ЗАГРАЖДЕНИЕ Российский патент 2012 года по МПК F42D5/04 

Изобретение относится к заграждению и, в частности, к заграждению, которое может быть использовано для локализации последствий взрыва.

Известно, что детонация взрывного устройства может привести к детонации другого близкорасположенного взрывного устройства, обусловленной действием возникающей при этом взрывной ударной волны и/или ударами фрагментов взорвавшегося объекта. В ситуации наличия большого количества взрывчатых веществ или взрывных устройств в пределах непосредственной близости одного от другого важно защитить как можно большее число объектов от опасности детонации под действием взрыва поблизости.

Детонация одного устройства может инициировать взрыв другого устройства, именуемый индуцированным взрывом, причем существуют три основных механизма инициирования такого взрыва. Во-первых, взрывная ударная волна, инициированная взрывом первого устройства, может оказать на близкорасположенное устройство ударное воздействие с силой, достаточной для его детонации или, по меньшей мере, повреждения. Однако взрывная ударная волна быстро ослабляется, так что опасность детонации устройств быстро уменьшается с расстоянием. Во-вторых, фрагменты взорвавшегося устройства и любых других близкорасположенных объектов могут превратиться в снаряды, испускаемые устройством. Эти фрагменты, именуемые падающим материалом, могут оказать на устройство ударное воздействие с энергией, достаточной для детонации этого устройства. Фрагменты могут также вызвать повреждение устройства, которое может привести это устройство в нестабильное состояние и сделать его чувствительным к детонации. В-третьих, взрывная ударная волна может поднимать и/или переносить объекты на своем пути, которые при этом сами становятся снарядами, которые могут повредить или вызвать детонацию других устройств.

Известно об использовании заграждения в ситуации с хранением взрывчатых веществ или возможностью возникновения взрыва. Такие заграждения могут быть реактивными, например реактивная броня, или пассивными, не имеющими активных компонентов. В прошлом для изготовления пассивного заграждения, чтобы противостоять разрушительной силе взрыва типа детонации бомбы, использовали бетон. Однако заграждения из бетона требуют для своего создания времени и после создания остаются стационарными. В конфликтной ситуации, например, требуется перемещение взрывных устройств типа ракет с места на место, и поэтому построенные бетонные заграждения перестают использоваться, и возникает необходимость создания дополнительных заграждений в другом месте. Очевидно, что эта практика требует большого количества времени и материала. Одно из решений этой проблемы заключается в использовании заграждений, заполненных водой. В данной области техники известна возможность использования воды для локализации взрывов. Заграждение, заполненное водой, может содержать один или несколько контейнеров, заполненных водой, которые размещены между взрывным(и) устройством(ами) и объектом(ами) защиты. Контейнеры позволяют преодолеть указанную выше проблему, поскольку обеспечивают возможность перемещения заграждения после использования на другое место. Однако заграждение должно быть установлено в зоне с достаточными водными ресурсами. В районе же с недостатком водных ресурсов потребуется транспортировка также и воды для заполнения контейнеров. Заграждения часто имеют большие габариты, что может создавать транспортные проблемы и повышает стоимость их использования. Кроме того, операция заполнения контейнеров водой и их опорожнения требует времени, прежде чем эти контейнеры будут приведены в рабочее состояние. После размещения на месте заграждение будет препятствовать возникновению взрывов близкорасположенных взрывчатых веществ под действием ударных волн и макрочастиц и действовать как экран. Однако существует вероятность того, что образующиеся при этом взрывные и ударные волны могут вызвать перемещение этого заграждения и его удар по объекту защиты, что может привести к физическому повреждению этого объекта и вызвать его детонацию.

Цель настоящего изобретения заключается в создании заграждения с возможностью быстрого и простого размещения на месте и перемещения на другое место, которое обеспечивает достаточное экранирование от взрыва и которое само не превращается в снаряд, который в случае взрыва может вызвать детонацию взрывного устройства.

В соответствии с этим в изобретении предлагается пассивное заграждение для локализации взрывных ударных волн и замедления падающего материала с целью уменьшения опасности индуцированных взрывов, где заграждение сформировано с целью переориентации силы падающей взрывной ударной волны и уменьшения количества движения любого падающего материала, при котором локализация действия взрывной ударной волны и/или падающего материала обусловливает фрагментацию заграждения и, следовательно, его обезвреживание. Фрагментация заграждения означает, что вследствие перемещения под действием силы взрыва заграждение разбивается на осколки, недостаточно тяжелые для инициирования детонации близкорасположенного устройства, поскольку имеют недостаточно большую массу, чтобы вызвать повреждение в случае удара по устройству.

Изобретение может быть использовано в непосредственной близости к взрывчатым веществам и взрывным устройствам типа бомб и ракет, однако этим область применения изобретения не ограничивается.

В результате защиты таких устройств заграждение может быть использовано для предотвращения детонации взрыва других близкорасположенных взрывчатых веществ или устройств. Например, заграждение может быть размещено между боевыми частями ракеты на самолете, торпедами в субмарине, между неподвижными транспортными средствами, перевозящими взрывные устройства, или в помещениях для хранения взрывчатых веществ гражданского применения или боевых взрывчатых веществ. Возможно использование заграждения и в транспортном средстве для транспортировки и/или хранения взрывчатых веществ. Кроме того, заграждение может быть использовано для окружения транспортного средства или транспортных средств с целью обеспечения их большей защищенности. Приведенные примеры применения служат исключительно для иллюстрации и не ограничивают объема использования изобретения.

В первом примере осуществления заграждение по предпочтительному варианту содержит, по меньшей мере, один слой демпфирующего материала, покрытого, по меньшей мере, с двух противоположных поверхностей материалом, являющимся прочным при использовании в нормальных условиях, но с возможностью фрагментации под действием взрыва.

Слой демпфирующего материала в предпочтительном варианте изобретения выполнен из пеноматериала, а в более предпочтительном варианте изобретения - из пенополиэтилена. В еще более предпочтительном варианте изобретения слой выполнен из материала Plastazote®, представляющего собой сшитый пенополиэтилен с закрытыми ячейками производства концерна Zotefoams pic.

Удовлетворяющим требованиям материалом для слоев, покрывающих демпфирующий материал, является стекловолокно, представляющее собой в предпочтительном варианте изобретения высокопрочное композитное стекловолокно типа S2-glass®, используемое согласно лицензии от компании NP Aerospace. После удара этот материал может распадаться на безвредные фрагменты, но при этом имеет жесткую структуру, что делает его идеальным материалом для применения в заграждении.

Размеры слоев из стекловолокна выбраны такими, чтобы в достаточной степени противостоять исходной ударной волне и замедлять фрагменты, возникающие в результате взрыва. Толщина заграждения может быть такой, чтобы предотвратить его пробивание фрагментом, но это не является существенным признаком изобретения. Заграждение может быть также оптимизировано по толщине так, что может обеспечить не предотвращение ударов всех фрагментов по защищаемым участкам, а замедление их до такой степени, что фрагменты не будут иметь достаточной остаточной энергии, чтобы вызвать повреждение, приводящее к последующей детонации. В другом варианте изобретения заграждение может быть оптимизировано, чтобы предотвратить прохождение всех фрагментов. Во всех этих примерах осуществления заграждение обеспечивает достаточную защиту от ударов фрагментов. В первом примере осуществления при бомбардировке фрагментами заграждение начинает расслаиваться. Это расслаивание означает, что в дальнейшем само заграждение не будет представлять угрозу соседним боеприпасам, так как слои в составе заграждения сами не будут достаточно тяжелыми, чтобы вызывать повреждение от удара.

Несмотря на то, что изобретатели не стремятся ограничиться этой теорией, они полагают, что заграждение согласно первому примеру осуществления работает следующим образом. Ударная волна отражается композитным стекловолокном, поскольку при переходе от воздуха к заграждению происходит изменение плотности, т.е. изменение от низкой плотности к высокой плотности. Часть волны может входить в слой композитного стекловолокна и проходить через него. Когда ударная волна достигает задней поверхности композитного стекловолокна, возникает еще одно отражение волны, обусловленное еще одним изменением плотности материала. Под действием остаточной силы часть волны может пройти через слой пены, и процесс отражения волны может начаться вновь, когда произойдет столкновение волны со вторым слоем композитного стекловолокна. Пена предотвращает удар одного слоя стекловолокна по другому слою стекловолокна со значительной силой после нанесения удара взрывной ударной волны в результате замедления перемещения первого слоя. Использование же воздуха в качестве слоя низкой плотности привело бы к удару первого слоя стекловолокна по второму слою стекловолокна.

В следующем примере осуществления заграждение содержит слой полиуретана, окружающий слой стекловолокна S2, причем слой стекловолокна S2 может быть образован структурой стекло S2 - пена - стекло S2, описанной выше. Ударостойкие пенополиуретаны являются предпочтительными и серийно выпускаются компанией General Plastics. Слои полиуретана и стекло S2 будут расслаиваться под действием силы взрыва и/или удара падающего материала.

В еще одном следующем примере осуществления заграждение для локализации взрыва может быть полностью сформировано из ударостойкого пенополиуретана. Под действием фрагментов заряда эта пена сплющивается и поэтому замедляет их прохождение. Предпочтительной является пена LAST-A-FOAM® производства компании General Plastics.

В еще одном следующем примере осуществления заграждение может быть сформировано из алюминиевой сотовой структуры. Такая структура может обеспечивать замедление фрагментов заряда вследствие поглощения значительной части энергии при разрушении сотовой структуры. Преимуществом этого примера осуществления является относительно небольшая масса заграждения, что позволяет, таким образом, предотвратить при ударе передачу достаточной энергии, чтобы взорвать взрывное устройство, но обеспечивает возможность замедления фрагментов заряда.

Толщина используемых слоев может быть оптимизирована в соответствии с требованиями по их использованию. Желательно соблюдать баланс между толщиной заграждения, которая должна быть достаточно большой для обеспечения удовлетворительного выполнения функции заграждения, и массой, которая должна быть минимальной для предотвращения детонаций при перемещении взрывной ударной волной и ударе по устройству.

Форма заграждения может быть выбрана такой, чтобы обеспечить ориентацию ударных волн и фрагментов заряда в определенном направлении. Специалисту в данной области техники известно, как это сделать в границах геометрии данной ситуации. Форма заграждений может быть, например, практически плоской, изогнутой, цилиндрической или ромбовидной. Заграждение может иметь любой размер, при котором оно обеспечивает защиту и при котором его можно легко перемещать и транспортировать. В случае необходимости использования заграждения, длина или высота которого превышает соответствующие размеры одного заграждения, возможно размещение нескольких заграждений рядом и/или одно поверх другого до достижения целевой длины и/или высоты. В другом предпочтительном примере осуществления изобретения заграждение сформировано так, что может быть соединено с другими заграждениями согласно изобретению. Соединение может быть осуществлено любым отвечающим данному применению средством типа соединений "шпунт-паз", "ласточкин хвост" или "в замок" на краевых участках заграждения. Этот признак дает пользователю возможность построения заграждения большей длины и/или высоты, которое может в большей степени отвечать данному применению в условиях необходимости защиты участков большой площади, например заграждения для разделения ракет на самолетах или перегородки между помещениями для хранения взрывчатых материалов.

Заграждение может быть снабжено стойкой, чтобы стоять без поддержки. В другом варианте изобретения заграждение может быть размещено в держателе для обеспечения устойчивости или может быть подвешено вблизи объекта защиты, например с нижней стороны крыла самолета. Стойка, держатель или подвеска могут быть выполнены из любого отвечающего данному применению материала, который может обладать также свойствами ослабления взрывной волны. В случае необходимости придания большей устойчивости возможно также искусственное утяжеление стойки, держателя или подвески.

Ниже приводится описание настоящего изобретения, которое ведется со ссылками на следующие чертежи:

Фиг.1 - вид сбоку на заграждение согласно первому примеру осуществления изобретения.

Фиг.2 - вид сбоку на заграждение согласно второму примеру осуществления изобретения.

Фиг.3 - вид сбоку на заграждение согласно третьему примеру осуществления изобретения.

Фиг.4 - вид заграждения, представленного на фиг.1 и 3, при использовании в боевой обстановке.

Фиг.5 - вид сверху на заграждение согласно другому примеру осуществления изобретения.

В предпочтительном примере осуществления, как показано на фиг.1, заграждение 10 содержит несколько слоев 12 и 14. Слои 12 и 14 соединены один с другим с помощью фиксаторов типа клея или механических приспособлений, обеспечивающих целостность заграждения перед воздействием взрыва, но не препятствующих расслоению заграждения в случае взрыва. Слой 12 состоит из панелей S2-glass®, а слой 14 - из Plastazote®.

На фиг.2 представлено заграждение 10' изогнутой формы, обеспечивающей более высокую степень защиты взрывного устройства D или окружающей зоны. Если устройство D является объектом, подлежащим взрыванию, то взрыв будет частично локализован заграждением 10' ввиду его криволинейной формы. В случае же, когда устройство D является объектом защиты, то оно будет защищено от взрывов, происходящих прямо слева от него (как показано на фигуре) и также частично сверху.

На фиг.3 представлено заграждение 10" другой изогнутой формы, экранирующее, по меньшей мере, часть взрывного устройства D. Заграждение такой формы является эффективным при близком размещении взрывных устройств одно от другого, например на самолете или в хранилище для торпед.

На фиг.4 представлено заграждение согласно изобретению, используемое в боевой обстановке. Заграждение 10 размещено под нижней частью фюзеляжа самолета 20 между ракетами 16. Кроме того, заграждения 10 размещены между соседними ракетами на самолете. Ракеты 18 на конце крыла самолета экранированы заграждениями 10", имеющими криволинейную форму, повторяющую контуры устройства, подлежащего защите. Дополнительные заграждения могут быть размещены рядом с самолетом, чтобы защитить соседние объекты типа других самолетов, ракет, зон хранения, хранилищ или персонала 26.

Фигура 5 иллюстрирует дополнительный пример осуществления заграждения, которое содержит слой 50 полиуретана на двух противоположных поверхностях слоя 52 S2-glass. Слои полиуретана имеют треугольную форму, чтобы обеспечить отклонение взрывной ударной волны и фрагментов заряда (показанных стрелками) от защищаемого устройства D. На фиг.5 оба слоя полиуретана имеют треугольную форму, что обеспечивает защиту устройств с любого конца на вершине в случае детонации одного из устройств.

На чертежах представлено трехслойное заграждение, однако возможно также заграждение, содержащее пять или более слоев.

Важным признаком заграждения является то, что оно является переносным, однако предполагается и возможность его постоянной или с возможностью переноса установки на месте с помощью любого отвечающего данному применению средства с целью обеспечения защиты.

Испытания показали, что индуцированный взрыв бомбы общего назначения массой 1000 фунтов может быть локализован экранирующим заграждением (обозначенным на фигуре позицией 10"), содержащим два внешних слоя из стекловолокна толщиной 15-20 мм и слой расширяющегося сшитого пенополиэтилена с закрытыми ячейками толщиной 12-15 мм между ними. Масса панели с габаритными размерами 1350 мм × 340 мм × 60 мм составила 50-60 кг.

Это техническое решение заграждения прошло испытание по обеспечению защиты оболочки толщиной 155 мм, размещенной позади заграждения, представленного на фиг.1, от индуцированной детонации под действием взрыва оболочки толщиной 155 мм по другую сторону заграждения.

Предложенная группа изобретений относится к заграждениям и может быть использована для локализации последствий взрыва. Техническим результатом является повышение надежности локализации взрывных устройств. Пассивное заграждение, сформированное для ослабления взрывных ударных волн и замедления падающего материала с целью уменьшения опасности индуцированного взрыва близкорасположенного взрывчатого вещества и/или повреждения близкорасположенных объектов. Заграждение переориентирует силу падающей взрывной ударной волны и падающих материалов. Заграждение может быть установлено вблизи взрывных устройств, внутри транспортных средств, перевозящих такие устройства, или даже с внешней стороны транспортного средства с целью защиты этого транспортного средства или персонала. Заграждение может быть сформировано с возможностью соединения с одним или несколькими ограждениями и может быть снабжено стойкой или размещено в держателе с целью повышения своей устойчивости. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Пассивное заграждение для локализации взрывных ударных волн и замедления падающего материала с целью уменьшения опасности индуцированных взрывов, где заграждение сконфигурировано для переориентации силы падающей взрывной ударной волны и уменьшения количества движения любого падающего материала, при котором смягчение действия взрывной ударной волны и/или падающего материала обусловливает фрагментацию заграждения и, следовательно, его обезвреживание.

2. Заграждение по п.1, отличающееся тем, что заграждение содержит, по меньшей мере, один слой демпфирующего материала, покрытого, по меньшей мере, с двух противоположных поверхностей материалом с возможностью фрагментации.

3. Заграждение по п.2, отличающееся тем, что демпфирующий материал представляет собой пену.

4. Заграждение по п.3, отличающееся тем, что пена представляет собой пенополиэтилен.

5. Заграждение по п.4, отличающееся тем, что пена представляет собой расширяющийся пенополиэтилен.

6. Заграждение по п.2, отличающееся тем, что материал с возможностью фрагментации представляет собой стекловолокно.

7. Заграждение по п.1, отличающееся тем, что содержит один или несколько слоев пенополиуретана.

8. Заграждение по п.7, отличающееся тем, что пенополиуретан представляет собой ударостойкий пенополиуретан.

9. Заграждение по п.7, отличающееся тем, что содержит слой стекловолокна на или между одним или несколькими слоями пенополиуретана.

10. Заграждение по п.1, отличающееся тем, что заграждение дополнительно сформировано с возможностью соединения с одним или несколькими ограждениями.

11. Заграждение по п.1, отличающееся тем, что заграждение является практически плоским.

12. Заграждение по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, часть заграждения является изогнутой.

13. Заграждение по п.1, отличающееся тем, что заграждение удерживается в своем положении с помощью стойки, держателя или подвески.

14. Заграждение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью соединения с другими подобными заграждениями с помощью соединений, выполненных на краевых участках.

15. Пассивное заграждение по пп.1-14, характеризующееся тем, что его используют для размещения между взрывными устройствами или в помещении для хранения взрывчатых веществ.

16. Транспортное средство, содержащее заграждение по любому из пп.1-14.