устройство "водопад" для локализации воздействий взрывных механизмов

Формула изобретения

1. Устройство для локализации воздействий взрывных механизмов, содержащее конструктивные элементы, представляющие собой одну или более камер, заполненных волногасящим веществом, замкнутые по контуру в горизонтальном сечении и образующие открытую снизу рабочую полость для размещения взрывного механизма с возможностью выборочной, полной или частичной ее изоляции от окружающего пространства сверху посредством одного из конструктивных элементов, а также устройство экранирования осколков, отличающееся тем, что вышеназванные конструктивные элементы выполнены в виде набора модулей-экранов и модуля-крышки, при этом модули-экраны расположены симметрично относительно общей вертикальной оси с зазорами на одной плоскости, модуль-крышка свободно установлена на торце или над торцом меньшего по размеру модуля-экрана с возможностью перемещения вверх под воздействием сработавшего взрывного механизма, а рабочая полость образована внутренними стенками меньшего по размеру модуля-экрана и сверху - модулем-крышкой.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что модули-экраны в составе упомянутого набора выполнены разновысокими, при этом с увеличением горизонтального размера модуля-экрана пропорционально увеличивается его высота.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что модули-экраны и модуль-крышка выполнены многослойными, при этом в меньшем по размеру модуле-экране последовательно расположены по горизонтальному направлению от рабочей полости слой вспененного волногасящего вещества с полостью, заполненной сыпучим гранулированным диспергентом, один или более противоосколочных экранов в упрочняющих оболочках и прочный податливый кожух, в каждом из остальных модулей-экранов в том же направлении последовательно расположены слой вспененного волногасящего вещества и один или более противоосколочных экранов в упрочняющих оболочках, а слоистая структура модуля-крышки, как и меньшего по размеру модуля-экрана, представляет собой сочетание слоя вспененного волногасящего вещества, полости, заполненной сыпучим гранулированным диспергентом, одного или более противоосколочных экранов в упрочняющих оболочках и прочного податливого кожуха, при этом совокупность всех противоосколочных экранов в упрочняющих оболочках образует упомянутое устройство экранирования осколков.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый противоосколочный экран выполнен в виде защемленных по контуру взаимосвязанных пакетов мембран, расположенных преимущественно в шахматном порядке, при этом пакеты мембран смежных противоосколочных экранов модуля взаимно сдвинуты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к инженерным устройствам, предназначенным для обеспечения безопасности при обнаружении и обезвреживании взрывных механизмов (ВМ) или безопасного содержания подрывных зарядов, и может быть использовано для эффективного подавления осколочного, фугасного и термического воздействий взрыва.

Известны способы и устройства для ослабления ударной волны (УВ) с использованием пены или пористых материалов, но без использования каких-либо дополнительных механизмов гашения [1, 2]. Однако либо их эффективность недостаточна, либо их применение сопряжено с потребностью в больших объемах расходных материалов, времени и места, что существенно затрудняет возможности и ограничивает области практического применения.

Широко применяют жидкостные локализаторы УВ, например ингибиторы LBA System Bomb [3] и изделия серии "Фонтан" [4], представляющие собой контейнеры, состоящие из камер с эластичной оболочкой, заполненных негорючей жидкостью.

К этой группе локализаторов можно отнести также устройство с П-образным в вертикальном сечении экраном из пористого открытоячеистого материала (в частности, поролона), наполненного негорючей жидкостью [5].

При применении эти устройства устанавливают таким образом, что они экранируют с боков и сверху ВМ (или подозрительный предмет). В случае срабатывания ВМ значительная доля энергии взрыва расходуется на деформацию и разрушение локализатора.

Общим недостатком таких устройств является трудность проведения диагностики подозрительного предмета, накрытого устройством, в то время как она необходима для обезвреживания и последующей ликвидации, а также недостаточная степень гашения УВ и улавливания осколков.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по назначению и совокупности существенных конструктивных признаков является устройство для локализации воздействий взрывных механизмов (бомб), содержащее конструктивные элементы, представляющие собой одну или более камер, заполненных волногасящим веществом, замкнутые по контуру в горизонтальном сечении и образующие открытую снизу рабочую полость для размещения взрывного механизма с возможностью выборочно, полной или частичной ее изоляции от окружающего пространства сверху посредством одного из конструктивных элементов, а также устройство экранирования осколков [6].

Вышеназванные конструктивные элементы выполнены в виде эластичных емкостей. В качестве волногасящего вещества использована негорючая жидкость. Возможность частичной изоляции рабочей полости с взрывным механизмом от окружающего пространства сверху обеспечена наличием узкого отверстия непосредственно над рабочей полостью с заглушкой, являющейся одной из упомянутых эластичных емкостей с негорючей жидкостью. Устройство экранирования осколков представляет собой противоосколочный экран в виде "юбки", закрепленной по контуру периферийной части емкости и полностью расположено снаружи устройства. Остальные (основные) емкости и противоосколочный экран соединены между собой с образованием цельной конструкции. Рабочая полость образована с боков стенками тороидальной емкости и сверху - нижней эластичной стенкой верхней емкости (в основном) и торцом заглушки (в меньшей части).

Однако такая конструкция имеет ряд недостатков. Как и в близких аналогах, имеет место ограниченность локализации в силу того, что устройство имеет замкнутую полусферическую форму (при осесимметричной конструкции). При срабатывании ВМ результирующая сила прямой и отраженной УВ подбрасывает устройство вверх, размыкая рабочий объем по плоскости поверхности, на которой оно установлено, и образуя кольцевой зазор. Поскольку скорость продуктов взрыва значительно выше скорости разлета осколков, через образовавшийся зазор происходит истечение продуктов взрыва и разлет осколков в окружающее пространство по настильной траектории с углом разлета до 20^o без снижения их кинетической энергии. Кроме того, снижение давления в 10-15 раз может привести к временной потере слуха и другим баротравмам. Конструктивное решение сквозного отверстия для введения в полость приборов для наблюдения, диагностики и/или разрушения ВМ требует неоднократных подходов взрывника к ВМ, а также не обеспечивает непрерывного контроля за взаимным расположением ВМ и стенок устройства. В момент установки и съема устройства он отсутствует. Узость отверстия (относительно продольного размера рабочего объема устройства) затрудняет эти операции. Все это снижает уровень безопасности при диагностике подозрительного предмета и его обезвреживании при обнаружении в нем ВМ. Учитывая эти факторы, при эксплуатации таких устройств необходимо пользоваться дополнительными средствами безопасности.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение эффективности локализации осколочного и фугасного воздействий взрывных механизмов, уменьшение ущерба от возможного срабатывания ВМ при их обнаружении, повышение безопасности работ без снижения степени защищенности взрывотехнического персонала и материальных ценностей при обезвреживании ВМ.

Решение указанной задачи достигается тем, что в устройстве для локализации воздействий взрывных механизмов (бомб), содержащем конструктивные элементы, представляющие собой одну или более камер, заполненных волногасящим веществом, замкнутых по контуру в горизонтальном сечении и образующих открытую снизу рабочую полость для размещения взрывного механизма с возможностью, выборочно, полной или частичной ее изоляции от окружающего пространства сверху посредством одного из конструктивных элементов, а также устройство экранирования осколков, вышеназванные конструктивные элементы выполнены в виде набора модулей-экранов и модуля-крышки, при этом модули-экраны расположены симметрично относительно общей вертикальной оси, с зазорами, на одной плоскости, модуль-крышка свободно установлен на торце или над торцом меньшего по размеру модуля-экрана с возможностью перемещения вверх под воздействием сработавшего взрывного механизма, а рабочая полость образована внутренними стенками меньшего по размеру модуля-экрана и сверху - модулем-крышкой.

Задача решается также за счет ряда дополнительных конструктивных признаков устройства (на базе описанной выше совокупности основных существенных конструктивных признаков), а именно:

- выполнением модулей-экранов в составе упомянутого набора разновысокими, причем так, что с увеличением горизонтального размера модуля-экрана пропорционально увеличивается его высота, могут быть достигнуты одновременно удобная обзорность подозрительного предмета для взрывотехника, удаленного от вертикальной оси устройства, и наличие достаточно широкой зоны безопасности в эксплуатационном режиме "наблюдение, диагностика и/или разрушение";

- модули-экраны и модуль-крышка могут быть выполнены многослойными, при этом в меньшем по размеру модуле-экране последовательно расположены, по горизонтальному направлению от рабочей полости, слой вспененного волногасящего вещества с полостью, заполненной сыпучим гранулированным диспергентом, один или более противоосколочных экранов в упрочняющих оболочках и прочный податливый кожух, в каждом из остальных модулей-экранов в том же направлении последовательно расположены слой вспененного волногасящего вещества и один или более противоосколочных экранов в упрочняющих оболочках, а слоистая структура модуля-крышки, как и меньшего по размеру модуля-экрана, представляет собой сочетание слоя вспененного волногасящего вещества, полости, заполненной сыпучим гранулированным диспергентом, одного или более противоосколочных экранов в упрочняющих оболочках и прочного податливого кожуха, при этом совокупность всех противоосколочных экранов в упрочняющих оболочках образует упомянутое устройство экранирования осколков.

Это позволяет при небольших габаритах и массе устройства добиться высокой его эффективности по локализации фугасного (с термической составляющей) и осколочного воздействий сработавшего ВМ, получить высокие удельные характеристики с комплексным использованием защитных свойств каждого из применяемых веществ и композитных конструкций, т.е. "сверхэффект" в сравнении с использованием веществ по отдельности.

- выполнением каждого противоосколочного экрана в виде защемленных по контуру взаимосвязанных пакетов мембран, расположенных преимущественно в шахматном порядке с взаимным сдвигом пакетов мембран смежных противоосколочных экранов в пределах модуля, повышаются защитные свойства каждого модуля и, соответственно, устройства в целом.

Среди известных устройств не обнаружены такие, совокупность существенных признаков которых совпадала бы с заявленной. В то же время именно за счет последней достигается новый технический результат в соответствии с поставленной задачей: повышение эффективности локализации осколочного и фугасного воздействий взрывных механизмов, уменьшение ущерба от возможного срабатывания ВМ при их обнаружении, повышение безопасности работ без снижения степени защищенности взрывотехнического персонала и материальных ценностей при обезвреживании ВМ.

Заявляемое устройство для локализации воздействий взрывных механизмов (бомб) изображено на чертежах:

на фиг. 1 изображено устройство в сборе, в эксплуатационном режиме "штатная локализация", вертикальный разрез по оси симметрии, где R₁, R₂, R₃ - характерные горизонтальные размеры блоков-экранов; H₁, H₂, Н₃ - высота блоков-экранов; - величина зазоров между блоками-экранами; - величина зазора между торцами меньшего по размеру модуля-экрана и модуля-крышки.

на фиг.2 - слоистая структура меньшего по размеру модуля-экрана, вертикальный разрез;

на фиг.3 - слоистая структура других модулей-экранов в комплекте, вертикальный разрез;

на фиг.4 - вид А на фиг.2 и 3 (шахматное расположение пакетов мембран);

на фиг.5 - устройство при снятом модуле-крышке в эксплуатационном режиме "наблюдение, диагностика и/или разрушение", вертикальный разрез по оси симметрии, где - угол, характеризующий зону безопасности (при открытом модуле-крышке в указанном режиме).

Устройство для локализации воздействий взрывных механизмов (бомб), содержит (см. фиг.1) замкнутые по контуру конструктивные элементы в виде набора модулей-экранов 1, 2, 3 (в порядке увеличения горизонтального размера) и модуля-крышки 4. Как правило, модули-экраны 1-3 имеют форму длинных колец (преимущественно) и/или коротких труб, а модуль-крышка - форму перевернутой ступенчатой пирамиды, составленной из двух коротких цилиндров. При этом упомянутым горизонтальным размером (точнее - характерным горизонтальным размером) модулей-экранов 1, 2, 3 является его внутренний диаметр R₁, R₂, R₃ соответственно. В общем случае в набор для локализации подозрительного (на наличие в нем взрывного механизма 5) предмета 6 входят: меньший по размеру модуль-экран 1, являющийся базовым и выбираемый из условия превышения диаметра R₁ и высоты H₁ над максимальными горизонтальным и вертикальным размерами предмета 6 соответственно; "облегченные" (по толщине и структуре) модули-экраны 2, 3 в количестве от одного до n, в зависимости от предполагаемой мощности ВМ 5; один модуль-крышка 4 под размер модулей-экранов 1 и/или 2. А в запасе должен быть предусмотрен более широкий спектр модулей 1-4 с различными геометрическими формами, размерами и защитными свойствами, в соответствии с возможным многообразием форм, габаритов и мощности ВМ 5 предметов 6.

В собранном устройстве (см. фиг.1) модули-экраны 1-3 расположены симметрично относительно общей вертикальной оси 7, с зазорами , на одной плоскости (на фиг. 1 это - горизонтальная опорная поверхность). Рекомендуется (как оптимальный вариант) в составе набора использовать разновысокие модули-экраны: H₁<Н<Н, причем так, чтобы с увеличением горизонтального размера (R₁-R₃) пропорционально увеличивалась высота (H₁-Н₃).

Модуль-крышка 4 свободно установлен на торце модуля-экрана 2 так, что нижний торец модуля-крышки 4 зависает над торцом модуля-экрана 1 с зазором (в данном конструктивном примере по фиг.1). Он может быть установлен и на торце модуля-экрана 1( = 0). В любом из этих двух вариантов модуль-крышка имеет возможность перемещения вверх под воздействием сработавшего ВМ 5.

При условии H₁<H<Н и снятом модуле-крышке 4 (режим "наблюдение, диагностика и/или разрушение") можно выделить две характерные зоны, характеризуемые телесным углом зона (конус) вероятного свободного разлета осколков ВМ 5 и зона относительной безопасности (см. фиг.5).

Внутренние стенки модуля-экрана 1 и нижний торец модуля-крышки 4 образуют рабочую полость 8 для размещения подозрительного предмета 6.

Конструктивные элементы 1-4 могут быть взаимосвязаны в единую конструкцию для переноски человеком или транспортировки роботом деталями ткани, лямками, ремнями и т.д.), для чего может быть предусмотрено также устройство для переноски и/или транспортировки (не показаны), аналогично рукоятке в прототипе. Однако не исключен и вариант с невзаимосвязанными элементами 1-4. В последнем случае сборку конструкции в соответствии с фиг.1 производят последовательной установкой модулей 1-4 или 1, 2, 4, 3.

Структура модулей 1-4 многослойная.

В модуле-экране 1 последовательно расположены по горизонтальному направлению от рабочей полости 8 (см. фиг.2) слой 9 вспененного волногасящего вещества (например, пенополистирола) с полостью, заполненной сыпучим гранулированным диспергентом 10, одним или более (как в данном примере) противоосколочных экранов 11 в упрочняющих оболочках (по сути это композитные противоосколочные слои) и прочный податливый кожух 12, преимущественно матерчатый.

В каждом модуле-экране 2, 3 в том же направлении последовательно расположены (см. фиг. 4) слой вспененного волногасящего вещества 13 и один или более (как в данном примере) противоосколочных экранов 14 в упрочняющих оболочках.

Слоистая структура модуля-крышки 4, как и модуля-экрана 1, представляет собой (см. фиг.1) сочетание слоя вспененного волногасящего вещества 15, полости, заполненной сыпучим гранулированным диспергентом 16 (она может быть образована и слоями вещества 15 аналогично модулю-экрану 1), одного или более (как в данном примере) противоосколочных экранов 17 в упрочняющих оболочках и прочного податливого кожуха 18. Последовательность слоев модуля-крышки 4 может варьироваться.

Каждый противоосколочный экран 11, 14, 17 выполнен в виде защемленных по контуру взаимосвязанных пакетов 19 мембран (в частности, целлюлозы).

Пакеты 19 расположены преимущественно в шахматном порядке (см. фиг.4). В случае многослойного противоосколочного композита в пределах каждого модуля 1-4, пакеты 19 мембран смежных противоосколочных экранов взаимно сдвинуты, предпочтительно одновременно по азимуту и высоте.

Описанные выше варианты конструкции не исключают других возможных вариантов в рамках формулы изобретения.

Устройство работает следующим образом.

В основном эксплуатационном режиме "штатная локализация" выбирают под габариты обнаруженного подозрительного предмета 6 устройство для локализации с комплектом конструктивных элементов 1-4 соответствующей геометрии и накрывают им предмет 6 так, что рабочая полость 8 полностью отделяет его, при преимущественно центральном расположении (на оси 7) от окружающего пространства. Затем выполняют регламентированные организационные мероприятия по обеспечению безопасности при обнаружении ВМ.

В случае несанкционированного или запланированного срабатывания ВМ 5 в предмете 6, результирующая УВ, направленная вверх, поднимает модуль-крышку 4, размыкая условно-замкнутый рабочий объем 8 и обеспечивая сброс излишнего давления, что препятствует подскоку всей конструкции (свойственному прототипу). УВ частично гасится в слоях 9 и 15 вспененного волногасящего вещества. Экзотермический процесс, сопутствующий УВ, вызывает обратную высокоскоростную эндотермическую реакцию гранулированного диспергента 10, 16 и существенную диссипацию энергии взрыва. Поскольку количество поглощенной энергии в результате эндотермической реакции соизмеримо с количеством энергии, выделенной при взрыве и прямо пропорционально массе диспергента 10, 16. Модули 1 и 4 в совокупности подавляют термическое действие взрыва, предотвращая ожоги людей и возгорание объектов. Кроме того, обеспечивается максимальное поглощение энергии взрыва и, следовательно, ослабление осколочного действия за счет уменьшения начальной энергии осколков. Вторичное поглощение УВ осуществляется при разрушении или упруго-пластической деформации оставшихся модулей 2 и 3.

Заявляемая комбинация слоев в каждом модуле 1-4, их очередность, физические и химические свойства выбранных конструкционных материалов при изготовлении обеспечивают высокий коэффициент затухания и препятствуют разлету осколков, гася (перераспределяя) их энергию.

Противоосколочный, в общем случае многослойный, развитый композит в каждом модуле 1-4 помогает волногасящему веществу 9, 13, 15 при своем разрушении или деформации осуществить значительную диссипацию энергии УВ и снижение скорости осколков до значений, близких к нулевым или нулевым.

Кожухи 12, 18 не только служат "упаковкой" при хранении и переноске (транспортировке) устройства и способствуют локализации взрыва, но и позволяют существенно локализовать остатки материала устройства после взрыва.

В эксплуатационном режиме "наблюдение, диагностика и/или разрушение" прибывший взрывотехник снимает модуль-крышку 4 (самостоятельно или посредством робота), производит осмотр предмета 6, находясь предпочтительно полностью в зоне безопасности (см. фиг. 5) и производит при необходимости (целесообразности) диагностику предмета 6 с помощью рекомендуемых приборов (оптических, инфракрасных, рентгеновских и т.д.). После этого принимают решение о применении средств обезвреживания обнаруженного или предполагаемого ВМ 5. В частности, в этом же положении может быть произведено санкционированное разрушение предмета 6 с обнаруженным или предполагаемым ВМ 5.

После этого взрывотехник устанавливает модуль-крышку 4 на штатное место и проводят работы по обезвреживанию.

В случае же несанкционированного взрыва ВМ 5 при открытом модуле-крышке 4 осколки с траекториями в пределах конуса вылетают в окружающее пространство, не встречая препятствий, а остальные осколки (при частичной локализации фугасного и термического воздействий взрыва) улавливаются конструктивными элементами 2 и 3. Люди (включая взрывотехника) и материальные ценности, находящиеся в зоне безопасности (см. фиг.5), не должны быть поражены.

Испытания устройства "Водопад" проведены в 2002 г. в испытательном центре в/ч 68240 (в/ч 44239) с положительным результатом и показали, что локализатор в заявленном техническом исполнении (конкретно - в партии опытных образцов, при сочетании трех кольцевых модулей-экранов с одним модулем-крышкой) обеспечивает на расстоянии более 1 м от центра взрыва 100% защиту живой силы от осколочного и фугасного воздействий оболочечных ВМ (ВВ массой до 600 г в тротиловом эквиваленте и стальные сферические осколки диаметром от 2 до 7 мм), при этом обеспечивается гарантированное улавливание осколков.

Источники информации

1. Кудинов В. М., Паламарчук Б.И., Гельфанд Б.Е., Губин С.А. Параметры ударных волн при взрыве заряда ВВ в пене // "Доклады АН СССР", Т.228, 1974, 4. - С.555-558.

2. Гельфанд Б. Е. , Губанов А.В., Тимофеев Е.И. Взаимодействие ударных воздушных волн с пористым экраном // "Известия АН СССР, МЖГ", 1983, 4. - С. 79-84.

3. US 4836079 А, 06.06.1989.

4. RU 2125232 С1, F 42 B 39/00, 33/00, 23.09.1997.

5. RU 2150669 С1, F 42 B 33/00, F 42 D 5/04, 15.03.1999.

6. RU 2150670 С1, F 42 B 33/00, F 42 D 5/04, 15.03.1999 (прототип).