Вопрос67 Ударная волна

Ударная волна - это область резкого сжатия среды, которая в виде сферического слоя распространяется во все стороны от места взрыва со сверхзвуковой скоростью.

В зависимости от среды распространения различают ударную волну в воздухе, в воде или грунте.

Ударная волна в воздухе образуется за счет огромной энергии, выделяемой в зоне взрыва, где высокая температура и большой давление. Например, при ядерном взрыве давление в зоне реакции достигает миллиардов атмосфер.

Раскаленные пары и газы стремясь расшириться, производят резкий удар по окружающим слоям воздуха, сжимают их до больших давлений и плотности и нагревают до очень высокой температуры. Эти слои приводят в движение последующие слои воздуха. Таким образом сжатие и перемещение воздуха происходит от одного слоя к другому во все стороны от центра взрыва, образуя воздушную ударную волну. Основным носителем действия взрыва является воздушная ударная волна, скорость распространения которой вблизи центра взрыва в несколько раз превышает скорость звука в воздухе и уменьшается по мере удаления от места взрыва до скорости звука - 340 м/с.

Например, при ядерном взрыве средней мощности воздушная ударная волна проходит 5000 м за 12 секунд. Поэтому человек, увидев вспышку ядерного взрыва до прихода ударной волны может укрыться (в складке местности, канаве и пр.).

Передняя граница ударной волны называется фронтом ударной волны. После прохождения ударной волной данной точки пространства давление в этой точке снижается до атмосферного. Фронт ударной волны движется вперед. Образовавшийся слой сжатого воздуха называется фазой сжатия.

С удалением от центра взрыва давление во фронте ударной волны уменьшается, а толщина слоя сжатия из-за вовлечения новых масс воздуха возрастает, в то же время давление снижаясь, становится ниже атмосферного и воздух начинает движение к центру взрыва. Эта зона пониженного давления называется фазой разрежения.

Разрушительное действие большее в фазе сжатия.

С фронтом ударной волны в области сжатия движутся массы воздуха, которые при встрече с преградой тормозятся и при этом моментально возрастают до максимума: скоростной напор воздушной ударной волны и избыточное давление во фронте ударной волны.

Избыточное давление измеряется в Паскалях (Па) или в кг-сила на квадратный сантиметр: 1 Па - 1 Н/м2 (Ньютон на метр квадратный) = 0.102 кгс/м2 = 1.02 * 10^(-5) кгс/см2; 1 кгс/см2 = 98.1 кПа или 1 кгс/см2 примерно равен 100 кПа.

Таким образом, основные параметры ударной волны, характеризующие ее разрушающее и поражающее действие: избыточное давление, во фронте ударной волны, давление скоростного напора, продолжительность действия волны - длительность фазы сжатия и скорость фронта ударной волны. Величина этих параметров в основном зависит от мощности, вида взрыва и расстояния.

При наземном взрыве энергия взрыва распределяется в полусфере и ударная волна перемещается вдоль поверхности земли, при этом на поверхности земли действует такое давление, до которого сжат воздух в соответствующей части воздушной ударной волны.

При воздушном взрыве падающая ударная волна вызывает при встрече с поверхностью земли отраженную ударную волну.

Рассмотрим термины

Эпицентр воздушного взрыва - точка на поверхности земли под центром взрыва.

Зона регулярного отражения - зона с расстоянием от эпицентра, не превышающим высоты взрыва.

Зона нерегулярного отражения - зона с расстоянием от эпицентра более высоты взрыва.

В зоне регулярного отражения на предмет, расположенный на некотором расстоянии от земли, воздействует давление падающей волны, а через некоторое время - давление отраженной волны. В зоне нерегулярного отражения падающая волна опережает отраженную, последняя распространяясь в нагретом воздухе и сжатом падающей волной, движется быстрее падающей волны. В результате происходит слияние этих волн и образуется общий фронт головной ударной волны, перпендикулярной поверхности земли, высота которого по мере удаления от центра взрыва увеличивается.

Предметы, находящиеся в области действия головной ударной волны испытывают ее воздействие, а расположенные выше (верх высотных домов) - два удара - от падающей и отраженной волн.

Давление во фронте головной ударной волны значительно выше, чем во фронте падающей волны и зависит не только от мощности взрыва и расстояния от эпицентра, но и от высоты ядерного взрыва.

Оптимальной высотой взрыва считается такая, при которой наибольшая площадь разрушения. Например, для взрыва мощностью в 1 мегатонну эта высота равна 2100 м (при этом на постройки воздействует давление 20-30 кПа (0.2-0.3 кг/см2).

При наземном взрыве радиус поражения на сравнительно больших расстояниях больше, чем радиус поражения воздушной ударной волны, а на более удаленных - меньше, так как сказывается влияние совместного воздействия падающих и отраженных волн - головной ударной волны.

Давление (избыточное) во фронте ударной волны можно определить расчетом (см. В.Г.Атаманюк и др. Гражданская оборона.-М7: Высшая школа, 1986. с. 26).

Ударная волна в воде при подводном ядерном взрыве качественно напоминает ударную волну в воздухе, но давление во фронте ударной волны в воде больше, а время действия меньше. Например, давление на расстоянии 900 м от центра ядерного взрыва мощностью 100 кт в воде составляет 19000 кПа, а при взрыве в воздухе - около 100 кПа.

При наземном взрыве часть энергии взрыва расходуется на образование сжатия в грунте.

При взрыве в грунте происходит мощное сотрясение грунта землетрясение.