ВЗРЫВНОЕ МЕТАТЕЛЬНОЕ ТРЕХКАСКАДНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1998 года по МПК F41A1/00 F42B1/00 

Изобретение относится к взрывной технике, а конкретно к устройствам высокоскоростного метания твердых тел.

Известен взрывной ускоритель для метания пластин (Физика горения и взрыва, с.80, N 5, 1987). Ускоритель содержит метаемую пластину и заряд взрывчатого вещества (ВЗ), которые находятся в непосредственном контакте или отделены друг от друга воздушным зазором. При метании пластины необходимо максимально точно обеспечить условия плоского соударения. Для этого в заряде ВВ создается плоская детонационная волна, параллельная торцу, к которому прилегает метаемая пластина. В этом ускорителе есть ограничение, состоящее в том, что максимальная скорость пластины зависит от скорости истечения продуктов, образовавшихся в результате детонации заряда ВВ и она не может превышать скорость истечения продуктов. Эта скорость не превышает 6 км/с.

Известно устройство для ускорения пластины до высокой скорости (пат. США N 3249046, 102-22 опубл. 03.05.66). Один из примеров конкретного выполнения устройства представляет собой трехкаскадное устройство, в каждом каскаде содержится метаемая пластина.

В первом каскаде метаемая пластина примыкает к заряду ВВ, во втором каскаде и третьем метаемые пластины примыкают к слою "буферного" материала (пассивного), плотность которого ρ = 0,01 г/см³, а ударный импеданс ниже, чем у метаемых пластин.

Такое устройство обеспечивает ускорение третьей пластины путем приведения в движение второй пластины и удара ею по свободной поверхности слоя пассивного буферного материала, в свою очередь в движение вторая пластина приводится первой пластиной, ускоряемой продуктами детонации. Таким образом в каждой последующей стадии соударения можно получить значительно более высокую скорость. Это устройство выбрано за прототип. Недостатком известного устройства является невысокая скорость метания третьей пластины < 10 км/с, чтобы получить скорость > 10 км/с, необходимо использование намного больше, чем три каскада.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание высокоскоростных потоков для ускорения твердых тел как средств создания мощных ударных волн. Методы создания очень высоких давлений, температур, плотностей являются важными, так как делают возможным синтез материалов, которые могут быть изготовлены только при высоких давлениях, позволяют исследовать поведение веществ в достигаемых при этом экстремальных условиях, моделировать метеоритные удары и т.д. Одним из аспектов указанной выше задачи является исследование взрывного метания плоского ударника (пластины), удар которой является одним из основных методов создания экстремальных нагрузок.

Техническим результатом предлагаемого решения является повышение скорости пластины, превышающей 10 км/с. без существенного увеличения габаритов устройства.

Указанный технический результат достигается тем, что во взрывном метательном трехкаскадном устройстве, содержащем в каждом каскаде по метаемой пластине и в первом каскаде заряд ВВ, примыкающий к пластине, установлен дополнительный заряд ВВ, примыкающий к пластине второго каскада со стороны первого, а метаемая пластина третьего каскада примыкает к слою материала, плотность которого ρ = 0,01...0,06 г/см³, расположенному со стороны второго каскада.

Наличие дополнительного заряда ВВ, примыкающего к пластине второго каскада, приводит к тому, что первая пластина, ускоряемая продуктами взрыва ударяет по всей поверхности заряда ВВ второго каскада, вызывая в нем режим пересжатой детонации с значительно более высоким давлением, чем при обычной детонации, что повышает плотность и скорость разгоняемого потока и вносится существенный вклад в ускорение второй пластины, которое будет превышать скорость разлета продуктов обычной детонации. Чтобы получить более высокие скорости летящей пластины второго каскада необходимо, чтобы она находилась в непосредственном контакте с дополнительным зарядом ВВ.

Включение в третий каскад материала низкой плотности позволяет эффективно передать кинетическую энергию пластине третьего каскада при существенном снижении интенсивности ударных волн в третьем каскаде. Поэтому разогрев пластины третьего каскада незначителен и она остается в твердом состоянии и сохраняет прочность. Сохранение прочностных свойств пластины препятствует росту возмущений и разрушению пластины при разгоне до высоких скоростей.

На чертеже изображен общий вид заявляемого устройства.

Устройство состоит из трех каскадов.

1 - метаемая пластина первого каскада;
2 - метаемая пластина второго каскада;
3 - метаемая пластина третьего каскада;
4 - заряд ВВ первого каскада;
5 - дополнительный заряд ВВ второго каскада;
6 - материал низкой плотности;
7 - генератор плоской ударной волны.

Примером конкретного выполнения служит взрывное трехкаскадное метательное устройство, содержащее генератор плоской ударной волны 7, заряд ВВ, 4 например, на основе гексогена диаметром 240 мм, толщиной 500 мм, стальную метаемую пластину первого каскада 1 диаметром 280 мм и толщиной 8 мм, заряд ВВ второго каскада 5 на основе гексогена диаметром 120 мм и толщиной 10 мм, стальную пластину второго каскада 2 диаметром 120 мм и толщиной 2 мм. Расстояние между пластиной 1 и зарядом ВВ 5 составляет 100 мм. К пластине 2 примыкает цилиндр низкоплотного материала 6, например, пенопласт плотностью ρ = 0,05 г/см³, диаметром 70 мм, длиной 80 мм, на другом конце которого расположена метаемая пластина третьего каскада 3 из титана толщиной 0,5 мм.

Устройство работает следующим образом.

В заряд ВВ первого каскада 4 со стороны торца, противоположного пластине первого каскада 1, генератором 7 возбуждается плоская детонационная волна, падающая на пластину первого каскада 1. Под воздействием потока расширяющихся продуктов детонации пластина первого каскада разгоняется до скоростей 5-6 км/с. Летящая пластина 1 ударяет одновременно по всей поверхности заряда второго каскада 5, вызывая в нем пересжатую детонацию с существенно более высоким, чем обычно давлением. В результате скорость пластины второго каскада 2 может достигать 8 км/с. Двигающаяся пластина 2 сжимает низкоплотное вещество 6, по которому проходит серия ударных волн, нагружающих и постепенно разгоняющих пластину третьего каскада 3. Так как давления в ударных волнах в пластине 3 невелики, то она слабо разогревается и сохраняет прочность. Кроме того, использование материала низкой плотности позволяет увеличить время разгона пластины 3, т.е. производить разгон при меньших ускорениях, чем при использовании обычной или, тем более, пересжатой детонации. Все это обеспечивает сохранение целостности пластины 3 в процессе разгона до скоростей, превышающих 10 км/с.

Изобретение относится к взрывным устройствам высокоскоростного метания твердых тел. Взрывное устройство выполнено в виде трех каскадов, в каждом из которых содержится метаемая пластина. В первом и втором каскадах метаемые пластины примыкают к зарядам взрывчатого вещества. Во втором каскаде заряд взрывчатого вещества расположен со стороны первого каскада. Метаемая пластина третьего каскада примыкает к слою высокопористого материала или тяжелого газа, расположенному со стороны второго каскада. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Взрывное метательное трехкаскадное устройство, содержащее в каждом каскаде по метаемой пластине, заряд взрывчатого вещества примыкающий к метаемой пластине первого каскада, и буферный слой, примыкающий к метаемой пластине третьего каскада, отличающееся тем, что устройство содержит дополнительный заряд взрывчатого вещества, примыкающий к метаемой пластине второго каскада со стороны первого. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что буферный слой выполнен из материала плотностью ρ = 0,01...0,06 г/см³.