СПОСОБ ГАШЕНИЯ УДАРНОЙ ВОЛНЫ В ТВЕРДОМ ТЕЛЕ Российский патент 2005 года по МПК F42D5/45 

Предлагаемый способ предназначен для применения в промышленности и военной технике, использующих взрывы зарядов взрывчатых веществ (ВВ).

Известен способ /1/ существенного снижения интенсивности (речь идет прежде всего о амплитуде давления в ударной волне) ударной волны (УВ), возникающей от детонации ВВ, внутри замкнутого объема, основанный на заполнении объема малоплотной, сыпучей, энергопоглощающей средой, имеющей низкие характеристики передачи удара. При создании вакуума в объеме, содержащем сыпучую среду, достижимо большее уменьшение интенсивности УВ.

Недостаток этого способа связан с необходимостью использования в конструкции специальных энергопоглощающих материалов: вермикулитовой слюды или малоплотного перлита. Зачастую это невозможно из-за требований к прочности конструкции.

В устройстве, описанном в /2/ и выбранном в качестве прототипа, для “фильтрации” (постепенного снижения амплитуды) УВ и предотвращения имплозии ствола служат нарезные каналы открытого профиля, выполненные на внешней поверхности ствола друг за другом по отношению к направлению распространения ударной волны. УВ от подрыва заряда ВВ, проходя последовательно каждый канал, теряет часть своей энергии на деформирование каналов, тем самым достигается снижение ее интенсивности в теле ствола.

Недостаток этого решения заключается в его ограниченном использовании. Поскольку каналы выполнены последовательно (один за другим), в случае относительно сильной УВ схлопывание первых каналов приведет к формированию, в свою очередь, новых, вторичных УВ, что снижает эффективность данного метода гашения УВ. Увеличение размеров нарезных каналов приведет к уменьшению прочности конструкции, что не всегда допустимо.

Решаемая задача заключается в создании способа гашения УВ в твердом теле, обеспечивающего эффективное снижение интенсивности проходящей УВ при незначительном уменьшении прочности конструкции.

Технический результат, получаемый при реализации способа, состоит в обеспечении такого уровня давления в проходящей по твердому телу УВ, который существенно уменьшает (или исключает полностью) дальнейшее пластическое деформирование твердого тела.

Это достигается тем, что в способе гашения ударной волны в твердом теле, основанном на выполнении в теле каналов (по крайней мере одного), новым является то, что каналы выполняют закрытого профиля, ориентируют их поверхностью, содержащей минимальный габаритный размер канала, в сторону ожидаемого появления УВ, расстояние между крайним каналом и ближайшей внешней границей твердого тела выбирают не более 10 минимальных габаритных размеров канала.

Для повышения эффективности гашения УВ расстояние между каналами выбирают не более трех минимальных габаритных размеров канала. Каналы могут быть заполнены материалом, имеющим плотность не выше 0.2 начальной плотности материала твердого тела.

Поскольку каналы выполняют закрытого профиля (внутри тела) то, в отличие от прототипа, не обязательно располагать их строго последовательно. Наоборот, в описываемом способе в общем случае система закрытых каналов представляет собой разнесенные по высоте (и возможно по длине) относительно друг друга каналы, ориентированные одинаково (поверхностью, содержащей минимальный габаритный размер, в сторону ожидаемого появления УВ). От ориентации каналов относительно направления распространения УВ зависит работоспособность системы закрытых каналов. При быстром схлопывании каналов образуются вторичные УВ, способные привести к дальнейшему пластическому деформированию материала твердого тела. В этих условиях достигнуть требуемого технического результата чрезвычайно сложно. Чем больше время взаимодействия УВ с каналом, тем значительнее уменьшение интенсивности УВ. Именно поэтому и необходимо ориентировать каналы минимальным габаритным размером в сторону ожидаемого появления УВ. В случае обхода сильной ударной волной системы каналов, увеличивается скорость схождения каналов (следовательно, растет давление во вторичных УВ), что приведет к резкому снижению степени гашения УВ* (*аналогичные процессы происходят в устройстве /2/). Чтобы этого избежать, расстояние между крайним каналом и ближайшей внешней границей твердого тела должно быть до 10 минимальных габаритных размеров канала. Наибольшая эффективность способа достигается при таком расположении каналов, когда одновременно (а не последовательно, как в прототипе) начинает взаимодействовать с УВ максимальное количество каналов. Следовательно, выбор схемы расположения каналов зависит от формы фронта УВ.

УВ, проходящая по твердому телу, начинает взаимодействовать с системой каналов таким образом, что ее фронт разделяется на участки с по-прежнему проходящей УВ (между каналами) и отраженными от поверхностей каналов волнами разгрузки. Начинается пластическое течение материала тела внутрь каналов (достигается использованием заполнителя каналов плотностью до 0.2 плотности твердого тела). Вследствие малого расстояния между каналами (не более трех минимальных габаритных размеров канала) не возникает значительных скоростей в указанном пластическом течении, а значит и существенных вторичных УВ при схождении каналов. Прошедшая между каналами УВ имеет большую скорость, чем скорость схождения каналов, поэтому интенсивно разгружается при взаимодействии двух волн разгрузки (идут с двух ближайших поверхностей соседних каналов или, для крайних каналов, с поверхности канала и внешней границы твердого тела). Эффективность гашения зависит от длины каналов, их количества и, как указано выше, от расположения относительно фронта УВ, что выбирается исходя из начального давления на фронте УВ, необходимой степени гашения и требуемой прочности конструкции.

На чертеже показана схема одного из вариантов осуществления способа. Здесь: 1 - твердое тело; 2 - фронт УВ (стрелками показано направление распространения УВ); 3 - внешняя граница твердого тела; 4 - система каналов закрытого профиля (форма профиля канала в общем случае может быть не прямоугольной); а - минимальный габаритный размер канала; b - расстояние между каналами; с - расстояние между крайним каналом и внешней границей твердого тела.

Способ осуществляется следующим образом. Перед областью твердого тела 1, защищаемой от пластического деформирования ударной волной, выполняются каналы (по крайней мере, один канал) 4 закрытого профиля (внутри тела). При формировании их ориентируют поверхностью, содержащей минимальный габаритный размер канала a, в сторону ожидаемого появления УВ 2. При этом расстояние между крайним каналом и ближайшей внешней границей твердого тела с выбирают не более 10 минимальных габаритных размеров канала, а расстояние между каналами b выбирают не более трех минимальных габаритных размеров канала. Каналы 4 заполняют материалом, имеющим плотность не выше 0.2 начальной плотности материала твердого тела. Например, в случае стального твердого тела и варианта осуществления способа, представленного на фигуре, каналы закрытого профиля выполняют путем сочленения минимум двух деталей. На одной из них фрезеруют каналы открытого профиля, другая служит крышкой, делающей профиль каналов закрытым. При невозможности выполнить каналы фрезерованием (например, узкие, длинные каналы сложной формы профиля) сформировать их внутри тела можно набором листовых элементов, изготовленных отдельно. При этом количество соединяемых деталей возрастает. В общем случае специальный заполнитель каналов отсутствует (заполнителем является воздух). Однако когда предъявляются особые требования к конструкции (например, герметичность в зоне каналов), необходимо выполнить изложенные выше требования к плотности заполнителя (для стального тела заполнителем может служить, например, полиэтилен или резина).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Патент США № US 3804017, МКИ F 42 D 5/00. Способ ослабления взрывной и ударной волн внутри замкнутого объема, 1974 г.

2. Заявка Франции №2624269, МКИ 4 F 41 F 1/00. Устройство для выстреливания снаряда с большой скоростью, 1989 г.

Заявляемый способ предназначен для применения в промышленности и военной технике, использующих взрывы зарядов ВВ, и осуществляется следующим образом. Перед областью твердого тела, защищаемой от УВ, способной к пластическому деформированию конструкции, выполняют каналы закрытого профиля. Их ориентируют поверхностью, содержащей минимальный габаритный размер канала, в сторону ожидаемого появления УВ. При этом расстояние между крайним каналом и ближайшей внешней границей твердого тела выбирают не более 10 минимальных габаритных размеров канала, а расстояние между каналами выбирают не более трех минимальных габаритных размеров канала. Каналы заполняют материалом, имеющим плотность не выше 0,2 начальной плотности материала твердого тела. Способ позволяет обеспечить уменьшение давления в проходящей по твердому телу УВ до величины, при которой существенно уменьшается (или исключается полностью) дальнейшее пластическое деформирование твердого тела. Степень гашения зависит от длины каналов, их количества и расположения относительно УВ, что выбирают исходя из начального давления на фронте УВ и требуемой прочности конструкции. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ гашения ударной волны (УВ) в твердом теле, основанный на выполнении в теле, по крайней мере, одного канала, отличающийся тем, что каналы выполняют закрытого профиля, ориентируют их поверхностью, содержащей минимальный габаритный размер канала, в сторону ожидаемого появления УВ, при этом расстояние между крайним каналом и ближайшей внешней границей твердого тела выбирают не более 10 минимальных габаритных размеров канала.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что расстояние между каналами выбирают не более трех минимальных габаритных размеров канала.3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что каналы заполняют материалом, имеющим плотность не выше 0,2 начальной плотности материала твердого тела.