ЗАРЯД СТАРОВЕРОВА - 6 Российский патент 2013 года по МПК F42B3/00 

Изобретение относится к военным взрывным зарядам. Изобретение применимо во всех видах военных боеприпасов, кроме стационарных мин.

Известны взрывные заряды, см., например, «Оружие пехоты», Харвест, 1999, с.556. Изобретение направлено на усиление бризантного и осколочного действия взрывных боеприпасов.

Скорость разлета осколков и давление на фронте ударной волны зависят от скорости звука в сжатом газе, который образуется в объеме, занимаемом взрывчатым веществом (далее ВВ). В той смеси газов, которая образуется после взрыва большинства ВВ, и при той температуре и давлении скорость звука обычно не превышает 1100 м/сек. И быстро падает по мере адиабатического расширения взрывных газов. Скорость осколков, естественно, еще меньше.

Между тем скорость звука в водороде даже при нормальных температуре и давлении 1330 м/сек. То есть если баллон с водородом в форме снаряда при комнатной температуре просто лопнет от внутреннего давления, то он создаст намного более сильную ударную волну и придаст осколкам значительно большую начальную скорость, чем осколочно-фугасный заряд с обычным ВВ такого же веса. А если еще и немного повысить температуру водорода, то давление на фронте ударной волны и скорость осколков резко возрастут. Например, водород с температурой всего 650 градусов С (это ниже температуры его воспламенения) будет иметь скорость звука 2360 м/сек и сможет разогнать осколки до скорости 2120 м/сек. То есть получится «холодный взрыв», в результате которого из-за адиабатического расширения газ после взрыва может иметь приблизительно температуру окружающей среды.

На этом и основана идея данного изобретения. Цель изобретения - повышение скорости разлета осколков, давления на фронте ударной волны и радиуса осколочного и фугасного действия заряда.

Данный заряд представляет собой оболочку из термостойкого материала, в которой под давлением находится метан при температуре ниже температуры его термического разложения при данном давлении, но выше температуры начала лавинообразной реакции разложения метана от энергии этой экзотермической реакции, причем в центре оболочки находится запал, или данный заряд имеет изнутри или снаружи взрывной или кумулятивный заряд, способный пробить стенку оболочки, или оболочка имеет трубу от поверхности к центру, в которую перед взрывом вставляется заряд взрывчатого вещества (далее ВВ) (раньше нельзя - перегреется).

Как известно, метан при температуре 1100-1500 градусов С претерпевает термическое разложение на углерод (в виде сажи или графита) и водород:

СН₄=С+2Н₂+74,85 кДж

Выделившееся тепло способно нагреть продукты реакции при постоянном давлении на 1070 градусов С, а при постоянном объеме - на 1440 градусов С. При инициации этой реакции теплом, например, запала, в качестве которого может использоваться электроспираль или искра (причем, не обязательно электрическая, возможна искра и от кремня для зажигалки), происходит лавинообразное, то есть взрывное саморазложение метана на водород и углерод.

Эта реакция в данных условиях практически необратима, но для связывания выделившегося углерода в заряде и для выделения дополнительного тепла при этом в заряде могут иметься добавки, связывающие углерод с выделением тепла, например, алюминий (стандартная мольная энтальпия образования - -209 кДж/моль). Реакция образования карбида алюминия сопровождается повышением температуры примерно до 1750 градусов С (считая от 0 градусов С). Вводить алюминий можно в виде облицовки кумулятивного заряда. А если температура заряда будет меньше температуры плавления алюминия, то в виде алюминиевого «войлока» (спутанной тонкой проволоки).

Если инициирующий заряд вводится внутрь заряда через трубу, то конец этой трубы может быть окружен тонкостенной полостью, в которой будет находиться расплавленный алюминий.

ЗАПАСНОЙ ВАРИАНТ. Если скорость распространения фронта реакции в замкнутом пространстве в данной среде (по аналогии с ВВ назовем ее «скорость детонации») окажется ниже предела требований, предъявляемых к ВВ (достаточно условно этот нижний предел в данном случае можно обозначить как скорость звука в воздухе, то есть в среднем 350 м/сек), то возможны два запасных варианта. Первый - прочность оболочки выбирается из условия ее разрушения при внутреннем давлении, равном 80-95% от максимального давления при окончании реакции. И в этом случае оболочка через некоторое время (доли секунд или даже секунды) саморазрушается, разбрасывая осколки и вызывая ударную волну.

Второй - оболочка делается чуть прочнее (и тяжелее) и выдерживает максимальное давление продуктов реакции. То есть сама она не разрушится. Тогда она после окончания реакции разрезается перфорирующим линейным кумулятивным зарядом, расположенным снаружи или изнутри оболочки. Форма разреза может быть выбрана самая разнообразная: для фугасных зарядов в бомбообразной оболочке выгоден разрез поперек по горизонтальной плоскости, и в этом случае основная энергия ударной волны будет направлена в стороны. А осколочные боеприпасы выгодно резать на мелкие части.

Нагревать метан нужно осторожно, чтобы не превысить температуру начала реакции саморазложения. Сделать это можно в ванне из вещества, которое в расплавленном состоянии имеет указанную температуру, например в расплавленном алюминии, олове, сплаве Вуда, легкоплавком стекле. Причем при нагреве в расплавленном металле его поверхность может быть защищена от окисления слоем легкоплавкого стекла.

Желательно, чтобы оболочка имела изнутри и/или снаружи микронасечки или зонную закалку для равномерного дробления, так как она будет являться осколкообразующим элементом.

Пример

Допустим, в оболочке из вольфрама находится под давлением 100 атм (а возможно, и больше) метан при температуре 1050 градусов С. Оболочка для предотвращения потерь тепла находится в съемной теплоизоляции. За пределами теплоизоляции находится кумулятивный заряд, направленный в центр оболочки.

Оболочка должна быть съемной для того, чтобы можно было нагреть метан в ней без местного перегрева выше 1100 градусов С.

Работает заряд так: при нагреве горячего метана запалом или взрывом происходит лавинообразная реакция термического саморазложения метана с образованием водорода. Давление в оболочке при этом повышается примерно в 4,5 раза, и она разрушается.

Если заряд содержит только запал и не содержит внутреннего заряда ВВ, то не следует выбирать прочность оболочки слишком большой, так как повышение давления в ней вследствие реакции будет не очень большим - в рассмотренном примере примерно в 4,5 раз. То есть, если первоначальное давление в оболочке было 100 атм, то разрушаться она должна, например, при 350-400 атм.

Метан при этом будет иметь температуру 2490 градусов С, и скорость звука в нем при этом составит 4080 м/сек и способен создать сильную ударную волну и может разогнать осколки до скорости около 3800 м/сек. А так как кинетическая энергия пропорциональна квадрату скорости, то пробивная сила осколков будет примерно в 15 раз выше. А при применении алюминиевой добавки - еще выше. Разумеется, закон сохранения энергии никто не отменял - энергия сжатого газа и взрыва должна быть больше кинетической энергии взрывной волны и энергии осколков.

В качестве боеприпаса такой заряд будет обладать еще и сильным зажигательным действием - ведь разлетевшийся водород будет подожжен взрывными газами. Причем особенно это будет заметно при взрыве заряда в замкнутом помещении: при попадании гранаты в окно здания, при пробитии 30-мм снарядом брони БМП или обшивки самолета, при попадании снаряда внутрь корабля - быстро, почти взрывообразно сгоревший водород вызовет термобарический эффект, поражая живую силу и разрушая конструкцию объекта.

Следует отметить особо сильное поражающее действие осколков - они будут накалены до температуры 1050 градусов С, то есть до соломенно-желтого цвета, и при попадании в живую ткань будут оказывать сильнейшее термическое воздействие, а при попадании на любой горючий объект будут зажигать его.

Изобретение относится к взрывным зарядам. Заряд представляет собой оболочку из термостойкого материала, в которой под давлением находится метан при температуре ниже температуры его термического разложения при данном давлении, но выше температуры начала лавинообразной реакции разложения метана от энергии этой экзотермической реакции. В центре оболочки находится запал или данный заряд имеет изнутри или снаружи взрывной или кумулятивный заряд, способный пробить стенку оболочки, или оболочка имеет трубу от поверхности к центру, в которую перед взрывом вставляется заряд взрывчатого вещества. Повышается бризантность заряда. 7 з.п. ф-лы.

1. Заряд, отличающийся тем, что представляет собой оболочку из термостойкого материала, в которой под давлением находится метан при температуре, ниже температуры его термического разложения при данном давлении, но выше температуры начала лавинообразной реакции разложения метана от энергии этой экзотермической реакции, причем в центре оболочки находится запал или данный заряд имеет изнутри или снаружи взрывной или кумулятивный заряд, способный пробить стенку оболочки, или оболочка имеет трубу от поверхности к центру, в которую перед взрывом вставляется заряд взрывчатого вещества.

2. Заряд по п.1, отличающийся тем, что запалом является электроспираль или искра.

3. Заряд по п.1, отличающийся тем, что он разогревается в ванне из расплавленного металла или стекла.

4. Заряд по п.1, отличающийся тем, что оболочка имеет изнутри и/или снаружи насечки, или имеет зонную закалку.

5. Заряд по п.1, отличающийся тем, что для связывания выделившегося углерода в заряде имеются добавки, связывающие углерод с выделением тепла, например алюминий.

6. Заряд по п.5, отличающийся тем, что алюминий вводится в заряд в виде облицовки кумулятивного заряда или в виде спутанной проволоки.

7. Заряд по п.1, отличающийся тем, что конец трубы, через которую в данный заряд вводится заряд взрывчатого вещества, окружен оболочкой, содержащей расплавленный алюминий.

8. Заряд по п.1, отличающийся тем, что прочность оболочки равна 80-95% от максимального давления по окончании реакции.