Повітряна ударна хвиля - вражаючі фактори ядерного вибуху вплив на людей і об’єкти

Ударна хвиля - основний вражаючий фактор ядерного вибуху.

Більшість руйнувань і пошкоджень будівель, споруд та обладнання об'єктів поліграфії (ОЕ), а також ураження людей обумовлено, як правило, впливом повітряної ударної хвилі (ВУВ). У той же час захистити об'єкти поліграфії від ВУВ набагато важче, ніж від інших вражаючих факторів. Залежно від того, в якому середовищі поширюється хвиля - в повітрі, воді або грунті, її називають повітряної ударної хвилею, ударною хвилею в воді і сейсмовзривние хвилею в грунті.

Повітряна ударна хвиля являє собою зону сильно стисненого повітря, що поширюється в усі сторони від центра вибуху з надзвуковою швидкістю. Передня межа хвилі називається фронтом повітряної ударної хвилі.

Ударна хвиля має фазу стиснення і фазу розрідження. У фазі стиснення ударної хвилі тиск вище атмосферного, а в фазі розрідження - нижче. Найбільший тиск повітря спостерігається на зовнішньому кордоні фази стиснення - у фронті хвилі.

На рис. 1.1 показано зміна тиску повітря в будь-якої фіксованій точці простору при проходженні через неї ударної хвилі (час дії вимірюється в секундах). Як видно з малюнка, в момент приходу ударної хвилі тиск підвищується від нормального - (атмосферного) p0 до максимального у фронті повітряної ударної хвилі pф. Надалі в міру просування ударної хвилі тиск падає нижче атмосферного.

Мал. 1.1. Зміна тиску в фіксованій точці на місцевості в залежності від часу і дії ударної хвилі на місцеві предмети: 1 - фронт ударної хвилі; 2 - крива зміни тиску.

Основними параметрами ударної хвилі, що визначають її нищівну силу, є: надлишковий тиск Дpф. швидкісний тиск Дpск, час дії ударної хвилі tу.в. швидкість фронту ударної хвилі CФ.

Надмірний тиск у фронті повітряної ударної хвилі Дpф - це різниця між максимальним тиском повітря у фронті ударної волниpф і атмосферних тиск p0:

Одиницею фізичної величини надлишкового тиску в системі СІ є паскаль (Па) (позасистемна одиниця - кгс / см2; 1 кгс / см2 # 63; 100 кПа).

Надмірний тиск в даній точці залежить від відстані до центру вибуху потужністю ядерного боєприпасу q вимірюваної тротиловим еквівалентом в тоннах, килотоннах або мегатоннах (т, кт, Мт), і виду вибуху.

Одночасно з проходженням ударної хвилі відбувається переміщення повітря з великою швидкістю. Причому в фазі стиснення повітря рухається від центру вибуху, а в фазі розрідження - до центру.

Швидкісний напір Дpск - це динамічні навантаження, створювані потоками повітря, що рухаються в хвилі. Як і надлишковий тиск, швидкісний напір вимірюється в паскалях (Па). Він залежить від щільності повітря, швидкості повітряних мас і пов'язаний з надлишковим тиском ударної хвилі.

Руйнівна (метальний) дію швидкісного напору помітно позначається в місцях з надлишковим тиском більше 50 кПа, де швидкість переміщення повітря понад 100 м / с.

Час дії повітряної ударної хвилі tу.в. - це час дії надлишкового тиску. Величина tу.в. залежить головним чином від потужності вибуху q і вимірюється в секундах.

На поширення повітряної ударної хвилі і її руйнує і вражаюче дію істотний вплив можуть зробити рельєф місцевості і лісові масиви в районі вибуху, а також метеоумови.

Рельєф місцевості може посилити або послабити дію ударної хвилі. Так, на передніх (звернених в бік вибуху) схилах височин і в потоках, розташованих вздовж напрямку руху хвилі, тиск вище, ніж на рівнинній місцевості. При крутизні схилів (кут нахилу схилу до горизонту) 10-15 ° тиск на 15-35% вище, ніж на рівнинній місцевості; при крутизні схилів 15-30 ° тиск може збільшитися в 2 рази.

На зворотних по відношенню до центру вибуху схилах пагорбів, а також у вузьких потоках і ярах, розташованих під великим кутом до напрямку поширення хвилі, можливо зменшення тиску хвилі і ослаблення її вражаючої дії. При крутизні схилу 15-30 ° тиск зменшується в 1,1-1,2 рази, а при крутизні 45-60 ° - в 1,5-2 рази.

В лісових масивах надлишковий тиск на 10-15% більше, ніж на відкритій місцевості. Разом з тим в глибині лісу (на відстані 50-200 м і більше від узлісся в залежності від густоти лісу) спостерігається значне зниження швидкісного напору.

Метеорологічні умови суттєво впливають тільки на параметри слабкою повітряної ударної хвилі, т. Е. На хвилі з надлишковим тиском не більше 10 кПа.

Так, наприклад, при повітряному вибуху потужністю 100 кт цей вплив буде проявлятися на відстані 12-15 км від епіцентру вибуху. Влітку в жарку погоду характерно ослаблення хвилі в усіх напрямках, а взимку - її посилення, особливо в напрямку вітру.

Дощ і туман також можуть помітно вплинути на параметри ударної хвилі, починаючи з відстаней, де Дpф = 200-300 кПа і менше. Наприклад, там, де надлишковий тиск ударної хвилі при нормальних умовах 30 кПа і менше, в умовах середнього дощу тиск зменшується на 15%, і сильного (зливового) - на 30%. При вибухах в умовах снігопаду тиск в ударній хвилі знижується досить незначно і його можна не враховувати.

Повітряна ударна хвиля ядерного вибуху здатна завдавати людині різні травми, в тому числі і смертельні. Площа ураження ударною хвилею при ядерному вибуху має значно більші розміри, ніж при вибуху боєприпасів в звичайному спорядженні.

Поразка людей відбувається як при безпосередньому (прямому) впливі повітряної ударної хвилі, так і непрямим шляхом.

При безпосередньому впливі ударної хвилі основною причиною появи травм у людей є миттєве підвищення тиску повітря, що сприймається людиною як різкий удар (обтиснення людини). При цьому можливі пошкодження внутрішніх органів, розрив кровоносних судин, барабанних перетинок, струс мозку, різні переломи і т.д. Крім того, швидкісний напір повітря, що обумовлює метальний дія ударної хвилі, може відкинути людини на значну відстань і заподіяти йому при ударі об землю (або перешкоди) різні пошкодження.

Метальний дію швидкісного напору повітря помітно позначається в зоні з надлишковим тиском більше 50 кПа, де швидкість переміщення повітря понад 100 м / с, що в 3 рази перевищує швидкість ураганного вітру.

Характер і тяжкість ураження людей залежать від значень параметрів ударної хвилі, положення людини в момент вибуху і ступеня його захищеності. За інших рівних умов найбільш важкі ураження отримують люди, що знаходяться в момент приходу ударної хвилі поза укриттів в положенні стоячи. У цьому випадку площа впливу швидкісного напору повітря буде приблизно в 6 разів більше, ніж в положенні людини лежачи.

Поразки, що виникають під дією ударної хвилі, підрозділяються на легкі, середні, важкі і украй важкі (смертельні).

Легкі ураження виникають при надлишковому тиску у фронті ударної хвилі Дpф = 20-40 кПа (0,2-0,4 кгс / см2) і характеризуються легкою контузією, тимчасовою втратою слуху, забоями і вивихами.

Середні ураження виникають при надлишковому тиску у фронті ударної хвилі Дpф # 63; 40-60 кПа (0,4-0,6 кгс / см2) і характеризуються травмами мозку з втратою людиною свідомості, пошкодженням органів слуху, кровотечами з носа і вух, переломами і вивихами кінцівок.

Важкі і надто важкі ураження виникають при надлишкових тисках відповідно Дpф # 63; 60-100 кПа (0,6-1,0 кгс / см2) і Дpф> 100 кПа (1,0 кгс / см2) і супроводжуються травмами мозку з тривалою втратою свідомості, пошкодженням внутрішніх органів, тяжкими переломами кінцівок і т.д.

Крім безпосереднього ураження ударною хвилею люди і тварини можуть отримати від неї непрямі поразки (різні травми аж до смертельної). Вони проявляються в ураженні людей летять уламками будівель і споруд, камінням, деревами, битим склом та іншими предметами, захоплювався нею, а також під час перебування людей в зруйнованих будівлях.

Повне руйнування характеризується обрушенням всіх стін і перекриттів. З уламків утворюються завали. Відновлення будівель неможливо.

Сильне руйнування характеризується обрушенням частини стін і перекриттів. У багатоповерхових будинках зберігаються нижні поверхи. Використання і відновлення цих будівель неможливо або недоцільно.

Середнє руйнування характеризується руйнуванням головним чином вбудованих елементів (внутрішніх перегородок, дверей, вікон, дахів, пічних і вентиляційних труб), появою тріщин у стінах, обрушенням горищних перекриттів і окремих ділянок верхніх поверхів. Підвали і нижні поверхи придатні для тимчасового використання після розбирання завалів над входами. Навколо будівель завалів не утворюється. Відновлення будівель можливо (капітальний ремонт).

Слабкі руйнування характеризуються поломкою віконних і дверних заповнень, легких перегородок, появою тріщин у стінах верхніх поверхів. Відновлення можливо силами працівників об'єктів поліграфії (ОЕ).

Ступінь руйнування технологічного обладнання буде залежати тільки від величини ударної хвилі в міцних будівлях і спорудах, а в спорудах з низькими характеристиками міцності стан технологічного обладнання буде залежати від впливу повітряної ударної хвилі і стану будівель і споруд.

Заглиблені споруди (сховища ЦО, ПРУ, підземні комунікації) руйнуються в меншій мірі, ніж наземні споруди. Повітряна ударна хвиля викликає також руйнування лісових масивів. Так, при надлишковому тиску понад 50 кПа ліс повністю знищується і місцевість має такий вигляд немов би на ній ніколи не було ніякої рослинності; тут немає ні завалів ні пожеж. При надмірному тиску від 50 до 30 кПа вириваються або ламаються близько 50% дерев, а при тиску 30-10 кПа - до 30% дерев. Молоді дерева, чагарники стійкіше до впливу ударної хвилі, ніж старі.

Злакові культури під дією швидкісного напору частково вириваються з коренем, частково засипаються курній бурею і полягають.