СПОСОБ ДРОБЛЕНИЯ НАРУЖНОЙ ЦЕЛЬНОМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ БОЕВОЙ ЧАСТИ Российский патент 2002 года по МПК F42B12/32 

Изобретение относится к области вооружений и может быть использовано при создании конструкций боевых частей (БЧ) ракет и других боеприпасов, снаряжаемых взрывчатыми составами.

Известна конструкция БЧ по патенту DE 19753188 А1, в которой реализован способ организованного дробления кольцевых фрагментов цельнометаллической оболочки (ЦМО). При подрыве такой БЧ при радиальном разлете ЦМО в стыках всех уложенных в кольцо готовых поражающих элементов (ПЭ) появятся зазоры, через которые продукты детонации образуют на кольцевых фрагментах ЦМО подсечки, соответствующие стыкам готовых ПЭ. При дальнейшем разлете кольцевые фрагменты ЦМО раздробятся по этим подсечкам.

Известна конструкция БЧ по патенту RU 2106596 С1, в которой реализован способ организованного дробления ЦМО на ПЭ заданных размеров за счет уложенных изнутри с зазорами между собой готовых ПЭ, а также за счет выполнения между ЦМО и готовыми ПЭ промежутка, заполненного инертной прокладкой.

Известна конструкция БЧ по заявке на патент GB 2329696 А, по которой согласно описанию и формуле изобретения объектом защиты является БЧ, в которой кольца готовых или полуготовых ПЭ уложены в ЦМО с возможностью устранения зазоров между торцами колец посредством разжимных устройств, по типу винтовых пар.

В соответствии с фиг. 2 и 3 чертежа вышеупомянутой заявки на патент в зоне ожевальной формы зазора между ЦМО и подложкой кольца выполнены цилиндрическими различного диаметра, т. е. каждое кольцо имеет диаметры, соответствующие его местоположению, и в этой зоне между слоями ПЭ, а также между кольцами и тонкостенной подложкой имеются поперечные зазоры со ступенчатым в продольном сечении изменением их величины. В текстовой части описания отсутствует информация о зазорах и их функциональном назначении, а формула изобретения не содержит соответствующих притязаний заявителя на использование этих конструктивных признаков. В соответствии с чертежом в цилиндрической части БЧ зазоры между верхними слоями ПЭ отсутствуют.

Последнее техническое решение, как наиболее близкое по технической сущности и достигаемому результату, выбрано за прототип.

В конструкции по заявке на патент DE 19753188 А1 не предусмотрено способа и соответственно конструктивных элементов для обеспечения организованного дробления ЦМО поперек оси БЧ на фрагменты (ПЭ) заданных размеров. При подрыве такой БЧ из ЦМО будут образовываться сдвоенные, строенные, счетверенные и т.п. (относительно габаритов готовых ПЭ) вдоль оси БЧ осколки.

Способ дробления наружной ЦМО, заложенный в конструкцию по патенту RU 2106596 С1, обеспечивает организованное дробление вдоль и поперек поверхности ЦМО, но этот способ по сравнению с заявляемым обладает существенными недостатками - за счет наличия зазоров между готовыми ПЭ в поперечном и продольном сечениях и за счет наличия между ЦМО и готовыми ПЭ промежутка, заполненного инертной прокладкой, уменьшается количество и масса уложенных изнутри ЦМО готовых ПЭ, а также уменьшается скорость разлета ПЭ - готовых и получаемых из ПМО.

Ни в формуле, ни в тексте материалов заявки на патент GB 2329696 А не приведен механизм обеспечения организованного дробления всей ЦМО на ПЭ заданных размеров. Из приведенной на чертеже конструкции следует, что в БЧ на ее цилиндрическом участке не предусмотрено организованного дробления ЦМО как вдоль, так и поперек ее поверхности. Однако конструктивные особенности ожевальной части, одного из вариантов воплощения аналога, позволяют предположить возможность использования поперечных зазоров со ступенчатым в продольном сечении изменением их величины также для дробления ЦМО в ожевальной зоне.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении эффективности БЧ за счет обеспечения стабильного дробления наружной ЦМО на ПЭ требуемых размеров и массы с одновременным повышением технологичности корпуса.

Указанный технический результат достигается тем, что в отличие от известного способа, по которому дробление наружной ЦМО БЧ (в которой между ЦМО и РЗ расположен слой ПЭ) включает подрыв РЗ, по предлагаемому способу обеспечивают разновременность воздействия ударного импульса на ЦМО по разные стороны от требуемых линий ее разделения за счет выполнения зазоров между дробимой оболочкой и примыкающим к ней слоем ПЭ со ступенчатым изменением величины зазоров по линиям разделения ЦМО.

Аналогов, имеющих признаки, сходные с заявляемым решением, не обнаружено, следовательно, можно считать, что заявляемый способ является новым и обладает достаточным изобретательским уровнем.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом.

На фиг.1 изображено продольное сечение изготовленного и испытанного макета, реализующего заявляемый способ. Макет включает в себя гладкостенную цилиндрическую ЦМО 1 и установленный в нее слой полуготовых ПЭ в виде набора колец 2. Между набором колец 2 и ЦМО 1 выполнены зазоры 3 со ступенчатым изменением их величины на каждом стыке колец 2. Макет содержит разрывной заряд 4.

На фиг. 2 изображен фрагмент ЦМО 1, левая и правая зоны которой разграничены линией 5 требуемого разделения (дробления) ЦМО.

На фиг. 3 изображен промежуточный момент разделения со сдвигом и срезом изображенного на фиг.2 фрагмента ЦМО по линии 5 после разновременного воздействия ударного импульса на левую и правую зоны ЦМО 1.

На фиг.4 изображен фрагмент БЧ, реализующей заявляемый способ. БЧ включает ЦМО 1, примыкающий к ней слой 2 ПЭ и РЗ 4, между ЦМО 1 и слоем 2 ПЭ выполнен зазор 3 со ступенчатым изменением его величины по линии 5 требуемого разделения (дробления) ЦМО 1.

Возможность достижения по заявляемому изобретению требуемого технического результата, т. е. повышения стабильности дробления ЦМО при подрыве РЗ для повышения эффективности БЧ, подтверждается следующим.

Были изготовлены и испытаны макеты БЧ, содержащие РЗ и осесимметричный цилиндрический корпус. Сборка ПЭ включала в себя (см. фиг.1) гладкостенную стальную трубу 1 с удлинением (отношением длины к диаметру) более 5 и установленный в трубу по всей ее длине слой полуготовых ПЭ в виде набора состыкованных плоскими торцами колец 2. Средняя расчетная скорость разлета ПЭ - более 1000 м/с.

В макете основного исполнения, реализующего заявляемый способ, на обращенных к ЦМО 1 (к трубе) поверхностях колец 2 более половины длины каждого выполнены в виде усеченного конуса, при этом величина ступенчатого изменения зазора 3 между ЦМО и кольцом составила 0,8 мм и меньший угол клинового в продольном сечении зазора составил менее 10 градусов. Таким образом, между ЦМО и установленным в ней слоем полуготовых ПЭ выполнены зазоры 3 со ступенчатым изменением величины зазора в каждом стыке колец 2, т.е. по требуемым линиям разделения (дробления) ЦМО на кольца. Внутренняя поверхность колец выполнена цилиндрической.

Во втором исполнении макета, изготовленном и испытанном для сравнения, отличие заключалось в том. что наружная поверхность колец выполнена цилиндрической, а на внутренней поверхности каждого кольца выполнена коническая поверхность, при этом длина и угол конуса равны этим величинам на кольцах макета основного исполнения.

При подрыве РЗ основного исполнения макета из ЦМО образовались ПЭ длиной, равной длине колец внутреннего слоя, т.е. ЦМО при подрыве РЗ была разделена (раздроблена) на кольца по местам ступенчатого изменения величины зазоров между ЦМО и кольцами, а затем образовавшиеся из ЦМО кольца раздробились на осколки (также как и расположенные внутри ЦМО кольца).

В макете основного исполнения был реализован способ организованного дробления наружной ЦМО на кольца за счет обеспечения разновременности воздействия ударного импульса на ЦМО по разные стороны от линий ступенчатого изменения величины зазоров между ЦМО и установленным в ней набором колец. Пояснение по достижению разновременности передачи ударного импульса приведено ниже.

При подрыве РЗ второго исполнения макета дробление ЦМО на кольца по местам стыка, уложенных внутрь ЦМО колец, не произошло, ЦМО раздробилась на ПЭ различной длины.

Испытаниями второго исполнения макета показано, что только за счет (имеющего место в обоих исполнениях макетов) незначительного перепада расчетных начальных скоростей (порядка 25 м/с) участков ЦМО по разные стороны от плоскости стыка каждой пары колец необходимого дробления ЦМО на кольца не получено.

По предлагаемому способу при подрыве РЗ БЧ организованное дробление ЦМО происходит следующим образом.

Если при подрыве РЗ обеспечить воздействие ударного импульса на левую зону ЦМО 1 (см. фиг.2) и исключить воздействие ударного импульса на правую зону ЦМО 1, то за счет приобретенной большой начальной скорости (для БЧ, как правило, в пределах 800-2500 м/с) левая зона ЦМО оторвется от правой зоны ЦМО, при этом произойдет разделение со сдвигом и срезом ЦМО по разграничивающей эти зоны линии 5. Взаимное положение левой и правой зон ЦМО 1 в промежуточный момент ее дробления ориентировочно соответствует изображенному на фиг. 3. Этот принцип дробления предлагается использовать для организованного дробления ЦМО на ПЭ требуемых габаритов и массы.

В связи с тем, что при подрыве РЗ БЧ исключать воздействие ударного импульса на какие-либо зоны ЦМО нет необходимости, предлагается для организованного дробления ЦМО обеспечивать разновременность воздействия ударного импульса по разные стороны от линий 5 требуемого разделения (дробления) ЦМО (см. фиг.2), при этом механизм дробления ЦМО будет идентичен приведенному в предыдущем примере.

Для качественной оценки разновременности передачи ударного импульса на ЦМО 1 по разные стороны от линий 5 при подрыве РЗ 4 БЧ и оценки величины возникающего за этот счет взаимного смещения со сдвигом и срезом по линии 5 зон ЦМО рассмотрим упрощенную схему набора скорости слоями ПЭ БЧ.

Слева от каждой линии 5 (см. фиг.4) ударная волна при подрыве РЗ 4 проходит по слою 2 ПЭ от его внутренней до наружной поверхности, затем по ЦМО 1 от ее внутренней до наружной поверхности, затем отраженная волна разрежения возвращается к внутренней поверхности ЦМО 1 и зона ЦМО 1 слева от линии 5 начинает высокоскоростной разлет.

Справа от каждой линии 5 ударная волна проходит по слою 2 ПЭ от его внутренней до наружной поверхности, затем отраженная волна разрежения возвращается к внутренней поверхности слоя 2 ПЭ и зона слоя 2 ПЭ справа от линии 5 начинает высокоскоростной разлет. Зона слоя 2 ПЭ справа от линии 5 пролетает через зазор 3 и передает ударный импульс на внутреннюю поверхность ЦМО 1, затем ударная волна проходит по ЦМО 1 до ее наружной поверхности, затем отраженная волна разрежения возвращается к внутренней поверхности ЦМО 1 и зона ЦМО справа от линии 5 начинает высокоскоростной разлет.

Сопоставительный анализ начала движения зон ЦМО слева и справа от линии 5 показывает, что задержка по времени до начала движения (разлета) зоны ЦМО справа от линии 5 (см. фиг.4) складывается из:
- времени возвращения отраженной волны разрежения от наружной до внутренней поверхности зоны слоя 2 ПЭ справа от линии 5;
- времени движения (полета) зоны слоя 2 ПЭ справа от линии 5 через зазор 3 до соударения с ЦМО 1.

За время этой задержки по времени зона ЦМО 1 слева от линии 5 пролетит (для случая близких по величине толщин ЦМО 1 и слоя 2 ПЭ справа от линии 5 и соответственно близких значений их начальных скоростей разлета) по отношению к зоне ЦМО 1 справа от линии 5 на сумму следующих расстояний:
- за время Т возвращения отраженной волны разрежения от наружной до внутренней поверхности зоны слоя 2 ПЭ справа от линии 5, равное

где В - толщина зоны слоя 2 ПЭ справа от линии 5,
U - скорость отраженной волны разрежения в материале слоя 2 ПЭ, зона ЦМО 1 слева от линии 5 пролетит расстояние А, равное

где V - начальная скорость разлета ЦМО 1.

Для случая V=1500 м/с, U=4500 м/с и равных толщин ЦМО 1 и зоны слоя 2 ПЭ справа от линии 5 расстояние А составит ориентировочно

- за время движения слоя 2 ПЭ через зазор 3 ЦМО 1 слева от линии 5 пролетит расстояние С, равное величине ступенчатого изменения зазора 3.

Итого при принятых допущениях взаимное смещение со сдвигом друг относительно друга зон ЦМО 1 слева и справа от линии 5 составит величину L, равную ориентировочно
L=A+C=0,33•В+С.

Таким образом, по линии 5 (см. фиг.4) происходит разделение со сдвигом и срезом материала ЦМО 1. Взаимное положение фрагментов ЦМО в промежуточный момент ее разлета и дробления ориентировочно соответствует изображенному на фиг.3. Практическую осуществимость предлагаемого способа дробления ЦМО подтверждают приведенные выше результаты испытаний макета основного исполнения.

С использованием предлагаемого способа дробления наружной ЦМО может быть разработано неопределенное множество конструкций БЧ с отличиями конструктивных исполнений ступенчатого изменения величины зазоров - по форме их поперечного сечения (прямоугольного, в форме клина по фиг.1 или клинообразного, их сочетаний и т.п.), и обеспечивающих организованное дробление гладкостенных ЦМО на фрагменты различной формы, например:
- на компактные ПЭ с различными формами их контура (прямоугольного, ромбического и т.п.);
- дробление ЦМО в виде трубы, в том числе большого удлинения, на кольца и далее на компактные ПЭ;
- дробление цилиндрической ЦМО на удлиненные ПЭ (стержневые).

При отработке каждой конкретной конструкции БЧ с использованием предлагаемого способа дробления наружной ЦМО в зависимости от габаритно-массовых характеристик БЧ и от требуемых параметров боевых характеристик для обеспечения дробления ЦМО на ПЭ должны быть установлены свои индивидуальные соотношения размеров и сами размеры конструктивных элементов, в том числе соотношения толщин ЦМО с величиной ступенчатого изменения зазора, размер шага его ступенчатого изменения.

Применение предлагаемого способа по сравнению с прототипом позволяет повысить эффективность БЧ с ЦМО за счет повышения стабильности дробления ЦМО на ПЭ требуемых размеров и массы при одновременном упрощении технологии изготовления корпуса БЧ. Появляется возможность организованного дробления наружных гладкостенных ЦМО с большим удлинением при внутренних диаметрах менее 60 - 90 мм.

Изобретение относится к конструкции боевых частей боеприпасов с разрывным зарядом. Способ дробления наружной цельнометаллической оболочки боевой части, между которой и разрывным зарядом расположен слой поражающих элементов, заключающийся в разновременном воздействии ударного импульса на оболочку при подрыве разрывного заряда. Разновременность воздействия ударного импульса на оболочку по разные стороны от требуемых линий ее разделения обеспечивают за счет выполнения между оболочкой и слоем поражающих элементов зазоров со ступенчатым изменением их величины по линиям разделения. Изобретение позволяет повысить эффективность боеприпаса за счет повышения стабильности дробления цельнометаллической оболочки на поражающие элементы заданных размеров и массы. 4 ил.

Способ дробления наружной цельнометаллической оболочки боевой части, в которой между цельнометаллической оболочкой и разрывным зарядом расположен слой поражающих элементов, включающий подрыв разрывного заряда, отличающийся тем, что обеспечивают разновременность воздействия ударного импульса на цельнометаллическую оболочку по разные стороны от требуемых линий ее разделения за счет выполнения между дробимой оболочкой и примыкающим к ней слоем поражающих элементов зазоров со ступенчатым изменением их величины по линиям разделения.