СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ПОЛУЧЕНИЯ ИМПУЛЬСА ДАВЛЕНИЯ ЗАДАННЫХ АМПЛИТУДЫ И ДЛИТЕЛЬНОСТИ Российский патент 2007 года по МПК F42B3/04 

Изобретение относится к области взрывных работ, в частности к способам и устройствам получения импульсов давления в газодинамических импульсных устройствах, например: для испытания конструкций на прочность, для перемещения штанги в трубопроводах, поршня в цилиндрах, снаряда в стволе пушечного орудия, струи воды и т.д., а конкретно может быть использовано при разработке гидроструйной установки, предназначенной для испытания изделий на стойкость к длительным перегрузкам.

Известны способ и устройство получения импульса давления (описание к а.с. СССР 351059, МПК F 42 B 3/04, опубл. 06.05.74 г.). Способ включает в себя последовательное воспламенение в замкнутом объеме трех газогенерирующих зарядов, один из которых воспламеняют первоначальным задействующим импульсом, причем заряды выполняют из взрывчатого вещества (ВВ) разного состава и различной мощности, что позволяет количество выделяющегося при их горении газа и его давление постепенно наращивать. Когда давление нарастет до определенного значения, газ перемещает инструмент со штангой.

Устройство выполнено в виде герметичной гильзы со шляпкой и инициатором-капсюлем, снабженной конической вставкой, с образованием между ней и внутренней поверхностью гильзы кольцеобразного пространства. Вставка содержит газогенерирующие заряды, расположенные последовательно и в ней выполнены отверстия для выхода газа в кольцеобразное пространство.

Недостатком данного способа и устройства является то, что они не обеспечивают получение длительного импульса заданной амплитуды, что ограничивает их функциональные возможности.

Известны другие способ и устройство получения импульса давления (описание к а.с. 1807761, МПК: F 42 B 3/04, опубл. 20.08.95 г.), принятые за прототипы, как наиболее близкие к заявляемым по количеству сходных признаков и решаемой задаче.

Данный способ получения импульса давления заданных амплитуды и длительности включает последовательное воспламенение в замкнутом объеме газогенерирующих зарядов, один из которых представляет собой газовую смесь, воспламеняемую первоначальным задействующим импульсом от инициатора, а второй, представляющий собой слой из пластичного ВВ, воспламеняют продуктами горения газовой смеси, чем обеспечивают импульсу давления заданную амплитуду, а длительность импульса давления равна времени горения пластичного ВВ. Полученный импульс давления используется при оценке динамической прочности элементов конструкций. Устройство получения импульса давления заданных амплитуды и длительности включает герметичную камеру для размещения газогенерирующих зарядов, один из которых - основной, представляющий собой газовую смесь, задействуют инициатором, который размещают в камере, а другой - дополнительный, выполнен из слоя пластичного ВВ, который помещают по боковой поверхности цилиндрической основы, установленной по центральной оси камеры, причем газовая смесь размещена между цилиндрической основой и стенкой камеры.

Недостатком прототипа является ограниченность возможности формирования импульса значительной длительности из-за необходимости использования большого количества пластичного ВВ, что существенно ограничивает область применения способа.

Задачей, стоящей в данной области техники, является получение импульса давления увеличенной длительности при сохранении заданной амплитуды. Техническим результатом, который можно получить при использовании предлагаемого изобретения, является расширение функциональных возможностей способа за счет обеспечения возможности увеличения длительности импульса заданной амплитуды.

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что в способе получения импульса давления заданных амплитуды и длительности, включающем последовательное воспламенение в замкнутом объеме газогенерирующих зарядов, один из которых воспламеняют первоначальным задействующим импульсом, а импульс заданной амплитуды формируют путем передачи воспламенительного импульса от воспламеняемого заряда, по крайней мере, еще одному, передачу воспламенительного импульса осуществляют через замедлительный заряд с задержкой по времени, соответствующей времени сгорания замедлительного заряда, а количество газогенерирующих зарядов выбирают исходя из требуемой длительности импульса давления, причем при использовании более двух газогенерирующих зарядов, их последовательное воспламенение осуществляют передачей воспламенительного импульса от предыдущего заряда к последующему и/или при передаче воспламенительного импульса от одного газогенерирующего заряда сразу нескольким варьируют время сгорания замедлительных зарядов, которые их задействуют.

В устройстве получения импульса давления заданных амплитуды и длительности, включающем герметичную камеру для размещения газогенерирующих зарядов, один из которых - основной, задействуемый от инициатора, а другой - дополнительный, камера снабжена замедлительным зарядом, а дополнительный заряд выполнен составным из частей, размещенных либо в одном корпусе, либо в разных, при этом в первом случае со стороны основного заряда в корпусе выполнен сквозной канал, а во втором случае в каждом корпусе выполнен сквозной канал для размещения замедлительного заряда, причем в обоих случаях корпус выполнен составным, по крайней мере, из двух частей, соединение которых обеспечивает герметичность внутреннего объема с возможностью разгерметизации под действием давления продуктов горения дополнительного заряда.

Основной заряд может быть выполнен из разных составов, отличающихся скоростью газообразования. При размещении частей дополнительного заряда в одном корпусе они могут быть выполнены из составов с разной скоростью газообразования.

Размещение в камере замедлительного заряда и передачу через него воспламенительного импульса дает возможность дополнительному заряду включиться в работу по газовыделению и созданию давления газообразных продуктов в герметичной камере с заданной временной задержкой по отношению к основному заряду, что позволяет, не увеличивая амплитуду импульса давления, «растянуть» его по времени. Выбор количества газогенерирующих зарядов в зависимости от длительности импульса давления приводит к обеспечению стабильной амплитуды давления. Выполнение дополнительного заряда составным из частей дает возможность установить собственный замедлитель на каждый корпус каждой части при размещении частей в разных корпусах; а в случае размещения частей в одном корпусе они выполнены из составов с разной скоростью газообразования (например, из пороха с мелким и крупным зерном или быстрогорящих и медленно горящих составов), и то и другое в итоге увеличивает время горения всего заряда и позволяет управлять скоростью поступления пороховых газов в камеру. Расположение замедлителя в сквозном канале корпуса части дополнительного заряда обусловлено предназначением замедлителя, как запирающего клапана (затвора-реле), препятствующего преждевременному воспламенению части дополнительного заряда. Размещение частей дополнительного заряда в разных герметичных корпусах обеспечивает последовательное воспламенение этих частей, исключая непроизвольное воспламенение, с временными задержками, зависящими от длительности горения замедлительного состава, что способствует сглаживанию скачков импульса давления газообразных продуктов. Осуществление последовательного воспламенения частей дополнительного заряда путем передачи воспламенительного импульса от предыдущего заряда к последующему позволяет обеспечить непрерывный саморегулирующийся процесс и унифицировать замедлительные заряды. Передача воспламенительного импульса от одной части дополнительного заряда нескольким позволяет оптимизировать процесс компоновки устройства. Использование комбинации последовательного и одновременного способа воспламенения частей дополнительного заряда позволяет наиболее эффективно использовать массу дополнительного заряда. Выполнение частей дополнительного и основного зарядов из нескольких составов, имеющих разную скорость газообразования (например, из мелкозерненого (легко воспламеняемого) и крупнозерненого (медленно горящего) слоев порохов), позволяет стабилизировать процесс горения.

На фиг.1 изображен общий вид устройства, поясняющий суть заявляемого решения, где:

1 - камера;

2 - крышка;

3 - воспламенитель;

4 - основной газогенерирующий заряд;

5 - втулка с замедлительным зарядом;

6 - дополнительный газогенерирующий заряд;

7 - штуцер.

На фиг.2 - расчетная зависимость изменения давления пороховых газов от времени в камере сгорания устройства в процессе срабатывания, для примера конкретного исполнения.

Примером конкретного выполнения устройства служит заряд пороховой для гидроструйной установки, включающий стальную цилиндрическую с дном камеру 1, с расположенными в ней основным 4 (≈0,3 кг пороха) и дополнительным 6 (суммарное количество пороха ≈0,7 кг, разделенного на части и размещенного в семи цилиндрических отсеках камеры) газогенерирующими зарядами и крышку 2 с установленными в нее воспламенителем 3 (низковольтный воспламенитель) и стальным штуцером 7. Камера 1 снабжена замедлительным зарядом (навески пиротехнических составов), размещенным в семи стальных втулках 5 (пиротехнические клапаны), которые также размещены в цилиндрических отсеках камеры 1 между основным и частями дополнительного зарядов. Камера 1 и крышка 2, а также втулки с замедлитеным зарядом 5 в цилиндрических отсеках камеры стыкуются и герметизируются уплотнительными прокладками. Втулки с замедлитеным зарядом 5 отличаются друг от друга длинами сквозных каналов и массами пиротехнических составов в них (каналы выполнены ступенчатыми, минимальным диаметром 1,5 мм, длины находятся в диапазоне 15-45 мм). Замедлительный заряд обеспечивает поочередное срабатывание частей дополнительного заряда, при этом время выделения газа из каждой части находится в пределах от 10 до 15 мс. Основной 4 и части дополнительного 6 газогенерирующих зарядов состоят из порохов с мелким и крупным зерном. Штуцер 7 герметично соединен одним концом с крышкой 2, другим с гидроструйной установкой.

Предлагаемая конструкция заряда порохового работает следующим образом. При срабатывании воспламенитель 3 огневым импульсом задействует мелкозерненый (легко воспламеняемый) слой пороха, от которого затем воспламеняется крупнозерненый (медленно горящий) слой пороха основного газогенерирующего заряда 4. Образовавшиеся при этом горячие газы при достижении определенного давления и температуры поджигают замедлительный заряд каждой из семи втулок 5 и через штуцер 7, установленный в крышку 2, обеспечивающую герметичность камеры, поступают в предпоршневую полость гидроструйной установки для выталкивания жидкости в атмосферу. Задействованный таким образом замедлительный заряд поджигает части дополнительного газогенерирующего заряда 6 с разновременностью в ≈10 мс. Давление в каналах камеры 1 от сгорающих частей дополнительного газогенерирующего заряда 6, поочередно выталкивая втулки 5 из каналов камеры, нарастает в предпоршневой полости гидроструйной установки согласно графику фиг.2, тем самым формируя импульс давления газообразных продуктов, близкий к трапецеидальной форме и требуемой длительности.

Предложенный принцип модульного построения порохового заряда с встроенной пиротехнической временной задержкой позволяет решать задачи создания в рабочей камере гидроструйной установки импульса давления практически любой формы и длительности, гораздо большей, чем в прототипе, а способ и устройство получения импульса давления возможно применять в разнообразных устройствах импульсного нагружения.

Область применения: взрывные работы, в частности способы и устройства получения импульсов давления в газодинамических импульсных устройствах, например, для испытания конструкций на прочность; для перемещения штанги в трубопроводах, поршня в цилиндрах, снаряда в стволе пушечного орудия, струи воды и т.д. Технический результат: расширение функциональных возможностей способа за счет обеспечения возможности увеличения длительности импульса заданной амплитуды. Сущность изобретения: последовательно воспламеняют в замкнутом объеме газогенерирующие заряды, один из которых воспламеняют первоначальным задействующим импульсом, а последующие - через замедлительные заряды с задержкой по времени, соответствующей времени сгорания замедлительного заряда. Герметичная камера 1 для размещения газогенерирующих зарядов: основного 4, задействуемого от воспламенителя 3, и дополнительного 6, в корпусе которого установлены втулки с замедлительными зарядами 5, через которые задействуются дополнительный заряд, выполненный составным из частей и размещенный либо в одном корпусе, либо в разных, соединение которых обеспечивает герметичность внутреннего объема. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ получения импульса давления заданных амплитуды и длительности, включающий последовательное воспламенение в замкнутом объеме газогенерирующих зарядов, один из которых воспламеняют первоначальным задействующим импульсом, а импульс заданной амплитуды формируют путем передачи воспламенительного импульса от этого заряда, по крайней мере, еще одному, отличающийся тем, что передачу воспламенительного импульса осуществляют через замедлительный заряд с задержкой по времени, соответствующей времени сгорания замедлительного заряда, а количество газогенерирующих зарядов выбирают, исходя из требуемой длительности импульса давления, причем при использовании более двух газогенерирующих зарядов каждый задействуют отдельным замедлительным зарядом, а их последовательное воспламенение осуществляют передачей воспламенительного импульса от предыдущего заряда к последующему и/или при передаче воспламенительного импульса от одного газогенерирующего заряда - нескольким, варьируют время сгорания замедлительных зарядов, которые их задействуют.2. Устройство получения импульса давления заданной амплитуды и длительности, включающее герметичную камеру для размещения газогенерирующих зарядов, один из которых - основной, задействуемый от инициатора, а другой - дополнительный, отличающееся тем, что камера снабжена замедлительным зарядом, а дополнительный заряд выполнен составным из частей, которые размещены либо в одном корпусе, либо в разных, при этом в первом случае в нем со стороны основного заряда, и во втором случае в каждом из них выполнен сквозной канал для размещения замедлительного заряда, причем в обоих случаях корпус выполнен составным, по крайней мере, из двух частей, соединение которых обеспечивает герметичность внутреннего объема с возможностью разгерметизации под действием давления продуктов горения дополнительного заряда.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что основной заряд выполнен из составов с разной скоростью газообразования.4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что части дополнительного заряда выполнены из составов с разной скоростью газообразования.