Причина явления взрыва заключается, как указано выше, в чрезвычайно быстром превращении вещества в газообразные продукты, нагретые до высокой температуры. При этом мгновенно возникает очень высокое давление порядка тысяч МПа (десятков тысяч килограмм на каждый квадратный сантиметр), которое действует как толчок или удар на окружающие предметы.

Рассмотрим это на примере тротила. При взрыве 1 кг тротила образуется около 700л газа: такой объем занимает газ при температуре 0˚С и давлении 0,1 МПа. Согласно закону Бойля − Мариотта давление газа обратно пропорционально занимаемому им объему. Поэтому при уменьшении объема газа от 700 до 1 л его давление увеличивается в 700 раз, т. е. будет равно 70 МПа.

Но при взрыве газ был нагрет до температуры около 3000°С. Так как по закону Гей−Люссака при повышении температуры газа на 1˚С его объем увеличивается на 1/273 его первоначального объема, то при нагревании от 0 до 3000°С этот объем увеличивается в 12 раз (3000:273), т. е. займет объем в 12 л. После этого еще раз уменьшим объем в 12 раз, т. е. до 1 л; от этого давление увеличится в 12 раз, т. е. станет равным 840 МПа (70*12).

1 кг тротила при плотности 1.5г/см³  заполняет объем 0,66 литра, следовательно, надо сжать газ до объема в 0,66 л, чтобы он занял первоначальный объем взрывчатого вещества. При этом давление увеличится во столько раз, во сколько мы уменьшили объем 840/0,66 = 1271МПа,  т.е. около 12 000 кг на каждый квадратный сантиметр поверхности оболочки.

Таблица 10

Взрывчато − энергетические характеристики основных бризантных ВВ

Следовательно, при взрыве 1 кг тротила образуется газ, который производит на оболочку давление с силой 1271 МПа. Так как такое давление образуется в 1/500000 долю секунды, то оно произведет такое же действие, как если бы мы произвели удар огромной силы. Поэтому при взрыве тротила происходит разрушение оболочки, например корпуса снаряда или технологического оборудования, который разрывается на большое количество мелких осколков, разлетающихся при этом с большой скоростью.

Тротиловый эквивалент

Тротиловый эквивалент является сравнительной оценкой работоспособности различных ЭКМ. Метательные ЭКМ (пороха и ТРТ) могут взрываться и детонировать, поэтому необходимо знать разрушающий эффект при взрыве для расчета сооружений, защиты, оценки опасности для окружающих объектов и т. п.

Тротиловый эквивалент – относительная величина, выражающая работоспособность данного пороха или топлива через показатель работоспособности тротила. За эталон принимается тротил с плотностью 1,5 г/см^З и с теплотой взрыва 4186 кДж/кг (1000 ккал/кг), отвечающей данной плотности , где А_п − работоспособность пороха; А_т − работоспособность тротила.

Тротиловый эквивалент является важнейшей характеристикой порохов и топлив, учитываемой при проектировании объектов и их территориальном размещении, при разработке средств защиты и организации производства. При передаче вновь разработанных порохов и топлив на освоение в валовом производстве или для использования в ОКР в паспорте топлива или пороха обязательно приводится его величина.

Определяется тротиловый эквивалент при положительных и отрицательных температурах. Одна из методик заключается в том, что заряд или ДУ, снаряженный топливом, устанавливается в яму, засыпается грунтом и затем с помощью активного заряда из ВВ инициируется взрыв изделия (инициирование с верхнего торца изделия). Замеряется размер воронки. По этим размерам вычисляется количество тротила, которое понадобилось бы для образования такой же воронки. По полученным данным вычисляется тротиловый эквивалент.

По другой методике тротиловый эквивалент определяется по избыточному давлению на фронте ударной волны. В ходе эксперимента находят величину избыточного давления на строго определенном расстоянии от заряда. Затем вычисляют массу тротила, взрыв которого на том же расстоянии дает ту же величину избыточного давления.

В обоих этих случаях тротиловый эквивалент определяют как отношение массы тротила к массе данного пороха  .

Тротиловый эквивалент зависит от состава топлива, его физического состояния, температуры, наличия или отсутствия оболочки (Табл. 11).

Тротиловый эквивалент различных ЭКС          Таблица 11

 Скорость горения порохов и твердых ракетных топлив.

 Различают линейную и массовую скорость горения.

Линейной скоростью горения называют скорость переме­щения горящей поверхности вглубь пороховых элементов по нормали к поверхности пороха. Обозначается и и измеряется обычно в мм/с.

Массовая скорость горения пороха характеризуется ко­личеством пороха, сгорающего в единицу времени с единицы площади горящей поверхности. Массовая скорость горения связана с линейной скоростью следующим уравнением , где r − плотность пороха.

Скорость горения является важнейшей баллистической характеристикой порохов и ТРТ, так как ее величина в зна­чительной степени определяет баллистические характеристики зарядов.

Установлено, что скорость горения зависит от очень боль­шого числа факторов, основными из которых являются: природа и состав пороха, давление газов среды, в которой происходит горение, и начальная температура пороха.

Аналитическое выражение зависимости скорости горения от давления принято называть законом скорости горения. Для подавляющего большинства порохов ствольного ору­жия, горение которых происходит при высоких давлениях (р > 30 МПа), закон скорости горения имеет вид u = u₁• р, где u₁ − коэффициент скорости горения или «единичная» скорость горения, мм/(с·МПа); р − давление газов, МПа.

Величина «единичной» скорости не зависит от давления, а определяется только природой и составом пороха (Табл. 12). Поэтому она применяется для сравнения различных порохов по скорости горения при строго определенных значениях начальной температуры и давления.

 «Единичная» скорость горения при 15⁰С         Таблица 12

Для твердых ракетных топлив, горение которых происходит при сравнительно невысоких давлениях (р = 5 ... 15 МПа) наиболее общим законом скорости горения является следующий , где a, b, υ – коэффициенты, зависящие от состава ТРТ и интервала давлений. Определяются опытным путем. Частными случаями этого закона могут быть или .

При этом для одного и того же твердого топлива в диапазоне давлений 3...5 МПа обычно справедлив закон скорости горения вида , а при более высоких давлени­ях – вида .

Зависимость скорости горения от начальной температуры заряда. С повышением начальной температуры скорость горения порохов и твердых ракетных топлив увеличивается. Для оценки температурной чувствительности скорости го­рения используется температурный коэффициент β, представ­ляющий собой следующее выражение:

                                            (5)

Таким образом, β ха­рактеризует относительное изменение скорости горения поро­ха при изменении начальной температуры на один градус.

Для современных нитроцеллюлозных порохов и ТРТ β = 0,0038... 0,0050 град ^–1.

Сравнительно высокая температурная чувствительность скорости горения является весьма существенным недостатком нитроцеллюлозных порохов и ТРТ. Она обусловливает зави­симость баллистических характеристик готовых зарядов от их начальной температуры. При достаточно большом диапазо­не температур эксплуатации (от – 50 до +50 ⁰C) это усложня­ет условия боевого применения зарядов (необходимо вводить поправки на температуру заряда), а в отдельных случаях и конструкцию РД (наличие сменных сопловых вкладышей).

Скорость детонации.

Детонационную волну можно рассматривать как устойчивый комплекс из ударной волны и следующей за ней зоны химических реакций. Этот комплекс распространяется по веществу со сверхзвуковой скоростью. Тепловая энергия, выделившаяся в результате реакций, пойдет на пополнение потерь энергии ударной волны. Это обеспечивает поддержание волны на максимально высоком уровне, характерном для данного ВВ. Поэтому детонация распространяется по заряду с постоянной и максимально возможной для данного ВВ скоростью.

Скорость детонации зависит от природы взрывчатого вещест­ва, его плотности, содержания и природы примесей. В табл. 13 приведены данные о зависимости между плотно­стью ρ и скоростью детонации D четырех бризантных ВВ.

В интервале плотностей от 1,0 до 1,6…1,7 г/см³ зависимость скорости детонации от плотности для таких ВВ может быть вы­ражена приближенной формулой Б. И. Шехтера:  где D −скорость детонации; r − плотность ВВ; А−коэффициент, зависящий от свойств ВВ; α − около 0,67.

Зависимость скорости детонации D от плотности ρ ВВ       Таблица 13

Скорость детонации имеет наименьшее для данного ВВ значение, когда диаметр заряда равен критическому. С ростом диаметра до не­которого предела скорость детонации увеличивается, а затем дальнейшее увеличение диаметра не приводит к увеличению ско­рости детонации. Диаметр заряда, при котором скорость детонации достигает наибольшего значения, называется предельным.

Чувствительность ЭКМ

Наличие взрывчатых свойств у того или иного вещества определяет лишь потенциальную возможность его взрывного превращения. Для того чтобы эта воз­можность реализовалась, необходимо произвести на ЭКМ определенное воздействие, способное вызвать взрыв. Такое воздействие называют начальным импульсом. Различные ЭКМ обладают разной чувствительностью к внешним воз­действиям. Чувствительность есть способность ЭКМ реагировать на внешние воздействия возникновением горения или взрыва. Чувствитель­ ность ЭКМ характеризуется минимальной величиной начального импуль­ са, необходимой для возбуждения взрывчатого превращения.

Самыми распространенными начальными импульсами являются механический, тепловой, электрический и взрывной.

Основной причиной несанкционированных (случайных) загораний при производстве ЭКМ и изготовлении из них изделий является превы­шение допустимого уровня механического воздействия для перераба­тываемого материала. Действительно, практически любые операции по переработке ЭКМ связаны с механическими воздействиями на них. На­пример, при операциях прессования зарядов, механической обработки на токарных и фрезерных станках, шнековании, чистке оборудования и т.д. на ЭКМ оказываются механические воздействия. Знание закономер­ностей воздействий и допустимых величин этих воздействий на ЭКМ, исключающих его загорание (т.е. допустимых тепловых воздействий», являющихся результатом перехода механической энергии в тепловую), является одним из главных вопросов организации безопасных методов переработки ЭКМ.

Под чувствительностью к механическим воздействиям (удару, ударному сдвигу, трению) понимают способность ЭКМ разогреваться в локальных точках до температуры вспышки при переходе механичес­кой энергии удара или трения в теплоту.

Температурой вспышки называют ту минимальную температуру, при которой теплоприход становится больше теплоотвода. и химическая реакция, вследствие ее ускорения и самоускорения, принимает ха­рактер взрывчатого превращения. Иными словами, температура вспыш­ки − это та наименьшая температура, до которой должен быть нагрет ЭКМ, для того чтобы вызвать в нем необратимое химическое превраще­ние с образованием конечных продуктов разложения, характерных для конкретного ЭКМ. Химическое превращение может протекать со скоро­стями, сопровождающимися звуковым и световым эффектами.

Под чувствительностью вещества к искровому разряду понима­ют его способность воспламеняться при воздействии на него электри­ческого разряда с определенной энергией, например, обусловленного статическим электричеством.

При возбуждении взрывчатого превращения в ЭКМ энергией другого ЭКМ имеется ряд особенностей и закономерностей, которые зависят как от индивидуальных свойств ЭКМ, так и от условий, при которых проис­ходит это возбуждение. В зависимости от целого ряда факторов и видов приложения энергии в ЭКМ могут протекать различные процессы, кото­рые характеризуются целым рядом показателей, таких как.

а) минимальный инициирующий импульс − минимальное количе­ство стандартного ЭКМ, при подрыве которого может быть возбуждена детонация исследуемого ЭКМ;

б) критический диаметр детонации − диаметр, при превышении ко­торого в ЭКМ возможно протекание устойчивой, стационарной детона­ции открытого заряда. Критический диаметр определяется временем протекания химической реакции в зоне детонационной волны;

в) расстояние передачи детонации − максимальное расстояние меж­ду испытываемым зарядом и стандартным инициатором, при подрыве котopогo в испытуемом заряде еще возбуждается устойчивая детона­ция. Расстояние передачи детонации характеризует чувствительность ЭКМ к УВ.

г) критическое давление возбуждения детонации − минимальное давление УВ, при прохождении которой по заряду ЭКМ в нем возбужда­ется устойчивая, стационарная детонация.

 Проводимая по указанным показателям оценка характеризует сте­пень пожаровзрывоопасности перерабатываемого материала и служит отправной точкой для организации безопасного производства ЭКМ или его транспортирования.