СПОСОБ ДРОБЛЕНИЯ ЦЕЛЬНОМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ, ПРИМЫКАЮЩЕЙ К РАЗРЫВНОМУ ЗАРЯДУ БОЕВОЙ ЧАСТИ, И БОЕВАЯ ЧАСТЬ Российский патент 2003 года по МПК F42B12/24 

Изобретение относится к области вооружений и может быть использовано в конструкциях боевых частей (БЧ) ракет и других боеприпасов, снаряжаемых взрывчатыми составами (далее - БЧ).

Известна технология вырубки деталей из листового материала (см., например, В. М. Аникин, Ю.С. Лукашин. СПРАВОЧНИК КОНСТРУКТОРА ШТАМПОВ ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ. Гос. научно-техническое издательство машиностроительной литературы, М., 1960 г.).

Известны следующие основные способы дробления цельнометаллической оболочки (ЦМО), включающие подрыв разрывного заряда (РЗ), на поражающие элементы (ПЭ):
- неорганизованное дробление;
- организованное дробление за счет обеспечения воздействия концентрированной энергии, например энергии кумулятивных струй от сетки кумулятивных желобов по требуемым линиям разделения ЦМО;
- организованное дробление по нанесенной в заводских условиях сетке узких зон закалки электронным лучом на ЦМО, которые являются концентраторами напряжений на требуемых линиях разделения ЦМО;
- организованное дробление по нанесенной в заводских условиях сетке рифлений на ЦМО, которые ослабляют ЦМО по требуемым линиям ее разделения (см., например, M. Held. AIMABLE FRAGMENTING WARHEADS. Proc. 13-th International Symposium on Ballistics, Stockholm, 1-3 June, 1992).

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

БЧ с неорганизованным дроблением ЦМО являются наименее эффективными в связи с получением при подрыве РЗ значительно отличающихся по геометрическим размерам и массе ПЭ, с большой долей от массы ЦМО мелких неэффективных и нежелательных крупных ПЭ.

Использование сетки кумулятивных желобов в РЗ БЧ для обеспечения организованного дробления ЦМО не нашло широкого применения из-за того, что требуемая глубина подсечки ЦМО при подрыве РЗ может быть обеспечена только при направлении движения детонационной волны вдоль плоскости симметрии каждого из кумулятивных желобов, что не представляется возможным обеспечить для значительной части поверхности ЦМО (при имеющемся, как правило, одно- или двухточечном инициировании РЗ).

Использование сетки узких зон закалки электронным лучом на ЦМО не нашло широкого применения по следующим причинам:
- способ не может быть использован для малоуглеродистых сталей;
- узкие зоны закалки при длительном хранении БЧ перекристаллизовываются и перестают в полной мере выполнять свою функцию концентраторов напряжений для организованного дробления ЦМО.

Использование сетки рифлений для обеспечения организованного дробления ЦМО применяется широко. Недостатком этого способа следует считать то, что зачастую используется спецпрокат, требующий специализированной технологии, а также то, что во многих случаях нанесение рифлений на ЦМО технологически затруднено и в некоторых случаях невозможно, например:
- для несущей ЦМО в некоторых случаях рифления недопустимы по прочностным соображениям;
- для ЦМО с удлинением (отношением длины к диаметру) более 1,5-2,5, при внутренних диаметрах менее 60-90 мм и особенно при сочетании этих факторов насечка изнутри технологически затруднена и в некоторых случаях практически невозможна.

Наряду с конструкциями, в которых использованы приведенные выше известные способы дробления ЦМО, известны также конструкции, в которых несущим элементом является примыкающая к РЗ относительно тонкостенная подложка, на которой закреплены готовые ПЭ (компактные или стержневые) или полуготовые ПЭ в форме колец.

Это техническое решение, как наиболее близкое по технической сущности и достигаемому результату, выбрано за прототип (см. патент RU 2018779, 30.08.1994).

В таких конструкциях масса несущей подложки составляет до 10% массы сборки ПЭ, при этом подложка при подрыве РЗ дробится на мелкие осколки, не учитываемые при оценке эффективности БЧ, т.е. масса подложки является пассивной массой. Для повышения эффективности целесообразно включить эту пассивную массу в массу ПЭ.

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

Указанный технический результат достигается группой изобретений. В отличие от известного способа, включающего дробление ЦМО по сетке рифлений на ней при подрыве РЗ по предлагаемому способу для организованного дробления примыкающей к РЗ ЦМО при подрыве РЗ обеспечивают разновременность начала движения зон ЦМО по разные стороны от требуемых линий ее разделения за счет выполнения между ЦМО и примыкающим к ней слоем ПЭ зазоров со ступенчатым изменением их величины по требуемым линиям разделения ЦМО.

В отличие от известной БЧ, включающей РЗ и корпус со сборкой ПЭ из двух или более слоев, в предлагаемой БЧ примыкающий к РЗ слой ПЭ выполнен в виде цельнометаллической оболочки и между ней и вторым от РЗ слоем ПЭ выполнены поперечные зазоры со ступенчатым в продольном сечении изменением из величины.

Зазоры образованы проточками на втором от РЗ слое ПЭ и в продольном сечении имеют треугольную или близкую к ней форму, при этом примыкающие к ЦМО и не образующие ступенчатого изменения величины зазора углы обращены к одному торцу по меньшей мере для групп в несколько зазоров.

В БЧ с цилиндрической ЦМО второй от РЗ слой ПЭ выполнен в виде набора колец и ступенчатое изменение величины зазоров приходится на стыки колец.

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 чертежами.

На фиг. 1 изображен фрагмент сечения БЧ, которая включает в себя РЗ 1, примыкающую к нему гладкостенную ЦМО 2 и слой 3 полуготовых ПЭ. Между ЦМО 2 и слоем 3 ПЭ выполнены зазоры 4 со ступенчатым в их поперечном сечении изменением величины по линиям 5 требуемого разделения (дробления) ЦМО 2.

На фиг. 2 изображено возможное конструктивное исполнение сборки ПЭ со ступенчатым изменением величины зазоров 4 между ЦМО 2 и слоем 3 ПЭ.

На фиг. 3 изображен промежуточный момент дробления гладкостенной ЦМО на фрагменты 2 в начале разлета сборки ПЭ, содержащей также слой 3 ПЭ, для конструкции по фиг.1. Возможность достижения по заявляемому изобретению требуемого технического результата, т.е. повышения стабильности дробления примыкающей к РЗ ЦМО при подрыве РЗ для повышения эффективности БЧ, подтверждается следующим.

Для описания механизма организованного дробления при подрыве РЗ БЧ примыкающей к РЗ ЦМО по предлагаемому способу и для качественной оценки величины взаимного смещения со сдвигом и срезом зон ЦМО 2 с двух сторон от каждой линии 5 (см. фиг. 1) требуемого разделения ЦМО рассмотрим упрощенную схему набора скорости зонами ЦМО 2.

При подрыве РЗ 1 ударная волна слева от каждой линии 5 проходит по ЦМО 2 от ее внутренней до наружной поверхности, затем по слою 3 ПЭ от его внутренней до наружной поверхности, затем отраженная волна разрежения возвращается к внутренней поверхности слоя 3 ПЭ и далее к внутренней поверхности ЦМО 2 и зона ЦМО 2 слева от линии 5 начинает высокоскоростной разлет.

Справа от каждой линии 5 ударная волна проходит по ЦМО 2 от ее внутренней до наружной поверхности, затем отраженная волна разрежения возвращается к внутренней поверхности ЦМО 2 и зона ЦМО 2 справа от линии 5 начинает высокоскоростной разлет.

Сопоставительный анализ начала движения зон ЦМО 2 слева и справа от линии 5 показывает, что задержка по времени начала движения (разлета) зоны ЦМО 2 слева от линии 5 складывается из времени прохождения ударной волны от внутренней до наружной поверхности и отраженной волны разрежения от наружной до внутренней поверхности слоя 3 ПЭ.

За время Т этой задержки по времени зона ЦМО 2, примыкающая справа к линии 5, пролетит по отношению к зоне слева от линии 5, для случая равных толщин ЦМО 2 и слоя 3 ПЭ и достаточной величине ступенчатого изменения зазора 4, на расстояние А, равное
А=V•T, где
V - начальная скорость зоны ЦМО 2, примыкающей справа к линии 5,
где В - толщины ЦМО 2 и слоя 3 ПЭ,
U - скорости ударной волны и волны разрежения (принимаем допущение об их равенстве) в материале ЦМО 2 и слоя 3 ПЭ.

Для случая V=2000 м/с, U=4500 м/с расстояние А составит

Такая величина А взаимного сдвига участков ЦМО 2 слева и справа от линии 5 является избыточной. Разделение со срезом металла при аналогичном процессе вырубки из листового материала для углеродистых сталей происходит при величине взаимного сдвига участков материала от 40% толщины листа для высокоуглеродистых сталей до 60% толщины листа для малоуглеродистых сталей (см. например, В.М. Аникин, Ю.С. Лукашин. СПРАВОЧНИК КОНСТРУКТОРА ШТАМПОВ ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ, стр. 10, 21, табл 10). Исходя из этого для обеспечения более плотной компоновки сборки ПЭ величину взаимного сдвига участков ЦМО 2 слева и справа от каждой линии 5 необходимо ограничивать величиной ступенчатого изменения зазора 4 ориентировочно от 0,4 до 0,6 толщины ЦМО.

При подрыве РЗ БЧ кромка слоя 3 сборки ПЭ у ступенчатого изменения зазора 4 выполняет функцию кромки матрицы вырубного штампа и по линии 5 (см. фиг. 1) происходит разделение со сдвигом и срезом материала ЦМО 2. Взаимное положение фрагментов ЦМО 2, а также слоя 3 ПЭ в промежуточный момент разлета ориентировочно соответствует изображенному на фиг.3.

С использованием предлагаемого способа дробления примыкающей к РЗ слоя ПЭ в виде ЦМО может быть разработано неопределенное множество конструкций БЧ с отличиями конструктивных исполнений формы поперечных сечений зазоров со ступенчатым изменением их величины (прямоугольного по фиг.2, треугольного по фиг.1, их сочетаний или модификаций, например по фиг.4 и 5), а также 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 внутренней 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 соотношение толщины ЦМО с величиной ступенчатого изменения зазора, размер шага ступенчатого изменения зазора.

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, в том числе за счет исключения из конструкции спецпроката с рифлениями. Появляется возможность организованного дробления внутренних гладкостенных ЦМО с большим удлинением, при внутренних диаметрах менее 60-90 мм, а также ожевальной зоны ЦМО, в том числе для проникающих БЧ.

На фиг. 4 изображен фрагмент продольного сечения сборки ПЭ с возможным исполнением формы поперечного сечения зазоров 4 между ЦМО 2 и слоем 3 полуготовых ПЗ со ступенчатым изменением величины зазора.

На фиг.5 изображено продольное сечение БЧ, которая включает в себя РЗ 1, примыкающий к РЗ слой ПЭ в виде ЦМО 2, примыкающий к ЦМО слой 3 ПЭ, не примыкающий к ЦМО слой 6 ПЭ. Слой 3 ПЭ может быть выполнен в виде оболочки полуготовых ПЭ из одной или нескольких деталей, на цилиндрической части он может быть выполнен в виде набора колец. На слое 3 выполнены поперечные проточки, каждая из которых образует с ЦМО 2 зазоры 4, которые в продольном сечении имеют треугольную или близкую к ней форму и ступенчатое изменение величины зазоров. Примыкающие к ЦМО и не образующие ступенчатого изменения величины зазоров углы обращены к одному торцу БЧ. В предлагаемой конструкции подложка, как конструктивный элемент, исключена и ее функцию выполняет примыкающая к РЗ ЦМО, т.е. исключена пассивная масса на боковой поверхности РЗ.

По сравнению с конструкциями по фиг.1, 4 и 5 в конструкции с зазорами прямоугольной в продольном сечении формы по фиг. 2 уменьшается средняя плотность сборки ПЭ, а также увеличивается эшелонирование значений начальных скоростей рядом расположенных ПЭ.

Примыкающие к ЦМО и не образующие ступенчатого изменения величины зазоров углы для обеспечения более плотной компоновки сборки ПЭ необходимо выполнять в пределах 30-45 град., хотя устройство будет работоспособно и при меньших величинах этих углов.

Организованное дробление гладкостенной ЦМО на ПЭ требуемых габаритов и массы до настоящего времени при отработке некоторых БЧ являлось трудноразрешимой задачей, особенно при удлинении ЦМО более 1,5-2,5, т.к. при подрыве РЗ БЧ не возникает достаточных для разрушения оболочки вдоль оси растягивающих усилий, особенно в центральной зоне ЦМО. В то же время дробление колец на ПЭ даже при отсутствии специальных для этого мер происходит стабильно за счет того, что каждый фрагмент кольца имеет радиальный вектор скорости, отличающийся по углу от соседних фрагментов.

Поэтому возникла идея при подрыве РЗ раздробить примыкающую к РЗ ЦМО сначала на кольца необходимой длины за счет обеспечения разновременности начала движения зон ЦМО по разные стороны от требуемых линий ее разделения, а затем раздробить кольца на компактные ПЭ.

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

При подрыве РЗ 1 БЧ (см. фиг.5) разновременность начала движения зон ЦМО по разные стороны от требуемых линий ее разделения обеспечивается за счет ступенчатого изменения величины зазоров между ЦМО 2 и установленным на нее слоем 3 ПЭ.

Механизм разделения ЦМО по требуемым линиям с, качественной пленной величины взаимного радиального смещения со сдвигом и срезом зон ЦМО по разные стороны от требуемых линий ее разделения приведен выше и из него следует, что для осесимметричной БЧ по фиг.5 примыкающая к РЗ 1 ЦМО 2 раздробится по линиям ступенчатого изменения зазоров 4 на кольца.

Последующее дробление колец на ПЭ в каждой конкретной конструкции БЧ может быть предусмотрено различными способами, например:
- неорганизованное дробление колец, когда каждое кольцо дробится по определенной закономерности по количеству, габаритам и массе ПЭ в зависимости от характеристик кольца (длины, толщины, диаметра, марки материала), а также от начальной скорости разлета ПЭ;
- организованное дробление колец по продольным насечкам, которые можно выполнить в заводских условиях или образовать при подрыве РЗ БЧ.

Следует подчеркнуть, что заявляемое изобретение направлено на решение наиболее трудной части задачи дробления гладкостенной ЦМО на ПЭ - дробление ЦМО на кольца или, например, при одном из возможных исполнений ЦМО в виде сектора трубы, дробление ЦМО на дугообразные полосы, и не ставит своей задачей обеспечения их последующего дробления на компактные ПЭ. Как было отмечено выше, решение второй части задачи при отработке БЧ, как правило, не представляет затруднений.

В конструкции по фиг.1 за счет разновременности начала разлета участков слоя 3 ПЭ по разные стороны от каждой линии ступенчатого изменения величины зазоров 4 повышается также надежность дробления этого слоя ПЭ на кольца.

При отработке каждой конкретной конструкции БЧ в зависимости от габаритно-массовых характеристик БЧ и от требуемых параметров боевых характеристик для обеспечения дробления ЦМО на кольца должны быть установлены свои индивидуальные соотношения размеров и сами размеры конструктивных элементов, в том числе соотношения толщин ЦМО и установленного на нее слоя ПЭ, например набора колец, и значения этих толщин, шаг ступенчатого изменения зазоров или длина кольца, а также длина и угол зазора (определяющие величину ступенчатого изменения зазора).

Применение предлагаемой конструкции по сравнению с прототипом позволяет:
- повысить эффективность БЧ с ЦМО за счет обеспечения стабильности дробления ЦМО на ПЭ требуемых размеров и массы, в том числе для проникающих БЧ, например противокорабельных;
- повысить технологичность корпуса БЧ, особенно при наличии ЦМО с большим удлинением и, в том числе, при маленьких абсолютных значениях их внутренних диаметров, а также за счет возможности исключения применения спецпроката с рифлениями.

Изобретение относится к области вооружений и может быть использовано в конструкциях боевых частей (БЧ) ракет и других боеприпасов, снаряжаемых взрывчатыми составами. В отличии от известного способа, включающего дробление цельнометаллической оболочки (ЦМО) по сетке рифлений на ней при подрыве разрывного заряда (РЗ), по предлагаемому способу для организованного дробления примыкающей к РЗ ЦМО при разрыве РЗ обеспечивают разновременность начала движения зон ЦМО по разные стороны от требуемых линий ее разделения за счет выполнения между ЦМО и примыкающим к ней слоем поражающих элементов (ПЭ) зазоров со ступенчатым изменением их величины по требуемым линиям разделения ЦМО. В отличии от известной БЧ, включающей РЗ и корпус со сборкой ПЭ из двух или более слоев, в предлагаемой БЧ примыкающий к РЗ слой ПЭ выполнен в виде цельнометаллической оболочки и между ней и вторым от РЗ слоем ПЭ выполнены поперечные зазоры со ступенчатым в продольном сечении изменением их величины. Зазоры образованы проточками на втором от РЗ слое ПЭ и в продольном сечении имеют треугольную или близкую к ней форму, при этом примыкающие к ЦМО и не образующие ступенчатого изменения величины зазора углы обращены к одному торцу по меньшей мере для групп в несколько зазоров. В БЧ с цилиндрической ЦМО второй от РЗ слой ПЭ выполнен в виде набора колец и ступенчатое изменение величины зазоров приходится на стыки колец. Техническим результатом является повышение эффективности БЧ за счет обеспечения стабильного дробления, примыкающей к РЗ ЦМО на ПЭ требуемых размеров и массы с одновременным повышением технологичности корпуса. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ дробления цельнометаллической оболочки, примыкающей к разрывному заряду боевой части, включающий подрыв разрывного заряда, отличающийся тем, что обеспечивают разновременность начала движения зон цельнометаллической оболочки по разные стороны от требуемых линий ее разделения за счет выполнения между цельнометаллической оболочкой и примыкающим к ней слоем поражающих элементов зазоров со ступенчатым изменением их величины по требуемым линиям разделения. 2. Боевая часть, включающая разрывной заряд и корпус со сборкой поражающих элементов из двух или более слоев, отличающаяся тем, что примыкающий к разрывному заряду слой поражающих элементов выполнен в виде цельнометаллической оболочки и между ней и вторым от разрывного заряда слоем поражающих элементов выполнены поперечные зазоры со ступенчатым в продольном сечении изменением их величины. 3. Боевая часть по п. 2, отличающаяся тем, что зазоры образованы проточками на втором от разрывного заряда слое поражающих элементов, в продольном сечении имеют треугольную или близкую к ней форму, при этом примыкающие к цельнометаллической оболочке и не образующие ступенчатого изменения величины зазора углы обращены к одному торцу по меньшей мере для групп в несколько зазоров. 4. Боевая часть по любому из п. 2 или 3, отличающаяся тем, что цельнометаллическая оболочка выполнена цилиндрической, а второй от разрывного заряда слой поражающих элементов выполнен в виде набора колец и ступенчатое изменение величины зазоров приходится на стыки колец.