ВЗРЫВНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО МЕТАНИЯ Российский патент 1996 года по МПК F41F1/00 F41B1/00 

Изобретение относится к метательным взрывным устройствам для целей баллистики.

Анализируя существующий уровень техники, можно выделить два основных направления развития высокоскоростных метательных устройств: первое направление связано с развитием пневматических устройств; второе направление с использованием химических взрывчатых веществ, имеющих значительно большую энергоемкость, что позволяет повысить энтальпию толкающего газа по сравнению с пневматическими устройствами.

Прототипом изобретения является газодинамический компрессор Войтенко. Устройство состоит из полусферической камеры, заполненной газом, отводной трубки, расположенной на оси симметрии установки, и пластины, метаемой взрывом ВВ в камеру. Уникальное свойство установки заключается в формировании газовой струи, истекающей со сверхвысокой скоростью (40 км/с) в вакуум.

Попытка использовать взрывной компрессор в качестве ускорителя не увенчались успехом, поскольку метаемая модель разрушалась. Тем не менее скорости осколков метаемой модели, зафиксированные в экспериментах, достигали 8-14 км/с. Разрушение модели происходит за счет опережающей металлической пелены со стенки камеры.

Таким образом недостатки прототипа являются: разрушение метаемой модели, наличие системы газонаполнения, низкий КПД.

Технической задачей изобретения является достижение большей плотности и давления плазмы, служащей поршнем для метаемой модели (увеличение КПД устройства), неразрушение метаемой модели, исключение необходимости иметь систему газонаполнения.

Это достигается тем, что в предлагаемом устройства увеличение КПД осуществляется за счет размещения по крайней мере одной полоски ВВ на внутренней боковой поверхности камеры, что одновременно снимает требование по наличию системы газонаполнения, поскольку рабочее тело имеет начальную твердую фазу. Неразрушение модели достигается размещением в полюсе камеры буферного тела малой плотности и низкой теплопроводности, либо буферного заряда.

Таким образом, рабочее тело, служащее источником получения высокоплотной плазмы-поршня, образуется в процессе движения пластины. Камера выполнена в виде двух секций: цилиндрической для разгона пластины и полусферической с размещенной по крайней мере одной полости ВВ, обеспечивающей фокусировку плазменных струй в полюсе на оси устройства. В полюсе располагается буферное тело, например заряд ВВ, для отсечения кумулятивного предвестника, образующегося при инициировании полости ВВ, который иначе может разрушить метаемую модель.

Камера выполнена в виде двух секций из-за того, что как показывает теоретическая модель метания пластины взрывом и эксперименты, этим достигается наибольшая эффективность набора начальной скорости пластины. В зависимости от массы основного ВВ на цилиндрическом участке камеры, испытывая минимальные упругопластические деформации, пластина разгоняется волнами разряжения с начальной нулевой до максимальной скорости движения.

Выбор ширины полоски ВВ зависит от начальной скорости вдвижения (т.е. определяется массой, калорийностью основного ВВ, массой пластины), а также от типа ВВ. Действительно, основной механизм образования высокоплотной плазмы в данном устройстве заключается в том, что пластина во время движения в полусферической части камеры инициирует ВВ, образуя рабочий газ и выталкивая его из зазора пластина-камера в направлении оси камеры. Скорость точки стыка пластина-камера непрерывно возрастает (обратно пропорционально синусу угла между касательной к камере в данной точке и плоскостью пластины), следовательно и рабочий газ выталкивается с большей скоростью, что приводит к схлопыванию высокоскоростных струй с образованием высокоплотной плазмы (с массой полоски ВВ). Но поскольку скорость стыка непрерывно возрастает, а скорость детонации полоски зависит от типа ВВ ширину полоски невыгодно брать больше той, при которой скорость точки стыка начнет превышать скорость детонации, иначе будет происходить захлопывание в зазоре без образования газа и его выталкивание. По этой причине невыгодно располагать полоски, например, вдоль камеры, поскольку эффективно работать будет лишь часть массы, а при подходе пластины к полюсу, при неизбежной потере скорости, противодавление с инициируемой части ВВ может образовать встречную струю, резко уменьшая эффективность устройства. По этой же причине, как показывают эксперименты, невыгодно полное заполнение внутренней части камеры слоем ВВ.

На чертеже показано предлагаемое устройство, где 1 пластина для сжатия газа, 2 основной заряд ВВ, 3 камера, 4 полоска ВВ, 5 буферное тело.

Устройство работает следующим образом.

Метаемая взрывом пластина 1 двигается внутрь камеры 3 и инициирует полоску ВВ 4, образуя рабочий газ, который выталкивается из зазора пластина-камера с возрастающей скоростью из-за возрастания скорости точки стыка. Сталкиваясь на оси, газовые струи образуют высокоплотную плазму высокого давления, разгоняющую метаемую модель. Из-за того, что при детонации в полости компрессора имеет место опережающаяся сходящаяся ударная волна, способная разрушить метаемую модель, в полюсе камеры располагается буферное тело 5. Это может быть, например, заряд ВВ, инициируемый опережающей ударной волной. При этом в направлении метаемой модели распространяется детонационный фронт, а в камеру истекают продукты детонации, которые отсекают переднюю часть опережающей волны и препятствуют ее прониканию до метаемого элемента. Продукты детонации буферного заряда сообщают модели начальную скорость.

Далее разгон модели осуществляет газовая струя, истекающая из полусферической камеры. Проведенные эксперименты подтверждают достижение поставленных целей. Показано, что полоска ВВ внутри камеры значительно увеличивает КПД газодинамического компрессора при тех же общих габаритах и массе взрывчатого вещества. Так объемы кратеров в стальной мишени увеличиваются для данного устройства по сравнению с прототипом в 27 раз. Размещение буферного заряда в полюсе приводит к сохранению модели, что подтверждается анализом кратера в центральной части алюминиевой мишени на расстоянии в 20 диаметров пластины устройства.

Использование: в области баллистики, а именно в высокоскоростных летательных устройствах, в которых разгон метаемой модели осуществляется за счет энергии газообразных продуктов взрыва. Сущность изобретения: устройство содержит основной заряд взрывчатого вещества, пластину для сжатия газа и камеру с выходным каналом под калибр метаемой модели. На внутренней боковой поверхности камеры под пластиной параллельно ей расположена по крайней мере одна полоска взрывчатого вещества. В полюсе камеры расположено буферное тело, в качестве которого может быть использован заряд взрывчатого вещества. Разгоняемая с помощью заряда пластина инициирует полоску взрывчатого вещества, что приводит к высокоскоростному выталкиванию плазмы из зоны контакта пластина-камера с дальнейшим схлопыванием на оси камеры и образованием зоны сверхвысокого давления, служащей поршнем для метаемой модели. Буферный заряд предназначен для отсечки кумулятивной пелены, являющейся предвестником основной зоны схлопывания плазмы. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. ВЗРЫВНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО МЕТАНИЯ, включающее основной заряд взрывчатого вещества, пластину для сжатия газа и камеру с выходным каналом под калибр метаемой модели, отличающееся тем, что на внутренней боковой поверхности камеры под пластиной параллельно ей расположена по крайней мере одна полоска взрывчатого вещества, а в полюсе камеры расположено буферное тело. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве буферного тела использован заряд взрывчатого вещества.