Взрывные волны и их характеристики
При распространении взрывных волн в воздухе или при взаимодействии их с каким-либо препятствием происходят быстрые изменения давления, плотности, температуры и массовой скорости.
Чаще всего описывают такие параметры взрывных волн, которые либо легко измерить, либо можно связать с определенным видом повреждения. Так, относительно просто измерить время до прихода ударной волны от центра взрыва в произвольную точку пространства и ее скорость, а также общее изменение давления во времени. Измерение же плотности и массовой скорости ударно сжатого воздуха за фронтом волны представляется затруднительным. Не существует и надежного способа измерения температуры воздуха в волне.Наиболее изученными являются невозмущенные каким-либо препятствием взрывные волны в воздухе. Такие волны принято называть падающими или проходящими. Структура подобных волн представлена на рис. 2.1 [42]. Здесь р0 — давление окружающей среды до прихода ударной волны. В момент ta прихода
Рис. 2.1. Структура идеальной взрывной' волны.
1 — положительная фаза; 2 — отрицательная фаза (волна разрежения).
взрывной волны давление резко повышается (в идеальной волне — мгновенно) до максимального P' + р0. Затем давление падает до давления окружающей среды за время T+ и продолжает снижаться до величины р0 — Р~> возвращаясь впоследствии к исходному давлению р0 за общее время t = ta-p T+ + Г-· Величина P+ определяется как максимальное невозмущенное избыточное давление или просто как амплитуда избыточного давления. Область взрывной волны, в которой давление превышает давление окружающей среды, носит название «положительная фаза»; продолжительность ее T+. А область, где давление меньше исходного, называется отрицательной фазой или фазой разрежения с продолжительностью Т~ и амплитудой Р7- Положительные и отрицательные, удельные импульсы1), являющиеся важными параметрами взрывной волны, определяются как
*> Удельным импульсом і здесь назван импульс на единицу поверхности.
ПО Глава 2
? ?________
В большинстве исследований отрицательная фаза взрывной волны не учитывается и рассматриваются лишь параметры, связаннее с положительной фазой индекс «+» при этом не употребляется.
Давление в падающей взрывной волне почти никогда не представляет истинной нагрузки, действующей на цель после взрыва. Поэтому ряд других дополнительных параметров взрывной волны используется для того, чтобы либо дать приближенное значение ударных нагрузок, либо оценить верхний предел таких нагрузок (отражение и взаимодействие взрывных волн будет обсуждаться в гл. 3). Такими характеристиками являются:плотность газа за волной р, массовая скорость газа за волной и, скорость ударной волны U. динамическое давление
Динамическое давление Имеются, одиако, сообщения, что импульсы отрицательной фазы и вторичные ударные волны могут быть важными факторами воздействия на мишени в случае протяженных источников взрыва (см. fl99, 2001, а также последующее обсуждение в данной' главе).
В этих уравнениях индекс s относится к параметрам непосредственно за ударной волной, а абсолютное давление ps выражается как
2.2.3.