взрыву.

Рис. 5. Действие ударной волны на здание.

Характер действия ударной волны при обтекании зданий пред­ставляет собой сложное взаимодействие потоков, обтекающих здание сверху и с боков и создающих завихрения и зоны повы­шенного давления. Обтекание ударной волной вертикальной пре­грады показано на рис. 6, когда ударная волна отражается от поверхности земли за преградой. Обтекание здания ударной вол­ной с боков создает повышенное давление в результате встречи двух потоков (рис. 7). По мере обтекания здания ударной вол­ной давление отражения на пе­реднюю стену ослабляется.

Рис. 6. Обтекание ударной волной вертикальной преграды:

а – фронт достиг преграды, и действует полное давление отражения;

б – фронт проходит преграду, и частично действует давление отражения;

в – заканчивается действие давления отражения, но за преградой ударная волна отражается от поверхности земли.

Рис. 7. Обтекание ударной волной преграды (вид в плане):

а – фронт достиг преграды, создается давление отражения и начинается обтекание;

б – фронт прошел преграду, и два потока движутся к тыльной стороне;

в – фронт движется далее, за преградой образуется зона повышенного давления вследствие соударения потоков.

Из наземных зданий и соору­жений наиболее устойчивыми являются здания с металлическим каркасом и сооружения антисей­смической конструкции, которые разрушаются при давлении удар­ной волны 50-80 кПа. Жилые кирпичные здания менее устой­чивы и полностью разрушаются при давлении ударной волны 30-40 кПа, а деревянные строе­ния полностью разрушаются при давлении10-20кПа.

На разрушение зданий и со­оружений влияет наличие в сте­нах пробелов (окон, дверей), так как ударная волна, легко раз­рушая их, быстро проникает внутрь здания, а давление отра­жения ослабляется вследствие действия избыточного давления изнутри.

Полное разрушение остекле­ния различных зданий происхо­дит при избыточном давлении во фронте ударной волны 2-7 кПа, а частичное разрушение - при 1-2 кПа, т. е. при значительно меньших давлениях.

Высокие сооружения с малой площадью (телеграфные столбы, заводские трубы, мачты, буровые вышки и другие сооружения) быстро обтекаются ударной волной и сжимаются со всех сторон, а противоположные давления уравновешиваются. Поэтому они ме­нее чувствительны к воздействию избыточного давления. Для этих сооружений разрушающее действие ударной волны определяется действием скоростного напора воздуха.

Скоростной напор воздуха, подобно урагану, действует с одной стороны и вызывает разрушение (срыв сопор) таких сооружений, так как эти сооружения, рассчитанные на действие ветровой на­грузки, разрушаются под действием скоростного напора воздуха, превышающего ветровые нагрузки в несколько раз.

Сооружения, заглубленные в землю, меньше подвержены воз­действию ударной волны, так как при своем движении ударная волна не встречает препятствия и не происходит увеличения избы­точного давления из-за отражения ударной волны. По этой при­чине убежища, укрытия и подземные сети коммунального хозяй­ства, заглубленные в грунт, могут выдержать значительно большие давления, чем наземные здания.

Особенностью действия ударной волны является ее способность затекать внутрь убежищ, укрытий и других сооружений через воздухозаборные трубы, от­душины, наносить там раз­рушения и поражать людей. При проникании ударной волны внутрь сооружения там быстро повышается давление, которое может стать причиной гибели лю­дей. Во избежание пораже­ния людей затекающей волной воздухозаборные каналы убежищ снабжаются волногасительными устрой­ствами.

Здания и сооружения в зависимости от нагрузок, создаваемых ударной вол­ной, могут получать полные, сильные, средние и слабые разрушения:

полное разрушение характеризуется разрушением и обруше­нием всех или большей части стен, сильной деформацией или обрушением перекрытий. Из обломков образуется завал в преде­лах контура здания и вокруг него. Восстановление разрушенных зданий невозможно;

сильное разрушение характеризуется разрушением части стен и перекрытий нижних этажей и подвалов, в результате чего по­вторное использование помещений невозможно или не целесооб­разно;

среднее разрушение характеризуется разрушением главным образом встроенных и обрушением чердач­ных перекрытий и отдельных участков верхних этажей. Подвалы сохраняются и пригодны для временного использования после разборки завалов над входами. Вокруг здания завалов не обра­зуется, но, отдельные обломки конструкций могут быть отброшены на значительное расстояние. Восстановление возможно в порядке капитального ремонта;

слабое разрушение характеризуется разрушением оконных и дверных заполнений и легких перегородок, появлением трещин в стенах верхних этажей. Подвалы и нижние этажи сохраняются и пригодны для временного использования. Восстановление воз­можно в порядке капитального ремонта.

Объем разрушений в городе зависит от характера строений, их этажности и плотности застройки. При плотности застройки 50% давление ударной волны на здания может быть меньше (на 20-40 %), чем на здания, стоящие на открытой местности, на таком же расстоянии от центра взрыва.

При плотности застройки менее 30% экранизирующее действие здании незначительно и не имеет практического значения.