УСТРОЙСТВО "ВОДОПАД" ДЛЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ ВОЗДЕЙСТВИЙ ВЗРЫВНЫХ МЕХАНИЗМОВ Российский патент 2004 года по МПК F42D5/04 

Изобретение относится к инженерным устройствам, предназначенным для обеспечения безопасности при обнаружении и обезвреживании взрывных механизмов (ВМ) или безопасного содержания подрывных зарядов, и может быть использовано для эффективного подавления осколочного, фугасного и термического воздействий взрыва.

Известны способы и устройства для ослабления ударной волны (УВ) с использованием пены или пористых материалов, но без использования каких-либо дополнительных механизмов гашения [1, 2]. Однако либо их эффективность недостаточна, либо их применение сопряжено с потребностью в больших объемах расходных материалов, времени и места, что существенно затрудняет возможности и ограничивает области практического применения.

Широко применяют жидкостные локализаторы УВ, например ингибиторы LBA System Bomb [3] и изделия серии "Фонтан" [4], представляющие собой контейнеры, состоящие из камер с эластичной оболочкой, заполненных негорючей жидкостью.

К этой группе локализаторов можно отнести также устройство с П-образным в вертикальном сечении экраном из пористого открытоячеистого материала (в частности, поролона), наполненного негорючей жидкостью [5].

При применении эти устройства устанавливают таким образом, что они экранируют с боков и сверху ВМ (или подозрительный предмет). В случае срабатывания ВМ значительная доля энергии взрыва расходуется на деформацию и разрушение локализатора.

Общим недостатком таких устройств является трудность проведения диагностики подозрительного предмета, накрытого устройством, в то время как она необходима для обезвреживания и последующей ликвидации, а также недостаточная степень гашения УВ и улавливания осколков.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по назначению и совокупности существенных конструктивных признаков является устройство для локализации воздействий взрывных механизмов (бомб), содержащее конструктивные элементы, представляющие собой одну или более камер, заполненных волногасящим веществом, замкнутые по контуру в горизонтальном сечении и образующие открытую снизу рабочую полость для размещения взрывного механизма с возможностью выборочно, полной или частичной ее изоляции от окружающего пространства сверху посредством одного из конструктивных элементов, а также устройство экранирования осколков [6].

Вышеназванные конструктивные элементы выполнены в виде эластичных емкостей. В качестве волногасящего вещества использована негорючая жидкость. Возможность частичной изоляции рабочей полости с взрывным механизмом от окружающего пространства сверху обеспечена наличием узкого отверстия непосредственно над рабочей полостью с заглушкой, являющейся одной из упомянутых эластичных емкостей с негорючей жидкостью. Устройство экранирования осколков представляет собой противоосколочный экран в виде "юбки", закрепленной по контуру периферийной части емкости и полностью расположено снаружи устройства. Остальные (основные) емкости и противоосколочный экран соединены между собой с образованием цельной конструкции. Рабочая полость образована с боков стенками тороидальной емкости и сверху - нижней эластичной стенкой верхней емкости (в основном) и торцом заглушки (в меньшей части).

Однако такая конструкция имеет ряд недостатков. Как и в близких аналогах, имеет место ограниченность локализации в силу того, что устройство имеет замкнутую полусферическую форму (при осесимметричной конструкции). При срабатывании ВМ результирующая сила прямой и отраженной УВ подбрасывает устройство вверх, размыкая рабочий объем по плоскости поверхности, на которой оно установлено, и образуя кольцевой зазор. Поскольку скорость продуктов взрыва значительно выше скорости разлета осколков, через образовавшийся зазор происходит истечение продуктов взрыва и разлет осколков в окружающее пространство по настильной траектории с углом разлета до 20^o без снижения их кинетической энергии. Кроме того, снижение давления в 10-15 раз может привести к временной потере слуха и другим баротравмам. Конструктивное решение сквозного отверстия для введения в полость приборов для наблюдения, диагностики и/или разрушения ВМ требует неоднократных подходов взрывника к ВМ, а также не обеспечивает непрерывного контроля за взаимным расположением ВМ и стенок устройства. В момент установки и съема устройства он отсутствует. Узость отверстия (относительно продольного размера рабочего объема устройства) затрудняет эти операции. Все это снижает уровень безопасности при диагностике подозрительного предмета и его обезвреживании при обнаружении в нем ВМ. Учитывая эти факторы, при эксплуатации таких устройств необходимо пользоваться дополнительными средствами безопасности.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение эффективности локализации осколочного и фугасного воздействий взрывных механизмов, уменьшение ущерба от возможного срабатывания ВМ при их обнаружении, повышение безопасности работ без снижения степени защищенности взрывотехнического персонала и материальных ценностей при обезвреживании ВМ.

Решение указанной задачи достигается тем, что в устройстве для локализации воздействий взрывных механизмов (бомб), содержащем конструктивные элементы, представляющие собой одну или более камер, заполненных волногасящим веществом, замкнутых по контуру в горизонтальном сечении и образующих открытую снизу рабочую полость для размещения взрывного механизма с возможностью, выборочно, полной или частичной ее изоляции от окружающего пространства сверху посредством одного из конструктивных элементов, а также устройство экранирования осколков, вышеназванные конструктивные элементы выполнены в виде набора модулей-экранов и модуля-крышки, при этом модули-экраны расположены симметрично относительно общей вертикальной оси, с зазорами, на одной плоскости, модуль-крышка свободно установлен на торце или над торцом меньшего по размеру модуля-экрана с возможностью перемещения вверх под воздействием сработавшего взрывного механизма, а рабочая полость образована внутренними стенками меньшего по размеру модуля-экрана и сверху - модулем-крышкой.

Задача решается также за счет ряда дополнительных конструктивных признаков устройства (на базе описанной выше совокупности основных существенных конструктивных признаков), а именно:
- выполнением модулей-экранов в составе упомянутого набора разновысокими, причем так, что с увеличением горизонтального размера модуля-экрана пропорционально увеличивается его высота, могут быть достигнуты одновременно удобная обзорность подозрительного предмета для взрывотехника, удаленного от вертикальной оси устройства, и наличие достаточно широкой зоны безопасности в эксплуатационном режиме "наблюдение, диагностика и/или разрушение";
- модули-экраны и модуль-крышка могут быть выполнены многослойными, при этом в меньшем по размеру модуле-экране последовательно расположены, по горизонтальному направлению от рабочей полости, слой вспененного волногасящего вещества с полостью, заполненной сыпучим гранулированным диспергентом, один или более противоосколочных экранов в упрочняющих оболочках и прочный податливый кожух, в каждом из остальных модулей-экранов в том же направлении последовательно расположены слой вспененного волногасящего вещества и один или более противоосколочных экранов в упрочняющих оболочках, а слоистая структура модуля-крышки, как и меньшего по размеру модуля-экрана, представляет собой сочетание слоя вспененного волногасящего вещества, полости, заполненной сыпучим гранулированным диспергентом, одного или более противоосколочных экранов в упрочняющих оболочках и прочного податливого кожуха, при этом совокупность всех противоосколочных экранов в упрочняющих оболочках образует упомянутое устройство экранирования осколков.

Это позволяет при небольших габаритах и массе устройства добиться высокой его эффективности по локализации фугасного (с термической составляющей) и осколочного воздействий сработавшего ВМ, получить высокие удельные характеристики с комплексным использованием защитных свойств каждого из применяемых веществ и композитных конструкций, т.е. "сверхэффект" в сравнении с использованием веществ по отдельности.

- выполнением каждого противоосколочного экрана в виде защемленных по контуру взаимосвязанных пакетов мембран, расположенных преимущественно в шахматном порядке с взаимным сдвигом пакетов мембран смежных противоосколочных экранов в пределах модуля, повышаются защитные свойства каждого модуля и, соответственно, устройства в целом.

Среди известных устройств не обнаружены такие, совокупность существенных признаков которых совпадала бы с заявленной. В то же время именно за счет последней достигается новый технический результат в соответствии с поставленной задачей: повышение эффективности локализации осколочного и фугасного воздействий взрывных механизмов, уменьшение ущерба от возможного срабатывания ВМ при их обнаружении, повышение безопасности работ без снижения степени защищенности взрывотехнического персонала и материальных ценностей при обезвреживании ВМ.

Заявляемое устройство для локализации воздействий взрывных механизмов (бомб) изображено на чертежах:
на фиг. 1 изображено устройство в сборе, в эксплуатационном режиме "штатная локализация", вертикальный разрез по оси симметрии, где R₁, R₂, R₃ - характерные горизонтальные размеры блоков-экранов; H₁, H₂, Н₃ - высота блоков-экранов; Δ - величина зазоров между блоками-экранами; δ - величина зазора между торцами меньшего по размеру модуля-экрана и модуля-крышки.

на фиг.2 - слоистая структура меньшего по размеру модуля-экрана, вертикальный разрез;
на фиг.3 - слоистая структура других модулей-экранов в комплекте, вертикальный разрез;
на фиг.4 - вид А на фиг.2 и 3 (шахматное расположение пакетов мембран);
на фиг.5 - устройство при снятом модуле-крышке в эксплуатационном режиме "наблюдение, диагностика и/или разрушение", вертикальный разрез по оси симметрии, где α - угол, характеризующий зону безопасности (при открытом модуле-крышке в указанном режиме).

Устройство для локализации воздействий взрывных механизмов (бомб), содержит (см. фиг.1) замкнутые по контуру конструктивные элементы в виде набора модулей-экранов 1, 2, 3 (в порядке увеличения горизонтального размера) и модуля-крышки 4. Как правило, модули-экраны 1-3 имеют форму длинных колец (преимущественно) и/или коротких труб, а модуль-крышка - форму перевернутой ступенчатой пирамиды, составленной из двух коротких цилиндров. При этом упомянутым горизонтальным размером (точнее - характерным горизонтальным размером) модулей-экранов 1, 2, 3 является его внутренний диаметр R₁, R₂, R₃ соответственно. В общем случае в набор для локализации подозрительного (на наличие в нем взрывного механизма 5) предмета 6 входят: меньший по размеру модуль-экран 1, являющийся базовым и выбираемый из условия превышения диаметра R₁ и высоты H₁ над максимальными горизонтальным и вертикальным размерами предмета 6 соответственно; "облегченные" (по толщине и структуре) модули-экраны 2, 3 в количестве от одного до n, в зависимости от предполагаемой мощности ВМ 5; один модуль-крышка 4 под размер модулей-экранов 1 и/или 2. А в запасе должен быть предусмотрен более широкий спектр модулей 1-4 с различными геометрическими формами, размерами и защитными свойствами, в соответствии с возможным многообразием форм, габаритов и мощности ВМ 5 предметов 6.

В собранном устройстве (см. фиг.1) модули-экраны 1-3 расположены симметрично относительно общей вертикальной оси 7, с зазорами Δ, на одной плоскости (на фиг. 1 это - горизонтальная опорная поверхность). Рекомендуется (как оптимальный вариант) в составе набора использовать разновысокие модули-экраны: H₁<Н₂<Н₃, причем так, чтобы с увеличением горизонтального размера (R₁-R₃) пропорционально увеличивалась высота (H₁-Н₃).

Модуль-крышка 4 свободно установлен на торце модуля-экрана 2 так, что нижний торец модуля-крышки 4 зависает над торцом модуля-экрана 1 с зазором δ (в данном конструктивном примере по фиг.1). Он может быть установлен и на торце модуля-экрана 1(δ = 0). В любом из этих двух вариантов модуль-крышка имеет возможность перемещения вверх под воздействием сработавшего ВМ 5.

При условии H₁<H₂<Н₃ и снятом модуле-крышке 4 (режим "наблюдение, диагностика и/или разрушение") можно выделить две характерные зоны, характеризуемые телесным углом α зона (конус) вероятного свободного разлета осколков ВМ 5 и зона относительной безопасности (см. фиг.5).

Внутренние стенки модуля-экрана 1 и нижний торец модуля-крышки 4 образуют рабочую полость 8 для размещения подозрительного предмета 6.

Конструктивные элементы 1-4 могут быть взаимосвязаны в единую конструкцию для переноски человеком или транспортировки роботом деталями ткани, лямками, ремнями и т.д.), для чего может быть предусмотрено также устройство для переноски и/или транспортировки (не показаны), аналогично рукоятке в прототипе. Однако не исключен и вариант с невзаимосвязанными элементами 1-4. В последнем случае сборку конструкции в соответствии с фиг.1 производят последовательной установкой модулей 1-4 или 1, 2, 4, 3.

Структура модулей 1-4 многослойная.

В модуле-экране 1 последовательно расположены по горизонтальному направлению от рабочей полости 8 (см. фиг.2) слой 9 вспененного волногасящего вещества (например, пенополистирола) с полостью, заполненной сыпучим гранулированным диспергентом 10, одним или более (как в данном примере) противоосколочных экранов 11 в упрочняющих оболочках (по сути это композитные противоосколочные слои) и прочный податливый кожух 12, преимущественно матерчатый.

В каждом модуле-экране 2, 3 в том же направлении последовательно расположены (см. фиг. 4) слой вспененного волногасящего вещества 13 и один или более (как в данном примере) противоосколочных экранов 14 в упрочняющих оболочках.

Слоистая структура модуля-крышки 4, как и модуля-экрана 1, представляет собой (см. фиг.1) сочетание слоя вспененного волногасящего вещества 15, полости, заполненной сыпучим гранулированным диспергентом 16 (она может быть образована и слоями вещества 15 аналогично модулю-экрану 1), одного или более (как в данном примере) противоосколочных экранов 17 в упрочняющих оболочках и прочного податливого кожуха 18. Последовательность слоев модуля-крышки 4 может варьироваться.

Каждый противоосколочный экран 11, 14, 17 выполнен в виде защемленных по контуру взаимосвязанных пакетов 19 мембран (в частности, целлюлозы).

Пакеты 19 расположены преимущественно в шахматном порядке (см. фиг.4). В случае многослойного противоосколочного композита в пределах каждого модуля 1-4, пакеты 19 мембран смежных противоосколочных экранов взаимно сдвинуты, предпочтительно одновременно по азимуту и высоте.

Описанные выше варианты конструкции не исключают других возможных вариантов в рамках формулы изобретения.

Устройство работает следующим образом.

В основном эксплуатационном режиме "штатная локализация" выбирают под габариты обнаруженного подозрительного предмета 6 устройство для локализации с комплектом конструктивных элементов 1-4 соответствующей геометрии и накрывают им предмет 6 так, что рабочая полость 8 полностью отделяет его, при преимущественно центральном расположении (на оси 7) от окружающего пространства. Затем выполняют регламентированные организационные мероприятия по обеспечению безопасности при обнаружении ВМ.

В случае несанкционированного или запланированного срабатывания ВМ 5 в предмете 6, результирующая УВ, направленная вверх, поднимает модуль-крышку 4, размыкая условно-замкнутый рабочий объем 8 и обеспечивая сброс излишнего давления, что препятствует подскоку всей конструкции (свойственному прототипу). УВ частично гасится в слоях 9 и 15 вспененного волногасящего вещества. Экзотермический процесс, сопутствующий УВ, вызывает обратную высокоскоростную эндотермическую реакцию гранулированного диспергента 10, 16 и существенную диссипацию энергии взрыва. Поскольку количество поглощенной энергии в результате эндотермической реакции соизмеримо с количеством энергии, выделенной при взрыве и прямо пропорционально массе диспергента 10, 16. Модули 1 и 4 в совокупности подавляют термическое действие взрыва, предотвращая ожоги людей и возгорание объектов. Кроме того, обеспечивается максимальное поглощение энергии взрыва и, следовательно, ослабление осколочного действия за счет уменьшения начальной энергии осколков. Вторичное поглощение УВ осуществляется при разрушении или упруго-пластической деформации оставшихся модулей 2 и 3.

Заявляемая комбинация слоев в каждом модуле 1-4, их очередность, физические и химические свойства выбранных конструкционных материалов при изготовлении обеспечивают высокий коэффициент затухания и препятствуют разлету осколков, гася (перераспределяя) их энергию.

Противоосколочный, в общем случае многослойный, развитый композит в каждом модуле 1-4 помогает волногасящему веществу 9, 13, 15 при своем разрушении или деформации осуществить значительную диссипацию энергии УВ и снижение скорости осколков до значений, близких к нулевым или нулевым.

Кожухи 12, 18 не только служат "упаковкой" при хранении и переноске (транспортировке) устройства и способствуют локализации взрыва, но и позволяют существенно локализовать остатки материала устройства после взрыва.

В эксплуатационном режиме "наблюдение, диагностика и/или разрушение" прибывший взрывотехник снимает модуль-крышку 4 (самостоятельно или посредством робота), производит осмотр предмета 6, находясь предпочтительно полностью в зоне безопасности (см. фиг. 5) и производит при необходимости (целесообразности) диагностику предмета 6 с помощью рекомендуемых приборов (оптических, инфракрасных, рентгеновских и т.д.). После этого принимают решение о применении средств обезвреживания обнаруженного или предполагаемого ВМ 5. В частности, в этом же положении может быть произведено санкционированное разрушение предмета 6 с обнаруженным или предполагаемым ВМ 5.

После этого взрывотехник устанавливает модуль-крышку 4 на штатное место и проводят работы по обезвреживанию.

В случае же несанкционированного взрыва ВМ 5 при открытом модуле-крышке 4 осколки с траекториями в пределах конуса α вылетают в окружающее пространство, не встречая препятствий, а остальные осколки (при частичной локализации фугасного и термического воздействий взрыва) улавливаются конструктивными элементами 2 и 3. Люди (включая взрывотехника) и материальные ценности, находящиеся в зоне безопасности (см. фиг.5), не должны быть поражены.

Испытания устройства "Водопад" проведены в 2002 г. в испытательном центре в/ч 68240 (в/ч 44239) с положительным результатом и показали, что локализатор в заявленном техническом исполнении (конкретно - в партии опытных образцов, при сочетании трех кольцевых модулей-экранов с одним модулем-крышкой) обеспечивает на расстоянии более 1 м от центра взрыва 100% защиту живой силы от осколочного и фугасного воздействий оболочечных ВМ (ВВ массой до 600 г в тротиловом эквиваленте и стальные сферические осколки диаметром от 2 до 7 мм), при этом обеспечивается гарантированное улавливание осколков.

Источники информации
1. Кудинов В. М., Паламарчук Б.И., Гельфанд Б.Е., Губин С.А. Параметры ударных волн при взрыве заряда ВВ в пене // "Доклады АН СССР", Т.228, 1974, 4. - С.555-558.

2. Гельфанд Б. Е. , Губанов А.В., Тимофеев Е.И. Взаимодействие ударных воздушных волн с пористым экраном // "Известия АН СССР, МЖГ", 1983, 4. - С. 79-84.

3. US 4836079 А, 06.06.1989.

4. RU 2125232 С1, F 42 B 39/00, 33/00, 23.09.1997.

5. RU 2150669 С1, F 42 B 33/00, F 42 D 5/04, 15.03.1999.

6. RU 2150670 С1, F 42 B 33/00, F 42 D 5/04, 15.03.1999 (прототип).

Изобретение относится к устройствам для локализации воздействий взрывных механизмов, например бомб. Устройство содержит конструктивные элементы, представляющие собой одну или более камер, заполненных волногасящим веществом, замкнутые по контуру в горизонтальном сечении и образующие открытую снизу рабочую полость для размещения взрывного механизма с возможностью выборочной, полной или частичной ее изоляции от окружающего пространства сверху посредством одного из конструктивных элементов, а также устройство экранирования осколков. При этом вышеназванные конструктивные элементы выполнены в виде набора модулей-экранов и модуля-крышки. Модули-экраны расположены симметрично относительно общей вертикальной оси с зазорами на одной плоскости. Модуль-крышка свободно установлена на торце или над торцом меньшего по размеру модуля-экрана с возможностью перемещения вверх под воздействием сработавшего взрывного механизма, а рабочая полость образована внутренними стенками меньшего по размеру модуля-экрана и сверху модулем-крышкой. Изобретение позволяет повысить эффективность локализации осколочного и фугасного воздействия взрывных механизмов. 3 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для локализации воздействий взрывных механизмов, содержащее конструктивные элементы, представляющие собой одну или более камер, заполненных волногасящим веществом, замкнутые по контуру в горизонтальном сечении и образующие открытую снизу рабочую полость для размещения взрывного механизма с возможностью выборочной, полной или частичной ее изоляции от окружающего пространства сверху посредством одного из конструктивных элементов, а также устройство экранирования осколков, отличающееся тем, что вышеназванные конструктивные элементы выполнены в виде набора модулей-экранов и модуля-крышки, при этом модули-экраны расположены симметрично относительно общей вертикальной оси с зазорами на одной плоскости, модуль-крышка свободно установлена на торце или над торцом меньшего по размеру модуля-экрана с возможностью перемещения вверх под воздействием сработавшего взрывного механизма, а рабочая полость образована внутренними стенками меньшего по размеру модуля-экрана и сверху - модулем-крышкой.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что модули-экраны в составе упомянутого набора выполнены разновысокими, при этом с увеличением горизонтального размера модуля-экрана пропорционально увеличивается его высота.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что модули-экраны и модуль-крышка выполнены многослойными, при этом в меньшем по размеру модуле-экране последовательно расположены по горизонтальному направлению от рабочей полости слой вспененного волногасящего вещества с полостью, заполненной сыпучим гранулированным диспергентом, один или более противоосколочных экранов в упрочняющих оболочках и прочный податливый кожух, в каждом из остальных модулей-экранов в том же направлении последовательно расположены слой вспененного волногасящего вещества и один или более противоосколочных экранов в упрочняющих оболочках, а слоистая структура модуля-крышки, как и меньшего по размеру модуля-экрана, представляет собой сочетание слоя вспененного волногасящего вещества, полости, заполненной сыпучим гранулированным диспергентом, одного или более противоосколочных экранов в упрочняющих оболочках и прочного податливого кожуха, при этом совокупность всех противоосколочных экранов в упрочняющих оболочках образует упомянутое устройство экранирования осколков.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый противоосколочный экран выполнен в виде защемленных по контуру взаимосвязанных пакетов мембран, расположенных преимущественно в шахматном порядке, при этом пакеты мембран смежных противоосколочных экранов модуля взаимно сдвинуты.