ВЗРЫВНОЙ ТРУБЧАТЫЙ УСКОРИТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК F42B1/02 

Изобретение относится к устройствам для метания кумулятивным взрывом, предназначено для высокоскоростного метания твердых тел и может быть использовано для лабораторных исследований и испытаний материалов в области высоких динамических давлений, при разработке конструкций противометеоритной защиты и защиты от высокоскоростных осколков.

В Институте гидродинамики СО РАН было разработано устройство для метания кумулятивным взрывом [1] позволяющее разгонять твердые тела размером 0,1-10 мм до скоростей 8-14 км/с. Газокумулятивный заряд представлял из себя полый цилиндр взрывчатого вещества (ВВ), инициируемый с одного из концов вспомогательной шашкой, метаемое тело помещалось на оси канала на некотором удалении от выходного отверстия. С помощью таких зарядов удавалось успешно метать тела из металлов, керамики и стекла. Отношение веса заряда к весу тела составляло 10⁴-10⁶.

К недостаткам таких устройств следует отнести сильное воздействие газокумулятивной струи на метаемое тело, что приводит к его значительной деформации и возможному разрушению в процессе разгона, а также большой расход ВВ.

Известны взрывные трубчатые ускорители (ВТУ). Простейший ВТУ (2) состоит из системы инициирования, удлиненного полого цилиндра из мощного ВВ, полость которого заполнена газом, метаемого тела и ствола для его разгона. После инициирования, по мере распространения по заряду ВВ детонационной волны в сердцевине в результате кумуляции в сходящейся конической ударной волне формируется, так называемый, "маховский" диск. Происходит сжатие и сильный нагрев рабочего тела, находящегося в сердцевине газа. Расширяющийся газ сообщает импульс метаемому телу, находящемуся в непосредственном контакте с зарядом, либо на некотором удалении в стволе. Подобные устройства позволяют ускорять металлические диски до скоростей 8-9 км/с при соотношении веса заряда и веса метаемого тела 10³-10⁴.

К недостаткам известного устройства [2] следует отнести достаточно большой расход ВВ. Кроме того, конструкция заряда приводит к оттоку части газообразных продуктов в обратном направлении.

Задачей изобретения является создание нового типа взрывного трубчатого ускорителя, который позволил бы повысить скорость метания и снизить вес заряда ВВ по отношению к весу метаемого тела.

Решение поставленной задачи достигается предлагаемым взрывным трубчатым ускорителем, включающим полый цилиндр из мощного ВВ, сердцевину из другого материала, систему инициирования детонации, метаемое тело и ствол для его разгона, в котором сердцевина полого цилиндра заполнена составным зарядом, состоящим из легкого взрывчатого вещества с содержанием водорода не ниже, чем в нитрометане (5% по весу) и тяжелого ВВ плотностью 3,13 г/см³, расположенного непосредственно после инициирующей системы перед зарядом легкого ВВ, при этом соотношение скоростей нормальной детонации мощного ВВ и сердцевины равно 1: 0,7-0,8, диаметр сечения цилиндрической сердцевины равен 1,5-3 d, диаметр сечения всего трубчатого ускорителя 5-7 d и длина ускоpителя 7-9 d, где d диаметр метаемого тела.

Для дополнительного увеличения скорости весь заряд может помещаться в металлическую оболочку.

Также для дополнительного увеличения скорости метаемое тело может быть расположено внутри легкого ВВ на глубине, при которой еще не начинается разрушение "маховского" диска в центральной части сердцевины.

В известном ВТУ [2] импульс метаемому телу сообщает сжатый газ, заполняющий сердцевину ВТУ, т.е. часть энергии ВВ расходуется на сжатие и разогрев газа. В предлагаемом нами ВТУ разгон метаемого тела осуществляется принципиально другим путем благодаря заполнению сердцевины ВТУ зарядом ВВ с высоким относительным содержанием водорода, что позволило повысить скорость метания при сжатии расхода ВВ (уменьшении отношения веса заряда ВВ к весу метаемого тела).

При разработке нового типа ВТУ нами были проведены экспериментальные исследования по определению оптимальных условий формирования маховской детонационной волны во взрывчатых составах, помещенных внутрь полых цилиндров из более мощных ВВ, которые показали возможность создания режимов стационарной пересжатой детонации с параметрами, намного превышающими параметры нормальной детонации заряда сердцевины. При этом оптимальное соотношение скоростей нормальной детонации мощного ВВ и заряда сердцевины составляет 1: 0,7-0,8.

При выборе легкого ВВ для заполнения сердцевины предпочтение следует отдавать составам с наибольшим содержанием в продуктах детонации компонентов с наименьшим молекулярным весом (водород и вода), поскольку снижение молекулярного веса приводит к увеличению скорости метаемого тела.

Для предотвращения оттока части продуктов детонации легкого ВВ в обратном направлении и дополнительного увеличения степени их сжатия сердцевина ВТУ содержит дополнительный заряд из тяжелого ВВ. Заряд тяжелого ВВ должен иметь высокую плотность и располагается непосредственно перед легким ВВ.

Схема предлагаемого ВТУ показана на чертеже ВТУ состоит из полого цилиндрического заряда мощного ВВ (МВВ) сердцевиной из составного заряда, состоящего из заряда легкого ВВ (ЛВВ) и заряда тяжелого ВВ (ТВВ). Весь заряд в целом инициируется капсюлем-детонатором (Д) через дополнительную линзу ВВ (Л).

Метаемое тело металлический диск (М) диаметром d разгоняется в коротком стальном стволе (С), конструкция которого обеспечивает погружение диска внутрь ЛВВ на глубину, при которой маховский диск в ЛВВ еще не разрушается из-за волн разгрузки со свободной поверхности заряда МВВ.

Для уменьшения повреждающих воздействий метаемое тело может помещаться в поддон из пластмассы (П). Для дополнительного увеличения скорости метания весь заряд может помещаться в металлическую оболочку (О).

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

После подрыва детонатора с помощью линзы ВВ в ВТУ создается плоская детонационная волна. По мере распределения по заряду детонационный фронт в мощном ВВ обгоняет детонацию в сердцевине и обеспечивает создание в ней стационарной конфигурации конически сходящейся детонационной волны с "маховским" диском в центре, распространяющейся со скоростью равной, скорости детонации оболочки. Продукты детонации легкого ВВ, представляющие из себя легкий газ, сжатый до высокой плотности в сходящейся волне и дополнительно поджатый продуктами взрыва тяжелого ВВ, расширяясь, разгоняют метаемое тело, находящееся в стволе.

При использовании в качестве мощного ВВ состава октоген/тротил 64/36 плотности 1,76 г/см³, тяжелого ВВ состава октоген/вольфрам 50/50 плотности 3,13 г/см³, легкого ВВ чистого нитрометана, ВТУ, заключенный в стальную оболочку с толщиной стенок 3 мм обеспечивает ускорение стального диска диаметром 8 мм массой 0,8 г до скоростей свыше 8 км/c. При этом соотношение общего веса ВВ к весу метаемого тела составляло 500, что превышает возможности других типов взрывных ускорителей.

Скорость метания может быть увеличена при использовании более мощного ВВ для трубчатого заряда и легкого ВВ с более высоким содержанием водорода, чем в нитрометане.

Использование: высокоскоростное метание твердых тел. Сущность изобретения: в полом цилиндрическом заряде мощного взрывчатого вещества (МВВ) размещен составной заряд, содержащий легкое взрывчатое вещество (ЛВВ) с содержанием водорода не ниже 5% по весу и заряд, тяжелого взрывчатого вещества (ТВВ) с плотностью 3,13 г/см³. На торце размещен капсюль-детонатор с линзой. Метаемый металлический диск разгоняется в коротком стальном стволе. Отношение скоростей детонации МВВ и составного заряда равно 1:0,7-0,8. Диаметры составного заряда, МВВ и длина ускорителя равны соответственно 1,5-3,0 d, 5-7 d и 7-9 d, где d - диаметр метаемого диска. Весь ускоритель может быть помещен в металлическую оболочку. Метаемый диск может быть расположен внутри ЛВВ на глубине, при которой не начинается разрушение "Маховского диска" в центральной части заряда. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Взрывной трубчатый ускоритель, включающий полый цилиндр из мощного взрывчатого вещества, сердцевину из другого материала, систему инициирования детонации, метаемое тело и ствол для его разгона, отличающийся тем, что сердцевина заполнена составным зарядом, состоящим из легкого взрывчатого вещества с содержанием водорода не ниже, чем в нитрометане (5 мас.) и тяжелого взрывчатого вещества с плотностью 3,13 г/см³, расположенного после инициирующей системы перед зарядом легкого взрывчатого вещества, при этом соотношение скоростей нормальной детонации мощного взрывчатого вещества и сердцевины равно 1: 0,7 0,8, диаметр сечения цилиндрической сердцевины равен 1,5 3,0 d, диаметр сечения всего трубчатого ускорителя равен 5 7 d и длина ускорителя равна 7 9 d, где d диаметр метаемого тела. 2. Ускоритель по п. 1, отличающийся тем, что полый цилиндр из мощного взрывчатого вещества, а с ним и весь ускоритель, помещен в металлическую оболочку. 3. Ускоритель по п.1 или 2, отличающийся тем, что метаемое тело расположено внутри легкого взрывчатого вещества на глубине, при которой не начинается разрушение "маховского" диска в центральной части сердцевины.