УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК G01N3/30 F42B1/00 

Изобретение относится к исследованиям поведения веществ при динамическом воздействии, а именно к получению высокоскоростных потоков вещества, созданию мощных ударных волн в газах, метанию твердых тел и, может найти применение при проектировании и эксплуатации взрывных ударных труб и взрывных метательных устройств для динамических испытаний перспективных конструкционных материалов.

В предлагаемом устройстве решается задача повышения уровня нагрузки на объект, которая технически реализуется за счет увеличения эффективного действия заряда взрывчатого вещества (ВВ) при достаточной простоте и удобстве использования нагружающего устройства, включающего этот заряд ВВ.

В существующих устройствах задача повышение эффективного действия ВВ решается:
либо применением более мощных (обладающих большей энергией взрыва) взрывчатых веществ в устройствах, содержащих источник инициирования и заряд твердого ВВ с постоянной плотностью (К. П. Станюкович. Неустановившиеся движения сплошной среды. М.: Наука, 1971, сч. 309-454);
либо применением заряда ВВ большей массы в устройствах аналогичного типа (Е. И. Забабахин, И.Е. Забабахин. Явления неограниченной кумуляции. М.: Наука, 1988, с. 36-46).

Это приводит к громоздкости и неудобству эксперимента.

Известно также решение этой задачи путем применения в системе, содержащей источник инициирования и заряд твердого ВВ, зарядов, состоящих из нескольких слоев ВВ различного химического состава. Это устройство выбрано за прототип. В этом устройстве формирование потока продуктов взрыва (ПВ) в сторону нагружаемого объекта происходит в два этапа. На первом этапе формируется поток ПВ от ВВ с большей энергией взрыва, вслед за которым идет поток от ВВ с меньшей энергией взрыва. Этот поток и является основной причиной увеличения импульса давления и, как следствие, увеличения бризантного (разрушающего) эффекта.

Следует отметить, что практическая реализация указанной идеи в каждом конкретном случае требует подбора оптимальной комбинации взрывчатых веществ, что и присутствует в описании изобретения, то есть это устройство позволяет добиться достаточно высоких уровней нагрузки, но оно сложно и неудобно в реализации.

В предлагаемом устройстве технический результат, состоящий в повышении эффективности действия заряда ВВ, достаточно просто достигается за счет того, что в известном устройстве для динамического нагружения, включающем заряд ВВ в виде набора слоев, использован заряд ВВ фиксированного химического состава, его слои выбраны с уменьшающейся в сторону нагружаемого объекта от места инициирования плотностью по закону
,
где
ρ₀₀ - плотность первого слоя, контактирующего с источником инициирования;
ρ_0i - плотность i-го слоя;
X_i - координата центра i-го слоя;
L₀ - параметр с размерностью длины,
причем i = 0, 1...m, где m ≥ 3; δ ≥ 0,1; .

Технический результат здесь достигается за счет формирования пересжатой детонационной волны, движущейся по заряду фиксированного химического состава переменной плотности, уменьшающейся от места инициирования в сторону нагружаемого объекта. Пересжатая волна, возникающая в системе с переменной плотностью заряда ВВ, характеризуется увеличением сжатия и массовой скорости во фронте детонационной волны (ДВ) по мере ее распространения, при этом происходит увеличение коэффициента преобразования химической энергии ВВ в энергию потока ПВ.

Установлено, что это увеличение становится заметным при значении δ ≥ 0,1. Выбор количества слоев m ≥ 3 необходим для формирования устойчивой пересжатой ДВ. Выбор диапазона изменений отношения обусловлен тем, то внутри диапазона оптимально работает эффект пересжатия, при заряд ВВ не обладает достаточной механической прочностью, а при эффект пересжатия проявляется слабо.

На чертеже изображена схема метательного устройства.

Устройство состоит из цилиндрического заряда ВВ фиксированного состава 1, стальной оболочки 2, в которую помещен заряд ВВ, стальной метаемой пластины 3, капсюль-детонатора 4, промежуточного детонатора 5, пенопластового диска 6. Плотность заряда взята уменьшающейся в сторону метаемой пластины по закону .

Заряд состоял из четырех слоев (m = 4) с отношением плотностей первого слоя к последнему ρ₀₀/ρ_0з = 1,45; δ ≅ 0,1 .

Инициирование заряда осуществлялось со стороны слоя с максимальной плотностью в одной точке от капсюля-детонатора 4 через промежуточный детонатор 5, помещенный в пенопластовый диск 6. В опытах измерялась скорость движения пластины.

Устройство работает следующим образом.

В результате подачи инициирующего импульса на капслюль-детонатор 4 и передаче его через промежуточный детонатор 5, помещенный в пенопластовый диск 6 к заряду ВВ 1, помещенному в стальную оболочку 2, в нем начинается процесс детонации. Этот процесс переходит в состояние пересжатой детонации, обусловленное многослойностью заряда фиксированного химического состава и выбором закона изменения его плотности от слоя к слою от точки инициирования.

Разгоняемая ПВ, образующимися в результате пересжатой детонации ВВ, метаемая стальная пластина 3 приобретает скорость, обеспечивающую высокоэффективное нагружение.

Проведенные эксперименты показали, что коэффициент преобразования химической энергии заряда с переменной плотностью в кинетическую энергию метаемой пластины возрастает в 1,05-1,15 раза по сравнению с таковым для заряда с постоянной максимальной плотностью (аналоги). А по сравнению с многослойным зарядом ВВ изменяющегося химического состава (прототип) налицо упрощение устройства и удобство эксплуатации.

Таким образом, благодаря конструктивным особенностям предлагаемого устройства оно может быть использовано в любой области техники, где необходимо знание прочностных свойств перспективных конструктивных материалов.

Применение: в технике, связанной с созданием мощных ударных волн в сплошных средах и метанием пластин при динамических испытаниях конструкционных материалов. Сущность: в устройстве для повышения эффективности действия заряда твердого взрывчатого вещества путем повышения коэффициента перевода химической энергии в кинетическую энергию метаемой пластины использован заряд фиксированного химического состава в виде набора слоев с уменьшающейся от места инициирования в сторону нагружаемого объекта плотностью в соответствии с законом

где ρ_oo - плотность первого слоя от точки инициирования; ρ_oi - плотность i-го слоя; х_i - координата i-го слоя; i - порядковый номер слоя, i = 0,1, .. . m, где m ≥ 3; L_o - параметр с размерностью длины; δ ≥ 0,1; а отношение плотности первого слоя ρ_oo к плотности последнего ρ_om от точки инициирования лежит в интервале 1,45 ≤ ρ_oo/ρ_om≤ 2. Технический результат: сохранение уровня приложенной нагрузки при уменьшающей массе заряда. 1 ил.

Устройство для динамического нагружения, включающее заряд взрывчатого вещества в виде набора слоев, отличающееся тем, что использован заряд взрывчатого вещества фиксированного химического состава, слои выбраны с уменьшающейся от точки инициирования в сторону нагружаемого объекта плотностью в соответствии с законом

где ρ_oo - плотность первого слоя от точки инициирования;
ρ_oi - плотность i-го слоя;
x_i - координата i-го слоя;
i - порядковый номер слоя, i = 0,1m, где m≥3;
L_o - параметр с возможностью длины;
δ ≥ 0,1,
а отношение плотности первого слоя ρ_oo к плотности последнего ρ_om от точки инициирования лежит в интервале
т