Важнейшей областью применения теории ударных волн является взрыв и действие взрывчатых вешеств.

Взрыв представляет собой быструю химическую реакцию, при которой взрывчатое вешество полностью или частично превращается в газ более или менее высокой температуры.

В зависимости от состава и состояния вещества, от условий, в которых взрыв имеет место, и от условий, вызывающих взрыв, химическая реакция протекает по-равному, с различной скоростью.

Только чрезвычайно быстрая химическая реакџия приводит к появлению больших разностей давления и распространению ударных волн, составляюших отличительную особенность взрыва. ${}^1$ Поэтому нас интересует вопрос о скорости химической реакции.

Всякое практически применяемое взрывчатое вещество является при комнатной температуре химически инертным; химическая реакџия, взрыв, наступает лишь после зажигания (иниџиирования) взрывчатого вещества.

Как правило, зажигание является относительно заряда взрывчатого вещества локальным (местным). Исследуемые сложные продессы приводят к тому, что химическая реакџия в одном слое возбуждает химическую реакцию в соседнем слое и т. д. Результатом является распространение химической реакџии с определенной линейной скоростью (размерность ско-
1 Мы де рассматриваем здесь того случая, когда реагирующее вещество яаключено в герметичную прочную оболочку; в такой оболочке даже медленная химическая реакџия, сопровождакцаяся выделением газа, разовьет высокое давление, ограниченное прочностью сосуда. Разрыв сосуда высокого давления внешне во многих отношениях напоминает вярыв, во детали этого продесса, эавиеяџие от свойства материала, из которого нзготовмен сосуд, и его конструкџии, не интересуют нас.

рости — длина$\cdot$время ${}^{-1}$ ) по пространству, занятому взрывчатым вешеством. ${}^1$

Возникают два вопроса : об условиях и скорости распространения реакџии и о распределении давления и других величин в пространстве к моменту окончания реакџии. Теоретическое рассмотрение этих вопросов выходит за рамки настоящей книги. Опыт показывает, что в сильных взрывчатых веџествах (сокрашенно BB) современной техники скорость распространения реакџии достигает нескольких тысяч метров в секунду и превосходит скорость звука в этих веществах. Благодаря этому при џентральном зажигании внешние части заряда ВB не успевают сдвинуться с занимаемых ими мест до окончания гзрыва. Средняя плотность газообразных продуктов взрыва (сокрашенно ПВ) равна начальной плотности ВВ. Средняя температура ПВ, в зависимости от типа $BB$, колеблется в пределах $1500-{4000}^{\circ }\mathrm{K}$.

Средним значениям : плотности 1.3 , температуре ${3000}^{\circ }\mathrm{K}$ и молекулярному весу ПВ 25 отвечало бы по закону Клапейрона, давление
$$\ddot{p}=\frac{1.3\cdot 3000\cdot 22400}{273\cdot 25}=13000\text{ атм. }$$

В действительности, по причине отступлений газа от идеальности, среднее давление в несколько раз выше; $к$ тому же распространение реакции приводит к неравномерному распределению давления в объеме, занятом ПВ; часть ПВ находится в движении; неравномерность и движение ПВ понятны, если учесть, что различные частиды BB реагируют в различные моменты времени, так что история их различна. Рассчитанное с учетом этих обстоятельств максимальное давление ПВ достигает 100-400 тыс. атм.

К моменту окончания реакџии ПВ, состояние которых описано выше, окружены невозмущенной атмосферой. Расширение ПВ сопровождается образованием мощной ударной волны.

В проџессе расширения ПВ охлаждаются до температуры, близкой к комнатной, и занимают объем, в среднем в 1000 раз превосходящий объем BB.

Предметы, расположенные на расстоянии до 10 радиусов заряда, подвергаются не только действию ударной волны, рас-
1 Скорость эту надо отличать от скорости химической реакции определенной частиџы вешества, характеризуемой времевем протехания реакџии. Точио так же в случае распространения реакции надо различать время реакции всего заряда (в простейшем случае постоянной скорости, пропорџиональное размеру заряда) и время реакџии отдельных частид вещества; время реакдии отдельных частиу составляет, очевидно, лишь часть первого, так как в подессе взрыва различные частиды реагируют не одновременно, и в упомянутом простейшем случае от размеров заряда не вависит.

пространяющейся в воздухе, но и действию более или менее расширившихся ПВ. ${}^1$

Вблизи заряда, пока расширение незначительно и соответственно температура и плотность ПВ велики, характерно значительное тепловое воздействие на поверхность препятствия.

Зачастую ПВ содержат окись углерода и водород-в случае BB с отриуательным кислородным балансом: возможно и вероятно соединение окиси углерода и водорода ПВ с кислородом воздуха. В случаө тротила теплота сгорания ПВ (окиси углерода и водорода ПВ) в кислороде воздуха достигает $220\mathrm{\%}$ теплоты взрыва (теплоты превращения ВВ в ПВ). ${}^2$

В настоящее время не выяснен важный вопрос о том, как и когда происходит реакџия $\mathrm{CO}$ и ${\mathrm{H}}_2$, содержашихся в ПВ, с кислородом воздуха и в какой мере эңергия этой реакдии используется как механическая энергия взрыва. ${}^3$

ПВ, расширяясь, действуют как поршень и толкают перед собой воздух. Огромной степени расширения ПВ отвечает хороший, близкий к 1 к.п.д. использования химической энергии, взрыва в первой стадии продесса.

Распространение ударной волны в силу необратимого характера сжатия в волне сопровождается рассеянием механической энергии и преврашением ее в тепловую По этой причине, а также и потому, что по мере распространения волны увеличиваются ее поверхность и количество вовлеченного в движение вещества амплитуда волны падает с расстоянием.

Наконед, волна доходит до препятствия; с одной стороны, происходят отражение волны и огибание волной препятствия-
${}^1$ В случае несимметричного распространения детонауии, расстояние проходимое ПВ, и мопность действия взрыва в одних направлениях (главным образом в направлении распространения детонапионной волны) больше, вудругих-меньше. Здесь мы не касаемся чрезвычайно интересного и важного вопроса о кумулятивных sарядах, отличающнтся сильнейшей кондентраџией өнергии в заданном нацравлении. Вопросу этому посвящена спедиальная литература [110].
2 Теплота горения тротила в калориметрической бомбе в избытке кислорода составляет 3592 ккал/кг (с образованиом тидкой воды); в расчете на горение с образованнем парообразной воды получим около 3480 ккал/кг. Теплота взрыва тротила при высокой плотвости заряжания, согласно Шмндту, равна 1085 ккал/кг. Теплоту горения ПВ найдем, нычитая из теплоты сорения тротила теплоту взрыва $(3480-1085=2395)$.
3 В артиллерии горошо известно явление дульного пламени: после вылета снаряда из дула вытекают продукты горения пороха, которые перемешиваются с окружающим воздухом; при достаточном содеранаии горючего и достаточной температуре обравовавщаяся смесь сгорает (взрывается) с яркой вспышкой.

В связи с звукометрическим определением расположения артиллерийских орудий, Эсклангон [114], а за ним другие авторы исследовали звук выетрела д обнаружили существование двух раздольных эвуковых волн: эвука, происгодящего от расширения продуктов горения порэха, и эвука дульного пламени; последний на большом растоянии от орудия интевсивнее первого и отличается большей длиной волны.

явления, происходяпие в воздушной среде и определяющие действующее на препятствие усилие.

С другой стороны, усилия эти вызывают перемещение и деформаџию препятствия, т. е. те продессы, которые определяют в последнем счете опрокидывание или разрушение препятствия.

Здесь мы встречаемся с двумя типическими случаями: в одном случае действие определяется максимальным, пиковым давлением; если максимального давления чедостаточно и разрушения не произошло, то последующее действие более слабого давления уже ничего не меняет.

Случай этот имеет место тогда, когда максимальные усилия и деформадии достигаются в разрушаемой системе очень быстро, за время, меньшее, чем время спадания давления. Примером может служить разрушение сплошной стали положенным на поверхность стальной плиты зарядом.

Наличие или отсутствие разрушения зависит от максимального давления, т. е. от рода ВВ и от расстояния (зазора) между заРис. 56. рядом и поверхностью. 1

В другом случае, с которым мы сталкиваемся более часто, время действия ударной волны оказывается малым по сравнению со временем разрушения. Возьмем в качестве примера опрокидывание кирпичной стены высотой 1.5 м и пириной 0.25 м (рис. 56). Для опрокидывания нужно сообщить џентру тяжести стенки скорость около $0.5\mathrm{m}/$ сек. При такой скорости перемешение џентра тяжести до наивысшей точки (соотвэтствующее положение стены показано пунктиром) займет около 0.25 сек.

Очевидно, что время действия ударной волны во много раз меньше, чем 0.25 сек, за 0.25 сек волна пробегает около 100 м. Следовательно, за время действия ударной волны перемещение стенки незначительно, стенка только набирает скорость, а с этой скоростью движение продолжается по инерџии по окончании действия волны. Набранная скорость движения зависит не от величины пикового давления, а от площади кривой зависнмости давления от времени, т. е. от импульса сил давления. если оно проистодит, зависит от воличины заряда (которой определяется длительность воздействия давления); независимость самого наличия или отсутствия разрушения от длительности действия давлевия, как видно из сказанного выше, имеет место такао только с определенного миним ального времени воздействия, т. е. с определенной минимальной величины заряда.

Импульс сил определяет, таким образом, будет ли стена опрокинута.

Если разрушению подвергается гибкая конструкция, состоящая, например, из длинных металлических стержней, работающих на изгиб, то по сравнению с временем разрушения (временем деформаџии необходимой для разрушения) время действия волны окажется также малым, малыми окажутся происходящие за это время перемешения. Максимальные, опасные для конструкции деформаџии, возникнут позже, через время, равное четверти периода собственных колебаний системы; давление ударной волны в этот момент уже не действует на систему, и деформауия идет по инерџии, за счет накопленной в начале движения скорости.

В дальнейшем, рассматривая распространение ударных волн от взрыва заряда ВВ, мы должны будем исследовать изменение обеих характеризующих ударную волну величин : максимального давления и общего импульса; отношение импульса к максимальному давлению характеризует эффективное время воздействия давления ударной волны.

При измерении давления и импульса и при действии ударной волны на объект сушественны условия взаимодействия волны и объекта. Мы видели выше (§XIX), что давление на поверхность, поставленную нормально фронту волны, в результате отражения в несколько раз превышает давление, измеренное поверхностью, поставленной тангенџиально. Импульс силы зависит, кроме того, от условий обтекания объекта воздухом, сжатым в волне. Соотношение между импульсом давления волны ${}^1$ и импульсом силы, испытанной объектом, зависит поэтому еще и от отношения времени действия давления ударной волны ко времени огибания волной препятствия.