книги / Химическая физика энергонасыщенных материалов

массой 200 г. Обычно в качестве эталонного вещества используется тротил. Таким образом определяется тротиловый эквивалент иссле­ дуемого взрывчатого вещества. Достоинство метода заключается в возможности проводить испытания крупных зарядов массой бо­ лее 2 0 0 г.

В методе баллистической мортиры установка для измерения работоспособности взрывчатых веществ (рис. 30) состоит из мас­ сивной стальной мортиры 1, подвешенной на подвесах 5 в виде ма­ ятника, взрывной камеры и расширительной камеры. Во взрывной камере помещается заряд исследуемого взрывчатого вещества 3 массой 1 0 г; в расширительной камере - массивный поршеньснаряд. При подрыве заряда взрывчатого вещества поршень-снаряд массой т выбрасывается с начальной скоростью и, а мортира мас­ сой М с длиной подвеса I отклоняется на угол ф, регистрируемый измерителем 4.

5 5

Рис. 30. Схема баллистической мортиры: 1- мортира; 2 - снаряд; 3 - заряд взрывчатого вещества; 4 - измеритель отклонения; 5 - подвес

Полная работа взрыва будет равна сумме работ, затраченных на выброс поршня Л1 и отклонение мортиры А<

способами - измерением импульса фазы сжатия ударной волны или измерением избыточного давления на ее фронте.

При измерении импульса фазы сжатия волны используются специальные приборы - импульсомеры различной конструкции (ма­ ятниковые, поршневые и т.д.). При измерении избыточного давле­ ния используется датчики давления с высоким временным разреше­ нием, в частности, пьезоэлектрические датчики.-

Кроме того, величину избыточного давления можно рассчитать по измеренной скорости ударной волны. Эти методы также исполь­ зуются для нахождения относительной работоспособности. В каче­ стве эталонного взрывчатого вещества взят аммонит 6 ЖВ (QK= = 4,32 МДж/кг, IVi = 893 л/кг).

6.3.2. Тротиловый эквивалент

Пороха и СТРТ, так же как и ВВ, могут взрываться и детониро­ вать, поэтому необходимо знать разрушающий эффект при взрыве для расчета сооружений, защиты, оценки опасности для окружаю­ щих объектов и т.п.

Тротиловый эквивалент - относительная величина а, выра­ жающая работоспособность данного ЭКМ (пороха, топлива или ВВ) через показатель работоспособности тротила (табл. 13). За эталон принимается тротил с плотностью 1,5 г/см3 и с теплотой взрыва 4186 кДж/кг (1000 ккал/кг), отвечающей данной плотности:

где А„ - работоспособность пороха; Ат- работоспособность тротила. Чаще тротиловый эквивалент определяют как отношение массы тротила к массе данного пороха, обладающих равной работоспособ-

/и. ностью: а = —-

т„

Тротиловый эквивалент зависит от состава топлива, его физи­ ческого состояния, температуры, наличия или отсутствия оболочки.

Определение тротилового эквивалента производится при помощи вышеприведенных методик определения работоспособности ЭКМ.

Тротиловый эквивалент является важнейшей характеристикой порохов и топлив, учитываемой при разработке средств защиты и организации производства. При передаче вновь разработанных по­ рохов и топлив на освоение в валовом производстве или для исполь­ зования в ОКР в паспорте топлива или пороха обязательно приво­ дится его величина.

6.3.3. Безопасные расстояния

При проектировании опасных производственных объектов и их территориальном размещении необходимо оценивать разрушитель­ ное действие взрыва и связанные с ним безопасные расстояния до окружающих объектов в зависимости от их уровня защиты.

Ударная волна, распространяющаяся при взрыве в окружаю­ щем воздухе, может вызвать разрушение зданий или сооружений. В зависимости от природы ВВ и массы заряда, а также расстояния до места взрыва и рельефа местности интенсивность этих разруше­ ний может быть различна.

При взрыве одного заряда возможен взрыв другого, распо­ ложенного на некотором расстоянии от первого. Это явление назы­ вают передачей детонации нарасстоянии.

Разрушения, производимые взрывом, делят по интенсивности на 3 категории:

•сильные - разрушения каменных сооружений;

•умеренные или средние - разрушения деревянных построек

итолстых оконных стекол;

•малые — разрушения обыкновенных оконных стекол, дефор­ мация деревянных филенок, подъем черепицы крыши.

Наконец, возможно поражение людей воздушной ударной вол­ ной на значительном расстоянии от места взрыва.

Район вокруг места взрыва, в пределах которого наблюдаются сильные и умеренные разрушения, называется опасной зоной, за пределами последней лежит безопасная зона. Следовательно, безо­ пасная зона включает область малых разрушений.

Расстояния, на которых не имеют места те или иные разру­ шительные действия взрыва, называют безопасными (табл. 14). Безо­ пасные расстояния для различных видов воздействия определяют по формуле

S = KiJPa,

где S - безопасное расстояние, м; Р - масса заряда, кг; а - тротило­ вый эквивалент; Л", — коэффициент, различный для разных видов воздействия, зависящий от рода ВВ, места нахождения заряда (на поверхности земли или под землей) и других факторов. Значения коэффициентов К-, указаны в ПБ 13-407-01 «Единых правилах безо­ пасности при взрывных работах» (утв. Госгортехнадзором России 30.01.2001).

Напоминаем, что категория зданий и сооружений определяется видом взрывного превращения и характером его воздействия на ок­ ружающие здания и сооружения.

В зависимости от вероятности возникновения взрыва и харак­ тера его воздействия на окружение здания и сооружения разделяют­ ся на категории А, Ал и Б.

Категория А - возможный взрыв разрушает сооружения и соз­ дает для окружения опасную зону.

Таблица 14

Безопасные расстояния для различных производственных зданий

с вероятностью 1 0 ”4 в год.

Огнеопасные процессы с веществами, способными гореть без доступа воздуха и перехода горения в детонацию, разделяются на категории В и Г.

Категория В - загорание не локализуется в здании и представ­ ляет опасность для окружения.

Категория Г - загорание локализуется в здании (сооружении). Уровни защиты зданий и сооружений установлены для произ­

водственных зданий категорий А и Б с дистанционным управлением исходя из допускаемого материального ущерба, наносимого взры­ вом или пожаром при аварийном случае.

УЗ-1 - первый уровень защиты обеспечивает защиту находя­ щихся в зданиях (помещениях) людей, а также ценного оборудова­ ния и систем управления, влияющих на работу производства в це­ лом. Для зданий первого уровня допускается слабая степень разру­ шения.

Первый уровень защиты рекомендован для следующих зданий и сооружений: лабораторные корпуса НИИ, КБ, ЦЗЛ, ЦДЛ, инфор­ мационно-вычислительные центры, административные здания, сто­ ловые, отдельно стоящие медпункты и бытовки, производственные здания, ассимилированные под выпуск гражданской продукции, ка­ раульные помещения, пожарные посты, укрытия.

УЗ-2 - второй уровень защиты обеспечивает защиту размещае­ мых в зданиях (сооружениях) технологических процессов, оборудо­ вания, веществ и изделий. Для зданий второго уровня допускается средняя степень разрушения.

Все производственные и складские здания, компрессорные, холодильные и насосные станции, водонапорные башни, централь­ ные электроподстанции, контрольно-пропускной пункт для прохода людей.

УЗ-З - третий уровень защиты обеспечивает непередачу дето­ нации. Для третьего уровня допускается сильная степень разруше­ ния здания (сооружения) и возможность вторичного взрыва пассив­ ного заряда в случае воздействия на него элементов строительных конструкций здания (сооружения).

Контрольные вопросы

1. Что называется силой пороха? От чего зависит размерность, примерная величина?

2.Какие параметры и в какую сторону надо изменять для уве­ личения силы пороха?

3.Поясните физический смысл понятия баллистическая эффек­ тивность пороха.

4.Поясните физический смысл понятия баллистическая эффек­

тивность твердого ракетного топлива.

5. Перечислите показатели баллистической эффективности ТРТ, назовите методы их расчета.

6 . Раскройте содержание формулы P = mUa + Ел( ра- ря).

8. Что называется полным и удельным импульсом тяги дви­ гателя?

9. Как определяется полный и удельный импульс тяги при на­ личии осциллограммы Р(0 ?

10. Из приведенных вариантов топлив определите наиболее эффективное по уровню энергомассовых характеристик для третьей ступени МБР:

а) /уД= 2500 Н-с/кг; р = 1800 кг/м3; б) / Уд = 2600 Н-с/кг; р = 1700 кг/м3; в) / уд = 2450 Н-с/кг; р = 1900 кг/м3

7. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ

7.1. Факторы, определяющие состав продуктов горения

Продукты горения порохов и ТРТ представлют собой высоко­ температурную многокомпонентную смесь индивидуальных ве­ ществ в газообразном и конденсированном состояниях. Конденсат может быть жидким или твердым. На состав продуктов горения влияет ряд факторов. Первым и основным из них является соотно­ шение между окислительными и окисляющимися элементами, кото­ рое может быть охарактеризовано кислородным балансом (КБ), ки­ слородным коэффициентом (коэффициентом избытка окислитель­ ных элементов) а:

a =(s(-)wivf)/(s(+y.v,.).

Здесь £ <_y.v. - суммарное число окислительных валентностей в условной молекуле топлива, равное сумме произведений числа атомов окислительных элементов V, на их высшую валентность (vv,).

Аналогично для горючего 2 (+)wivi - суммарное число окис­ ляющихся валентностей.

При стехиометрическом соотношении компонентов а = 1. Ко­ гда а > 1 , топливная смесь содержит в избытке окислитель, а когда а < 1 - горючее.

Для пороха, состоящего из элементов H, С, О, N, при низких температурах в состав продуктов горения входят следующие газы:

Н20, С 02, N2 при а =1,

Н20, С 02, 0 2, N2 при а > 1,

Н20, С02, СО, N2 при а < 1. Например, тринитрат глицерина (а =1,059),

C3H5(0N 02) 3 = ЗС0 2 + 2,5Н20 + 1,5N2 + 0,25О2.

При значительном недостатке кислорода могут образовывать­ ся, кроме того, низшие углеводороды (СН4), а также свободный углерод. Например, тротил (а = 0,364)

C6H2(N02)3CH3^ 2С02+ СО + 4С + Н20 + 1,2Н2+ 1,4N2+ 0,2NH3.

Следующим важным фактором, определяющим состав продук­ тов горения, является температура. При высоких температурах со­ став продуктов горения отличен от состава при низких температурах из-за диссоциации и ионизации компонентов продуктов горения (рис. 32).

-Pi

Р' Рем

0.6

0.5

0.4

0.3

0,2

0.1

О

0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000 4400 4800 5200 Г,К

Рис. 32. Зависимость состава продуктов горения от температуры при а = 1 (Pi- парциальное давление i-го компонента смеси газов, рт = pf )

Диссоциация начинается при температуре =2000 К. Для топли­ ва, состоящего из H, С, О, N, при температуре выше 2000 К в про­ дуктах горения дополнительно появляются еще газы ОН, О, Н, N0, N. При очень высоких температурах возможно появление свободно­ го углерода. Появление этих газов является результатом диссоциа­ ции сложных соединений на более простые:

С02 <=> СО + 1/2 0 2,