CC BY
9
Pavlyuchenko Alina Nikolaevna, junior researcher, [email protected], Russia, Moscow, FBU 21 Central Research Institute of the Ministry of Defense of the Russian Federation,
Ishkov Anton Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, asihkov@mail. ru, Russia, Penza, Penza State University
УДК 623.4.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-2-54-55
ОДИН ИЗ ПОДХОДОВ К ОЦЕНКЕ ТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ТЕРМОБАРИЧЕСКИХ БОЕВЫХ ЧАСТЕЙ РЕАКТИВНЫХ ШТУРМОВЫХ ГРАНАТ И РЕАКТИВНЫХ ПЕХОТНЫХ ОГНЕМЕТОВ
Ф.А. Савченко, А.С. Голенко, М.С. Воротилин, А.С. Ишков
Приведен один из подходов к оценке эффективности теплового воздействия реактивных штурмовых гранат и реактивных пехотных огнеметов боевые части которых снаряжаются конденсированными, пластизоль-ными или термобарическими взрывчатыми составами, обеспечивающих осколочное, фугасное, зажигательное и тепловое воздействие на цель.
Ключевые слова: оценка теплового воздействия, реактивная штурмовая гранат, боевая часть, инфракрасное излучение, интенсивность теплового излучения.
Реактивные штурмовые гранаты РШГ-1 и РШГ-2, реактивная многоцелевая граната (РМГ), а также реактивные пехотные огнеметы РПО-А, РПО-ПДМ, малогабаритный огневой гранатомет МРО-А а также ПТУР имеют боевые части (БЧ) снаряженные термобарическими составами (ТБС).
Первой огневой смесью, реализованной в РПО-А стала ОМ-100МИ, представляющей собой термобарический состав (ТБС) на основе магниевой пудры и обладающей совершенно неоспоримым преимуществом, а именно дешевизной, так как производство композиции осуществляется прямым дозированием дешевых компонентов в корпус изделия при его снаряжении.
В РШГ-2 в качестве снаряжения стали использовать ТБС ЛП-30Т, а для РШГ-1 позаимствовали огнемётную смесь ОМ-100МИ-3Л. Со временем для снаряжения РШГ-1 стали использовать только вещество ЛП-30Т.
Такие боеприпасы позволяют эффективно бороться с огневыми точками и живой силой противника, находящейся на дистанциях от 50 до 600 м, в том числе в зданиях и сооружениях.
Принято считать, что основным поражающим действием БЧ являются параметры взрыва ТБС, а именно, избыточное давление во фронте ударной волны (УВ), удельный импульс УВ, а также приведенная площадь фугасного поражения. Так как ТБС заключен в тонкостенную оболочку БЧ, следовательно, на ряду, с действием параметров взрыва ТБС будет иметь место и осколочное действие, оцениваемое также приведенной зоной поражения. Однако вопрос об оценки теплового воздействия при взрыве ТБС практически не оценивается. Поэтому разработка методики оценки теплового воздействия параметров взрыва БЧ с ТБС представляет актуальную задачу. При этом необходимо разграничить критерии зажигательного действия боеприпасов и теплового воздействия при взрывае ТБС.
При рассмотрении осколочного действия боеприпасов специалисты МГТУ им. Н.Э. Баумана [1,2] зажигательное действие поражающих элементов (ПЭ) боеприпасов связывают с их попаданием в уязвимые зоны цели (топливные баки, ракетные двигатели и т. п.). Так как ПЭ имеют достаточные скорости и массы, могут вызвать их воспламенение, и как следствие вывод цели из строя. При этом в качестве основного критерия, определяющую зажигательную способность осколка, рекомендовано принимать его удельный импульс
Т = mocУoсJ = ^ТКск/ ,
J ПЭ /s /Ф
где mск - масса осколка; VocK - скорость осколка; Ф = 1,8.. .2,2 - параметр формы осколка
Ф = S/
оск
'V2/3'
S - средний мидель осколка
S = 1 (ab + bc + ac)
а, Ь, с - стороны произвольного прямоугольного параллелепипеда.
При оценки эффективности боеприпасов объемного взрыва за критерий принимаются параметры воздействия воздушных ударных волн: избыточное давление во фронте ударной волны, удельный импульс по которым определяется приведенная зона поражения. Оценка теплового воздействия при взрыве ТБС в работах [1,3] не производилась по всей вероятности из-за того, что параметры осколочного и фугасного действия превалируют по сравнению с воздействием теплового излучения взрыва ТБС.
Не рассматривалось зажигательное или тепловое воздействие термобарического взрыва боеприпасов и в филиале ВА МТО (г. Пенза) [4].
Военные эксперты МВАА в своей оценки эффективности поражающего действия средств поражения [5], применительно к зажигательному действию боеприпасов рассматривают удары авиации и артиллерии через призму совместного воздействия факторов массового пожара на объектах противника. К поражающим факторам ими отнесены: высокая температура среды инфракрасное излучение пламени (ИКИ), которое характеризуется облученностью (е обл) и окись углерода (СО).
Параметры этих поражающих факторов нарастают в процессе развития массового пожара, достигают своих максимальных значений в период соединения очагов горения, а затем уменьшаются до нормальных значений. Однако применительно к оценки одиночного взрыва БЧ с ТБС данный поход по очевидным причинам не может быть применен, ввиду невозможности создания массового пожара. Вместе с тем не без интересен подход к оценки инфракрасного излучения (электромагнитного излучения), которое характеризуется облученностью (еобл), количеством тепловой энергии, падающей на единицу площади в единицу времени. Поражающее действие ИКИ связано с прогреванием открытых и защищенных обмундированием частей тела. Тяжесть ожога зависит от облучения Еобл и от
экспозиции Тобл.
В табл. 1 приведены характеристики стационарного ИКИ при воздействии на открытые части тела
Таблица 1
Характеристики предельно-допустимого воздействия ИКИ на человека__
Облученность, Еобл, кал/см2.с 0,067 0,1 0,133 0,167 0,333 0,568
ЭКСПОЗИЦИЯ, Тобл, с 22,7 13,4 7,5 5,1 1,5 0,5
Импульс, U= Еобл тобл кал/см2 1,52 1,34 1,0 0,85 0,5 0,284
Анализ данных табл. 1 показывает, что импульс ИКИ (Ц). рассчитанный как произведение облученности и экспозиции, зависит от уровня воздействующей энергии: чем больше энергия, тем меньше импульс. Объяснение этому явлению дает эксергетический метод термодинамического анализа. Дело в том, что воздействие одной и той же единицы энергии (например, одной калории) зависит от разности температур воздействующей среды (Тв) и температуры самого объекта (Тоб). Т.е. необходимо учитывать термический коэффициент полезного действия (КПД) данного уровня энергии:
о -Тв-Тц
лики — Тв .
Если температура цели 37°С (310°К) и воздействующая температура 50°С (323°К), то КПД будет равен: &ики — (323 — 310)/323 — 0,04. Однако при воздействии температуры 150°С (423°К) ЯИКИ =0,267.
Облученность, создаваемая ИКИ, пропорциональна четвертой степени температуры излучающего его пламени и это позволяет с использованием термического КПД определить так называемую эффективную облученность еЕ:
еЕ — £ • ДИКИ — , где 5е - энтропия излучения, рассчитываемая по формуле:
5£ — 1,84 -(-1В)3.
Е 4100)
Импульс ИКИ, рассчитанный как произведение эффективной облученности и экспозиции, называется эффективным:
ие — ее • г.
Рассчитанные по данным зависимостям значения эффективной облученности и эффективного импульса ИКИ. характеризующие предельно-допустимое воздействие, приведены в табл. 2.
Таблица 2
Характеристики предельно-допустимого воздействия ИКИ на человека__
Экспозиция, т, с 22,7 13,4 7,5 5,1 1,5
Облученность, е, кал/(см2 с) 0,067 0,1 0,133 0,167 0,333
Эффективная облученность, es, кал/(см2 с) 0,123 0,024 0,028 0,01 0,038
Эффективный импульс, UF, кал/см2 0,216 0,286 0,300 0,309 0,289
Данные, приведенные в четвертой строке этой таблицы, свидетельствуют о том, что предельно-допустимое воздействие ИКИ можно характеризовать одним числом: средней величиной эффективного импульса ИКИ, равного 0,280 кал/см2, что справедливо для оценки воздействия ИКИ как фактора массового пожара, в тоже время значение эффективного импульса ИКИ, равного 0,289 кал/см2 ( или 12,1 кДж/м2; или 12,1 кВтс/м2), характерное для экспозиции в 1,5 с, может быть принято за базовое значение при оценки теплового воздействия взрыва БЧ с ТБС.
Аналогичным образом могут быть получены среднепоражающие (вероятность поражения человека равна 0,5) значения эффективных импульсов ИКИ. приводящие к потере боеспособности живой силы на время не менее заданного (например: на время не менее 0,5 часа ие — 0,95 кал/см2).
Окись углерода - бесцветный газ, не имеющий запаха, вызывает отравление. Тяжесть отравления зависит от концентрации окиси углерода (Ссо) и экспозиции (т).
В табл. 3 приведены характеристики воздействия на человека окиси углерода, приводящие к тяжелой степени отравления.
Как следует из данных табл. 3 добиться экспозиции в 3 с при взрыве ТБС не представляется возможным даже в замкнутых объемах промышленной застройки.
Таблица 3
Характеристики воздействия на человека окиси углерода, приводящие к тяжелой степени отравления
Концентрация окиси углерода, ССО, мл/л 0,98 3,4 5,7 7,04 11,5 14,1
Экспозиция, т, мин 210 30 12,5 10 5 3
Доза окиси углерода, Д, мг-мин/л 205 102 74 70 57 42
Тепловое воздействие на человека зависит от температуры среды (Тв). экспозиции (т) и характеризуется величиной эффективного теплового импульса, рассчитываемого с учетом термического коэффициента полезного действия Кг=Кики (формула 2.8):
иТ — Тв • йг • г. 55
Среднепоражаюшее значение эффективного теплового импульса, приводящего к потере боеспособности человека на время не менее 0,5 часа Уг50 равно 144 град. мин.
Приведенный выше анализ, показал, что для оценки теплового воздействия взрыва ТБС целесообразно за основу принять метод расчета интенсивности теплового излучения [8,9] через интенсивность теплового излучения.
Интенсивность теплового излучения дизл, кВтхм2, для взрыва «огненного шара») допускается вычислять по формуле [8,9]:
<7„зл = 5,7 •^•[ЙОр)4- ЙОоГКбл, где 5,7 — коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м2К4); е„р - приведенная степень черноты системы
£пр = (1/£ф + 1/еоб - 1)
Еф - степень черноты факела (при горении древесины - 0,7; нефтепродуктов - 0,85); Еов - степень черноты облучаемого объекта (для древесины может быть принята равной 0,9); Твзр - температура взрывчатого превращения ВВ, К (для ЛП-30Т -2000 К); Тов - температура облучаемого объекта, К; фовл - коэффициент облученности между излучающей и облучаемой поверхностями (для Гов ^ Гвзр)
^обл = "
агсгд
^Ровл
Г • г
взр ов
\1 - 0,058 • 1пгов ]
0,327
(гвзр + Гов )
где Гвзр — радиус взрыва «огненного шара», м; Гов - расстояние от облучаемого объекта до центра взрыва «огненного шара», м.
Радиус «огненного шара» определяется по формуле
г„зр = 2,665 • где тэкввв — масса горючего вещества, кг.
Время существования «огненного шара» взрыва 1взр, с, определяют по формуле
£Взр = 0,92 • тОв303
Условную вероятность поражения человека тепловым излучением Ризл определяют следующим образом:
Р„зл = -14,9 + 2,56 • (п^взр • ¿л3), Вероятность поражения людей тепловым потоком зависит от индекса дозы теплового излучения I, который определяется из соотношения:
Iизл = ^р (1000 • Цизл )1333 .
Кроме выше приведенной методике, также расчет интенсивности теплового излучения «огненного шара» Цизл, кВт/м2 , проводят по формуле [10]
д = Е • Р •Т ,
1 изл / д атм
где Б/- среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени, кВт/м2; Бд - угловой коэффициент облученности; Татм - коэффициент пропускания атмосферы; Б/ определяют на основе имеющихся экспериментальных данных для каждого ВВ и по своей сути представляет собой теплоту взрыва ВВ, для ЛП-30Т равна 2120 ккал/кг; Бд рассчитывают по формуле
Р =
УВ +05
(И/О, + 0,5)2 + ( Гов/В^)2
4
где И - высота центра "огненного шара", м; Б, - эффективный диаметр «огненного шара»", м; Гов - расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара», м. Эффективный диаметр «огненного шара» рассчитывают по формуле
В, = 5,33т°в327,
где твв - масса горючего вещества, кг; И определяют в ходе специальных исследований. Допускается принимать И равной В/2.
Время существования «огненного шара», с, рассчитывают по формуле
Г = 0,92тВ3в03,
Коэффициент пропускания атмосферы Татм рассчитывают по формуле
Татм = еХР
- 7,0 • 10-4 г2 + И2 - В
2
в табл. 4.
Результаты расчета теплового потока взрыва 1,1 кг ТБС ЛП-30Т по выше указанным методикам приведен
Таблица 4
Результаты расчета теплового потока взрыва 2,2 кг ТБС
Гов, м 1 2 3 4 5
дш, кВт/м2 [8.9] 504,6 439,6 358,1 279,8 214,9
дизл, кВт/м2 [10] 329,8 417,8 364,5 285,9 219,7
1,5
Представленные данные табл. 4 выявили довольно неожиданные результаты. Во первых, разница в полученных результатах, полученных по методике [8,9] и ГОСТ [10] более чем в 3 раза, а также неопределенность в выборе критерия поражения человека.
Так в соответствии с критерием МААА [6] значение эффективного импульса ИКИ, равного 0,289 кал/см2 (или 12,1 кДж/м2; или 12,1 кВтс/м2), характерное для экспозиции в 1,5 с, может быть принято за базовое значение при оценки теплового воздействия.
В соответствии с рекомендациями методики [8,9], при быстро меняющемся тепловом потоке (в случае теплового излучения от поднимающегося огненного шара) ожоги III степени вызывает доза излучения величиной порядка Бг = 160 кДж/м2. В качестве внешней границы смертельного поражения людей при воздействии огненного шара принимается величина дозы равная 375 кДж/м2. Если принять это значение за критерий то по данным табл. 4 тепловое воздействие на человека не превышает 3 м, при этом оба рассмотренных подхода дают практически схожие результаты.
Для наглядности и сравнительного анализа на рис. 1 приведена последовательность кадров скоростной видеограммы взрыва макетов БЧ снаряженного пластизольным ВВ ПВВ-5А массой 1,1 кг. Так как характеристики ПВВ-5А близки с характеристиками ЛП-30Т, это дает возможность проведения сравнительного анализа полученных расчетов и экспериментальных данных. В ходе экспериментальных исследований при подрыве макета БЧ на расстоянии от 4 до 10 м от центра взрыва были расположены вертикальные деревянные щиты, на поверхности которых также была развешена ветошь, смоченная в дизельном топливе.
Процесс взрыва макета БЧ фиксировался с помощью скоростной видеокамеры, частота кадров которой составляла 1000 кадр/с. Зависимость интегральной светимости продуктов взрыва от времени фиксировалась с помощью оптико-электронного устройства на основе фотодиода.
Анализ данных рис. 1 подтверждают полеченные теоретические результаты, так как исходя из последовательности кадров максимальный радиус инфракрасного излучения взрыва составляет до 3 м от центра и наступает через 1.. .2 мс после инициирования ВВ.
» 1
1 МС
12 мс
Рис. 1. Последовательность кадров скоростной видеограммы взрыва макета БЧ
Таким образом, учитывая, что приведенная площадь осколочного поражения для БЧ РШГ-1 составляет 400 м2, а приведенная площадь фугасного поражения только 150 м2, при этом фугасное действие является преобладающим по сравнению с другими факторами, то становится очевидным что тепловое воздействие менее интенсивное. При этом предложенные методики для оценки теплового воздействия на человека могут быть использованы при оценки параметров взрыва на человека при воздействии БЧ зажигательного типа, как по критерию [6,8-10], так и использованных методик [8-10].
Список литературы
1. Боеприпасы: учебник: в 2 т. / под общей ред. В.В. Селиванова. Москва: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016.
2. Осколочное действие боеприпасов: учебное пособие / С.С. Рассоха, В.В. Селиванов; под общ. ред. В.В. Селиванова. Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. 209 с.
3. Фугасное действие боеприпасов: учебное пособие / С.С. Рассоха, В.В. Селиванов; под общ. ред. В.В. Селиванова. Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. 209 с.
4. Действие артиллерийских боеприпасов: учеб. пособие / П. Н. Дерябин [и др.]. Пенза: ПАИИ, 2004.
251 с.
5. Сборник методик оценки эффективности поражающего действия средств поражения: учеб. пособие для вузов / А.А. Ганин, Н.Н. Борисов, Ф.А. Савченко [и др.].; под общ. ред. А.А. Ганина. Пенза: ПАИИ, 2013. 184 с.
57
6. Оценка эффективности огневого поражения ударами ракет и огнем артиллерии / под общ. ред. А.А. Бобрикова. СПб.: «Галея Принт», 2006. 424 с.
7. Пожаровзрывозащита: учебное пособие / сост. А.И. Сечин, О.С. Кырмакова; Томский политехнический университет. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2015. 248 с.
8. Сборник методик по прогнозированию возможных аварий, катастроф, стихийных бедствий в РСЧС (Книга 2). М.: МЧС, 1994. 76 с.
9. Руководство по определению зон воздействия опасных факторов аварий с сжиженными газами, горючими жидкостями и аварийно химически опасными веществами на объектах железнодорожного транспорта. Утверждено МПС России 20.11.1997.
10. ГОСТ Р 12.3.047-98. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы
контроля.
Савченко Федор Анатольевич, д-р техн наук, профессор, [email protected], Россия, Пенза, Филиал Военной академии материально-технического обеспечения,
Голенко Александр Сергеевич, соискатель, главный эксперт научно-технического комитета, Россия, Москва, Главное ракетно-артиллерийское управление Министерства обороны Российской Федерации,
Воротилин Михаил Сергеевич, д-р техн. наук, профессор, проректор ТулГУ, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ишков Антон Сергеевич, доцент, docent584@mail. ru, Россия, Пенза, Пензенского государственного университета
ONE OF THE APPROACHES TO AN ESTIMATION OF THERMAL INFLUENCE OF BATTLE (DASHING) PARTS OF VOLUMETRIC EXPLOSION OF MANUAL JET ASSAULT ROCKETS
F.A. Savchenko, A.S. Golenko, M.S. Vorotilin, A.S. Ishkov
One of the approaches in one of the approaches in one of the approaches in one& of approaches in which bat-tle(dashing) parts are equipped condensed, plastic or thermal explosive structures ensuring a defeat by splinters, demolition and thermal influence on the purpose.
Key words: an estimation of thermal influence, manual jet assault rocket, battle(dashing) part, infra-red radiation, intensity of thermal radiation.
Savchenko Fedor Anatolyevich, doctor of technical sciences, professor, Savchenkofedan@yandex. ru, Russia, Penza, Branch of the Military Academy of Logistics,
Golenko Alexander Sergevich, applicant, chief expert of the scientific and technical committee, Russia, Moscow, Main Rocket and Artillery Directorate of the Ministry ofDefense of the Russian Federation,
Vorotilin Mikhail Sergeyevich, doctor of technical sciences, professor, vice-rector of Tula State University, Tula, Russia, Tula State University,
Ishkov Anton Sergeevich, docent, docent584@mail. ru, Russia, Penza, Penza State University
УДК 623.4.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-2-58-59
ОДИН ИЗ ПОДХОДОВ К ОЦЕНКЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОСКОЛОЧНО-ЗАЖИГАТЕЛЬНОГО ПОРАЖЕНИЯ ТОПЛИВОНАСЫЩЕННЫХ ОБЪЕКТОВ РЕАКТИВНЫМИ ШТУРМОВЫМИ ГРАНАТАМИ
Ф.А. Савченко, А.С. Голенко, М.С. Воротилин, О.Г. Земцова, А.Г. Елистратова
Приведен один из подходов к оценке эффективности осколочно-зажигательного поражения топливона-сыщенных объектов реактивными штурмовыми гранатами, боевые части которых снаряжаются конденсированными, пластизольными или термобарическими взрывчатыми составами, обеспечивающих осколочное и фугасное воздействие на цель.
Ключевые слова: оценка эффективности, реактивная штурмовая гранат, боевая часть, элементарная цель, осколочное и фугасное действие, вероятность воспламенения, вероятность поражения.
Реактивные штурмовые гранаты РШГ-1 и РШГ-2 имеют боевые части (БЧ) снаряженные термобарическими составами (ТБС) ОМ-100МИ-3Л и ЛП-30Т соответственно. Следовательно, основным поражающим действием БЧ являются параметры взрыва ТБС, а именно, избыточное давление во фронте ударной волны (УВ), удельный импульс УВ, а также приведенная площадь фугасного поражения. Однако ТБС заключен в тонкостенную оболочку БЧ, следовательно, на ряду, с действием параметров взрыва ТБС будет иметь место и осколочное действие.
Наиболее употребляемой характеристикой эффективности действия осколочных БЧ по наземным целям является приведенная площадь осколочного поражения, в достаточной степени изученная и апробированная [1-5].
58
