Explozie subacvatică. Explozie nucleară subacvatică. Undă de șoc subacvatică

O explozie nucleară subacvatică este o explozie efectuată în apă la o adâncime sau alta. Cu o astfel de explozie, blițul și zona strălucitoare nu sunt de obicei vizibile. În timpul unei explozii subacvatice la o adâncime mică, o coloană goală de apă se ridică deasupra suprafeței apei, atingând o înălțime de peste un kilometru. Un nor format din stropi și vapori de apă se formează în partea de sus a coloanei. Acest nor poate atinge câțiva kilometri în diametru. La câteva secunde după explozie, coloana de apă începe să se prăbușească și un nor a sunat undă de bază. Unda de bază este formată din ceață radioactivă; se răspândește rapid în toate direcțiile de la epicentrul exploziei și, în același timp, se ridică și este purtat de vânt. După câteva minute, unda de bază se amestecă cu norul sultan (sultanul este un nor învolburat învăluit partea de sus coloană de apă) și se transformă într-un nor stratocumulus din care cade ploaia radioactivă. În apă se formează o undă de șoc, iar pe suprafața acesteia se formează unde de suprafață, răspândindu-se în toate direcţiile. Înălțimea valurilor poate ajunge la zeci de metri. Exploziile nucleare subacvatice sunt concepute pentru a distruge nave și a distruge structurile subacvatice. În plus, acestea pot fi efectuate pentru contaminarea radioactivă severă a navelor și a litoralului.

Factorii dăunători ai unei explozii nucleare și impactul lor asupra diferitelor obiecte.

O explozie nucleară este însoțită de eliberare sumă uriașă energie și este capabil să dezactiveze aproape instantaneu persoanele neprotejate, echipamentele amplasate în mod deschis, structurile și diversele bunuri materiale la o distanță considerabilă. Principalii factori dăunători ai unei explozii nucleare sunt: ​​unda de șoc (unde de explozie seismică), radiația luminoasă, radiația penetrantă, pulsul electromagnetic și contaminarea radioactivă a zonei.

Unda de soc. Unda de șoc este principalul factor dăunător al unei explozii nucleare. Este o regiune de comprimare puternică a mediului (aer, apă), răspândindu-se în toate direcțiile din punctul de explozie cu viteză supersonică. La începutul exploziei, granița frontală a undei de șoc este suprafața mingii de foc. Apoi, pe măsură ce se îndepărtează de centrul exploziei, granița frontală (fața) a undei de șoc se desprinde de minge de foc, încetează să strălucească și devine invizibilă.

Principalii parametri ai undei de șoc sunt excesul de presiune în fața undei de șoc, durata acțiunii acesteia și presiunea vitezei. Când o undă de șoc se apropie de orice punct din spațiu, presiunea și temperatura crește instantaneu în ea, iar aerul începe să se miște în direcția de propagare a undei de șoc. Odată cu distanța față de centrul exploziei, presiunea în frontul undei de șoc scade. Apoi devine mai puțin decât atmosferic (apare rarefacția). În acest moment, aerul începe să se miște în direcția opusă direcției de propagare a undei de șoc. După stabilirea presiune atmosferică circulația aerului se oprește.

Influența condițiilor de explozie asupra propagării undelor de șoc

Propagarea undei de șoc și efectul său dăunător sunt influențate în principal de condiţiile meteorologice, terenul şi zonele forestiere.

Conditiile meteo au un efect semnificativ numai asupra parametrilor undelor de șoc slabe (DРср 0,1 kg/s) . De regulă, pe vreme caldă vara, parametrii undelor de șoc slăbesc din toate punctele de vedere, iar iarna se intensifică, mai ales în direcția vântului. Ca urmare, dimensiunea zonelor afectate, în special a obiectelor cu rezistență scăzută, se poate schimba de mai multe ori.

Pe timp de ploaie și ceață se observă o scădere a presiunii undei de șoc a aerului, în special pe distante lungi de la locul exploziei. În condiții de ploaie și ceață medii, presiunea în frontul undei de șoc este cu 5-15% mai mică decât în ​​absența precipitațiilor.

In conditii ploaie torentiala si ceata, presiunea in unda de soc scade cu 15-30%.

Terenul poate spori sau slăbi efectul undei de șoc. Cu o pantă de 10-20°, presiunea crește cu 10-50%, iar cu o pantă de 30°, presiunea poate crește de 2 ori sau mai mult. În râpe și goluri, a căror direcție coincide cu direcția de mișcare a undei de șoc, presiunea este cu 10-20% mai mare decât la suprafață. Pe pante inverse ale înălțimii, în raport cu centrul exploziei, precum și în goluri și râpe situate la un unghi mare față de direcția de propagare a undei de șoc, presiunea din față scade. Raportul de reducere a presiunii depinde de abruptul pantei de retur. Cu o pantă de 20°, presiunea scade de 1,1-1,4 ori, iar cu o pantă de 30° - de 1,2-1,7 ori.

Fizicianul american Robert Oppenheimer, cunoscut și ca „părintele bombei atomice”, s-a născut la New York în 1904 într-o familie de evrei bogați și educați. În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, el a condus dezvoltarea oamenilor de știință nucleari americani pentru a crea prima bombă atomică din istoria omenirii.

Numele provocării: Trinity
Data: 16 iulie 1945
Locație: depozit de deșeuri în Alamogordo, New Mexico.

Acesta a fost testul primei bombe atomice din lume. Într-o zonă de 1,6 kilometri în diametru, o minge de foc uriașă violet-verde-portocaliu a țâșnit spre cer. Pământul s-a cutremurat de la explozie, o coloană albă de fum s-a ridicat spre cer și a început să se extindă treptat, luând o formă de ciupercă terifiantă la o altitudine de aproximativ 11 kilometri.

Numele provocării: Baker
Data: 24 iulie 1946
Locație: Laguna Bikini Atoll
Tip de explozie: Sub apă, adâncime 27,5 metri
Randament: 23 kilotone

Scopul testelor a fost de a studia efectele armelor nucleare asupra navelor navale și a personalului acestora. 71 de nave au fost transformate în ținte plutitoare. Acesta a fost al cincilea test de arme nucleare. Explozia a ridicat câteva milioane de tone de apă în aer.

Numele provocării: Able (ca parte a Operațiunii Ranger)
Data: 27 ianuarie 1951
Locație: Nevada Test Site

Nume provocare: George
Data: 1951

Nume provocare: câine
Data: 1951
Locație: Locația de testare nucleară din Nevada

Numele provocării: Mike
Data: 31 octombrie 1952
Locație: Insula Elugelab ("Flora"), Atolul Enewate
Putere: 10,4 megatone

Dispozitivul detonat în timpul testului lui Mike, numit „cârnat”, a fost prima bombă „hidrogen” adevărată din clasa megatonii. Norul de ciuperci a atins o înălțime de 41 km cu un diametru de 96 km.

Numele testului: Annie (ca parte a Operațiunii Upshot Knothole)
Data: 17 martie 1953
Locație: Locația de testare nucleară din Nevada
Randament: 16 kilotone

Numele provocării: Grable (ca parte a Operațiunii Upshot Knothole)
Data: 25 mai 1953
Locație: Locația de testare nucleară din Nevada
Putere: 15 kilotone

Numele provocării: Castelul Bravo
Data: 1 martie 1954
Locație: Atolul Bikini
Tip de explozie: suprafață
Putere: 15 megatone

Explozie bombă cu hidrogen Castelul Bravo a fost cea mai puternică explozie dintre toate testele efectuate vreodată de Statele Unite. Puterea exploziei s-a dovedit a fi mult mai mare decât previziunile inițiale de 4-6 megatone.

Numele provocării: Castelul Romeo
Data: 26 martie 1954
Locație: pe o barjă în craterul Bravo, atolul Bikini
Tip de explozie: suprafață
Putere: 11 megatone

Puterea exploziei s-a dovedit a fi de 3 ori mai mare decât previziunile inițiale. Romeo a fost primul test efectuat pe o barjă.

Numele provocării: Seminole
Data: 6 iunie 1956

Putere: 13,7 kilotone

Numele provocării: Priscilla (ca parte a seriei de provocări „Plumbbob”)
Data: 1957
Locație: Locația de testare nucleară din Nevada
Randament: 37 kilotone

Numele provocării: Umbrella
Data: 8 iunie 1958
Locație: Laguna Enewetak din Oceanul Pacific
Putere: 8 kilotone

Sub apă explozie nucleara a fost produs în timpul Operațiunii Hardtack. Navele dezafectate au fost folosite drept ținte.

Nume provocare: Stejar
Data: 28 iunie 1958
Locație: Laguna Enewetak din Oceanul Pacific
Randament: 8,9 megatone

Numele testului: AN602 (alias „Tsar Bomba” și „Mama lui Kuzka”)
Data: 30 octombrie 1961
Locație: terenul de antrenament Novaya Zemlya
Putere: peste 50 de megatone

Nume test: AZTEC (ca parte a Proiectului Dominic)
Data: 27 aprilie 1962
Locație: Insula Crăciunului
Randament: 410 kilotone

Numele provocării: Chama (ca parte a Proiectului Dominic)
Data: 18 octombrie 1962
Locație: Insula Johnston
Putere: 1,59 megatone

Numele provocării: Truckee (ca parte a Proiectului Dominic)
Data: 9 iunie 1962
Locație: Insula Crăciunului
Putere: peste 210 kilotone

Numele provocării: YESO
Data: 10 iunie 1962
Locație: Insula Crăciunului
Putere: 3 megatone

Numele provocării: „Unicorn” (franceză: Licorne)
Data: 3 iulie 1970
Locație: atolul din Polinezia Franceză
Randament: 914 kilotone

Numele provocării: Rhea
Data: 14 iunie 1971
Locul: Polinezia Franceză
Putere: 1 megaton

În timpul bombardamentului atomic de la Hiroshima (bombă atomică „Baby”, 6 august 1945), numărul total al morților a variat între 90 și 166 de mii de oameni.

În timpul bombardamentului atomic de la Nagasaki (bombă atomică „Fat Man”, 9 august 1945), numărul total al morților a variat între 60 și 80 de mii de oameni. Aceste 2 bombardamente au devenit singurul exemplu din istoria omenirii de folosire în luptă a armelor nucleare.

Această explozie are o asemănare externă cu o explozie nucleară de la sol și este însoțită de aceiași factori dăunători ca o explozie de la sol. Diferența este că norul ciupercă al unei explozii de suprafață constă dintr-o ceață radioactivă densă sau ceață de apă.

Caracteristic acestui tip de explozie este formarea undelor de suprafață. Efectul radiației luminoase este slăbit semnificativ datorită ecranării cu o masă mare de vapori de apă. Defectarea obiectelor este determinată în principal de acțiunea unei unde de șoc aerian. Contaminarea radioactivă a zonelor de apă, a terenului și a obiectelor are loc din cauza căderii particulelor radioactive din norul de explozie. Exploziile nucleare de suprafață pot fi efectuate pentru a distruge nave mari de suprafață și structuri puternice ale bazelor navale și porturi, atunci când contaminarea radioactivă severă a apei și a zonelor de coastă este acceptabilă sau de dorit.

Explozie nucleară subacvatică.

O explozie nucleară subacvatică este o explozie efectuată în apă la o adâncime sau alta. Cu o astfel de explozie, blițul și zona strălucitoare nu sunt de obicei vizibile. În timpul unei explozii subacvatice la o adâncime mică, o coloană goală de apă se ridică deasupra suprafeței apei, atingând o înălțime de peste un kilometru. Un nor format din stropi și vapori de apă se formează în partea de sus a coloanei. Acest nor poate atinge câțiva kilometri în diametru. La câteva secunde după explozie, coloana de apă începe să se prăbușească și la baza sa se formează un nor numit val de bază. Unda de bază este formată din ceață radioactivă; se răspândește rapid în toate direcțiile de la epicentrul exploziei și, în același timp, se ridică și este purtat de vânt. După câteva minute, unda de bază se amestecă cu norul sultan (un sultan este un nor învolburat care învăluie partea superioară a coloanei de apă) și se transformă într-un nor stratocumulus, din care cade ploaia radioactivă. O undă de șoc se formează în apă, iar pe suprafața ei - unde de suprafață se propagă în toate direcțiile. Înălțimea valurilor poate ajunge la zeci de metri. Exploziile nucleare subacvatice sunt concepute pentru a distruge nave și a distruge structurile subacvatice. În plus, acestea pot fi efectuate pentru contaminarea radioactivă severă a navelor și a litoralului.

Fenomenele care apar în timpul exploziilor subacvatice sunt foarte legate de cerc larg sarcini care implică mișcări instabile. Începem prin a considera două probleme destul de clasice.

Colapsul bulelor. Una dintre primele întrebări care apare atunci când studiem o explozie sub apă este întrebarea cum se modifică în timp bula de gaz formată în timpul exploziei, care este umplută cu produse de detonare explozive.

În formularea cea mai simplă aproximativă, problema poate fi formulată după cum urmează. Fie ca o bulă de gaz sferică de rază variabilă să fie într-un lichid infinit incompresibil cu densitate 1 și presiune constantă.Neglijăm gravitația, vâscozitatea, precum și tensiunea superficială și condensarea gazelor din bulă. Trebuie să găsim legea modificării razei

Viteza de mișcare a fluidului cauzată de o modificare a razei bulei la un moment dat depinde numai de distanța punctului în cauză față de centrul bulei și este egală cu Compararea debitelor la limita bulei și o sferă de rază concentrică cu ea, găsim

unde este o funcție a timpului. Această relație ne permite să calculăm energia cinetică a întregii mase de lichid în acest moment

Vom presupune că în momentul inițial lichidul este în repaus, chiar dacă diferența dintre presiunea din lichid și presiunea gazului din interiorul bulei este egală datorită propunerilor noastre, aceasta este o valoare constantă. Dacă ignori tensiunea superficială, atunci

(semnul minus se explică prin faptul că unde găsim prin integrare

Comparând această expresie cu (2), obținem o ecuație diferențială cu variabile separabile

iar integrarea ei duce la relaţia

din care poți găsi dependența dorită

Din ecuația (4) rezultă că atunci când viteza R crește la nesfârșit, aceasta reflectă faptul că în momentul în care bula dispare, apare un ciocan de ariete - avem un exemplu de caracteristică globală discutată mai sus. Efectul descris se numește colaps cu bule.

Presupunând în (5) găsim timpul de colaps:

Puteți lua în considerare și o bulă pulsatorie, care, după ce se prăbușește, se extinde la valoarea sa inițială. Ultima formulă vă permite să determinați perioada de oscilație a unei astfel de bule:

Rețineți că în formularea exactă a problemei mișcării bulei de gaz formată în timpul unei explozii subacvatice, trebuie luată în considerare influența suprafeței apei și a gravitației, iar presiunea din bule trebuie considerată ca variază în funcție de lege:

unde volumul bulei în momentul de timp este constant. Masa de gaz din interiorul bulei și forțele de tensiune superficială pot fi neglijate. În această formulare, în momentul inițial, suprafața apei poate fi considerată plată, iar limita bulei de gaz - o sferă; alte modificări ale formei acestor suprafețe pot fi găsite din soluționarea problemei.

Soluția la problema mișcării unei bule de gaz într-o formulare atât de exactă pt stadiul inițial primit recent de L.V.Ovsyannikov. Despre etapele ulterioare ale mișcării vom vorbi mai jos când vom discuta problema Sultanului.

mingi Björknes. Lăsați două bule de aer sau de gaz să pulseze într-un fluid infinit, pe care încă îl presupunem a fi incompresibil (cu densitatea 1) și lipsit de greutate.

În secolul trecut, tatăl și fiul Bjerknes au descoperit și explicat fenomen interesant, asociat cu acest experiment - se dovedește că, dacă bulele pulsează în aceeași fază, atunci se atrag reciproc, iar dacă sunt în antifază, se resping.

Pentru a explica acest fenomen, avem nevoie de următorul fapt elementar - o bilă care se mișcă translațional într-un fluid infinit poate fi simulată de un dipol punctual situat în centrul bilei. De fapt, lăsați o minge cu raza R să se miște cu viteză de-a lungul axei x. Potențialul de viteză al acestei mișcări este o funcție armonică în afara bilei egală cu 0 la infinit și pe suprafața bilei care satisface condiția (componenta normală a vitezei și 0 sunt coordonate cilindrice, vezi Fig. 101). Aceste condiții evident

satisface funcția și soluția problemei este unică, prin urmare, este potențialul dorit. Vedem că în afara bilei coincide cu potențialul de viteză al dipolului situat la originea coordonatelor: și

Trecand la descrierea fenomenului Bjorknes, sa inlocuim bulele cu surse punctuale de intensitate situate respectiv in puncte de pe axa x, atat daca bulele pulsa in aceeasi faza cat si daca pulsa in antifaza. Pentru a lua în considerare posibilitatea deplasării centrelor bulelor, vom presupune și că dipolii sunt plasați în aceleași puncte. Deoarece bulele sunt egale, este suficient să studiem mișcarea uneia dintre ele, să zicem, cea care pulsează în vecinătatea începutului. Vom considera că razele bulelor sunt mici în comparație cu a.

Dacă neglijăm influența dipolului situat în punctul , atunci în punctul M apropiat de originea coordonatelor, potențialul câmpului de viteză se va scrie sub forma

unde I este distanța punctului M până la a doua sursă și momentul dipol (Fig. 101). Aici și aproape de început Prin urmare, (9) poate fi rescris aproximativ sub formă

sau, dacă renunțăm la constanta neimportantă (pentru un termen fix, în forma

Aici primul termen dă potențialul sursei situate la originea coordonatelor, al doilea -

potenţialul altei surse (aproximativ) iar a treia este potenţialul dipolului. Dacă notăm raza unei bule care pulsează în vecinătatea originii, atunci rata modificării acesteia (care este determinată de primul termen) și viteza de translație a bulei este determinată de al treilea termen; Semnul plus se explică prin faptul că despre care vorbim despre viteza bulei, nu a lichidului).

Să profităm acum de faptul că, datorită presupunerii noastre de imponderabilitate, presiunea totală asupra bulei ar trebui să fie egală cu zero. Conform integralei Cauchy, presiunea într-un punct apropiat de început este

La integrarea peste sfera limită a rezervorului, termenii independenți de 0 sau proporționali sunt anulați din cauza simetriei, prin urmare numai termenii pot avea o contribuție diferită de zero la presiunea totală.

Condiția ca presiunea totală să dispară duce, așadar, la egalitate

corect în orice moment

Rămâne de luat în considerare faptul că pe întreaga perioadă de pulsație a bulei, efectele totale ale schimbării sunt egale cu zero. Dar apoi, după cum se poate vedea din (12), efectul total al modificării pe perioada valorii și, prin urmare, este opus în semn semnului Deoarece

viteza de translație a centrului bulei și apoi concluzionăm că creșterea pe perioada de pulsație este negativă la și pozitivă la. Aceasta explică fenomenul Bjorknes.

Să notăm o altă variantă a aceluiași fenomen. După cum se știe, influența unui perete solid asupra unei surse este exact echivalentă cu influența unei alte surse de aceeași intensitate, situată în oglindă simetric cu prima sursă în raport cu perete.

În același mod, acțiunea asupra sursei de suprafață liberă poate fi înlocuită cu acțiunea unei surse simetrice, a cărei intensitate este opusă în semn intensității primei surse.

Orez. 102. (vezi scanare)

Prin urmare, analiza de mai sus explică, de asemenea, următorul fapt observat experimental: o bula de gaz care pulsează în apă lângă un perete solid este atrasă de perete, iar o bula care pulsa lângă suprafața liberă este respinsă de pe acesta.

Să trecem la noi sarcini.

Paradoxul unei explozii subacvatice. Lăsați un cilindru gol cu ​​pereți groși (20 - 30 mm) și un fund subțire (1-3 mm) din fier sau cupru să fie parțial scufundat în apă (Fig. 102, a). La o adâncime fixă ​​de scufundare H, la o distanță h de fundul cilindrului, pe axa acestuia este plasată o sarcină explozivă și se efectuează o explozie. Pentru fiecare h, este selectată greutatea minimă de încărcare la care fundul este distrus.

Este firesc să ne așteptăm ca funcția să crească strict, dar în numeroase experimente s-a observat următorul fapt paradoxal: funcția F crește strict până când h atinge o anumită valoare, după care rămâne practic constantă pe o suprafață de două-trei ori mai mare; la valoarea lui F crește din nou (Fig. 102, b). Natura distrugerii fundului se schimbă, de asemenea, atunci când fundul iese pe o suprafață mare și când străpungerea este localizată brusc.

Să dăm o explicație calitativă a acestui paradox. Experimentele arată că efectul unei explozii explozive subacvatice este împărțit în două etape. În prima etapă, imediat după detonare, produsele de explozie formează o bulă de gaz. În primul rând, o undă de șoc se îndepărtează de ea, care duce aproximativ jumătate din energia exploziei, iar apoi viteza lichidului crește, iar diametrul bulei de gaz crește rapid.

Dacă la sfârșitul acestei etape nu există o străpungere a fundului și eliberarea de gaze în atmosferă, atunci începe a doua etapă.

Bula de gaz va începe să se comprime sub influența presiunii atmosferice, îndepărtându-se de fundul cilindrului. Am luat în considerare problema comprimării unei bule de gaz în apă mai sus; trebuie doar să rețineți că, în practică, forma sa nu este sferică, ci în formă de pară, cu o expansiune în jos. În timp, bula se aplatizează, formând un capac cu o crestătură în partea de jos și, prin urmare, prăbușirea bulei are loc pe suprafața sa inferioară. Șocul hidraulic care se produce în momentul prăbușirii duce la un jet care se întoarce la fundul cilindrului (Fig. 103). Acest jet are o natură cumulativă, energia din el este comparabilă cu energia unei bule

primul stagiu. La o anumită greutate de încărcare F, jetul face o mică gaură în partea inferioară a cilindrului.

O descoperire în prima etapă a procesului este caracterizată printr-o creștere strictă a funcției în a doua etapă, forța de străpungere depinde puțin de distanță. Astfel, imaginea calitativă a fenomenului poate fi considerată destul de clară, dar niciun calcul cantitativ complet nu a fost încă efectuat.

Cumul sferic.În capitolul anterior am considerat mișcarea jeturilor cumulate ca fiind constantă. Între timp, procesul de formare a jetului, care este esențial instabil, este, de asemenea, de mare interes.

Pentru simplitate, luăm în considerare cazul cumulului sferic, unde se presupune că în momentul inițial lichidul ocupă semi-spațiul inferior cu o crestătură în formă de emisferă. În plus, se crede că la , lichidul devine instantaneu greu, iar funcția potențială și viteza particulelor de pe suprafața liberă sunt egale cu zero.

Problema se rezumă la găsirea unei funcții care este armonică în coordonate spațiale într-o regiune variabilă și este egală cu 0 la infinit și la limita (suprafața liberă a lichidului) care satisface condiția

care, ținând cont de raport

poate fi rescris ca

O soluție aproximativă la această problemă într-o versiune plată poate fi obținută prin metoda

analogii electrohidrodinamice (EGDA) folosind hârtie conductoare electric. Pentru a face acest lucru, trebuie să scrieți o diferență analogă a condiției (13); dacă notăm cu indice punctele de pe suprafața liberă a lichidului și cu indicele pasului de timp, atunci vom avea

În momentul inițial obținem distribuția Ф pe o suprafață liberă cunoscută:

Implementând aceste condiții la limită pe hârtie conductoare electric, putem construi linii de potențial egal și apoi linii de curent pentru punctele selectate de pe suprafața liberă. Apoi, puteți găsi vitezele fluidului în aceste puncte, puteți construi o suprafață liberă în momentul de timp cu un indice și folosind (14) găsiți o nouă distribuție potențială pe această suprafață. Această distribuție este din nou implementată pe hârtia conductoare electric și procesul continuă.

În fig. 104 prezintă o imagine consistentă a formării unui jet cumulat sub influența gravitației pentru momente în timp

Rezultatele au fost obţinute de V. Kedrinsky folosind metoda descrisă mai sus.

În fig. 105 prezintă filmări ale unei repetări a experimentului lui Pokrovsky (§ 29). O eprubetă cu apă, a cărei suprafață liberă primește o formă sferică folosind un menisc de sticlă (vizibil în primul cadru), este aruncată în pozitie verticala pe masă. În momentul impactului, lichidul devine instantaneu greu, astfel încât acest experiment poate fi luat în considerare în legătură cu

(click pentru a vizualiza scanarea)

cu calculele de mai sus pentru cumul sferic. Sub cadrele din fig. 105 indică timpul scurs de la impact.

Problema sultanului.În anumite condiții, ca urmare a unei explozii subacvatice, se observă un fenomen interesant, numit „sultan” - apa este aruncată pe suprafața liberă la o înălțime mare sub forma unui con îngust (Fig. 106) . Este notat ca

acest fenomen este caracteristic unui mediu lichid și nu se observă în timpul exploziilor subterane.

Să subliniem câteva caracteristici ale unei explozii subacvatice. În secțiunea anterioară am vorbit deja despre două etape în dezvoltarea unei astfel de explozii. Prima etapă, foarte scurtă, se caracterizează prin crearea unei unde de șoc, care consumă aproximativ jumătate din energia totală a exploziei. În problema considerată aici, un val ajunge pe o suprafață liberă și desprinde o anumită masă de apă. Masa separată se dezintegrează în număr mare pe suprafața liberă se formează stropi mici, fiecare cu puțină energie, și o pâlnie în formă de depresiune.

A doua etapă este asociată cu evoluția bulei de gaz formată în timpul exploziei, care transportă și aproximativ jumătate din energie. Această evoluție, așa cum am spus, duce la prăbușirea și formarea unui jet, care (în condițiile adecvate de explozie, adică adâncimea încărcăturii și greutatea acesteia) ajunge la suprafața liberă în momentul în care s-a format o pâlnie. Acolo. În această etapă, putem folosi modelul debitului potențial al unui fluid incompresibil - ajungem la problema determinării câmpului de viteză ortogonal pe suprafața pâlniei (problema cumulului sferic, care tocmai a fost menționată). Drept urmare, iese din pâlnie

jetul cumulat care dă pluma este o stropire cu destul de multă energie.

Un fenomen foarte asemănător (dar, desigur, cu mult mai puțină energie) se observă atunci când un glonț este tras în apă într-o direcție perpendiculară pe suprafața liberă (Fig. 107). O altă manifestare a aceluiași efect poate fi observată atunci când ploi directe rare cade pe apa calmă; suprafața apei este apoi acoperită cu mici fântâni care se ridică în întâmpinarea ploii.

Explicația calitativă a acestor fenomene este clară din Fig.

108, care prezintă trei faze succesive ale intrării unui glonț (sau picătură de ploaie): mai întâi, suprafața apei se îndoaie ușor în jos (faza a), apoi corpul care căde este scufundat în apă și se formează o cavitate în spatele lui ( faza b) și, în final, energia cinetică a corpului merge să prăbușească cavitatea. Ca urmare a acestui colaps, apare un contrajet, care are caracter cumulativ (faza c).

Această explicație este confirmată de o modificare a experimentului - dacă trageți un glonț în apă nu perpendicular pe suprafață, ci sub un anumit unghi, atunci după împușcare se va forma un penaj înclinat în direcția opusă mișcării glonțului. (Fig. 109). Aici, devierea suprafeței apei în faza a va fi asimetrică, cavitatea din fază se va deplasa în direcția zborului glonțului, iar jetul cumulat în faza finală nu va merge perpendicular pe suprafața apei, ci spre mișcarea cavității!

Explozie în aer. Diferența caracteristică explozia în aer de la o explozie în apă este că aici cea mai mare parte a energiei merge într-o undă de șoc. Cercetările privind propagarea undelor de șoc în aer capătă o importanță majoră. Până acum, atunci când desfășoară operațiuni mari de sablare, inginerii se confruntă cu fenomene ciudate- uneori efectul undei de șoc se dovedește a fi de multe ori mai mare și uneori de multe ori mai mic decât cel care a fost calculat folosind formule bine testate. De regulă, astfel de abateri sunt cauzate de anomalii din atmosferă, deoarece atât viteza acustică, cât și viteza undei de șoc depind de starea atmosferei (densitate, temperatură, umiditate). Eterogenitatea atmosferei schimbă frontul undei de șoc - ea. Poate urca sau poate apăsa în jos până la pământ.

Ca și în apă, „ghidurile de undă” originale pot fi create în aer, atunci când într-o anumită direcție atenuarea undelor se dovedește a fi semnificativ mai mică decât de obicei (vom vorbi despre acest fenomen mai jos, în § 34).

Cu aproximativ ani în urmă, au apărut dezbateri aprinse în rândul hidrodinamiștilor urmatoarea intrebare. Fie ca o sarcină explozivă sferică fără o carcasă în momentul exploziei (în aer) să aibă o viteză V astfel încât energia cinetică să fie proporțională cu energia potențială E a sarcinii sau semnificativ mai mare decât aceasta; Întrebarea este cum va schimba viteza efectul exploziei?

În dispută au fost subliniate două puncte puncte extreme punct de vedere: unul câte unul, viteza încărcăturii în momentul exploziei nu ar trebui să aibă practic niciun efect asupra efectului; parametrii undei de șoc se pot schimba doar cu câteva procente. Potrivit altora, viteza poate crește efectul exploziei de aproximativ zece ori.

Soluția la această dispută s-a dovedit a fi destul de simplă. Este necesar să se împartă fenomenul în două etape - eliberarea energiei de explozie și formarea unei unde de șoc. În prima etapă, în conformitate cu punctul de vedere al unuia dintre grupurile aflate în litigiu, viteza încărcăturii nu are niciun efect practic; toată energia potențială a explozivului este convertită în energia cinetică a particulelor zburătoare ale produselor de explozie. În a doua etapă, este necesar să se ia în considerare un nor de gaz ale cărui viteze ale particulelor sunt compuse din viteza radială (din centrul sarcinii) și viteza de translație a sarcinii în sine.

Calculele și experimentele au arătat că efectul unei sarcini în mișcare (la o distanță suficient de mare de locul exploziei) este echivalent cu efectul unei sarcini staționare cu energie potențială, egal cu suma- energia potenţială a explozivei şi energia cinetică a încărcăturii în momentul exploziei. În acest caz, este, de asemenea, necesar să presupunem că centrul redus al exploziei este separat de centrul real al exploziei în direcția de mișcare a sarcinii cu o distanță determinată de energia cinetică și energia potențială E.

Lucrări de sablare.

Explozie subacvatică- explozie de încărcare explozivi, pus sub apă. Se caracterizează prin atenuarea slabă a undelor de șoc datorită compresibilității scăzute a mediului acvatic. Ca urmare a unei explozii subacvatice a unei sarcini explozive, apare o bulă de gaz, presiunea în interiorul căreia este mult mai mare decât în mediu inconjurator. Pe măsură ce gazele se extind, ele formează o undă de șoc în apă. Când frontul undei de șoc ajunge la suprafața liberă, apa, sub influența unei presiuni enorme din spatele frontului undei de șoc, se deplasează spre aerul slab rezistent. În acest caz, se observă mai întâi o mică stropire din cauza expansiunii rapide a stratului de apă comprimat de suprafață, apoi începe o creștere generală a întregii mase de apă, situată între suprafața sa și bula de gaz. Ca urmare a acestui fapt, apare o coloană de apă („pultan”), care se ridică la o înălțime considerabilă deasupra locului în care explodează încărcătura.

Explozia subacvatică a fost efectuată pentru prima dată de specialistul rus N. Tarlo în 1548-72 pentru a îmbunătăți condițiile de navigație pe râul Neman. Bazele științifice ale teoriei și practicii exploziei subacvatice au fost puse de specialistul rus M. M. Boreskov, sub conducerea căruia în 1858 s-a lucrat pentru adâncirea canalului estuarului Niprului cu explozii.

Operațiunile de sablare subacvatică se efectuează pentru:

La efectuarea lucrărilor de dragare și curățare a canalelor;

Construcția și reconstrucția structurilor inginerești;

Forarea de șanțuri sub utilități;

Extragerea mineralelor din fundul mărilor și al rezervoarelor;

Dezvoltarea solului subacvatic;

Explorări seismice în zone de apă;

Distrugerea structurilor;

Ștanțare prin explozie a produselor metalice;

sablare cu gheata;

Compactarea prin explozii a solurilor necoezive și a straturilor de roci;

Lucrările de sablare sub apă se efectuează folosind încărcături explozive de foraj, foraj și exterioare (aeriste); în unele cazuri (explorare seismică, compactare a solului, ștanțare a metalelor) se folosesc încărcături explozive deschise sau suspendate.

Metoda încărcărilor aeriene este utilizată atunci când grosimea solului îndepărtat (înlăturare) este de până la 0,4-0,5 m și rezistența rocilor sablate este de până la Grupa VIII conform SNiP, precum și la sablare fisuri de nisip, pietre individuale. și elemente structurale.

Încărcăturile de țărm sunt utilizate pentru puterea de îndepărtare de până la 1-2 m și duritatea rocii peste grupa VIII.

Sarcini de foraj - atunci când se îndepărtează mai mult de 2,0 m de roci de orice rezistență.

Calitatea zdrobirii pietrei este determinată de metoda de recoltare a acesteia și de tipul mecanismelor de recoltare utilizate. De regulă, adâncimea afânării explozive depășește capacitatea de îndepărtare a rocii de proiectare cu 0,3-0,5 m (rezervă bagermeister). Linia de proiectare cu cea mai mică rezistență este considerată ca fiind cu 0,2-0,4 m mai mare decât adâncimea de slăbire.

În timpul unei explozii subacvatice (comparativ cu o explozie terestră), consumul specific de explozivi crește, în funcție de metoda de amplasare a încărcăturilor și de tipul de sol care se explodează. Tabelul 1 prezintă date comparative privind consumul de explozivi în funcție de metoda de amplasare a încărcăturilor și tipurile de sol în timpul exploziilor subacvatice.

tabelul 1

Consum specific

explozivi în timpul exploziilor subacvatice, kg/m 3