КУМУЛЯТИВНЫЙ ЗАРЯД Российский патент 2003 года по МПК F42B1/28 

Изобретение относится к взрывным работам, в частности к конструкциям зарядов направленного действия, и может использовано для дробления горных пород, разделки металлоотходов, разрушения бетонных конструкций, а также в качестве заряда взрывчатого вещества боеприпасов.

Известен кумулятивный заряд взрывчатого вещества, включающий два заряда, верхний и нижний с коническими кумулятивными выемками, расположенными соосно, с отверстием в вершине нижней кумулятивной выемки, инициирующий заряд, пиротехническое реле (патент Великобритании 2039008, F 42 В 13/10).

Данное техническое решение имеет недостатки, в частности наличие инициирующего заряда, пиротехнического реле усложняет конструкцию, что приводит к снижению технологичности, увеличению габаритов и стоимости заряда.

Кроме того, геометрия конических кумулятивных выемок имеет ограниченные возможности оптимизации параметров заряда в зависимости от условий применения, что ограничивает область применения заряда.

Известен также кумулятивный заряд, содержащий оболочку, размещенный в ней заряд взрывчатого вещества с кумулятивной выемкой, выполненной в виде центральных V-образных выемок, периферийных V-образных выемок, плоскости которых пересекаются с основанием заряда с образованием невыпуклого многоугольника, внешние вершины которого соединяются с вершиной кумулятивной выемки ломаными линиями, звеньями которых являются ребра периферийных V-образных выемок и линии сопряжения центральных V-образных выемок (патент России 2077695, F 42 В 1/028 - прототип).

Техническое решение имеет ряд недостатков.

Данное конструктивное выполнение заряда предназначено для дробления негабаритных кусков и объектов с несколькими обнаженными плоскостями. Параметры заряда не рассчитаны на работу заряда в условиях зажима или разрушения объектов с одной обнаженной плоскостью, например, для ликвидации запрессовки горной массы при проведении восстающих выработок глубокими скважинами, секционным взрыванием.

В вышеприведенной конструкции заряда реализован принцип регулируемого перераспределения энергии кумулятивных струй за счет взаиморасположения и ориентации центральных и периферийных V-образных выемок. В результате обеспечивается максимальное использование полезного объема заряда, повышение активной массы. Однако этого недостаточно для значительного повышения КПД разрушения, так как такое выполнение кумулятивной выемки не позволяет использовать иные принципы полезного использования энергии взрывчатого вещества, например взаимодействия детонационных волн.

Единый технический результат изобретения - увеличение КПД разрушения.

Указанный единый технический результат достигается тем, что в известном кумулятивном заряде, содержащем оболочку, размещенный в ней заряд взрывчатого вещества с кумулятивной выемкой, выполненной в виде центральных V-образных выемок, периферийных V-образных выемок, плоскости которых пересекаются с основанием заряда с образованием невыпуклого многоугольника, внешние вершины которого соединяются с вершиной кумулятивной выемки ломаными линиями, звеньями которых являются ребра периферийных V-образных выемок и линии сопряжения центральных V-образных выемок, при этом периферийные V-образные выемки сопряжены между собой плоскостями по линиям, соосным ребрам центральных V-образных выемок, а в сечении, проходящем через вершины ломаных, выполнены дополнительные плоскости, ограниченные пересечением внутренних и внешних углов вновь образованных внешнего и внутреннего многоугольников соответственно центральных и периферийных V-образных выемок, при этом внешние вершины многоугольника периферийных V-образных выемок совпадают с внутренними вершинами многоугольника центральных V-образных выемок и вершинами ломаных, кроме того, ломаные линии снабжены дополнительными звеньями, соединяющими внутренние и внешние вершины вновь образованных внешнего и внутреннего многоугольников, а поверхность дополнительных плоскостей заключена между периметром внешнего и внутреннего многоугольников, кроме того, многоугольник основания заряда и вновь образованный внешний многоугольник центральных V-образных выемок выполнены равновеликими.

Новым в техническом решении является то, что периферийные V-образные выемки сопряжены между собой плоскостями по линиям, соосным ребрам центральных V-образных выемок, а в сечении, проходящем через вершины ломаных, выполнены дополнительные плоскости, ограниченные пересечением внутренних и внешних углов вновь образованных внешнего и внутреннего многоугольников соответственно центральных и периферийных V-образных выемок, при этом внешние вершины многоугольника периферийных V-образных выемок совпадают с внутренними вершинами многоугольника центральных V-образных выемок и вершинами ломаных линий, кроме того, ломаные линии снабжены дополнительными звеньями, соединяющими внутренние и внешние вершины вновь образованных внешнего и внутреннего многоугольников, а поверхность дополнительных плоскостей заключена между периметрами внешнего и внутреннего многоугольников, кроме того, многоугольник основания заряда и вновь образованный внешний многоугольник центральных V-образных выемок выполнены равновеликими.

Изобретение соответствует требованию единства изобретения, поскольку группа однообъектных изобретений образует единый изобретательский замысел, причем заявка относится к объектам изобретения одного вида, одинакового назначения, обеспечивающим получение одного и того же технического результата принципиально одним и тем же путем.

Сущность технического решения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид заряда; на фиг.2 - вид сверху кумулятивной выемки; на фиг.3 - вертикальный разрез по А-А; на фиг.4 - плоскость сечения кумулятивной выемки; на фиг. 5 - взаимодействие детонационных волн, сечение Б-Б; на фиг.6 - вертикальный разрез модификации кумулятивной выемки; на фиг.7 - плоскость сечения модификации кумулятивной выемки; на фиг.8 - общий вид варианта выполнения кумулятивного заряда; на фиг.9 - прокладка.

Кумулятивный заряд состоит из взрывчатого вещества 1, помещенного в оболочку 2 с кумулятивной выемкой 3, выполненной в виде центральных V-образных выемок 4 и периферийных V-образных выемок 5.

Центральные V-образные выемки 4 сопряжены между собой по линиям 6, которые сходятся в вершине 7 кумулятивной выемки.

Периферийные V-образные выемки 5 сопряжены между собой плоскостями 8 по линиям 9, соосным с ребрами 10 центральных V-образных выемок 4, при этом плоскости 8 пересекаются с основанием заряда с образованием невыпуклого многоугольника основания, внешние вершины 13 которого соединяются с вершиной 7 кумулятивной выемки 3 ломаными линиями, звеньями которых являются ребра 12 периферийных V-образных выемок 5 и линии сопряжения 6 центральных V-образных выемок 4.

В сечении, проходящем через вершины 13 ломаных линий, выполнены дополнительные плоскости 14, ограниченные пересечением внутренних 15 и внешних 16 углов вновь образованных многоугольников 17 и 18 соответственно центральных 4 и периферийных 5 V-образных выемок. При этом в плоскости сечения образуется отверстие, ограниченное периметром внутреннего многоугольника 18.

Центральные V-образные выемки 4 ограничены снизу многоугольником 18 и плоскостями 14, а сверху вершиной 7, периферийные V-образные выемки ограничены снизу многоугольником кумулятивной выемки, лежащим в основании заряда, а сверху многоугольником 18, образованным пересечением плоскостей 8 с плоскостью сечения, проходящего через вершины 13 ломаных линий.

Центральные V-образные выемки 4 сопрягаются с периферийными V-образными выемками 5 посредством дополнительных плоскостей 14, образованных пересечением плоскостей центральных 4 и периферийных 5 V-образных выемок с плоскостью сечения. Плоскости 14 ограничены сторонами внешнего 17 и внутреннего 18 многоугольников, при этом внешние вершины внутреннего многоугольника 18 и внутренние вершины внешнего многоугольника 17 совпадают между собой и с вершинами 13 ломаных линий.

Возбуждение детонации взрывчатого вещества 1 предусматривается инициатором 19.

Кумулятивный заряд работает следующим образом.

При взрыве инициатора 19 по взрывчатому веществу 1 распространяется центральная детонационная волна ДВ1, которая достигает вершины 7 кумулятивной выемки 3 и выходит на плоскости центральных V-образных выемок 4. При этом формирование центральной кумулятивной струи происходит за счет направленного движения продуктов детонации от центральных V-образных выемок 4 к оси заряда.

Сформировавшаяся центральная кумулятивная струя осевого направления проходит через отверстие, образованное внутренним многоугольником 18, и воздействует на объект с образованием первоначальной зоны разрушения. Одновременно с распространением центральной детонационной волны ДВ1 в частях центральных V-образных выемок 4, прилегающих к дополнительным плоскостям 34, формируются радиально направленные от периферии в направлении оси заряда и под углом к дополнительным плоскостям 14 и "плоские" кумулятивные струи.

Эти струи, не участвующие в формировании центральной кумулятивной струи, воздействуют непосредственно на слой взрывчатого вещества, прилегающий к дополнительным плоскостям 14.

Ограничение дополнительных плоскостей 14 пересечением внутренних 15 и внешних 16 вновь образованных внешнего 17 и внутреннего 18 многоугольников обусловлено рациональным распределением энергии кумулятивных струй центральных V-образных выемок 4 на создание мощной центральной кумулятивной струи и "плоских" кумулятивных струй, инициирующих взрывчатое вещество, прилегающее к плоскостям 14.

Сопряжение между собой плоскостями 8 периферийных V-образных выемок 5 по линиям 9, которые соосны ребрам 10 центральных V-образных выемок 4, создает условия для формирования радиально направленных "плоских" кумулятивных струй, соосных линиям сопряжения 9. Кроме того, наличие дополнительных плоскостей 14 в сечении, проходящем через вершины 13 ломаных линий, обеспечивает одновременное инициирование "плоскими" кумулятивными струями взрывчатого вещества, находящегося между периферийными V-образными выемками 5 и прилегающего к дополнительным плоскостям 14. Инициирование происходит по линиям, соединяющим внешние 16 и внутренние 15 углы соответственно внутреннего 18 и внешнего 17 многоугольников.

Совокупность вышеперечисленных признаков обеспечивает условия для возбуждения и формирования между периферийными V-образными выемками 5, периферийных встречно-направленных детонационных волн ДВ2, образующих периферийный фронт детонации (фиг.5).

Одновременное инициирование "плоскими" кумулятивными струями части центральных V-образных выемок 4, прилегающих к дополнительным плоскостям 14 взрывчатого вещества между периферийными V-образными выемками 5, является непременным условием, обеспечивающим встречно-направленное движение и одновременный подход периферийных детонационных волн ДВ2 к плоскостям 8 периферийных V-образных выемок 5.

Одновременно на вершины (ребра 12) периферийных кумулятивных выемок 5 выходит центральная детонационная волна ДВ1 (сечение I-I фиг.3; 5), которая за плоскостью сечения взаимодействует со сходящимися встречно-направленными детонационными волнами ДВ2 (сечение II-II).

В результате концентрации детонационных волн основная часть их энергии идет на образование высокоскоростных кумулятивных струй периферийных V-образных выемок 5, за счет направленного движения которых формируется осевая периферийная кумулятивная струя (авт. св. 1494666 F 42 В 1/02, с.3-4).

Формирование осевой периферийной, кумулятивной струи происходит в благоприятных условиях концентрации энергии в направлении оси заряда и поддержания ее продольной устойчивости.

В результате образования внешнего 17 и внутреннего 18 многоугольников соответственно центральных 4 и периферийных 5 V-образных выемок создаются условия для работы кумулятивного заряда по "каскадной" схеме, обеспечивающей последовательное формирование двух независимых осевых кумулятивных струй, разновременно воздействующих на объект.

Конструктивное выполнение кумулятивного заряда, при котором внешние вершины многоугольника 18 периферийных V-образных выемок 5 совпадают с внутренними вершинами многоугольника центральных V-образных выемок 4 и вершинами ломаных линий 13, обеспечивает подход центральной детонационной волны ДВ1 к вершинам (ребрам) периферийных кумулятивных выемок 5 одновременно с периферийными детонационными волнами ДВ2.

При этом, поскольку объект уже подвергся воздействию центральной кумулятивной струи, то удар осевой, периферийной кумулятивной струи осуществляется по объекту, подвергшемуся предразрушению. Это способствует увеличению объема разрушения. Одновременно часть периферийных V-образных выемок 5, прилегающих к основанию заряда, обеспечивает создание радиально направленных от периферии заряда к центру кумулятивных струй, которые непосредственно воздействуют на объект, не участвуя в формировании периферийной струи.

Суммарным воздействием на объект, который находится в напряженном состоянии разнонаправленных кумулятивных струй, создается очаг мощного нагружения, что приводит к интенсивному разрушению объекта.

Возможна модификаций исполнения заряда, позволяющая значительно расширить область использования кумулятивного заряда для различных условий применения (фиг.6; 7).

По этому варианту ломаные линии снабжены дополнительными звеньями 20, соединяющими внутренние 21 и внешние 22 вершины вновь образованных внешнего 17 и внутреннего 18 многоугольников. Поверхность 23 дополнительных плоскостей заключена между периметрами внешнего 17 и внутреннего 18 многоугольников. При этом дополнительные плоскости выполнены как единое целое в виде поверхности 23, а периметр внутреннего многоугольника ограничивает площадь отверстия, образованного в результате сечения, проходящего через вершины 21 и 22 ломаных линий.

Наличие дополнительных звеньев 20 ломаных, соединяющих внутренние 21 и внешние 22 вершины вновь образованных внешнего 17 и внутреннего 18 многоугольников, между периметрами которых заключена поверхность 23 дополнительных плоскостей, способствует выходу центральной детонационной волны ДВ1 на вершины (ребра 12) периферийных V-образных выемок 5 с запозданием по отношению к сходящимся встречно-направленным детонационным волнам ДВ2 (фиг.6, сечение III-III).

Запаздывание ДВ1 по отношению к ДВ2 является результатом "огибания" детонационной волной ДВ1 выступов, ограниченных длиной дополнительных звеньев 20, то есть время запаздывания определяется расстоянием между вершинами 21 и 22 (см. Кальдиролы П., Кнопфель Г. Физика высоких плотностей энергии. М., изд. "Мир". 1974. - с.267).

Кроме того, в результате такого выполнения заряда появляются дополнительные возможности изменения параметров в зависимости от физико-механических свойств объекта разрушения. Так, для задания определенных параметров базовой конструкции заряда необходимо изменять геометрию как центральных V-образных выемок, так и периферийных вследствие того, что внешние и внутренние вершины внутреннего и внешнего многоугольника совпадают с вершинами 13 ломаных линий.

В рассматриваемом случае задание геометрических параметров центральным V-образный выемкам не приводит к изменению параметров периферийных V-образных выемок и наоборот, достаточно переместить одну из вершин 21 или 22 в нужное положение вдоль дополнительных звеньев 20.

В результате одновременного инициирования "плоскими" струями взрывчатого вещества, находящегося между периферийными V-образными выемками 5, обеспечивается одновременный подход периферийных ДВ2 к плоскостям 8 V-образных выемок 5, что приводит к увеличению параметров кумулятивных струй с соответствующим увеличением эффекта кумуляции каждой из периферийных V-образных выемок 5 (авт. св. 1378543, F 42 В 3/10, 1/02, с.2).

По мере удаления фронта детонации периферийных ДВ2 от места инициирования к основанию кумулятивной выемки на плоскости 8 будет выходить центральная детонационная волна ДВ1 (сечение IV-IV фиг.6). Это позволяет создать боковой "подпор" и энергетическую подпитку кумулятивных струй за счет запаздывания выходящей на плоскости 8 центральной ДВ1 (авт. св. 1277723 F 42 В 3/02, с. 2). Происходит задержка бокового разлета газов, увеличения времени существования струй, формируется более компактная кумулятивная струя, следовательно, повышается разрушающая способность кумулятивного заряда.

На фиг. 8, 9 представлен вариант выполнения кумулятивного заряда с равновеликими многоугольниками центральных V-образных выемок и основания заряда. Особенностью данного варианта является то, что оболочка заряда собирается из серийно выпускаемых стандартных элементов и оснащается штатными порошкообразными взрывчатыми веществами (аммонит 6ЖВ, аммонал) на месте производства взрывных работ.

Для изготовления кумулятивного заряда могут использоваться оболочки профилированных кумулятивных зарядов, допущенных к применению Госгортехнадзором России от 21.04.95 08-10/218, и серийно выпускаемых согласно ТУ 2297-001-10887323-94 "Корпус профилированного кумулятивного заряда", Кемерово, 1994.

Заряд состоит из 2-х стандартных полимерных оболочек: из верхней 24 и нижней 25. заполненных порошкообразным взрывчатым веществом. Цилиндрические оболочки 24 и 25 выполнены заодно с кумулятивными выемками, профилированными V-образными элементами, а поверхность оболочек имеет конусность 1,5^o на сторону. При изготовлении оболочек по периметру кумулятивной выемки в верхней и нижней части поверхности оболочки предусмотрены продольные канавки 26, соосные соответственно линиям сопряжения и ребрам V-образных выемок.

При подготовке заряда вершина кумулятивной выемки нижней оболочки срезается или обламывается на расчетном расстоянии от основания кумулятивной выемки с образованием отверстия в кумулятивной выемке в виде внутреннего многоугольника 18, после чего оболочка заполняется, например, аммонитом 6ЖВ до среза внутреннего многоугольника 18. На поверхность ВВ помещается заранее изготовленная прокладка 27 толщиной 50-100 мкм, выполненная, например, из полиэтиленовой пленки или бумаги. Конфигурация прокладки имеет форму дополнительной поверхности или же форму круга с выбитым внутри многоугольником 18 и диаметром, равным диаметру основания кумулятивной выемки. После этого в свободную внутреннюю полость нижней оболочки 25 вставляется верхняя оболочка 24 стандартного заряда, заполненная взрывчатым веществом 1. За счет конусности поверхностей оболочек 1,5^o они заклиниваются.

При этом оболочки 24 и 25 ориентируются относительно друг друга путем совмещения верхних и нижних канавок 26 в линию для соблюдения соосности линий сопряжения 9 V-образных периферийных выемок 5 нижней оболочки 25 ребрам 10 V-образных центральных выемок 4 верхней оболочки 24.

Дополнительная поверхность, выполненная их полиэтилена или бумаги, кроме вышеперечисленных функций, выполняет еще роль ограничительной поверхности и герметизатора порошкообразного взрывчатого вещества периферийных V-образных выемок 5 нижней оболочки 25 при горизонтальном, наклонном и т.д. расположении кумулятивного заряда.

Верхняя оболочка закрывается крышкой 28 с гнездом под инициатор 29.

Работа заряда аналогична варианту работы заряда (фиг.6; 7).

Таким образом, предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом позволяет повысить полноту использования энергии взрывчатого вещества и эффективность разрушающей способности без увеличения массы ВВ, а следовательно, и увеличить КПД разрушения.

Изобретение относится к взрывным работам, в частности к конструкциям зарядов направленного действия, и может быть использовано для дробления горных пород, разделки металлоотходов, разрушения бетонных конструкций, а также в качестве заряда взрывчатого вещества боеприпасов. Кумулятивный заряд состоит из взрывчатого вещества, помещенного в оболочку с кумулятивной выемкой, выполненной в виде центральных V-образных выемок и периферийных V-образных выемок. Центральные V-образные выемки сопряжены между собой по линиям, которые сходятся к вершине кумулятивной выемки, периферийные V-образные выемки сопряжены между собой плоскостями по линиям, соосным с ребрами центральных V-образных выемок. В сечении, проходящем через вершины ломаных линий, выполнены дополнительные плоскости, ограниченные пересечением внутренних и внешних углов вновь образованных внешнего многоугольника и внутреннего, при этом центральные V-образные выемки сопрягаются с периферийными V-образным выемками посредством дополнительных плоскостей, а внешние вершины многоугольника и внутренние вершины внешнего многоугольника совпадают между собой и с вершинами ломаных линий. Единый технический результат изобретения - увеличение КПД разрушения. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Кумулятивный заряд, содержащий оболочку, размещенный в ней заряд взрывчатого вещества с кумулятивной выемкой, выполненной в виде центральных V-образных выемок, периферийных V-образных выемок, плоскости которых пересекаются с основанием заряда с образованием невыпуклого многоугольника, внешние вершины которого соединяются с вершиной кумулятивной выемки ломаными линиями, звеньями которых являются ребра периферийных V-образных выемок и линии сопряжения центральных V-образных выемок, отличающийся тем, что периферийные V-образные выемки сопряжены между собой плоскостями по линиям, соосным ребрам центральных V-образных выемок, а в сечении, проходящем через вершины ломаных линий, выполнены дополнительные плоскости, ограниченные пересечением внутренних и внешних углов вновь образованных внешнего и внутреннего многоугольников, соответственно центральных и периферийных V-образных выемок, при этом внешние вершины многоугольника периферийных V-образных выемок совпадают с внутренними вершинами многоугольника центральных V-образных выемок и вершинами ломаных линий. 2. Кумулятивный заряд, содержащий оболочку, размещенный в ней заряд взрывчатого вещества с кумулятивной выемкой, выполненной в виде центральных V-образных выемок, периферийных V-образных выемок, плоскости которых пересекаются с основанием заряда с образованием невыпуклого многоугольника, внешние вершины которого соединяются с вершиной кумулятивной выемки ломаными линиями, звеньями которых являются ребра периферийных V-образных выемок и линии сопряжения центральных V-образных выемок, отличающийся тем, что периферийные V-образные выемки сопряжены между собой плоскостями по линиям, соосным ребрам центральных V-образных выемок, а в сечении, проходящем через вершины ломаных линий, выполнены дополнительные плоскости, при этом ломаные линии снабжены дополнительными звеньями, соединяющими внутренние и внешние вершины вновь образованных внешнего и внутреннего многоугольников, а поверхность дополнительных плоскостей заключена между периметрами внешнего и внутреннего многоугольников. 3. Заряд по п. 2, отличающийся тем, что многоугольник основания заряда и вновь образованный внешний многоугольник центральных V-образных выемок выполнены равновеликими.