)ения температура пара прочность стали начи-нергосодержание воды

гея часть энергии взры-орость , приобретен-

(4.3)

еродистых сталей спо-J0 показать нескольки-

потенциальная энергия [е передачи импульса Максимальная потен-

;мом равна полови-

шение А1 = /адоп/Е

О. Отсюда легко полу-ной энергии на едини-

Q 211

пpeд fc пред V

орп

корп

(4.6)

(4.7)

Таким образом, стальная камера, сооруженная без опоры на другие массы и заполненная испаряющимся теплоносителем, требует на каждую тонну тротилового эквивалента производимого внутри нее взрыва более 500 т стали, закладываемой в корпус. Заметим, что в первом приближении масса корпуса не зависит от радиуса камеры: чем меньше радиус, тем толще должна быть стенка.

Поскольку невозможно равномерно распределить потенциальную энергию растяжения по всему корпусу, следует иметь двойной запас, то есть -1000 тонн стали на килотонну т. э. Для проектов Э. Марвика [35], предназначенных для небольших взрывов, такая материалоемкость допустима. Допустима она и для ВБР (см. § 2.6). Но для КВС, рассчитанного на взрывы в 25 кт т. э., потребовалось бы затратить 25 млн т стали. Это слишком много, необходимо искать другое решение.

Вместе с тем обратим внимание и на следующее обстоятельство. Если теплоноситель в стальной сфере, работающей по схеме КВС (один-два взрыва в час), разместить не равномерно по объему, а в виде защитной стенки вблизи стального корпуса, то массу вещества, разгоняемого взрывной волной, можно было бы снизить. Скорость стальной оболочки тоже снизилась бы, и материалоемкость оказалась бы не столь высокой. Но создание защитной стенки в сферической камере нам кажется более сложной задачей, чем в цилиндрической, конической или бочкообразной.

(4.4)

J массы корпуса есть уса позволяет оценить

(4.5)

м-, p = 7,8 10кг/м^ ем пред = 5 м/с. емкость Шкорп сфери-

§ 4.3. Подводная камера

Представленные в предыдущем параграфе оценки показывают, что корпус взрывной камеры выполняет две функции. Во-первых, это масса, снижающая скорость движения фрагментов корпуса. Во-вторых, это конструкция, обладающая необходимой прочностью, чтобы погасить кинетическую энергию этой массы. Возникает вопрос: нельзя ли обеспечить массу присоединением к корпусу чего-то более дешевого, чем сталь. Вода - один из таких материалов, обладающих кроме того способностью к самовосстановлению. Если за счет нее можно сбросить большую часть скорости стальной оболочки, последняя может быть сделана тонкостенной. Это и позволяет снизить материалоемкость взрывной камеры.

Поясним, как гасится механический импульс стенки присоединенной к ней массой воды. Аналогичный механизм гашения работает в камерах, стальная облицовка которых находится в контакте с другими материалами: гранитом, бетоном, щебнем и т. п. Напомним, что в рамках этой главы мы боремся с вредным влиянием ударных (импульсных) давлений, но не статических или квазистатических.

Будем считать, что нам удалось разместить под водой сравнительно тонкостенную сферическую камеру (рис. 4.1), в которой после взрыва с Q = \0 Дж на расстоянии г = 50 м от центра взрыва возникает удельный импульс 150 = 1 атм-с = 10кг/(мс). Этот импульс соответствует зависимости механи-

ческого импульса (3.39) от радиуса: г(г) = 0,75 10 /л/г , где i - в Па-с.

Рис. 4.1. Схема подводной камеры:

1 - начальное положение оболочки; 2 - положение оболочки в момент остановки

при максимальном отклонении; 3 - положение акустической волны в момент остановки оболочки; 4 - распределение давления в акустической волне

Если тонкостенная стальная оболочка радиусом Ккорп \}\ обладающая

удельной массой fo, [кг/м ], получила удельный импульс / [кг/(м с)], она будет иметь скорость v q - i/i [м/с] и будет испытывать тормозящее давление

pcvopn (р = 10 кг/м^ - плотность воды; с = 1,5 10 м/с - скорость звука в во-де; vopn-скорость оболочки, м/с),

Ускорение торможения оболочки определяется уравнением

PCV;

(4.8)

а решение этого уравнения дает зависимость скорости и перемещения от времени: , -. . . i., - . = -

корп ~ корп о *

(4.9)

где Хторм =Р-1рс -удельной массы. реальные перемен ния может быть пр

если Дг и R вырая После остано!

и соответствующе!

где Е = 2Л0ю:/съ Для сравните етах 10 -Подс чим относительно

ности. Этот прим( тельно проще, чем Чтобы обеспе увеличить радиус i

составит Дг 6 см,

в стальной оболо

При толщине обол

бы Ххорм = 270 Ml

торможения до V = щения по воде г

2300 кг/м^ воды. ] Трудно преде подводной взрывн приблизительные.

ои сравнительно тонко-е взрыва с 6 = 10 Дж 1ет удельный импульс г зависимости механи-г / - в Па с.

?cvkopn

В момент остановки еской волны шустической волне

корп[м], обладающая

\i [кг/(м-с)], она будет тормозящее давление

- скорость звука в во-

(4.8)

.перемещения от вре-

~ корп о торм

(4.10)

где Хторм = Д/рс - постоянная времени торможения оболочки, зависящая от ее

удельной массы. Заметим, что мы не учитывали упругие свойства оболочки; реальные перемещения будут несколько меньше. Полная длина пути торможения может быть представлена как

(Аг) =

V /max

0,75 Ю

Р^лУ корп -у/ корп

(4.11)

если Аг и Л выражены в метрах.

После остановки оболочка будет иметь относительное удлинение

max

(4.12)

Чорп kopn-yJ кopп и соответствующее этому удлинению растягивающее напряжение

раст -Е,

(4.13)

модуль Юнга для стали.

где Е = 2Л0кг/си-

Для сравнительно недорогих легированных сталей допустимо удлинение тах . Подставляя в (4.12) начальный радиус камеры ?корп =50 м, полу-

чим относительное удлинение е = 0,15ejax то есть семикратный запас прочности. Этот пример показывает, что проблема механического импульса значительно проще, чем проблема квазистатического давления.

Чтобы обеспечить квазистатическое давление в 60...80 атм, необходимо увеличить радиус камеры примерно до 70 м. На этом радиусе длина торможения

составит Аг = 6 см, относительное удлинение е = Ю^, а напряжение растяжения

в стальной оболочке -20 кг/мм (примерно 10-кратный запас прочности).

При толщине оболочки 50 мм (fo, = 400 кг/м ) постоянная торможения составила

бы Хторм ~ 270 МКС при начальной скорости vp q ~ 220 м/с. Полное время

торможения до v = 1 м/с составило бы -1,5 мс, в течение которого волна возмущения по воде прошла бы около 2,3 м, вовлекая в процесс торможения

2300 кг/м^ воды. Масса оболочки составила бы всего 24 ООО т.

Трудно представить, как можно реализовать энергоустановку на основе подводной взрывной камеры. Но изложенные выше оценки, пусть даже очень приблизительные, нам еще пригодятся.