взрывной трубчатый ускоритель

Формула изобретения

Взрывной трубчатый ускоритель, включающий в себя конический корпус с продольным каналом, в котором размещены заряд взрывчатого вещества направленного действия, детонатор, метаемое тело, отличающийся тем, что толщина стенки корпуса выполнена переменной, увеличивающейся в сторону метаемого тела, а угол наклона образующей внешней поверхности корпуса к образующей внутренней поверхности канала корпуса определяется по зависимости

где D - скорость детонации заряда взрывчатого вещества, м/с;

С - скорость звука в материале корпуса, м/с.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области взрывных работ, точнее к устройствам для высокоскоростного метания твердых тел, в частности, направленным действием взрыва и может быть использовано при проведении опытно-экспериментальных работ или для локального разрушения твердых тел.

В настоящее время разработано большое количество взрывных устройств для высокоскоростного метания твердых тел, содержащих цилиндрический, конический или цилиндроконический корпус с продольной полостью, в которой размещается средство инициирования (детонатор), однородный или составной заряд бризантного взрывчатого вещества, обеспечивающий направленное действие, например, за счет кумулятивного эффекта, и метаемое тело в виде кумулятивной облицовки, стальной пластины или пробойника.

Известен, например, взрывной трубчатый ускоритель [1] для высокоскоростного метания пробойника кумулятивным взрывом. Корпус ускорителя выполнен составным, содержащим цилиндрический казенник для размещения основного заряда взрывчатого вещества, ступенчатый ствол для размещения на ступенях дополнительных зарядов ВВ и метаемых тел, предназначенных для их дополнительного разгона. Недостатком данного устройства является то, что при взрыве основного заряда взрывчатого вещества корпус устройства, в частности цилиндрический казенник, разрушается на осколки, которые разлетаются в радиальном направлении и обладают большим поражающим действием и радиусом разлета [5], что резко снижает безопасность взрывных работ для окружающих объектов (обслуживающий персонал, оборудование, приборы).

Известен заряд направленного действия [2], который включает в себя инициатор, заряд взрывчатого вещества, размещенный в полом корпусе, состоящем из наружной оболочки и конусообразной кумулятивной выемки.

Недостатком взрывного устройства также является то, что при взрыве заряда взрывчатого вещества корпус устройства (наружная оболочка) разрушается на осколки, которые разлетаются в радиальном направлении, обладают большим поражающим действием и радиусом разлета.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является взрывной трубчатый ускоритель [3], который содержит корпус в виде усеченного конуса, внутри которого располагаются продольные кумулятивные заряды в количестве от 6 до n, с продольными инициирующими элементами, соединенные электроцепью, а наружный радиус корпуса усеченного конуса дифференцированный от максимального до минимального и равен сумме глубины кумулятивного устройства, длины кумулятивной струи, при которой начинается разрушение "Маховского диска", и начального (внутреннего) радиуса вращения плазмы. Аналог имеет недостатки, заключающиеся в опасности использования взрывного устройства для обслуживающего персонала и окружающих объектов из-за дробления корпуса данной конструкции на осколки при взрыве заряда взрывчатого вещества, что требует применения дополнительных осколкоулавливающих устройств для обеспечения безопасности проводимых работ. Кроме того, часть энергии продуктов детонации тратится на разрушение корпуса, метание осколков и боковой разлет продуктов детонации [4], что существенно снижает коэффициент использования энергии продуктов детонации на метание тела.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение безопасности использования взрывного устройства за счет разработки конструкции корпуса, которая исключает процесс дробления корпуса на осколки при взрыве заряда взрывчатого вещества и разлета их в радиальном направлении, а также на увеличение за счет этого коэффициента использования энергии продуктов детонации для метания твердого тела.

Задача решена тем, что во взрывном трубчатом ускорителе, включающем в себя корпус в виде конуса с продольным каналом для размещения заряда взрывчатого вещества направленного действия, детонатора, метаемого тела, толщина корпуса выполнена переменной, увеличивающейся в сторону метаемого тела, а угол наклона образующей внешней поверхности корпуса к образующей внутренней поверхности канала корпуса определяется по зависимости

,

где D - скорость детонации заряда взрывчатого вещества, м/с;

С - скорость звука в материале корпуса, м/с.

Изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг.1 изображены варианты взрывного трубчатого ускорителя в разрезе с цилиндрическим каналом и с каналом в форме конуса. На фиг.2 представлена схема напряженного состояния материала стенки корпуса взрывного трубчатого ускорителя от действия продуктов детонации заряда взрывчатого вещества, поясняющая принцип неразрушения корпуса.

Предлагаемый взрывной трубчатый ускоритель содержит конический корпус 1 с продольным каналом, в котором размещен заряд взрывчатого вещества 2 направленного действия. Метаемое тело 3 размещается на торце заряда 2. Толщина стенки корпуса выполнена переменной, увеличивающейся в сторону метаемого тела, и обеспечивает угол наклона образующей внешней поверхности корпуса к образующей внутренней поверхности канала корпуса, который рассчитывается по формуле

где D - скорость детонации заряда взрывчатого вещества, м/с;

С - скорость звука в материале корпуса, м/с.

На противоположном торце заряда 2 от метаемого тела 3 размещен детонатор 4.

Предлагаемый взрывной трубчатый ускоритель работает следующим образом. При помощи детонатора производится инициирование заряда взрывчатого вещества, по которому начинает распространяться детонация со скоростью D вдоль внутренней поверхности канала корпуса. Согласно [4] в зоне контакта «фронт детонации - внутренняя поверхность корпуса» скачкообразно возрастает давление и по материалу корпуса к его наружной поверхности распространяется упругая волна сжатия С, скорость которой зависит от физико-механических характеристик материала корпуса и определяется по формуле для расчета скорости звука в твердых телах [4, 5]

где Е - модуль упругости материала корпуса, Н/м ²;

_м - плотность материала корпуса, кг/м³.

Поскольку скорость детонации бризантных взрывчатых веществ [6] превышает скорость звука в материале корпуса (для стали С=5100 м/с), то по стенке корпуса вслед за фронтом детонации перемещается косой фронт упругой волны сжатия, как показано на фиг.2. При этом угол наклона фронта упругой волны сжатия к внутренней поверхности корпуса определяется скоростью детонации взрывчатого вещества и скоростью распространения упругих напряжений в материале корпуса и равняется

Вслед за упругой волной сжатия по материалу корпуса распространяется пластическая волна сжатия С_р , но с меньшей скоростью, зависящей от модуля упрочнения материала корпуса [4, 5]. За фронтом пластической волны материал корпуса переходит в пластическое состояние, и по материалу корпуса распространяется зона интенсивной пластической деформации со скоростью, которая может быть рассчитана по зависимости [4, 7]

где Р - давление детонации, Па.

Как видно из фиг.2, при обеспечении угла между образующими внешней и внутренней поверхностями корпуса, рассчитанного по формуле (1), угол встречи фронта упругой волны сжатия С с внешней поверхностью корпуса составит

180°- °- °=90°,

т.е. реализуется режим нерегулярного отражения упругой волны сжатия от внешней поверхности корпуса [4]. Таким образом, по мере распространения детонации фронт упругой волны сжатия перемещается вдоль всей внешней поверхности корпуса по нормали в режиме нерегулярного отражения. В результате взаимодействия фронта упругой волны сжатия с внешней поверхностью корпуса в режиме нерегулярного отражения исключается распространение внутрь корпуса интенсивной упругой волны разгрузки, за фронтом которой частицы материала корпуса из состояния покоя вовлекаются в состояние движения в направлении распространения упругой волны сжатия [4, 5, 7]. Так как трещины, предопределяющие разрушение корпуса при взрывном нагружении, возникают в корпусе в момент встречи упругой волны разгрузки с границей зоны интенсивной пластической деформации материала U_p, т.е. когда корпус получает возможность свободного радиального расширения по всей толщине [7, 8], то предлагаемая конструкция корпуса взрывного трубчатого ускорителя исключает процесс возникновения трещин в нем и его дальнейшее разрушение на осколки. В результате сохранения целостности корпуса исключается боковой разлет продуктов детонации, что приводит к увеличению энергии продуктов детонации в направлении движения фронта детонации, т.е. увеличивается энергия продуктов детонации, участвующих в метании твердого тела.

Пример. Проводились испытания конического корпуса взрывного трубчатого ускорителя с продольным цилиндрическим каналом. Количество подрывов - 3.

Корпуса изготавливались из стали 45Х ГОСТ 4543-71. Механические характеристики:

плотность материала корпуса _м=7820 кг/м³ ;

модуль упругости Е=2,06·10¹¹ Н/м²;

скорость звука

Заряды изготавливались из тротила методом прессования.

Характеристики заряда:

плотность заряда взрывчатого вещества _вв=1590 кг/м³ ;

скорость детонации D=6900 м/с;

диаметр заряда - 20 мм;

длина заряда - 60 мм.

Конический корпус с продольным цилиндрическим каналом имел следующие размеры:

угол наклона образующей внешней поверхности корпуса к образующей внутренней поверхности канала корпуса, рассчитанный по зависимости (1)

=90°-arctg(6900/5132)=90°-53°=37°;

высота корпуса - 60 мм;

диаметр продольного канала - 20 мм;

диаметр малого торца корпуса (место размещения детонатора) - 20 мм;

диаметр противоположного торца корпуса - 110 мм;

масса корпуса - 1,67 кг.

Результаты испытания подтвердили теоретические представления о процессе разрушения корпуса на осколки при взрыве.

При подрывах конический корпус не разрушался на осколки, т.к. угол наклона образующей внешней поверхности корпуса к образующей внутренней поверхности канала корпуса, рассчитанный по зависимости (1) на основании известных характеристик материала корпуса и заряда взрывчатого вещества, исключал процесс образования трещин, предопределяющих разрушение корпуса.

Если угол между образующими внешней и внутренней поверхностями корпуса будет меньше рассчитанного по формуле (1), то реализуется режим регулярного отражения и неизбежно разрушение корпуса на осколки. Если угол будет больше, то это приводит к необоснованному увеличению габаритов и массы корпуса.

Предлагаемое изобретение обеспечивает высокую безопасность использования взрывного трубчатого ускорителя при проведении исследований за счет исключения разрушения его корпуса с образованием осколков.

Источники информации

1. RU 2243485 С1. Взрывной трубчатый ускоритель.

2. RU 2192609 С2. Заряд направленного действия.

3. RU 2003111452 А. Взрывной трубчатый ускоритель.

4. Физика взрыва. / Под ред. Станюковича. - М.: Наука, 1975. - 704 с.

5. Устройство и действие артиллерийских снарядов. / Под ред. Третьякова. М.: ВАИА им. Дзержинского, 1956. - 452 с.

6. Эпов Б.А. Основы взрывного дела. М.: Воениздат, 1974. - 222 с.

7. Кузнецов В.А. О дроблении корпусов авиационных боеприпасов на осколки при взрыве. М.: Труды ВВА им. Жуковского, 1956. - Вып.612, 198 с.

8. Колобанова А.Е., Селиванов В.В. Основы динамики разрушения оболочек. Учебное пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1996. - 98 с.