Страница 3 из 44
Несмотря на встречающиеся «волновые» термины, для описанных процессов не характерны циклические движения вещества, как например, в морских волнах. Но, с другой стороны, движение вещества при взрывных процессах подчиняется уравнениям гидродинамики, названию которых тоже совершенно не соответствует область их применения: ими описываются не только движения жидкости (откуда и «гидро»), они применяются для решения очень многих задач. Возможно, одной из причин внедрения «волновой» лексики послужило то, что, например, процессы отражения УВ имеют сходство с волновыми. Натолкнувшись на твердую преграду, УВ может «отразиться» либо приобретя дополнительное сжатие (рис. 1.8), либо — с разрежением вещества (вроде как с «потерей фазы»).
Критерием того, по какому сценарию это произойдет, является ударно-волновой импеданс — произведение плотности вещества на скорость звука в нем. Если преимущество в ударно-волновом импедансе за веществом преграды, отражается волна сжатия, в противном случае имеет место разрежение, но, так или иначе, веществу преграды будет передан импульс и оно начнет двигаться по направлению распространения УВ.
Ясно, что, чем более массивна преграда, тем большую кинетическую энергию она приобретет в результате воздействия ударной или детонационной волны. Сообщение энергии оболочке продуктами взрыва заканчивается на некотором расстоянии от заряда (теоретически — пока давление продуктов взрыва существенно, а практически — на расстоянии, равном нескольким характерным размерам заряда).
Кстати, а те же пороха, от которых требуется только горение в зарядной каморе орудия (и при весьма высоких давлениях!) — могут ли детонировать?
Запросто: это было продемонстрировано после Первой мировой войны, когда оставшийся порох использовали для горных работ при прокладке туннелей в Альпах. Все дело в мощности инициатора детонации. Если эта мощность достаточна, могут «сыграть» и вещества вообще взрывчатыми не считающиеся, например — удобрение из смеси нитрата и сульфата аммония. В 1921 г. на заводе в Германии скопилась огромная его гора, соли слежались, их понемногу откалывали небольшими взрывами. Когда же поступил крупный заказ, мощность «откалывающих» зарядов значительно увеличили и сработали все 4500 тонн, совершив похожее на то (рис. 1.9), что произошло только спустя более чем два десятилетия в Хиросиме.
Разложение такой смеси происходит с выделением небольшой (на единицу ее объема) энергии, но детонация стала возможной не только из-за мощного инициатора, но и из-за размеров заряда, который, в соответствии со сформулированным в пятидесятых годах XX века Ю.Б. Харитоном критерием, должен превышать (и — превысил!) произведение скорости звука на время разлета вещества.
Читатель наверняка заметил, что автор забежал вперед — стал приводить примеры, совсем не из того времени, когда «вышли на арену» бризантные ВВ и бездымные пороха. Верно: теория детонации стала достаточно полной лишь к середине XX века, а до того взрывы изучались методом «втыка» — все подбиралось опытным путем, потому что не было приборов для изучения столь быстрых процессов. А вот механика была уже достаточно развитой наукой, позволившей вполне удовлетворительно описать процесс стрельбы, что было необходимо: орудия наводились уже не на глаз, а имели оптические прицелы, панорамы и вполне точные механизмы горизонтальной и вертикальной наводки (рис. 1.10). Из фотографии также видно, что изменились и форма снарядов: теперь они несли куда больше снаряжения, чем такого же калибра ядра. Но такой выигрыш дался непросто: необходимо было предотвратить кувыркание снаряда в полете и обеспечить его падение у цели головной частью вперед, чтобы безотказно сработал взрыватель. Для этого снаряду придавалось вращение в стволе (благодаря имеющимся там нарезам), а остальное делал гироскопический эффект.
Попробуйте толкнуть вращающийся волчок: он не упадет на бок, а станет поворачиваться вокруг оси вращения, всегда — под прямым углом к направлению действия внешней силы. На вылетевший из ствола и делающий около 500 оборотов в секунду снаряд тоже действует сила — сопротивление воздуха — и он поворачивает ось своего вращения (рис. 1.11). Но сопротивление воздуха действует непрерывно и следствием будет прецессирование снаряда в полете (рис. 1.12), признаки которого автору пришлось наблюдать лично.
…Воздух на полигоне содрогнулся от мощного звука артиллерийского выстрела. Стреляли гаубицы. Чтобы отличать артиллерийские стволы по «голосу» опыта не хватало, но траектории пролетавших высоко над головой снарядов были навесными, гаубичными. Снаряды, удаляясь, еще набирали высоту; вдалеке хлопали их разрывы. Удивил звук полета, совершенно не похожий на свист, который можно услышать в саундтреке кинофильмов. Это было шипение, становившееся то громче то глуше. Частота изменений интенсивности звука была около десятка герц. Конечно, кино не может рассматриваться как надежный источник информации о физических, а тем более, исторических явлениях и пришлось задумался над результатами наблюдений.
Объяснить шипение было легко — это были акустические колебания, порожденные локальными сжатиями и разрежениями воздуха при полете снаряда. А вот модуляция шипения… Очевидно, она происходила из-за прецессирования: оно явилось причиной периодического смещения зон различной слышимости в пространстве…
…В Первую мировую войну ее основные участники вступили, опираясь на два важнейших вещества в своих арсеналах: пикриновую кислоту (тринитрофенол) и тротил (тринитротолуол). Правда, были кандидаты и помощнее: гексоген (циклотриметилентринитрамин), синтезированный Хеннингом еще в 1898 г. и творение Толленса 1891 г. — тэн (пентаэритриттетранитрат), но время их пока не пришло: производство было сложнее, а плотности химической энергии и скорости детонации — хоть и повыше, но процентов на 30–40. Основные ВВ вполне удовлетворительно дробили корпуса осколочных и фугасных снарядов, которые существенно потеснили в арсеналах широко применявшуюся в «эру черного пороха» шрапнель.
Этот снаряд для поражения живой силы был изобретен в 1803 г. и назван по имени своего создателя, капитана английской службы. В полете трубка (таймер, обычно — пиротехнический) воспламеняет в шрапнели заряд черного пороха, выталкивая из корпуса снаряда готовые поражающие элементы — чугунные шарики (рис. 1.13). А не собрала шрапнель свой урожай потому, что почти не было целей для нее на полях боев: после краткого романтического периода, который во французской, например, армии называли «элан виталь» (душевный порыв) стороны до отвала накормили друг друга огнем и стали зарываться в землю (рис. 1.14). В окопах глубиной в несколько метров солдатам не были страшны ни шрапнель, ни фугасные гранаты небольших калибров. Мощные снаряды гаубиц и мортир, с взрывателями, установленными на замедление, конечно, могли принести неприятности, но только — при близких разрывах. Полевые оборонительные линии непрерывно совершенствовались. Да еще и опирались на построенные до войны крепостные системы с совсем уж умопомрачительными бетонными сводами над головами их защитников. Такое стало возможным потому, что, несмотря на насыщенность огневыми средствами, полки и дивизии были малоподвижными, не могли быстрым маневром сорвать попытки противника построить прочную оборону. На такое способны танковые и механизированные войска, но им только предстояло родиться. Ну а аристократическую кавалерию густо расставленные в обороне пулеметы секли, как капусту.