Войти
В гидродинамике взрывная волна - это повышенное давление и поток в результате вклад большого количества энергии в небольшой, очень локализованный объем. Поле течения можно представить как опережающую ударную волну, за которой следует автомодельное дозвуковое поле течения. Проще говоря, взрывная волна - это область давления, сверхзвукового расширения наружу от ядра взрывчатого вещества. Имеет передний ударный фронт сжатых газов. За взрывной волной следует порывистый ветер с отрицательным давлением , который засасывает предметы обратно к центру. Взрывная волна вредна, особенно когда она находится очень близко к центру или в месте конструктивного вмешательства. Фугасные взрывчатые вещества, детонирующие, генерируют взрывные волны.
Взрывчатые вещества высокого порядка (HE) являются более мощные, чем взрывчатые вещества низкого порядка (LE). HE детонирует, создавая определяющую сверхзвуковую ударную волну избыточного давления. Несколько источников HE включают тринитротолуол, C-4, Semtex, нитроглицерин и мазут из нитрата аммония (ANFO ). LE дефлагрирует для создания дозвукового взрыва и отсутствия волны избыточного давления HE. Источники LE включают самодельные бомбы, порох и зажигательные бомбы на основе самой чистой нефти, такие как коктейли Молотова или самолеты, импровизированные в качестве управляемых ракет. HE и LE вызывают разные модели травм. Только HE производят настоящие взрывные волны.
Классическое решение потока - так называемое «решение подобия» - было независимо разработано Джоном фон Нейманом и британским математиком Джеффри Инграмом Тейлором во время Второй мировой войны. После войны решение о подобии опубликовали еще три автора - Л. И. Седов, Р. Латтер и Дж. Локвуд-Тейлор, которые открыли его независимо.
Начиная с первых теоретических работ более 50 лет назад, как теоретические, так и экспериментальные исследования взрывных волн стали
Форма волны Фридлендера - это простейшая форма взрывной волны. Самая простая форма взрывной волны была описана и названа формой волны Фридлендера. Это происходит, когда бризантное взрывчатое вещество детонирует в свободном поле, то есть без каких-либо поверхностей поблизости, с которыми оно могло бы взаимодействовать. Взрывные волны обладают свойствами, предсказанными физикой волн. Например, они могут преломлять через узкое отверстие и преломлять при прохождении через материалы. Подобно световым или звуковым волнам, когда взрывная волна достигает границы между двумя материалами, часть ее передается, часть поглощается, а часть отражается. импедансы двух материалов определяют, сколько из них встречается.
Уравнение для сигнала Фридлендера описывает давление взрывной волны как функцию времени:
где P s - пиковое давление, а t * - время, в которое давление впервые пересекает горизонтальную ось (перед отрицательной фазой).
Взрывные волны охватывают объекты и здания. Следовательно, люди или объекты за большим зданием не обязательно защищены от взрыва, который начинается на противоположной стороне здания. Ученые используют сложные математические модели, чтобы предсказать, как объекты будут реагировать на взрыв, чтобы спроектировать эффективные барьеры и более безопасные здания.
Взрывная волна, отражающаяся от поверхности и формирующая ствол машины. Формирование ствола Маха происходит, когда взрывная волна отражается от земли, и отражение догоняет первоначальный фронт ударной волны, тем самым создавая зону высокого давления, которая простирается от земли до определенной точки, называемой тройной точкой на краю волны. взрывная волна. Все, что находится в этой области, испытывает пиковое давление, которое может в несколько раз превышать пиковое давление первоначального фронта ударной волны.
Пример конструктивной интерференции. В физике интерференция - это встреча двух коррелированных волн и увеличение или уменьшение итоговой амплитуды, в зависимости от того, является ли она конструктивной или деструктивной. вмешательство. Если гребень волны встречается с гребнем другой волны в той же точке, тогда гребни конструктивно интерферируют, и результирующая амплитуда гребней волны увеличивается; образуя гораздо более мощную волну, чем любая из первых волн. Точно так же две впадины образуют впадину повышенной амплитуды. Если вершина волны встречает впадину другой волны, тогда они деструктивно интерферируют, и общая амплитуда уменьшается; таким образом создавая волну, которая намного меньше любой из родительских волн.
Формирование ствола маха - один из примеров конструктивного вмешательства. Всякий раз, когда взрывная волна отражается от поверхности, например стены здания или внутренней части транспортного средства, различные отраженные волны могут взаимодействовать друг с другом, вызывая повышение давления в определенной точке (конструктивная интерференция) или уменьшение (разрушающая интерференция).). Таким образом, взрывные волны взаимодействуют так же, как звуковые волны или волны на воде.
Взрывные волны вызывают разрушение за счет комбинации значительного сжатия воздуха перед волной (образуя ударный фронт ) и последующего ветра, который следует. Взрывная волна распространяется быстрее скорости звука, а прохождение ударной волны обычно длится всего несколько миллисекунд. Подобно другим типам взрывов, взрывная волна также может причинить вред вещам и людям порывами ветра, обломков и пожаров. Оригинальный взрыв пошлет фрагменты, которые летят очень быстро. Мусор, а иногда и люди, могут попасть в взрывную волну, что приведет к большему количеству травм, таких как проникающие раны, пронзание, переломы костей или даже смерть. Взрывной ветер - это область низкого давления, из-за которой обломки и фрагменты фактически устремляются обратно к первоначальным взрывам. Взрывная волна также может вызывать пожары или даже вторичные взрывы из-за сочетания высоких температур, возникающих в результате детонации и физического разрушения объектов, содержащих топливо.
В ответ на запрос британского комитета МАУД, Г.И. Тейлор оценил количество энергии, которое будет выпущено взрыв атомной бомбы в воздухе. Он постулировал, что для идеализированного точечного источника энергии пространственные распределения переменных потока будут иметь одинаковую форму в течение заданного интервала времени, причем переменные различаются только масштабом. (Отсюда и название «решение подобия».) Эта гипотеза позволила преобразовать уравнения в частных производных в терминах r (радиус взрывной волны) и t (время) в обыкновенное дифференциальное уравнение в терминах переменной подобия 
где 
где 
А ядерные взрывы являются одними из самых ярких примеров разрушительная сила взрывных волн, взрывных волн, генерируемых взрывом обычных бомб и другого оружия, сделанного из фугасных взрывчатых веществ, использовалась в качестве оружия войны из-за их эффективности в нанесении политравматических повреждений. Во время Второй мировой войны и участия США в войне во Вьетнаме взрывное легкое было обычным и часто смертельным ранением. Улучшения в транспортных средствах и средствах индивидуальной защиты помогли снизить частоту взрыва легких. Однако по мере того, как солдаты лучше защищены от проникающих ранений и выживания после смертельных воздействий, травмы конечностей, глаз и ушей, а также черепно-мозговые травмы стали более распространенными.
Поведение конструкции во время взрыва полностью зависит от материалов, использованных при строительстве здания. При попадании в фасад здания ударный фронт от взрыва мгновенно отражается. Это воздействие на конструкцию придает импульс внешним компонентам здания. Связанная кинетическая энергия движущихся компонентов должна поглощаться или рассеиваться, чтобы они выжили. Как правило, это достигается путем преобразования кинетической энергии движущегося компонента в энергию деформации в сопротивляющихся элементах.
Обычно сопротивляющиеся элементы, такие как окна, фасады зданий и опорные колонны, выходят из строя, вызывая частичное повреждение до прогрессирующего обрушения здания.
Так называемое решение Седова-Тейлора (см. § Бомбы) стало полезным в астрофизике. Например, его можно применять для количественной оценки результатов взрыва сверхновой. Расширение Седова-Тейлора также известно как фаза «взрывной волны», которая является фазой адиабатического расширения в жизненном цикле сверхновой. Температура материала в оболочке сверхновой снижается со временем, но внутренняя энергия материала всегда составляет 72% от E 0, исходной выделяемой энергии. Это полезно для астрофизиков, заинтересованных в предсказании поведения остатков сверхновых.
Взрывные волны генерируются в исследовательских средах с использованием взрывчатых веществ или сжатого газа ударных труб в попытке воспроизвести обстановку военного конфликта, чтобы лучше понять физика взрывов и травм, которые могут возникнуть в результате, и разработать лучшую защиту от воздействия взрыва. Взрывные волны направлены на конструкции (например, транспортные средства), материалы и биологические образцы или суррогаты. Высокоскоростные датчики давления и / или высокоскоростные камеры часто используются для количественной оценки реакции на воздействие взрывной волны. Антропоморфные испытательные устройства (ATD или испытательные манекены ), первоначально разработанные для автомобильной промышленности, используются, иногда с дополнительными приборами, для оценки реакции человека на события взрыва. Например, с помощью этих ATD были смоделированы личный состав транспортных средств и персонал групп по разминированию.
В сочетании с экспериментами были созданы сложные математические модели взаимодействия взрывных волн с неодушевленными и биологическими структурами. Проверенные модели полезны для экспериментов типа «что, если» - прогнозов результатов для различных сценариев. В зависимости от моделируемой системы может быть сложно получить точные входные параметры (например, свойства материала чувствительного к скорости материала при скорости взрыва нагрузки). Отсутствие экспериментальной проверки серьезно ограничивает полезность любой численной модели.
