многоцелевая боевая часть с трансформируемой оболочкой ударного действия

Формула изобретения

1. Многоцелевая боевая часть с трансформируемой оболочкой ударного действия, включающая корпус, в котором размещено взрывчатое вещество и взрыватель, отличающаяся тем, что в качестве взрывчатого вещества выбрано жидкое или пластичное взрывчатое вещество, а корпус выполнен с возможностью деформации при ударе о преграду с образованием кумулятивной облицовки и струи при последующем подрыве.

2. Многоцелевая боевая часть по п.1, отличающаяся тем, что передняя сужающаяся часть корпуса выполнена цилиндрическо-конической формы, при этом жесткость ее конической части меньше жесткости цилиндрической.

3. Многоцелевая боевая часть по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что стенка передней конической части корпуса выполнена переменной толщины.

4. Многоцелевая боевая часть по п.2 или 3, отличающаяся тем, что на наружную поверхность передней конической и цилиндрической части корпуса нанесено покрытие из материала с большей плотностью, чем плотность материала передней части.

5. Многоцелевая боевая часть по п. 4, отличающаяся тем, что толщина покрытия составляет не менее 0,1 от толщины стенки конической части корпуса.

6. Многоцелевая боевая часть по любому из пп.2-5, отличающаяся тем, что передняя коническая часть корпуса выполнена поперечно-гофрированной.

7. Многоцелевая боевая часть по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что взрыватель снабжен инерционным инициатором.

8. Многоцелевая боевая часть по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что между взрывателем и корпусом установлен эластичный демпфер.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области взрывной техники и техники вооружений, в частности к инженерным средствам пробития отверстий в преградах, для дистанционного дробления негабаритных кусков породы в горнодобывающей промышленности, а также к средствам поражения разнохарактерных целей, в т.ч. бронированных.

Для пробития брони боевой техники часто применяются артиллерийские снаряды, кумулятивные боевые части противотанковых ракет, кумулятивные бронебойные снаряды, снарядоформирующие заряды и др.

Повышенное местное действие взрыва заряда с кумулятивными выемками известно более 100 лет (Лаврентьев М.А. Кумулятивный заряд и принципы его работы / Успехи мат. наук. 1957, т. 1, с. 41-66; Физика взрыва / Под редакцией К.П. Станюковича. - М.: Наука, 1975).

Наиболее важное для практики значение имеет направленная осевая кумуляция, которая реализуется при подрыве зарядов, имеющих выемку различной формы (полусфера, конус, параболоид, гиперболоид и др.). Осевая кумуляция связана с образованием и направленным движением кумулятивной струи (КС).

Часть энергии кумулятивного заряда (КЗ) перекачивается в металл кумулятивной облицовки (КО) так, что оказывается сконцентрированной в тонком слое, который и образует КС. Вследствие этого достигается значительно большая плотность энергии в КС, чем при подрыве заряда без КО.

"Уплотнение" энергии, определяемое отношением диаметра выемки к диаметру КС, для зарядов без облицовки равно 4-5. Для заряда с металлической КО "уплотнение" значительно больше, т.к. диаметр КС значительно меньше, чем для зарядов без КО.

Масса металла, переходящего в КС, достигает ~20% массы КО. Могущество КЗ определяется энергетикой процессов детонации, а следовательно, содержанием высокоэнергетических компонентов в составе взрывчатого вещества (ВВ) заряда, однородностью КЗ по составу, точностью в проведении инициирования, точностью геометрических размеров заряда, а также плотностью, геометрическими размерами, пластическими свойствами и однородностью КО и др.

Мероприятия по оптимизации перечисленных параметров при изготовлении КЗ связаны с большими затратами труда, средств и материалов. Применение дорогостоящих высокоточных кумулятивных снарядов для поражения легкобронированной техники не всегда оправдано.

Значительное повышение эффективности может быть достигнуто за счет применения боеприпасов или боевых частей, способных поражать разнохарактерные цели, что приведет к сокращению номенклатуры используемых средств поражения. С этой точки зрения большой интерес представляют тонкостенные боеприпасы, снаряженные жидкими или пластичными ВВ.

Боеприпас с относительно тонкой "эластичной" оболочкой при взаимодействии с преградами изменяет свои линейно-угловые параметры.

Известны кумулятивные или фугасные боевые части различного назначения и различных конструкций, основная цель которых - разрушение или пробитие преграды с образованием отверстий, обеспечение максимального запреградного действия или, наоборот, минимального, но преследующего достижение определенного гидродинамического совершенства пробиваемых полостей (для случая кумулятивных перфораторов - Фридляндер Л.Я. Прострелочно-взрывная аппаратура и ее применение в скважинах. - М.: Недра, 1985).

Известна многоцелевая боевая часть, выбранная в качестве прототипа (патент N 5591935А, США, F 42 B 13/10).

Боевая часть состоит из корпуса, разрывного заряда, ускорителя детонатора и взрывателя ударного действия, который содержит две огневые цепи для передачи импульса детонации к ускорителю. Первая цепь предназначена для инициирования ускорителя при попадании в слабо защищенную цель. Вторая огневая цепь срабатывает при попадании в высокопрочную цель, когда перегрузки при контакте с целью велики и корпус деформируется без разрушения таким образом, что большая часть разрывного заряда контактирует с поверхностью цели, увеличивая эффективность срабатывания боевой части.

Вышеописанная боевая часть имеет недостатки. В представленном виде для увеличения лишь фугасного действия у цели боевая часть снабжена многими элементами, имеет сложную конструкцию и, следовательно, низкую надежность и высокую стоимость. Кроме того, не представляется возможным пробивать высокопрочную преграду (например, броню), что нерационально с точки зрения использования энергии взрыва.

Задачей заявленного изобретения является повышение эффективности действия боевой части.

Технический результат состоит в обеспечении кумулятивного действия обычной фугасной боевой части при ударе о преграду и достигается тем, что боевая часть содержит корпус, в котором размещены жидкое или пластичное взрывчатое вещество и взрыватель, а корпус выполнен с возможностью деформации при ударе о преграду с образованием кумулятивной облицовки и струи при последующем подрыве.

При этом условии при встрече боевой части с преградой происходит упругопластическое изменение формы корпуса таким образом, что обеспечивается образование кольцевой полости, которая при подрыве взрывчатого вещества охлопывается с образованием кольцевой кумулятивной струи из материала оболочки.

Например, передняя сужающаяся часть корпуса может быть выполнена цилиндрическо-конической формы, при этом жесткость ее конической части меньше жесткости цилиндрической. Передняя сужающаяся часть также может быть выполнена в виде двух и более конических участков.

Известно, что жесткость балки, трубы, оболочки и др., представляющая собой отношение нагрузки к прогибу или величину силы на единицу деформации, прямо пропорциональна модулю упругости материала оболочки и ее толщине (площади поперечного сечения) и обратно пропорциональна длине оболочки. Модуль упругости характеризует жесткость материала оболочки при нагрузках. Жесткость сечения корпуса данной формы оценивается моментом инерции. Произведение этих величин характеризует жесткость при изгибе оболочки. В нашем случае полная жесткость сечения оболочки или корпуса, учитывающая механико-геометрические свойства конструкции, определяется, как произведение модуля упругости на площадь поперечного сечения.

Изменением жесткости корпуса можно управлять за счет выбора материала цилиндрической и конической части передней сужающейся части корпуса с соответствующими характеристиками прочности и пластичности, а также за счет изменения толщины стенки, например стенка передней конической части может быть выполнена переменной толщины, или путем нанесения на переднюю коническую часть корпуса рифтов, гофров, ослабляющих канавок или, наоборот, упрочняющих выступов и др.

Таким образом, образующие передней сужающейся части на своей наружной и внутренней поверхности могут быть выполнены в виде прямой, ломаной или кривой линии с условием, что жесткость (толщина стенки) конического участка оболочки меньше жесткости (толщины стенки) цилиндрической части. Передняя коническая часть также может быть выполнена поперечно-гофрированной для облегчения процесса пластического формообразования кумулятивной полости при ударе о преграду. При работе боевой части с поперечно-гофрированными оболочками образуется несколько кумулятивных струй (по числу гофров).

В частных случаях корпус может быть выполнен с "развитой" передней частью, т.е. значительно отличающейся по диаметру от остальной части корпуса.

Значительные отличия могут быть и в прочности и пластичности материала передней и остальной части корпуса, что обеспечивает разницу в жесткости частей корпуса.

Например, корпус может быть изготовлен как из однородного материала, но с различной толщиной стенок цилиндра и конуса, так и из разнородных материалов, но с таким обязательным условием для достижения технического результата, что жесткость цилиндра больше жесткости конуса.

Могущество боевой части определяется энергетикой процессов детонации, а также плотностью, геометрическими размерами, пластическими свойствами материала корпуса.

Для увеличения массы металла, переходящего в кумулятивную струю, на наружную поверхность передней части корпуса (цилиндрическую и коническую) может быть нанесено покрытие из материала с большей плотностью, чем плотность материала передней части, например, толщиной не менее 0,1 от толщины стенки конической части корпуса, в том числе из тяжелых металлов и сплавов (например, вольфрамсодержащих), что приводит к увеличению направленного действия кумулятивной струи. Также увеличение эффективности образования кумулятивной струи достигается изготовлением цилиндрической и конической части корпуса из материала более плотного (например, стали) чем остальная часть корпуса, изготовленного, например, из алюминия.

Процесс деформации корпуса зависит от габаритно-массовых параметров боеприпаса, скорости подхода к преграде и характеристик взрывателя.

Для улучшения условий образования кумулятивной струи за счет обеспечения достаточного времени для деформации корпуса между взрывателем и корпусом может быть установлен эластичный демпфер из термопластичного материала, например пенополиэтилена, или инерционный инициатор (замыкатель).

При ударе боеприпаса с демпфером о преграду исключается возможность деформации взрывателя за счет сжатия эластичного демпфера.

На фиг. 1 показана боевая часть с взрывателем и демпфером;

на фиг. 2 показана боевая часть в стадии встречи с преградой;

на фиг. 3 - в стадии деформации стенки корпуса;

на фиг. 4 - в стадии завершения формообразования кумулятивной кольцевой полости;

на фиг. 5 - в стадии взрыва и образования кумулятивной струи;

на фиг. 6 - с демпфером в стадии встречи с преградой;

на фиг. 7 - с демпфером в стадии завершения формообразования кумулятивной кольцевой полости;

на фиг. 8 - оболочка одинарной кривизны с прямолинейными образующими конуса и с уменьшающейся к периферии толщиной стенки;

на фиг. 9 - оболочка одинарной кривизны с прямолинейными образующими конуса и с увеличивающейся к периферии толщиной стенки;

на фиг. 10 - оболочка одинарной кривизны с ломаной образующей на внутренней поверхности конуса;

на фиг. 11 - оболочка одинарной кривизны с ломаной образующей на наружной поверхности конуса;

на фиг. 12 - оболочка двойной кривизны с криволинейной образующей наружной поверхности конуса;

на фиг. 13 - оболочка двойной кривизны с криволинейной образующей внутренней поверхности конуса;

на фиг. 14 - оболочка двойной кривизны с канавкой на наружной поверхности;

на фиг. 15 - оболочка одинарной кривизны с канавкой на внутренней поверхности;

на фиг. 16 - поперечно-гофрированная оболочка с двумя гофрами;

на фиг. 17 - поперечно-гофрированная оболочка с одним гофром, где r - радиус сопряжения прямолинейного и криволинейного участка корпуса, h - высота волны гофра оболочки.

Многоцелевая боевая часть с трансформируемой оболочкой ударного действия по независимому пункту формулы состоит из корпуса 1, выполненного с возможностью деформации при ударе о преграду с образованием кумулятивной облицовки и струи при по следующем подрыве, в котором размещены взрыватель 2 и жидкое или пластичное взрывчатое вещество 3. Передняя сужающаяся часть корпуса может быть выполнена в виде конической части 4, переходящей в цилиндрическую часть 5, при этом жесткость конической части 4 меньше жесткости цилиндрической части 5.

Боевая часть работает следующим образом.

При ударе боевой части о преграду 7 (фиг. 2) из-за потери устойчивости оболочки под действием осевых сил происходит деформация передней сужающейся части корпуса 1, в котором размещены взрыватель 2 и жидкое или пластичное взрывчатое вещество 3.

Контактные силы, возникающие при этом между пластичным или жидким ВВ и корпусом, могут быть столь значительными, что увлекают корпус вместе с содержимым вперед и обеспечивают процесс изменения формы коническо-цилиндрической передней части корпуса с образованием оболочки знакопеременной кривизны - кумулятивной облицовки 8. Упругопластическое деформирование оболочки происходит в соответствии с заданными характеристиками прочности и жесткости стенок корпуса, таким образом, что обеспечивается краевой эффект, заключающийся в отсутствие деформации передней цилиндрической части 5 (показанной на фиг. 1 пунктиром) и передней части конуса 4, а наибольший вклад в формообразование облицовки вносит оставшаяся часть конуса 4 и передний участок цилиндрической стенки корпуса, показанной на фиг. 1 штрихпунктирной линией.

При инициировании взрывателя 2 по взрывчатому веществу 3 распространяется детонационная волна, при прохождении которой через кумулятивную облицовку 8 образуется кольцевая кумулятивная струя 9, энергии которой достаточно, чтобы поразить преграду 7 с вырубкой ее части 10 и прониканием продуктов взрыва 11 за преграду 7.

Формообразование кумулятивной полости из передней цилиндрическо-конической части корпуса зависит от жесткости оболочки головной части, которая может быть изменена за счет использования различных сочетаний профиля наружной и внутренней поверхностей конуса, что иллюстрируется фиг. 8-11 - для оболочек одинарной кривизны, фиг. 12, 13, 14 - для оболочек двойной кривизны. Эта же цель достигается за счет пазов и канавок - фиг. 14, 15, рифтов и впадин фиг. 16, 17. Последние в целом суммируются понятием поперечно-гофрированной оболочки. При работе боевой части с такими оболочками образуется несколько кумулятивных струй (по числу гофров).

Линейно-угловые параметры образующейся кумулятивной полости и, следовательно, пробивная способность боевой части зависят от профиля сечения стенки передней части корпуса и характеристик материала. Оптимальное сочетание этих параметров обеспечивают достижение максимальной пробивной способности боевой части.

При ударе о преграду 7 боеприпаса с эластичным демпфером 6 (фиг. 6) обеспечивается улучшение условий образования кумулятивной облицовки, а следовательно, и кумулятивной струи.

Таким образом, именно выполнение передней части с контуром цилиндрическо-конической формы, в стенке которой заложено распределение радиальных и осевых деформаций путем установления определенных соотношений конусности и толщины стенки, глубины канавок и высоты выступов, а также, например, соотношения между высотой волны гофра h оболочки и радиуса r сопряжения прямолинейных участков между собой (фиг. 17) обеспечивают формообразование кумулятивной полости при взаимодействии боевой части с преградой.

Основным же условием для нормального протекания процесса формообразования кумулятивной выемки является то, что жесткость конического участка оболочки меньше жесткости цилиндрической части.