ОСКОЛОЧНО-ФУГАСНЫЙ БОЕПРИПАС ПО СХЕМЕ "СЛОЙКА" Российский патент 2010 года по МПК F42B12/20 

Область техники

Изобретение относится к оборонной технике и может быть использовано в осколочно-фугасных боеприпасах (БП), предназначенных для поражения целей осколками и фугасным действием. Кроме того, при наполнении соответствующим снаряжением может использоваться как химический, дымовой, объемно-детонирующий, и др. БП, в которых имеет место взрывное разбрасывание жидкого, порошкового или пастообразного снаряжения.

Уровень техники

Известно множество конструкций осколочно-фугасных БП (см., например, каталог «Оружие России», т.7. - М.: АОЗТ «Военный Парад», 1997). Основными элементами этих конструкций являются корпус, снаряжение, взрыватель и, как правило, центральный стакан с дополнительным разрывным зарядом взрывчатого вещества (ВВ), выполняющим функции передачи и усиления инициирующего импульса от взрывателя к снаряжению (основному заряду) БП.

Известно близкое техническое решение по патенту RU 2271511, кл. F42B 4/18 «Имитационный боеприпас пониженного риска», принятое в качестве аналога. БП включает в себя корпус, осесимметрично расположенный заряд ВВ и энергетический блок с горючим веществом и добавками, с диапазоном соотношения масс заряда и блока от 15/85 до 80/20. Заряд выполнен в виде двух или большего количества секций, расположенных компактно или рассредоточенных вдоль оси БП, при этом секции могут быть выполнены в виде одинаковых или различных геометрических форм, таких, например, как цилиндр, конус, усеченный конус, полусфера, или в виде сочетания различных геометрических форм, а энергетический блок заполняет все пространство между секциями разрывного заряда и внутренней поверхностью корпуса БП.

Целью этого изобретения являлось создание БП с пониженным содержанием ВВ, для чего часть ВВ заменяется на энергетический блок. Утверждается, что выполнение БП по данному техническому решению приведет к «существенному увеличению параметров ударных и звуковых волн и размеров огненного шара» по сравнению с зарядами, целиком состоящих из ВВ, вследствие «формирования сложной волновой конфигурации в энергетическом блоке под действием детонационных процессов», происходящих в секциях заряда ВВ.

Общими признаками с предлагаемым осколочно-фугасным БП является наличие корпуса, взрывателя, центрального разрывного заряда с секциями, расположенными компактно или рассредоточенными вдоль оси БП по всей его длине. Замена части ВВ в БП на энергетические блоки приводит к увеличению полной энергии взрыва, однако формирование просто «сложной волновой конфигурации в энергетическом блоке» само по себе не позволяет существенно повысить параметры взрывных волн.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения, выбранным за прототип, является техническое решение, описанное в патенте RU 2341760, кл. F42B 12/20 «Осколочно-фугасный боеприпас по схеме «Звезда», в котором в осколочно-фугасном БП, содержащем корпус, взрыватель, основной заряд высокоэнергетического ВВ с пониженной скоростью детонации и дополнительный заряд мощного ВВ с высокой скоростью детонации, дополнительный заряд мощного ВВ по всей длине выполнен с радиальными лучами, образующими кумулятивные выемки, в которых располагается основной заряд. При таком техническом решении к важнейшим функциям дополнительного заряда, наряду с передачей детонации от взрывателя, добавляются функции ведения высокоскоростной детонации по лучам и осуществления детонации основного заряда в пересжатом режиме. В этом случае затухания детонационных волн (ДВ) в основном заряде не происходит, поскольку пересжатый режим поддерживается детонацией соседних лучей дополнительного заряда, ограничивающих кумулятивные выемки. Более того, схлопывание пересжатых ДВ приводит к формированию в основном заряде маховских ДВ, имеющих существенно более высокие параметры, чем в случае нормальной детонации. После выхода маховских ДВ на корпус и его дробления образовавшиеся осколки (или готовые поражающие элементы) будут иметь более высокие начальные скорости метания, а в направлении осей кумулятивных выемок продукты детонации основного заряда будут разлетаться в виде локальных высокоскоростных газовых струй, в головной части которых формируются мощные воздушные УВ.

В этом решении основными общими признаками с предлагаемым изобретением являются наличие двух зарядов ВВ (основного и дополнительного с размещением основного заряда в полостях дополнительного) с различными энергетикой и скоростями детонации. Основной недостаток заключается в сложной технологии изготовления дополнительного заряда с кумулятивными выемками по всей длине.

Раскрытие изобретения

Решаемой задачей настоящего изобретения является создание осколочно-фугасного БП, более простого в технологическом плане, но не менее эффективного, чем прототип.

Указанная задача решается тем, что в известном техническом устройстве, содержащем корпус, взрыватель, основной заряд высокоэнергетического ВВ с пониженной скоростью детонации, дополнительный заряд мощного ВВ с высокой скоростью детонации, выполненный в виде слоев с толщиной, большей критического диаметра детонации, между которыми размещен основной заряд, и осевое инициирующее устройство, слои дополнительного заряда расположены в плоскостях радиальных сечений БП вдоль его оси, при этом скорость передачи инициирующего импульса D₀ по слоям должна удовлетворять следующему соотношению

,

где D₁, D₂ - скорости детонации дополнительного и основного зарядов соответственно.

Возможен вариант выполнения слоев дополнительного заряда с переменной толщиной, уменьшающейся от оси к корпусу БП.

Перечень чертежей

Фиг.1 - схема БП;

Фиг.2 - схема распространения и взаимодействия ДВ в зарядах при конечной скорости детонации передачи инициирующего импульса по слоям;

Фиг.3 - схема распространения и взаимодействия ДВ в зарядах при бесконечной скорости передачи инициирующего импульса по слоям;

Фиг.4 - схема формирования струй при развитии неустойчивости на границе раздела между продуктами реакции основного заряда и воздуха.

Осуществление изобретения

На чертежах цифрами и буквами обозначены:

1 - верхняя крышка;

2 - осевое инициирующее устройство;

3 - корпус БП;

4 - слои дополнительного заряда;

5 - основной заряд;

6 - нижняя крышка;

7 - взрыватель;

D₀ - скорость передачи инициирующего импульса по слоям;

D₁ - скорость детонации дополнительного заряда;

D₂ - скорость детонации основного заряда;

D₃ - скорость маховской ДВ в основном заряде;

r - расстояние от места взрыва.

На фиг.1 представлена схема БП по предлагаемому изобретению. Здесь слои дополнительного заряда 4 выполнены с постоянной толщиной. Пространство между слоями заполнено основным зарядом 5, в качестве которого могут быть использованы различные высокоэнергетичные ВВ, например, термобарические составы (ТБС). Инициирующий импульс по слоям дополнительного заряда 4 от взрывателя 7 может передаваться по оси БП различными способами, например детонацией по осевому инициирующему заряду (как показано на фиг.1); размещением внутри осевого заряда инициирующей проволочки, которая взрывается при пропускании по ней электрического тока и инициирует осевой заряд по всей длине одновременно; размещением по оси БП гирлянды детонаторов (по одному на слой) для инициирования слоев, и т.д. Анализ этих способов передачи инициирующего импульса показывает, что все они могут быть сведены к двум основным - передача импульса с конечной и бесконечной скоростью вдоль оси.

На фиг.2 представлена схема распространения и взаимодействия ДВ в зарядах 4 и 5 при конечной скорости передачи инициирующего импульса между слоями 4, окружающими слой основного заряда 5. Если, например, инициирующий импульс распространяется вдоль оси БП со скоростью детонации D₀, последовательно инициируя слои 4, в которых ДВ движутся со скоростью D₁, то это приводит к образованию ДВ в заряде 5, распространяющихся со скоростью D₂. Косое взаимодействие ДВ от зарядов 2 и 4 начинается в углах заряда 5, прилегающих к осевому заряду 2, затем происходит сложная картина взаимодействия ДВ от разных зарядов, и, в конечном счете, устанавливается картина, показанная на фиг.2. Здесь косое взаимодействие ДВ D₂ может привести к образованию маховской ДВ, распространяющейся в 5 со скоростью D₃, параметры в которой значительно выше, чем при нормальной детонации. После выхода маховских ДВ на поверхность корпуса БП происходят те же самые явления, что и в прототипе.

Найдем условие, при котором возможно возникновение маховских ДВ (фиг.2). Пусть в начальный момент времени фронт инициирующей ДВ находился в точке С. Тогда в момент времени t фронт ДВ в заряде 4 будет находиться в точке А. Длина отрезка АС будет равна

За время t от точки С в заряде 5 ДВ пройдет расстояние

и тогда положение фронта ДВ в 5 будет совпадать с отрезком AF. Для появления маховской ДВ необходимо косое взаимодействие волн, поэтому дополнительно к волне AF требуется хотя бы еще одна ДВ. Она может возникнуть в точке В, когда скорость передачи импульса D₀>D₂ (показана на фиг.2 выходящей из точки В). Тогда условие

будет условием появления точки В и, следовательно, условием образования маховской ДВ. Из ΔАВС, с учетом (1), следует

Из ΔACD, с учетом (1) и (2), следует

Из (3), с учетом (4) и (5), имеем

Окончательно из (6) получаем условие в виде

Пример. Пусть D₁=8 км/c, D₂=5,6 км/c, тогда из (7) получаем D₀=7,84 км/с. Это минимальное значение скорости передачи инициирующего импульса, при превышении которого происходит косое взаимодействие ДВ и формирование маховской ДВ в основном заряде, при этом чем больше будет величина D₀, тем быстрее она образуется.

Более того, возможны такие схемы передачи инициирующего импульса, при котором реализуется случай предельной скорости D₀→∞. Например, это происходит при одновременном инициировании осевого заряда по всей его длине. Тогда волновая картина будет симметричной (фиг.3), и в идеальном случае - к моменту выхода маховской ДВ со скоростью D₃ на поверхность корпуса, ширина маховского мостика будет равна толщине слоя основного заряда 5.

После выхода маховской ДВ на корпус БП происходит разрушение корпуса с образованием высокоскоростных осколков (или готовых поражающих элементов) и струй горящих продуктов взрыва (ПВ), только, в отличие от прототипа, где эти струи были заданы самой геометрией БП, здесь механизм их образования иной.

Известно, что на поверхности расширяющихся в воздух ПВ происходит развитие неустойчивости Рэлея-Тейлора. Применительно к нашему случаю это выглядит так (фиг.4). В момент выхода маховской ДВ (начальный момент времени t=0) граница является гладкой, в следующий близкий момент времени t₁ она становится возмущенной (волнообразной), и из этих волн с течением времени по конкурирующему механизму образуются отдельные сверхзвуковые струи ПВ (момент времени t₂), содержащие горящие частицы металла (оставшиеся после пересжатой детонации ТБС). Перед каждой струей движется воздушная ударная волна, подпитываемая энергией, выделяемой при горении частиц. Вследствие струйного механизма разлета ПВ с горящими частицами разлетаются намного дальше, чем обычные газообразные ПВ.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении реализуются все те же положительные факторы, что и в прототипе, при более простой технологии изготовления.

Возможен вариант выполнения слоев дополнительного заряда с переменной толщиной, уменьшающейся от оси к корпусу БП. В этом случае изменяется угол косого взаимодействия между ДВ D₂ в заряде 5 и образование маховской ДВ может наступить еще раньше, что может рассматриваться как дополнительный положительный фактор.

БП предложенной конструкции работает следующим образом.

От взрывателя инициирующий импульс передается на осевое инициирующее устройство и распространяется в нем по длине заряда и в радиальном направлении в слоях дополнительного заряда. Внутри основного заряда, находящегося между детонирующими слоями дополнительного заряда, возникают ДВ, косое взаимодействие которых приводит к образованию маховских ДВ, характеризующихся повышенными параметрами, при выходе которых на корпус БП происходит его интенсивное разрушение на осколки и формирование струй при развитии неустойчивости на поверхности расширяющихся ПВ. После этого разлет ПВ основного заряда в окружающий воздух осуществляется в форме высокоскоростных струй вместе с образовавшимися осколками (или готовыми поражающими элементами).

Изобретение относится к осколочно-фугасным боеприпасам. Боеприпас содержит корпус, взрыватель, основной заряд высокоэнергетического взрывчатого вещества с пониженной скоростью детонации, дополнительный заряд мощного взрывчатого вещества с высокой скоростью детонации, выполненный в виде слоев с толщиной, большей критического диаметра детонации, между которыми размещен основной заряд, и осевое инициирующее устройство. Слои дополнительного заряда расположены в плоскостях радиальных сечений боеприпаса вдоль его оси, при этом скорость передачи инициирующего импульса D₀ по слоям должна удовлетворять следующему соотношению , где D₁, D₂ - скорости детонации дополнительного и основного зарядов соответственно. При срабатывании устройства возбуждается детонация основного заряда в пересжатом режиме с образованием маховских детонационных волн и высокоскоростных струй продуктов детонации, разлетающихся в воздух после разрушения корпуса, что обеспечивает повышение параметров осколочного и фугасного действий для боеприпаса в целом. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Осколочно-фугасный боеприпас, содержащий корпус, взрыватель, основной заряд высокоэнергетического взрывчатого вещества с пониженной скоростью детонации, дополнительный заряд мощного взрывчатого вещества с высокой скоростью детонации, выполненный в виде слоев с толщиной, большей критического диаметра детонации, между которыми размещен основной заряд, и осевое инициирующее устройство, отличающийся тем, что слои дополнительного заряда расположены в плоскостях радиальных сечений боеприпаса вдоль его оси, при этом скорость передачи инициирующего импульса D₀ по слоям должна удовлетворять следующему соотношению
,
где D₁, D₂ - скорости детонации дополнительного и основного зарядов соответственно.

2. Осколочно-фугасный боеприпас по п.1, отличающийся тем, что слои дополнительного заряда выполнены с переменной толщиной, уменьшающейся от оси к корпусу боеприпаса.