Что такое объемный взрыв

Объёмный взрыв

Объёмные взрывы вместе с взрывами конденсированных взрывчатых веществ относятся к классу химических взрывов. Объёмные взрывы бывают двух типов — взрыв облака пыли и взрыв парового (газового) облака.

Содержание

Взрывы пыли

Взрывы пыли (пылевоздушных смесей — аэрозолей) представляют одну из основных опасностей химических производств и происходят в ограниченных пространствах (в помещениях зданий, внутри различного оборудования, в горных выработках шахт). Возможны взрывы пыли в мукомольном производстве, на зерновых элеваторах (мучная пыль) при её взаимодействии с красителями, серой, сахаром с другими порошкообразными пищевыми продуктами, а также при производстве пластмасс, лекарственных препаратов, на установках дробления топлива (угольной пыли), в текстильном производстве.

Взрыву больших объемов пылевоздушных смесей, как правило, предшествуют небольшие местные хлопки и локальные взрывы внутри шахт, оборудования и аппаратуры. При этом возникают слабые ударные волны, создающие турбулентные потоки и поднимающие в воздух большие массы пыли, накопившиеся на поверхности пола, стен и оборудования.

Взрывы газовых облаков

Серьёзную опасность представляют собой также взрывы паровых (газовых) облаков. Такие явления возникают при утечке газа либо испарении горючих жидкостей в ограниченных пространствах (помещениях), где быстро растет концентрация горючих элементов до предельной, при которой происходит воспламенение облака. Взрывы газовоздушных смесей могут происходить в:

• помещениях вследствие утечки газов из бытовых приборов;
• ёмкостях их хранения и транспортировки (спецрезервуарах, газгольдерах, цистернах, танках — грузовых отсеках танкеров);
• глубинных горных выработках;
• природной среде вследствие повреждений трубопроводов, труб буровых скважин, при интенсивных утечках сжиженных и горючих газов.

Применение эффекта объёмного взрыва в военном деле

На основе эффекта объёмного взрыва пылегазового и пылевоздушного облаков были созданы боеприпасы объёмного взрыва («вакуумные бомбы»). При сбрасывании авиабомбы в зону поражения разрывной снаряд разбрасывает аэрозольную смесь и подрывающие элементы на некоторое расстояние с образованием аэрозольного облака, которое подрывается с некоторой задержкой, необходимой для равномерного распространения аэрозольной смеси. Образующаяся зона высокого давления даже при отсутствии сверхзвуковой ударной волны эффективно поражает живую силу противника, свободно проникая в зоны, недоступные для осколочных боеприпасов.

Использование этого механизма для создания боеприпасов эффективно также тем, что к цели не надо доставлять окислитель. А значит, эффект от 1 кг боеприпаса будет выше.

Меры безопасности

Существуют европейские нормы ATEX для оборудования, работающего в зоне повышенной опасности.

Для предупреждения взрывов пылевых облаков в промышленности применяют следующие меры:

Самое мощное неядерное оружие в мире: российская вакуумная бомба

Мукомольные цеха, предприятия по переработке сахара, столярные мастерские, угольные шахты и самая мощная российская неядерная бомба — что их объединяет? Объемный взрыв. Именно благодаря ему все они могут взлететь на воздух. Впрочем, незачем ходить так далеко — взрыв бытового газа в квартире тоже из этого ряда. Объемный взрыв, пожалуй, один из первых, с которыми познакомилось человечество, и один из последних, которые человечество приручило.

Принцип объемного взрыва от вакуумной бомбы совсем не сложен: необходимо создать смесь горючего с атмосферным воздухом и подать в это облако искру. Причем расход горючего будет в несколько раз меньше, чем бризантной взрывчатки для взрыва такой же мощности: объемный взрыв «забирает» кислород из воздуха, а взрывчатка «содержит» его в своих молекулах.

Бытовые бомбы

Как и многие другие виды оружия, объемно-детонирующие боеприпасы своим рождением обязаны сумрачному германскому инженерному гению. В поисках наиболее эффективных способов убийства немецкие оружейники обратили внимание на взрывы угольной пыли в шахтах и попытались смоделировать условия взрыва на открытом воздухе. Угольную пыль распыляли зарядом пороха и потом подрывали. Но очень прочные стены шахт благоприятствовали развитию детонации, а на открытом воздухе она затухала.

Косильщики джунглей

Применение объемно-детонирующие заряды нашли и при строительстве вертодромов. Расчистка джунглей для посадки всего лишь одного вертолета типа «Ирокез» требовала от 10 до 26 часов работы инженерного взвода, в то время как зачастую в бою все решалось в первые 1-2 часа. Применение обычного заряда проблему не решала – деревья-то он валил, но и образовывал огромную воронку. А вот объемно-детонирующая авиабомба (ОДАБ) воронку не образует, а просто разбрасывает деревья в радиусе 20-30 метров, создавая почти идеальную посадочную площадку. Впервые бомбы объемного взрыва были использованы во Вьетнаме летом 1969 года именно для расчистки джунглей. Эффект превзошел все ожидания. «Ирокез» прямо в кабине мог нести 2-3 таких бомбы, а взрыв одной в любых джунглях создавал вполне пригодную посадочную площадку. Постепенно технология оттачивалась, в итоге вылившись в самую знаменитую авиабомбу объемно-детонирующего типа – американскую BLU-82 Daisy Cutter «косильщик маргариток». И ее уже использовали не только для вертолетных площадок, сбрасывая на что ни попадя.

После войны разработки достались союзникам, но поначалу не вызвали интереса. Первыми к ним заново обратились американцы, столкнувшись в 1960-х во Вьетнаме с разветвленной сетью тоннелей, в которых скрывались вьетконговцы. А ведь тоннели — это почти те же шахты! Правда, возиться с угольной пылью американцы не стали, а начали использовать самый обычный ацетилен. Этот газ замечателен широкими пределами концентрации, при которых возможна детонация. Ацетилен из обычных промышленных баллонов закачивали в тоннели и потом бросали гранату. Эффект, говорят, был потрясающим.

Мы пойдем другим путем: как разрабатывали вакуумную бомбу

Американцы снаряжали бомбы объемного взрыва окисью этилена, окисью пропилена, метаном, пропилнитратом и МАРР (смесью метилацетилена, пропадиена и пропана). Уже тогда было установлено, что при срабатывании бомбы, содержащей 10 галлонов (32−33 л) окиси этилена, образовывалось облако топливовоздушной смеси радиусом 7,5−8,5 м и высотой до 3 м. Через 125 мс облако подрывалось несколькими детонаторами. Образующаяся ударная волна имела по фронту избыточное давление 2,1 МПа. Для сравнения: чтобы создать такое давление на расстоянии 8 м от тротилового заряда, требуется около 200−250 кг тротила. На расстоянии 3−4 радиусов (22,5−34 м) давление в ударной волне быстро снижается и составляет уже около 100 кПа. Для разрушения ударной волной самолета требуется давление 70−90 кПа. Следовательно, такая бомба при взрыве способна в радиусе 30−40 м от места взрыва полностью вывести из строя самолет или вертолет на стоянке. Это было написано в специальной литературе, которую читали и в СССР, где тоже начали эксперименты в данной области.

Советские специалисты вначале пытались изобразить немецкий вариант вакуумной бомбы с угольной пылью, но постепенно перешли на металлические порошки: алюминий, магний и их сплавы. В экспериментах с алюминием было обнаружено, что особого фугасного действия он не дает, зато дает замечательное зажигательное.Отработали и различные окиси (окись этилена и пропилена), но они были токсичны и довольно опасны при хранении ввиду своей летучести: достаточно было небольшого подтравливания окиси, чтобы любая искра подняла арсенал на воздух. В итоге остановились на компромиссном варианте: смеси разных видов горючего (аналогов легких бензинов) и порошка алюминий-магниевого сплава в пропорции 10:1. Однако эксперименты показали, что при шикарных внешних эффектах поражающее действие объемно-детонирующих зарядов оставляло желать лучшего. Первой потерпела фиаско идея атмосферного взрыва вакуумной бомбы для поражения самолетов — эффект оказался ничтожным, разве что «сбоили» турбины, которые тут же перезапускались заново, так как они даже не успевали остановиться. Против бронетехники это вообще не работало, там даже двигатель не глох. Эксперименты показали, что ОДАБ — это специализированные боеприпасы для поражения малостойких к ударной волне целей, прежде всего неукрепленных зданий, и живой силы. И все.

Однако маховик чудо-оружия, вакуумной бомбы, был раскручен, и ОДАБам приписывались прямо-таки легендарные подвиги. Особо известен случай спуска такими бомбами снежных лавин в Афганистане. Посыпался дождь наград, в том числе самых высоких. В отчетах об операции была упомянута масса лавины (20 000 т) и написано, что взрыв объемно-детонирующего заряда эквивалентен ядерному заряду. Ни много ни мало. Хотя любой горноспасатель спускает точно такие же лавины простыми тротиловыми шашками.

Совсем уж экзотическое применение технологии вакуумной бомбы собирались найти в сравнительно недавнее время, разработав в рамках программ по конверсии объемно-детонирующую систему на основе бензина для сноса хрущевок. Получалось быстро и дешево. Было только одно «но»: сносимые хрущевки располагались не в открытом поле, а в заселенных городах. А плиты при таком взрыве разлетались метров на сто.

Мифы о вакуумной бомбе

Мифотворчество вокруг ОДАБ благодаря некоторым малообразованным журналистам из штабов плавно перекочевало на страницы газет и журналов, а сама бомба получила название «вакуумная». Дескать, при взрыве в облаке выжигается весь кислород и образуется глубокий вакуум, чуть ли не как в космосе, и этот самый вакуум начинает распространяться наружу. То есть вместо фронта повышенного давления, как при обычном взрыве, идет фронт пониженного давления. Был даже придуман термин «обратная взрывная волна». Да что там пресса! В начале 1980-х на военной кафедре моего физфака чуть ли не под подписку о неразглашении какой-то полковник из Генштаба рассказывал о новых видах оружия, применяемых США в Ливане. Не обошлось без «вакуумной» бомбы, которая якобы при попадании в здание превращает его в пыль (газ проникает в мельчайшие щели), а низкое разрежение аккуратно укладывает эту пыль в эпицентр. О! Не эта ли ясная голова собиралась сносить хрущевки таким же способом?!

Если бы эти люди хоть немного учили химию в школе, то догадались бы, что кислород никуда не исчезает — он просто переходит в процессе реакции, например, в углекислый газ с тем же объемом. И если бы он каким-то фантастическим образом просто исчез (а его в атмосфере всего около 20%), то недостаток объема был бы компенсирован другими расширившимися при нагревании газами. И если бы даже из зоны взрыва исчез весь газ и образовался вакуум, то перепад давления в одну атмосферу вряд ли мог бы разрушить даже картонный танк — у любого военного такое предположение просто вызовет смех.

Как все работает на самом деле?

А из школьного курса физики можно было бы узнать, что за любой ударной волной (зоной сжатия) в обязательном порядке следует зона разрежения — по закону сохранения масс. Просто взрыв бризантного взрывчатого вещества (ВВ) можно считать точечным, а объемно-детонирующий заряд в силу большого объема формирует более длительную ударную волну. Именно поэтому воронок он не роет, но деревья валит. А вот бризантного (дробящего) действия вообще практически нет.

Современные боеприпасы объемного взрыва чаще всего представляют собой цилиндр, длина которого в 2−3 раза больше диаметра, наполненный горючим и снабженный зарядом обычного ВВ. Этот заряд, масса которого составляет 1−2% от веса горючего, расположен на оси боезаряда, и подрыв его разрушает корпус и распыляет горючее, образуя топливовоздушную смесь. Смесь должна подрываться после достижения размеров облака, обеспечивающего оптимальное сгорание, а не сразу при начале распыления, потому что вначале кислорода в облаке недостаточно. Когда же облако расширится до нужной степени, его подрывают выбрасываемыми из хвостовой части бомбы четырьмя вторичными зарядами. Задержка их срабатывания составляет 150 мс и выше. Чем больше задержка, тем выше вероятность того, что облако сдует; чем меньше — тем выше риск неполного взрыва смеси из-за недостатка кислорода. Помимо взрывного, могут применяться и другие методы инициирования облака, например химический: в облаке распыляют трифторид брома или хлора, самовоспламеняющиеся при контакте с топливом.

Из кинограмм видно, что взрыв расположенного на оси первичного заряда вакуумной бомбы формирует тороидальное облако из горючего, а значит, максимальный эффект ОДАБ обеспечивает при вертикальном падении на цели — тогда ударная волна «стелется» по земле. Чем больше отклонения от вертикали, тем бóльшая энергия волны уходит на бесполезное «сотрясение» воздуха над целями.

Гигантская фотовспышка от вакуумной бомбы

Но вернемся в послевоенные годы, к экспериментам с порошками алюминия и магния. Было обнаружено, что если разрывной заряд не полностью утопить в смеси, а оставить открытым с торцов, то облако практически гарантированно поджигается с самого начала его диспергирования. С точки зрения взрыва это брак, вместо детонации в облаке мы получаем всего лишь пшик — правда, выкокотемпературный. Ударная волна вакуумной бомбы при таком взрывном горении тоже образуется, но значительно более слабая, чем при детонации. Этот процесс получил название «термобарического».Подобный эффект военные использовали задолго до появления самого термина. Во время Второй мировой войны авиаразведкой с успехом применялись так называемые ФОТАБы — фотографические авиабомбы, начиненные измельченным сплавом алюминия и магния. Фотосмесь детонатором разбрасывается, воспламеняется и сгорает с использованием кислорода воздуха. Да не просто сгорает — стокилограммовый ФОТАБ-100 создает вспышку с силой света более 2,2 млрд кандел длительностью около 0,15 с! Свет настолько яркий, что на четверть часа ослепляет не только вражеских зенитчиков — наш консультант по сверхмощным зарядам посмотрел на сработавший ФОТАБ днем, после чего еще часа три видел зайчиков в глазах. Кстати, упрощается и технология фотографирования — бомбу сбрасывают, затвор фотоаппарата открывают, и через некоторое время весь мир озаряет суперфотовспышка. Качество снимков, говорят, было не хуже, чем в ясную солнечную погоду.

Взрыв объемный

Взрыв объемный – это неконтролируемое выделение большого запаса энергии газовой или аэрозольной смеси горючих веществ и окислителя, или мелкодисперсного твердого вещества, заполняющих ограниченное пространство, на открытой территории или акватории или в крупногабаритных производственных помещениях. В первом случае необходимым условием

В.о. является определенное соотношение горючего и окислителя и наличие инициирующего импульса; во втором – естественное или принудительное распыление частиц ВВ в заданном объеме с последующей детонацией. Возможность использования для В.о. кислорода атмосферы привела к созданию объемно-детонированных боеприпасов, снаряженных только горючими компонентами (окись этилена, окись пропилена, метан, бензин, алюминий и др.).

Энергия взрыва облака горюче-воздушной смеси может в несколько раз превышать энергию взрыва равной массы обычного ВВ. Поражающими факторами В.о. являются, как и при любом виде взрыва, ударная волна, тепловое излучение, химическое отравление. Однако поражающее действие В.о. усиливается за счет способности взрывоопасной смеси еще до взрыва концентрироваться у поверхности, проникать в складки местности и полузакрытые помещения.

Детонационная ударная волна при В.о. может иметь сверхзвуковую скорость и приводить к наиболее тяжким локальным повреждениям. Дефлаграционное горение с дозвуковыми скоростями при «мягких» взрывах газовоздушных, пылевоздушных и пылегазовых облаков может вызывать разрушение промышленных зданий и сооружений на больших территориях. При этом разрушающее воздействие производит не только первичная волна сжатия, но и последующая волна разрушения, имеющая сопоставимые с первой волной давление на фронте и в импульсе. В этом случае обрушение и завалы могут быть ориентированы к центру взрыва. Предупреждение В.о. достигается снижением возможности образования взрывоопасных газовых и аэрозольных смесей путем исключения значительных по массе и времени утечек, обеспечения заданного уровня вентиляционных процессов, постановки аварийных датчиков химического состава воздуха.

Ликвидация последствий крупных В.о. организуется и осуществляется органами управления, силами и средствам РСЧС.

Источник: Гражданская защита: Энциклопедия в 4 томах. Том I (А–И); под общей редакцией С.К. Шойгу; МЧС России. – М.: Московская типография № 2, 2006.

Вакуумная бомба: правда и вымысел

Появление принципиально нового образца оружия или военной техники зачастую порождает массу слухов. И большинство из них связано с преувеличенной оценкой возможностей «чудо-оружия». Обычно это бывает из-за склонности журналистов к сенсациям на фоне скудности сведений об изделии…

Такая же ситуация возникла и с новым боеприпасом объемного взрыва. Образец этого оружия успешно прошел испытания 11 сентября 2007 года. Сброшенная с Ту-160 бомба оказалась мощнейшей из неядерных. «Эксперты» от СМИ дали ей таинственное название «авиационная вакуумная бомба повышенной мощности».

Принцип действия

Некорректный термин «вакуумная» возник из-за кратковременного (сотые доли секунды) «выгорания» кислорода. В действительности падение давления не превышает 0,5 атмосфер, что безопасно для человека. Образовавшаяся зона разрежения мгновенно заполняется продуктами горения. А поражающим фактором является никакое не «всасывание вакуумом», а ударная волна.

Сам принцип объемного взрыва состоит в детонации горючего вещества, распыленного в некотором объеме воздуха. Площадь контакта с воздухом всех частиц аэрозоля гораздо больше, чем вещества в обычном виде. А в состав воздуха входит кислород – необходимый для взрыва окислитель. Такое «перемешивание» горючего вещества с окислителем многократно повышает мощность взрыва.

Благодаря этому принципу новое оружие получило наименование боеприпас объемного взрыва (БОВ).

В сравнении с взрывчатым веществом (ВВ) типа тротила, БОВ обладает в 5-8 раз большей мощностью. Однако из-за низкой плотности распыленного вещества скорость взрыва БОВ меньше. У БОВ она составляет 1500–2000 м/с против 6950 м/с у тротила. Из-за этого ниже его способность дробить препятствия (бризантный эффект).

В повседневной жизни объемный взрыв встречается в виде несчастных случаев на предприятиях. Высокая концентрация в воздухе горючей пыли или паров создает предпосылки к взрыву. К таким вполне мирным веществам относятся древесная, угольная, сахарная пыль или пары бензина.

Реализация этой идеи в военных целях выглядит следующим образом. Снаряд или бомба доставляет горючее (взрывчатое) вещество к цели и там распыляет. Через 100–150 мс производится детонация аэрозольного облака. Важно, чтобы в этот момент облако ВВ заполнило наибольшее пространство, сохраняя нужную концентрацию.

В качестве распыляемого горючего вещества используются: окись этилена или пропилена, металлические порошки, смесь МАРР. Последняя включает метилацетилен, аллен (пропадиен) и пропан. Окиси этилена или пропилена эффективны, но ядовиты и сложны в обращении. Для военных целей проще использовать легкоиспаряющийся бензин с добавлением алюминий-магниевого порошка.

• большая, чем у бризантного ВВ, мощность взрыва;
• способность аэрозольного облака проникать в укрытия;
• при мощности, сопоставимой с тактическими ядерными боеприпасами, не приводят к радиоактивному заражению.

К недостаткам относятся:

• нестабильность аэрозольного облака в неблагоприятных погодных условиях;
• наличие единственного поражающего фактора – ударной волны;
• малая эффективность против укреплений;
• ограничение по массе ВВ. Для требуемой эффективности боеприпаса она должна быть не ниже 20 кг.

Эти особенности не позволят БОВ заменить традиционные боеприпасы.

Твердый вариант смеси – А-3 (65 % гексогена, 5 % воска и 30 % алюминиевого порошка).

Преимущества ТББ перед объемно-детонирующим:

• отсутствие ограничений по массе ВВ. Это позволило создавать огневые средства для вооружения отдельных военнослужащих;
• нечувствительность к атмосферным явлениям.

Под ТББ разработано несколько образцов оружия. Наиболее распространенные из них:

;
• реактивный пехотный огнемет «Шмель»;
• выстрелы для РПГ-7;
• гранаты для подствольного гранатомета.

Одновременно продолжаются работы по созданию термобарических боеприпасов повышенной мощности.

История создания и применения

Первой попыткой использования эффекта объемного взрыва был проект «Черный туман». В 1944 инженеры нацистской Германии намеревались создать БОВ в интересах ПВО. Планировалось на пути самолетов противника формировать аэрозольное облако. Его постановку и детонацию должны были выполнять самолеты «Юнкерс Ju-88». Однако для этого понадобилось бы гораздо больше машин, чем предстояло уничтожить. До конца войны проект реализовать не удалось.

Дальнейшее развитие идея объемного взрыва получила в США. В начале 70-х годов разработан БОВ первого поколения – 500-фунтовая кассетная авиабомба CBU-55. Этот боеприпас применялся с многоцелевого вертолета.

Он содержал три боевых элемента BLU-73, начиненных окисью этилена и снабженных парашютом. По достижении земли срабатывал ударный взрыватель и приводил в действие вышибной заряд. В результате формировалось аэрозольное облако диаметром до 15 м и высотой до 3 м. Через 125 мс происходила детонация смеси. Такой взрыв уничтожал растительность в радиусе 15 м.

БОВ второго поколения были представлены 500-фунтовыми BLU-95 и BLU-96 калибра 2000 фунтов.

Последняя была способна нанести серьезные повреждения кораблю в радиусе до 130 м.

Такие авиабомбы применялись во время Вьетнамской войны. С их помощью американская авиация решала задачи:

• расчистки мест для посадки вертолетов;
• уничтожения противника в укрытиях;
• проделывания проходов в минных заграждениях.

Аналогичные разработки велись и в СССР. В итоге была создана авиабомба ОДАБ-500П. В Афганистане это было действенное средство против душманов, укрывавшихся в горах. Для снижения рассеивания аэрозольного облака их применяли совместно с дымовыми бомбами в соотношении 3:1.

В 1999 г. авиабомба объемного взрыва была применена против чеченских боевиков, укрывшихся в дагестанском ауле Тандо. Помимо больших потерь, противник получил огромный психологический урон.

Наш ответ «партнерам»

В 2003 году в США прошли испытания сверхмощной авиабомбы GBU-43/B Massive Ordnance Air Blast Bomb (MOAB). Мощность ее взрыва составила 11 т в тротиловом эквиваленте. Из неядерных боеприпасов на тот момент равных ей не было. Благодаря этому она получила прозвище «мать всех бомб» (MOAB – Mother Of All Bombs).

В бомбе использовалось ВВH-6 — смесь тротила, гексогена и алюминиевого порошка. Следует отметить, что «мать всех бомб» оказалась боеприпасом не объемного взрыва, а фугасного.

«Ассиметричный» ответ американцам был представлен в 2007 г. в виде 7-тонной термобарической авиабомбы.

Тротиловый эквивалент ее мощности вчетверо превышает американский показатель. Точные сведения о новой бомбе недоступны.

Расчетный эффект – от полного разрушения укреплений в радиусе до 100 м до разрушения строений на удалении до 450 м. Российскую авиабомбу журналисты по праву окрестили «папой всех бомб».

Тактико-технические данные мощнейших авиабомб

Авиабомба	GBU-43/B	(АВБПМ)
Принадлежность	США	Россия
Год испытаний	2003	2007
Длина, м	10	н.д.
Диаметр, м	1	н.д.
Масса, т – общая – взрывчатого вещества	9,5 8,4	7 н.д.
Тротиловый эквивалент, т	11	44
Радиус гарантированного поражения, м	140	400

Из таблицы видно четырехкратное превосходство в мощности при меньшей на четверть общей массе.

Очевидно, что этого можно было достичь благодаря применению термобарического ВВ.

Заключение

Боеприпасы объемного взрыва не стали «чудо-оружием». Они не предоставили своим обладателям решающего превосходства над противником. Вместе с тем их особенности позволили занять соответствующую нишу в военном деле.

БОВ не способны разрушить многометровые стены бетонного бункера или скалу. Но они поразят всех, кто там укрылся. БОВ достаточно эффективны при необходимости проделать проходы в минных полях. Успешно применялись для расчистки площадок в лесистой местности.
Не исключено, что в перспективе БОВ с успехом заменят тактическое ядерное оружие.