СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КОМПАКТНОГО ЭЛЕМЕНТА И ВЗРЫВНОЕ МЕТАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2011 года по МПК F42B1/02 

Изобретение относится к области экспериментальной физики и может быть использовано при исследовании высокоскоростного взаимодействия твердых тел из тяжелых сплавов, например, при моделировании воздействия космического мусора искусственного происхождения на защиту космических объектов.

Для решения данной задачи требуется разработка специальных метающих устройств, позволяющих получать высокоплотные компактные поражающие элементы (КЭ). К таким устройствам относятся взрывные метающие устройства на основе газокумулятивного заряда.

Известен способ формирования компактного элемента, включающий инициирование трубчатого заряда взрывчатого вещества (ВВ), разгон метаемого тела под действием сформированной при детонации заряда кумулятивной газовой струи (см. В.М.Титов, Ю.И.Фадеенко, Н.С.Титова «Разгон твердых частиц кумулятивным взрывом» // ДАН СССР, т.180, №5, М.: Наука, 1968 г., стр.1051) и взрывное метательное устройство (см. там же рис.1а), содержащее трубчатый заряд (полый цилиндр) ВВ, инициируемый с одного из концов вспомогательной шашкой, метаемое тело, помещаемое на оси внутри канала трубчатого заряда на некотором расстоянии от выходного отверстия. При подрыве трубчатого заряда ВВ в его канале образуется кумулятивная газовая струя продуктов детонации, движущаяся со сверхдетонационной скоростью, которой и разгоняется метаемое тело.

Применение данных способа и устройства (разгон метаемого тела в режиме свободного обтекания) для разгона КЭ из высокоплотного материала неэффективно по причине высокой удельной массы метаемого тела (при этом относительно стального шарика той же массы площадь миделя шарика из высокоплотного материала уменьшается в 1,75 раз).

Решаемой технической задачей является создание способа и устройства, обеспечивающих формирование высокоплотного компактного поражающего элемента при общем упрощении экспериментальной отработки.

Ожидаемый технический результат - формирование КЭ из высокоплотного сплава для дальнейших экспериментальных исследований высокоскоростного взаимодействия элемента с преградами.

Технический результат достигается при реализации способа формирования компактного элемента, включающего инициирование трубчатого заряда ВВ и разгон метаемого тела сформированной при детонации заряда ВВ кумулятивной газовой струей. В отличие от прототипа метаемое тело устанавливают в металлическом стволе на заданном расстоянии от входа ствола. При установке метаемого тела им перекрывают канал ствола, затем производят инициирование трубчатого заряда ВВ.

Также технический результат достигается за счет выполнения взрывного метательного устройства содержащим трубчатый заряд ВВ, устройство инициирования, размещенное на одном из его торцов, метаемое тело. В отличие от прототипа устройство дополнительно снабжено металлическим стволом, канал которого на выходе имеет диаметр, меньший или равный миделю метаемого тела, которое установлено на заданном расстоянии от входа ствола на участке с размерами, совпадающими, по крайней мере, с частью размеров боковой поверхности метаемого тела.

Снабжение взрывного метательного устройства металлическим стволом, выполнение канала ствола на выходе с диаметром, меньшим или равным миделю метаемого тела, установка метаемого тела в стволе на заданном расстоянии от входа ствола на участке с размерами, совпадающими, по крайней мере, с частью размеров боковой поверхности метаемого тела, позволяют перекрыть канал ствола, осуществить «запирание» кумулятивной газовой струи в стволе, что позволяет обеспечить мягкий разгон метаемого тела и формирование КЭ из высокоплотных сплавов, упростить экспериментальную отработку. Благодаря мобильности устройства оно легко транспортируется и делает возможным одновременное применение нескольких подобных устройств.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображено заявленное устройство в разрезе, на фиг.2 показан в увеличенном масштабе участок ствола в месте установки метаемого тела, на фиг.3 - фрагмент численного моделирования, который показывает компактный поражающий элемент на момент выхода из канала ствола, на фиг.4 - увеличенный фрагмент фиг.3, показывающий целостность компактного элемента.

Взрывное метательное устройство для формирования компактного элемента содержит трубчатый заряд взрывчатого вещества 1, устройство инициирования 2, размещенное на одном из его торцов, метаемое тело 3, установленный соосно трубчатому заряду 1, металлический ствол 4, канал которого на выходе из ствола имеет диаметр d, меньший или равный миделю D метаемого тела (d≤D).

Метаемое тело 3 из высокоплотного материала, например диск из псевдосплава ВНЖ (ρ≈18 г/см³), установлено на заданном расстоянии от входа ствола, определяемом расчетным путем, на участке с размерами, совпадающими, по крайней мере, с частью размеров боковой поверхности метаемого тела. В рассматриваемом примере поверхность a, принадлежащая стволу, полностью совпадает с поверхностью b, принадлежащей метаемому телу.

Заявляемый способ реализуется при работе заявляемого устройства следующим способом. Метаемое тело 3 устанавливают в стволе 4 на заданном расстоянии, которое определяется расчетно исходя из требуемых результатов, в частности скорости КЭ, от входа ствола 4 на участке с размерами, совпадающими, по крайней мере, с частью размеров боковой поверхности метаемого тела 3.

При детонации трубчатого заряда ВВ 1 формируют кумулятивную газовую струю, которой разгоняют метаемое тело 3 из ВНЖ. Давление на метаемое тело определяется скоростным напором , где ρ~1÷30 кг/м³ - плотность газовой струи, а V~14000 м/с - ее скорость. Это давление сравнимо с прочностью материала метаемого тела 3, поэтому реализуется достаточно "мягкий" режим его разгона. Меняя длину трубчатого заряда 1, можно изменять продолжительность действия давления и получать высокие скорости метания. Параметры метаемого тела 3 необходимо подобрать так, чтобы в процессе разгона в нем появлялись радиальная (направленная к оси ствола 4) составляющая скорости, под действием которой он бы деформировался и превращался в компактный поражающий элемент.

Для метаемого тела из ВНЖ проведено численное моделирование формирования компактного элемента, фрагмент которого, подтверждающий решение задачи формирования высокоскоростного КЭ из высокоплотного сплава, в соответствии с заявляемыми способом и устройством приведен на фиг.3, 4.

Изобретения могут использоваться для исследования высокоскоростного взаимодействия твердых тел из тяжелых сплавов. Способ формирования компактного элемента включает инициирование трубчатого заряда взрывчатого вещества и разгон метаемого тела под действием сформированной при детонации заряда кумулятивной газовой струи. Метаемое тело устанавливают в металлическом стволе на заданном расстоянии от входа ствола с перекрытием его канала и затем производят инициирование заряда взрывчатого вещества. Взрывное метательное устройство содержит трубчатый заряд взрывчатого вещества, устройство инициирования, размещенное на одном из его торцов, метаемое тело и металлический ствол, канал которого на выходе из ствола имеет диаметр, меньший или равный миделю метаемого тела. Метаемое тело установлено на заданном расстоянии от входа ствола на участке с размерами, совпадающими, по крайней мере, с частью размеров боковой поверхности метаемого тела. В результате получают компактный элемент из высокоплотного сплава для дальнейших экспериментальных исследований высокоскоростного взаимодействия элемента с преградами. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ формирования компактного элемента, включающий инициирование трубчатого заряда взрывчатого вещества, разгон метаемого тела под действием сформированной при детонации заряда кумулятивной газовой струи, отличающийся тем, что метаемое тело устанавливают в металлическом стволе на заданном расстоянии от входа ствола с перекрытием его канала и затем производят инициирование заряда взрывчатого вещества.

2. Взрывное метательное устройство, содержащее трубчатый заряд взрывчатого вещества, устройство инициирования, размещенное на одном из его торцов, метаемое тело, отличающееся тем, что дополнительно снабжено металлическим стволом, канал которого на выходе из ствола имеет диаметр, меньший или равный миделю метаемого тела, которое установлено на заданном расстоянии от входа ствола на участке с размерами, совпадающими, по крайней мере, с частью размеров боковой поверхности метаемого тела.