ДЕЙСТВИЯ УДАРНОЙ ВОЛНЫ
Основные представления о механизмах повреждающего действия ударной волны формировались у представителей медицины одновременно с использованием взрывов в практике. Первое упоминание о повреждающем эффекте взрыва сделано в работе Жара в 1768 г .
в которой описан случай гибели рабочего в результате взрыва в шахте. Первое описание поражения ударной волной в военных условиях принадлежит Н. А. Райскому и относится к 1831 г. Были отмечены случаи «оцепенения» солдат, рассматриваемые как следствие ушиба воздухом. Однако воздушная ударная волна сопровождает многие природные явления. Она наблюдаеіся при разрывах молнии, падении метеорита, движении лавин и обвалов. Но в связи с редкостью этих явлений изучение воздушных ударных волн началось лишь с момента внедрения взрыва в практику.Характеристика воздушной ударной волны.
Ударные волны представляют собой волновое движение внешней среды. Такое движение воздуха при взрыве возникает вследствие крутого скачка плотности газа на границе возмущения, называемой фронтом волны. На границе возмущения испытывают скачок температура, скорость, давление газа и другие величины, характеризующие его состояние. Наиболее часто измеряемым параметром воздушной волны является максимальное избыточное давление во фронте волны. Нго изменение П. И. Буренин (1973) иллюстрирует следующим графиком.
ΔΡΦ — избыточное давление, Ра — атмосферное давление; t—· время.
1 — фронт ударной волны,
2 — момент прихода ударной волны; 3 — фаза сжатия;
4 — фаза разряжения
При взрыве взрывчатого вещества или ядерного заряда выделяется большое количество тепловой энергии. Раскаленные газы, стремясь расшириться, сжимают окружающие слои воздуха до высокой плотности и порождают ударную волну. Скорость распространения воздушной ударной волны тем больше, чем больше плотность газа.
Распространяясь быстрее, чем звук в невозмущенной области газа, ударная волна опережает звуковой сигнал. Область сжатия воздуха при прохождении ударной волны над определенной точкой поверхности сменяется областью разряжения. В связи с этим в ударной волне различают фазу сжатия (фазу положительного давления) и фазу разряжения (фазу о грицательного давления). В начале первой фазы давление в воздушной ударной волне резко повышается, затем оно падает и сравнивается с окружающим давлением. Во второй фазе давление становится отрицательным, а затем поднимается до уровня давления окружающей среды. Продолжительность фазы сжатия называется временем действия воздушной волны. Продолжительность фазы сжатия увеличивается по мере увеличения расстояния от места взрыва; одновременно с этим уменьшается максимальное давление во фронте ударной волны. Время действия ударной волны увеличивается с возрастанием мощности взрыва. В фазе разряжения давление по своему значению мало отличается от давления в окружающей среде. Фаза разряжения всегда превосходит по продолжительности фазу сжатия и во времени она мало изменяется при распространении воздушной ударной волны от места взрыва.За фронтом ударной волны движется с большой скоростью сжатый воздух. При встрече с наземными преградами он создает напор, силы которого направлены параллельно поверхности земли. Наибольшая величина горизонтального действующего напора воздуха называется давлением скоростного напора. Воздушная ударная волна, встречая препятствие на пути своего распространения, отражается. Движущиеся в волне массы воздуха мгновенно останавливаются. В результате этого давление на препятствие резко возрастает по сравнению с давлением в волне. Затем сжатый воздух по краям препятствия обтекает его Обтекание приводит к ослаблению действия ударной волны на препятствие.
При встрече ударной волны е препятствием в физической карі ипс в ударной волне можно выделить два периода. Первый период определяется быстро протекающими процессами и называется фазой дифракции. Для нее характерно образование различных воли: отраженной, вторичной, дифрагированной и разряжения. При этом на поверхности тела возникаю! неравномерные распределения максимальных давлений (давление отражения и др.), сменяющиеся в короткие промежутки времени. Их величины зависят от интенсивности ударной волны. С течением времени давления на поверхности препятствия несколько выравниваются и стабилизируются. С этого момента начинается второй период взаимодействия — фаза обтекания. Тело подвергается действию потока воздуха с от носительно медленно меняющимися параметрами. Величины давления на поверхности тела в фазе обтекания (давление обтекания) уменьшаю тся по мере уменьшения давления в ударной волне и в конце действия равны нулю.