Параметры воздушной ударной волны

Воздушная ударная волна — это область резкого и сильного сжатия среды, которая распространяется в виде сферического слоя во все стороны со сверхзвуковой скоростью. Ударная волна возникает в результате взрыва, мощность которого оценивается тротиловым эквивалентом в килограммах, тоннах, килотоннах, мегатоннах или, когда речь идет о жидкостях, газовоздушных смесях, весом в тоннах.

При воздушной ударной волне передняя граница сжатого воздуха характеризуется резким увеличением давления и образует фронт ударной волны Р_ф. Кроме того, ударная волна характеризуется давлением скоростного напора Р_ск, временем действия максимального избыточного давления ⁺ — фаза сжатия и временем действия пониженного давления ^– — фаза разрежения.

Избыточное давление во фронте ударной волны  Р_ф оказывает на объект ударное действие, и объект испытывает повышенное давление со всех сторон, если его геометрические размеры меньше длины фазы сжатия. Если это давление выше критических величин, то объект получает различные повреждения, вплоть до разрушения. Степень разрушения зданий, сооружений также определяется величиной скоростного напора Р_ск, т. е. торможения масс воздуха, следующих за фронтом ударной волны. В результате создается динамическая нагрузка, т. е. скоростной напор.

Фаза сжатия — это отрезок времени, когда избыточное давление во фронте ударной волны и давление скоростного напора имеют наибольшие значения. Фаза сжатия зависит от мощности взрыва q.

По окончании действия фазы сжатия ⁺ объект попадает в фазу разрежения ^, в которой давление, оказываемое на объект, существенно уменьшается, а поэтому и разрушения в этой фазе существенно меньше, чем в фазе сжатия. При практических расчетах давление в фазе сжатия не учитывается.

В случае возникновения ударной волны люди, здания, сооружения могут находиться под прямым или косвенным воздействием ударной волны. Прямое воздействие ударной волны на человека носит травматический характер, а при воздействии на здания, сооружения — разрушительный характер.

Прямое воздействие ударной волны на человека приводит к травматическим последствиям, тяжесть которых зависит от величины давления во фронте ударной волны. Все травмы подразделяются по степени тяжести на легкие, средние, тяжелые и крайне тяжелые. Открыто расположенные люди получают легкие травмы при избыточном давлении во фронте ударной волны 20–40 кПа. В этом случае человек может получить незначительные повреждения: ушибы, вывихи конечностей, временное повреждение слуха, легкие контузии.

Средние травмы человек получает при давлении 40–60 кПа, которые характеризуются серьезными контузиями, повреждениями слуха, кровотечением из носа и ушей, вывихами, переломами конечностей.

Тяжелые травмы наступают при давлении 60–100 кПа и характеризуются тяжелыми контузиями, значительными переломами конечностей, сильным кровотечением из носа и ушей.

Крайне тяжелые травмы человек получает при избыточном давлении более 100 кПа и такие травмы, как правило, оканчиваются летальным исходом.

Прямое воздействие избыточного давления во фронте ударной волны и скоростной напор на здания, сооружения и т. д. приводит к их частичному или полному разрушению. Разрушения зданий, сооружений в зависимости от величины давления могут быть слабыми, средними, сильными и полными.

Косвенное воздействие ударной волны происходит за счет действия на людей, здания, сооружения и другие объекты обломков (зданий, сооружений, падающих деревьев и др.), появляющихся в результате действия прямой ударной волны.

Для уменьшения поражающего действия ударной волны необходимо выполнять требования строительных норм и при строительстве не допускать отклонений от проекта в сторону ухудшения прочностных характеристик для удешевления строительства.

Под воздействием ударной волны создаются очаги поражения, разрушения, размеры которых зависят от мощности и вида взрыва, рельефа местности.

Граница очага поражения на равнинной местности условно ограничивается радиусом с избыточным давлением во фронте ударной волны 10 кПа (0,1 кгс/см).

Зона полных разрушений на внешней границе имеет избыточное давление во фронте ударной волны 50 кПа. Зона сильных разрушений на внутренней и внешней границах имеет избыточное давление во фронте ударной волны 50 и 30 кПа соответственно. Зона средних разрушений лежит между 30 и 20 кПа, и на внешней границе зоны слабых разрушений избыточное давление во фронте ударной волны 10 кПа.