Прогнозирование результатов воздействия высокоточного оружия на объекты железных дорог



Скачать 80.67 Kb.
Дата17.11.2018
Размер80.67 Kb.

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЫСОКОТОЧНОГО ОРУЖИЯ НА ОБЪЕКТЫ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

В.Н. ТЮПИН, профессор, доктор технических наук.

Профессор Иркутского государственного университета путей сообщения ЗабИЖТ, г.Чита

В настоящее время Россия, первая в мировой практике, создала систему мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций (ЧС), позволяющую оперативно реагировать на любые угрозы и вызовы современного мира. В МЧС России создан центр «Антистихия», который разрабатывает для системы оперативного реагирования более 500 прогнозов ЧС различной заблаговременности. Данная работа посвящена прогнозу устойчивости элементов железнодорожного пути, скальных откосов выемок, портальной части железнодорожного тоннеля и моста при воздействии точечного взрыва.

В ХХ веке в результате развития научно-технического прогресса, создано высокоточное оружие (ВТО), которое подробно описано в работах [1,2, с.30-35].В ряде ведущих стран мира в 1991 году было всего 7% оружия, которое можно отнести к высокоточному. В настоящее время ВТО в вооружении составляет около 95% [3,с.2].

ВТО – это комплекс вооружения, состоящий из средств разведки, управления, доставки и поражения цели, обеспечивающий наведение боеприпасов на цель и ее поражение. Управляемые средства поражения – это ракеты, бомбы, снаряды, торпеды. Наведение боеприпаса осуществляется различными системами: телевизионной, лазерной с подсветкой, радиолокационной, инфракрасной и комбинированной. Масса боевой части ВТО составляет от 30 до 900 кг взрывчатого вещества (ВВ). Общая масса боеприпаса в 2-3 раза больше массы ВВ. Скорость движения управляемого боеприпаса изменяется от 50 до 2000 м/с. Точность поражения цели, то есть круговое вероятное отклонение боеприпаса составляет от 0,5 м до 0,5Rn (Rn – радиус зоны поражения цели), вероятность поражения типовой цели – более 0,5[1,2, с.30-35].

Железные дороги являются стратегически и экономически важными объектами любого государства. В случае использования ВТО наиболее уязвимыми элементами железных дорог будут железнодорожные пути, мосты, порталы тоннелей, а также откосы выемок железнодорожных путей.
Вначале рассмотрено воздействие ВТО на железнодорожный путь с определением радиусов разрушения элементов пути. Данные исследования позволят определить затраты времени и средств на восстановление движения по железнодорожным путям.

При перемещении ВТО вниз вблизи электрифицированного железнодорожного пути защитой могут служить контактные провода и опоры контактной сети с элементами подвески проводов. При соприкосновении с ними взрыв может происходить в воздухе и степень разрушения элементов пути будет весьма незначительной. Поэтому наиболее вероятной точкой попадания боеприпаса будет земная поверхность вблизи железнодорожного пути.

Механизм воздействия боеприпаса при взрыве точечного заряда на поверхности грунта представляется следующим образом. В результате кинетического действия боеприпаса и взрыва ВВ в радиальном направлении от места взрыва в грунте или горной породе распространяется волна деформаций, разрушающая элементы железнодорожного пути. Согласно закону сохранения энергии, составлено и решено уравнение, в котором кинетическая энергия боеприпаса и часть энергии взрыва расходуются на упруго-пластические деформации грунта или горной породы (основания пути) и разрушение элементов железнодорожного пути.

Решение уравнения позволило получить формулу определения радиусов зон разрушения элементов железнодорожного пути



(1)

В формулах (1-2) буквенные индексы отображают физико-технические свойства горных массивов или грунтов, а также физико-технические параметры боеприпаса.

Расчеты по (1) проведены при расположении железнодорожного пути на скальном массиве горных пород и на глинистых, суглинистых грунтах при средних численных значениях параметров. Результаты расчетов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Прогнозные параметры разрушения элементов железнодорожного пути

при точечном взрыве



Наименование элемента железнодорожного пути

Величина

допустимого

напряжения на элемент пути, Па


Радиусы зон разрушения, м, при

расположении пути на



скальном горном массиве

глинистом,

суглинистом

массиве


Рельсы

107...108

1,7...7,8

1,1...5,2

Шпалы

(0,8...1,2)∙106

32...42

21...28

Балласт

(2,5...3,0)∙105

80...91

54...61

Земляное полотно

(0,6...0,8)∙105

194...235

130...157

Анализ зависимости (1) показывает, что радиус зоны разрушения элементов железнодорожного пути существенно зависит от упругих свойств основания, взрывных параметров боеприпаса, а также от прочности элементов железнодорожного пути.

По численным расчетам радиусов зон разрушения элементов пути (при средних параметрах свойств основания, элементов пути и параметрах боеприпаса) можно определить длину участков, на которых необходимо восстанавливать отдельные элементы железнодорожного пути [4, с.75-78].
Во второй части рассмотрено воздействие точечного взрыва на откосы выемок железнодорожного пути с определением радиуса зоны обрушения скального откоса выемки. Данные расчёты позволяют определить затраты времени и средств на восстановление движения по железнодорожным путям.

Наиболее опасными участками железнодорожных путей являются участки с гористой местностью. Кинетическое воздействие и взрыв ВТО на поверхности откоса выемки с нарушенным массивом приведет к образованию в нем зоны раздавливания, зоны радиального трещинообразования и зоны сейсмических обрушений горных пород. Обрушение горных пород приводит к перекрытию железнодорожных путей. Для планирования сроков восстановительных работ на путях необходимо знать радиус зоны обрушений, который определяет вероятную длину перекрытого горной массой участка пути.

Для определения радиуса зоны обрушений составлено и решено энергетическое уравнение, согласно которому часть кинетической энергии боеприпаса и энергии взрыва ВВ расходуется на упругопластические деформации трещиноватого горного массива. Решение этого уравнения позволило определить радиус зоны обрушения горных пород с поверхности откоса выемки с учетом допустимых предельных деформаций трещиноватого массива.

. (2)
Расчеты по (2) дают Rобр=61,2 м. Численный анализ зависимости (2), определяющей объемы обрушений горной породы показывает, что радиус обрушений существенно зависит от параметров трещиноватости горного массива и его физико-технических свойств. Наиболее существенно на параметры обрушения влияют динамические характеристики боеприпаса и детонационные свойства взрывчатого вещества [5, с.156-158].
При взрыве ВТО вблизи портала железнодорожного тоннеля наиболее вероятной точкой попадания боеприпаса будет земная поверхность.

Для определения расстояния от точки взрыва до границы зоны разрушения обделки тоннеля составлено и решено энергетическое уравнение, согласно которому кинетическая энергия боеприпаса и часть энергии взрыва расходуются на упругопластические деформации трещиноватого массива и разрушение обделки тоннеля.

Решение этого уравнения на основе законов физики и геомеханики позволило получить формулу определения расстояния от места взрыва до точки, на которой происходит разрушение обделки железнодорожного тоннеля.

. (3)

В формуле (3) буквенные индексы отображают физико-технические свойства горных пород, упругие и прочностные свойства бетона обделки тоннеля, а также физико-технические параметры боеприпаса. Определена длина обрушенного участка тоннеля, который необходимо восстанавливать.

Расчеты по (3) при средних значениях параметров и =3,2∙106 Па, =0,2, дают =32,9 м.

Учитывая многочисленные опытные данные при ведении подземных взрывных работ в горной промышленности можно сказать, что численные значения по порядку величины соответствуют реальным значениям радиусов зон разрушения бетонной обделки железнодорожного тоннеля.


Взрыв ВТО вблизи железнодорожного моста. Точность попадания ВТО в цель составляет от 0,5 м до 0,5 (около 10 м) при вероятности 0,5. То есть, при поражении железнодорожного моста боеприпас либо взорвется при попадании в металлическую ферму, либо упадет рядом с мостом в воду. При попадании в верхнюю конструкцию, ферму, разрушению подвергнется она. Железнодорожный путь вероятно будет не разрушен, так как давление в воздушной ударной волне из-за сильной сжимаемости воздуха резко снижается с расстоянием.

Наиболее вероятен вариант – попадание боеприпаса в воду. Вода является практически не сжимаемой жидкостью, поэтому очень хорошо передает энергию взрыва. В этом случае разрушению могут быть подвергнуты опоры железнодорожного моста – быки.

При взрыве ВТО в воде за счет расширения продуктов детонации (1 кг ВВ за время 10-6 сек выделяет около 1 м3 газов), а также за счет кинетической энергии боеприпаса в воде образуется гидроударная волна (ГУВ), которая создает избыточное давление. При превышении давления на фронте ГУВ предела прочности быка, происходит его разрушение и нарушается движение поездов.

Расстояние от места взрыва до быка, на котором возможно его разрушение можно определить на основе закона сохранения энергии: часть энергии взрыва и кинетическая энергия боеприпаса затрачивается на формирование ГУВ и разрушение быка.

Решение этого уравнения после подстановки в него физико-математических зависимостей позволило получить предельное расстояние от точки взрыва до быка, меньше которого происходит его разрушение.

. (4)

В формуле (4) буквенные индексы отображают физико-механические свойства воды, прочность бетона быка, а также физико-технические параметры боеприпаса.

Численные расчеты по (4) и =0,8, =4∙107 Па, =10 м дают =16 м.

Численный анализ зависимости (4) показал, что радиус разрушения быков железнодорожного моста существенно зависит от физико-технических параметров боеприпаса и прочности быков.

Теоретические исследования процесса воздействия боеприпаса на элементы железнодорожного пути, скальные откосы выемок, вблизи портальной части железнодорожного тоннеля и моста позволили разработать формулы для определения радиусов зон разрушения. Численный анализ и расчеты по формулам позволили определить вероятные радиусы зон разрушения и установить физико-технические параметры, наиболее заметно влияющие на размеры зон разрушения. По прогнозируемым параметрам разрушений можно определять сроки, объемы и стоимость восстановительных работ на железных дорогах.
Литература

1. Григорьев А.В. Новая управляемая американская бомба. – Зарубежное военное обозрение. - №2. – 1992. – с.30-35.

2. Рогозин Д.О. Война и мир в терминах и определениях. – Военно-политический словарь. – М.: Изд. «Вече», 2011. – 640 с.

3. Википедия. – ru.wikipedia.org/wiki/ Высокоточное оружие. – 4 с.



4. Тюпин В.Н., Рубашкина Т.И. Установление параметров разрушения элементов железнодорожного пути при точечном взрыве. – Стратегия развития и национальная безопасность. -Москва: Изд. ООО «Фирма «Филмат». - №10. – 2014.-С. 75-78.

5. Тюпин В.Н. Определение параметров разрушающего действия точечного взрыва на скальные откосы выемок железнодорожного пути. – Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - Иркутск – ИрГУПС. -№3(43). – 2014.- С.156-158.


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница