Диаметр заряда. Понятия критического и предельного диаметров зарядов ВВ

Каждое ВВ характеризуется двумя диаметрами заряда, определяющими скорость и устойчивость детонации, – критическим и предельным.

Критическим диаметром d_кр называется диаметр заряда, при дальнейшем уменьшении которого детонация заряда ВВ становится неустойчивой, т. е. может происходить ее затухание (рис. 5.1).

С увеличением диаметра заряда больше критического скорость детонации увеличивается до определенного значения диаметра, называемого предельным.

Предельным диаметром d_пр называется диаметр заряда, обеспечивающий максимальную скорость детонации ВВ, при дальнейшем увеличении которого скорость детонации заряда ВВ не увеличивается, становится постоянной (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Зависимость скорости детонации от диаметра заряда

Чем выше взрывчатые характеристики ВВ (теплота взрыва), тем оно имеет меньшие критический и предельный диаметры (d_кр и d′_кр, d_пр и d′_пр), а следовательно, устойчиво детонирует в небольших зарядах (см. рис. 5.2).

Рис. 5.2. Зависимость скорости детонации от диаметра заряда ВВ с большой (1) и

малой (2) теплотой взрыва

Скорость и полнота химических реакций, а также образующаяся тепловая энергия определяются температурой и давлением в зоне химических реакций (ХР), расположенной между областью продуктов детонации (ПД) и фронтом ударной волны (между поверхностями 3 и 1) (рис. 5.3). При детонации заряда конечных размеров часть сжатых газообразных продуктов разлетается из зоны ХР и с боковой поверхности уходит в радиальном направлении. Естественно при этом, что в зоне ХР с боковой поверхности «входит» волна разрежения2, снижая давление и температуру в этой зоне и, следовательно, в области, охваченной волной разрежения, резко уменьшается скорость реакций, что затрудняет энергетическую «подпитку» высокоскоростного фронта детонационной волны (ударной волны). При небольших размерах области разрежения доля потерь энергии невелика и это мало сказывается на устойчивости детонационной волны, но приводит к снижению скорости детонации. Однако с уменьшением диаметра заряда относительные размеры области разрежения увеличиваются и потери энергии становятся существенными.При критическом диаметре заряда ( ) потери энергии таковы, что оставшегося тепла недостаточно для «подпитки» ударной волны и устойчивого распространения детонации.

Изложенные положения впервые были сформулированы академиком Ю.Б.Харитоном и положены в основу большинства представлений о природе критического диаметра детонации. Согласно принципу Ю.Б.Харитона детонация может устойчиво распространяться по заряду, если продолжительность реакции в зоне химической реакции (ЗХР) меньше времени разброса вещества в радиальном направлении .

При < детонация в заряде затухает, так как волна разрежения проникает на глубину b (глубина проникновения волны разрежения в заряд) к оси заряда в пределах зоны химической реакции впереди плоскости Чепмена-Жуге, то есть расширение продуктов детонации начинается до завершения химической реакции.

Соответственно, время химической реакции равно:

, (5.1)

где а – ширина зоны химической реакции;

- массовая скорость ПД.

Время разброса определяют, исходя из условия достижения волной разрежения оси заряда. Для цилиндрического заряда ВВ (ЭМ) находим

, (5.2)

где - диаметр заряда;

- скорость волны разрежения, равная скорости звука в расширяющихся ПД.

Если принять и при = , = получим:

, (5.3)

. (5.4)

Экспериментальные данные показали, что формула (5.3) дает заниженные значения критического диаметра детонации. Это связано с тем, что в реальности имеет место искривление фронта детонационной волны (рис. 5.4).

При > потери энергии в детонационной волне должны уменьшаться. Детонацию с максимальной для данного ВВ и данной плотностиназывают идеальной, или детонацией в идеальном режиме. Детонацию, протекающую в зарядах с < < , называют неидеальной, или детонацией в неидеальном режиме.