ВЗРЫВНОЕ УСТРОЙСТВО (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2016 года по МПК F42B3/10 

Изобретение относится к логическим взрывным устройствам и может быть использовано при разработке средств взрывания повышенной безопасности.

Важнейшей задачей, стоящей в данной области техники, помимо обеспечения надежности работы изделий является обеспечение их повышенной стойкости к аварийным воздействиям, способным вызвать несанкционированный взрыв изделий, таким как прострел пулей или осколком при внешнем взрыве, пожар и т.п. Наиболее чувствительными к аварийным воздействиям во взрывных устройствах чаще всего являются средства инициирования - детонаторы (инициаторы детонации), содержащие более чувствительное к внешним воздействиям взрывчатое вещество (ВВ), чем ВВ передающих детонацию устройств (линий, каналов) и ВВ основного заряда изделия (объекта подрыва).

Известен способ инициирования и формирования взрывной волны в основном заряде взрывчатого вещества (патент РФ №2296943; МПК F42B 3/10, опубл. в бюл. №10 от 10.04.2007 г.), где приведены возможные схемы взрывных устройств, содержащих в качестве инициаторов электродетонаторы, разветвленную детонационную цепь, взрывные логические цепи (ВЛЦ), выполненные по схеме И, и средство предотвращения несанкционированного срабатывания объекта подрыва в виде коммутатора детонационного канала.

Недостатком аналога является то, что для приведения его в работоспособное состояние необходима система переключения с коммутатором и устройством его включения, что снижает надежность изделия.

Наиболее близким аналогом является схема управляемой детонационной логической цепи (патент РФ №2470256; МПК F42D 1/04, F42B 3/10, опубл. в бюл. №35 от 20.12.2012 г.), которая состоит из детонатора в качестве инициатора, разветвленной детонационной цепи, включающей в себя выходной логический элемент И, имеющий два входа для соединения с инициатором и один выход для соединения с объектом подрыва, а также средство предотвращения несанкционированного срабатывания объекта подрыва в виде управляемого канала вывода из строя (УКВС), соединяющего две точки одного из основных каналов цепи.

Недостатком конструкции известного устройства является то, что для приведения его в работоспособное состояние также необходима система управления с выключателем управляемого канала, снижающая надежность изделия.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении надежности за счет упрощения приведения в действие взрывного устройства при штатном срабатывании, когда не требуется дополнительное управляющее воздействие, при одновременном обеспечении защиты объекта подрыва от срабатывания инициатора при аварийном пулевом или осколочном воздействии (простреле).

Указанный технический результат достигается в двух вариантах взрывного устройства.

Вариант 1.

Во взрывном устройстве, содержащем инициатор, разветвленную детонационную цепь, включающую выходной логический элемент И, имеющий два входа для соединения с инициатором и один выход для соединения с объектом подрыва, и средство предотвращения несанкционированного срабатывания объекта подрыва в виде участка детонационной цепи, новым является то, что средство предотвращения несанкционированного срабатывания объекта подрыва в виде участка детонационной цепи выполнено в виде каркаса из замкнутого контура вокруг заряда взрывчатого вещества инициатора и из двух перемычек, одна из которых размещена над инициатором и соединена с ним и с замкнутым контуром, а другая - под инициатором и соединена с замкнутым контуром с помощью двух дополнительных логических элементов И, имеющих по два входа и одному выходу, при этом выходы дополнительных логических элементов соединены перемычкой с входами выходного логического элемента И.

Дополнительно каркас может быть выполнен таким образом, что его элементы соответствуют форме октаэдра, цилиндра, параллелепипеда или сферы.

Также каркас может быть выполнен, по крайней мере, с одним дополнительным замкнутым контуром, соединенным с замкнутым контуром двумя дополнительными перемычками с помощью еще двух дополнительных логических элементов И.

Вариант 2.

Во взрывном устройстве, содержащем инициатор, разветвленную детонационную цепь, включающую выходной логический элемент И, имеющий два входа для соединения с инициатором и один выход для соединения с объектом подрыва, и средство предотвращения несанкционированного срабатывания объекта подрыва в виде участка детонационной цепи, новым является то, что средство предотвращения несанкционированного срабатывания объекта подрыва в виде участка детонационной цепи выполнено в виде каркаса, частично охватывающего заряд взрывчатого вещества инициатора и состоящего из замкнутого контура, примыкающего к нему выходного логического элемента И и выхода выходного логического элемента И, соединенного с объектом подрыва.

Дополнительно каркас может быть выполнен таким образом, что его элементы соответствуют форме полуцилиндра, полусферы, параллелепипеда или четырехугольной пирамиды.

Также каркас может быть выполнен, по крайней мере, с одним дополнительным замкнутым контуром, соединенным с замкнутым контуром дополнительной перемычкой с помощью еще одного дополнительного логического элемента И.

Представленные в двух вариантах особые формы детонационной цепи позволяют, с одной стороны, беспрепятственно передать детонацию объекту подрыва от инициатора, что упрощает приведение в действие взрывного устройства при штатном срабатывании, так как не требуется дополнительного управляющего воздействия, что повышает надежность взрывного устройства, а с другой стороны, в случае поражения взрывного устройства опасным осколком, летящим в инициатор, позволяют прервать детонационную цепь раньше, чем аварийно сработает инициатор, так как повреждение любого участка цепи выводит ее из строя и делает невозможным передачу детонации с ее помощью от инициатора к объекту подрыва, что обеспечивает защиту объекта подрыва от срабатывания инициатора при аварийном пулевом или осколочном воздействии. Эти особые свойства форм детонационной цепи взрывного устройства объясняются следующим.

Соединение выходного логического элемента И с замкнутым контуром с помощью дополнительных логических элементов И, имеющих по два входа и одному выходу, позволяет применить в детонационной цепи параллельные по связи и зависимые по функции детонационные каналы. Сохранение работоспособности каждого из каналов является необходимым условием сохранения работоспособности всей цепи за счет суммирующей функции логических элементов И. То есть объединение параллельных каналов логическими элементами И обеспечивает выход из строя всей цепи при аварийном воздействии и разрушении хотя бы одного канала. В то же время применение параллельных каналов позволяет при сохранении площади поверхности размещения каналов и защищаемого объема значительно сократить путь распространения детонации от входа цепи к выходу по сравнению с возможной функционально аналогичной цепью, не оснащенной логическими элементами И.

Представленные формы каркаса - октаэдр, цилиндр, параллелепипед, сфера, полуцилиндр, полусфера, параллелепипед или четырехугольная пирамида - позволяют выбрать вариант, наиболее оптимальный конструктивно и/или технологически, в зависимости от особенностей конструкции конкретного взрывного устройства.

Выполнение каркаса взрывного устройства с дополнительными замкнутыми контурами, логическими элементами И и перемычками позволяет расширить компоновочные возможности устройства и несколько сократить длину пути распространения детонации и время работы устройства.

Изобретение поясняется следующими чертежами.

Фиг. 1 - схема детонационной цепи, выполненной по варианту 1.

Фиг. 2 - пространственный каркас, окружающий инициатор, в форме, близкой к октаэдру.

Фиг. 3 - карданное соединение валов как геометрическая форма, иллюстрирующая взаимное расположение части элементов изобретения.

Фиг. 4 - изменение формы замкнутого контура детонационной цепи по варианту 1.

Фиг. 5 - схема детонационной цепи, выполненной по варианту 1, с двумя дополнительными замкнутыми контурами.

Фиг. 6 - схема детонационной цепи, выполненной по варианту 1, с тремя дополнительными замкнутыми контурами.

Фиг. 7 - схема детонационной цепи, выполненной по варианту 2.

Фиг. 8 - схема детонационной цепи, выполненной по варианту 2 с одним дополнительным замкнутым контуром.

Фиг. 9 - ортогональные проекции и аксонометрическое изображение взрывного устройства по варианту 1 в виде каркаса с формой, близкой к октаэдру.

Фиг. 10 - аксонометрическое изображение взрывного устройства по варианту 1 в виде каркаса цилиндрической формы.

Фиг. 11 - аксонометрическое изображение взрывного устройства по варианту 1 в виде каркаса с формой параллелепипеда.

Фиг. 12 - аксонометрическое изображение взрывного устройства по варианту 1 в виде сферического каркаса.

Фиг. 13 - аксонометрическое изображение взрывного устройства по варианту 1 в виде каркаса цилиндрической формы с двумя дополнительными замкнутыми контурами и перемычками.

Фиг. 14 - аксонометрическое изображение взрывного устройства по варианту 2 в виде каркаса полуцилиндрической формы.

Фиг. 15 - аксонометрическое изображение взрывного устройства по варианту 2 в виде каркаса полусферической формы.

Фиг. 16 - аксонометрическое изображение двух вариантов исполнения взрывного устройства по варианту 2 в виде каркаса полуцилиндрической формы с дополнительным замкнутым контуром и перемычкой.

На фигурах позициями обозначены: 1 - инициатор, 2 - замкнутый контур, 3 - дополнительный логический элемент И, 4 - перемычки, 5 - выходной логический элемент И, 6 - выход выходного логического элемента И, 7 - дополнительный замкнутый контур, 8 - дополнительная перемычка.

Для понимания сути изобретения на фиг. 2…4 показано, что наличие шести Т-образных сочленений а, б, в, г, д, е каналов в детонационной цепи схемы фиг. 1 позволяет выстроить ее пространственный каркас, окружающий инициатор 1, в форме, близкой к октаэдру (без четырех ребер), также имеющей шесть вершин (см. фиг. 2, где стрелками показаны направления распространения детонации по каналам каркаса, тремя кружками помечены Т-образные сочленения г, д, е с логическими элементами И 3 и 5, и дано условное изображение цилиндрического инициатора 1 внутри каркаса детонационной цепи). Взаимное расположение перемычек 4 такого каркаса также напоминает карданное соединение валов x и у, соединенных крестовиной z (фиг. 3), где валы это инициатор 1 и выход выходного логического элемента И 6.

Опасное подрывом инициатора внешнее аварийное воздействие - летящий осколок - может инициировать инициатор только в случае его беспрепятственного пролета мимо элементов каркаса. Это возможно если минимальный поперечный размер осколка будет меньше максимального зазора между элементами каркаса. В случае октаэдрической формы каркаса максимальный зазор будет в месте между вершинами, где отсутствует ребро. Чем меньше будет зазор в этом месте, тем от меньших осколков будет защищать такая конфигурация детонационной цепи и тем эффективнее будет защита инициатора. Четырехугольная форма замкнутой экваториальной части - замкнутого контура цепи октаэдрической формы, позволяет противоположные пары ее вершин приблизить к несоединенным с ними полюсным вершинам каркаса и уменьшить критический зазор (см. фиг. 4, где показаны направления смещения вершин и изменение формы замкнутого контура из плоской в пространственную зигзагообразную). Таким образом, защитное свойство взрывного устройства характеризуется величиной минимального поперечного размера осколка, от которого защищает его каркас. Эта величина A_min составляет:

A_min=x_max+2δ_max

где x_max - максимальный зазор между элементами каркаса,

δ_max - максимальный поперечный размер сечения детонационного канала.

Удвоенный размер поперечного сечения взят для гарантированного разрыва осколком хотя бы одного из двух параллельных каналов по всему сечению.

При выполнении детонационной цепи с дополнительными замкнутыми контурами (фиг. 5, 6) становится возможным либо защитный охват взрывным устройством большего объема, либо выбор уменьшенного критического зазора, который в данном случае определяется расстоянием между контурами (длиной дополнительных перемычек) и размерами торцевых контуров. Мультиплицирование схемы возможно за счет простого добавления замкнутых контуров, выполненных по той же схеме - каждый контур инициируется в двух противоположных точках, посередине между которыми находятся два логических элемента И с детонационными выходами, способными через перемычки инициировать следующий контур в двух противоположных точках и так далее. Свойство выхода цепи из строя в случае нарушения любого из каналов сохраняется.

В отличие от варианта 1 взрывного устройства, где детонационная цепь охватывает инициатор со всех сторон, в варианте 2 (фиг. 7, 8) детонационная цепь охватывает инициатор только со стороны одной полусферы окружающего пространства, что является достаточным для большей части изделий, в которых инициатор обычно размещается на поверхности изделия и со стороны второй полусферы его защищает само изделие.

В случае более интенсивных осколочных воздействий, способных инициировать ВВ каналов, но не ВВ объекта подрыва, взрывное устройство в основном будет детонировать в нештатном режиме и логические элементы И будут препятствовать распространению детонации. Лишь инициирование критических точек в полюсных сочленениях а и е каналов (фиг. 2) будет способно вызвать передачу детонации объекту подрыва. Но вероятность такого события будет ниже из-за существенно меньшего габаритного размера выходной критической точки е и габаритного размера критической зоны подрыва входной критической точки а по сравнению с размером критической зоны подрыва заряда ВВ инициатора, превышающим размер этого заряда, во взрывном устройстве, не оснащенном средством предотвращения несанкционированного срабатывания объекта подрыва. Существенная разница этих размеров вызвана тем, что несимметричное инициирование входной точки приведет к отказу логических элементов И, в то время как для инициирования ВВ инициатора достаточно даже бокового касания летящего мимо на некотором удалении осколка.

Конкретное исполнение изобретения поясняется следующими чертежами, на которых матрица из корпусных деталей для размещения детонационных каналов условно не показана для лучшего восприятия структуры детонационной цепи взрывного устройства.

В представленном на фиг.9 варианте реализации взрывное устройство по варианту 1 содержит инициатор 1 в виде мостикового электродетонатора с зарядом бризантного ВВ тэн габаритами ⌀3,6×6,0 мм, разветвленную детонационную цепь в виде каркаса с участками сечением 1,2×1,2 мм, выполненную из малочувствительного взрывчатого состава на основе тэна. Дополнительные логические элементы И 3 и выходной логический элемент И 5 выполнены каждый в виде инертной прокладки между замкнутым контуром и началом перемычки в Т-образном сочленении их каналов. Прокладка толщиной 0,8 мм выполнена из алюминиевого сплава. Выходной логический элемент И имеет два входа, как части разветвленной детонационной цепи, и один выход для соединения с объектом подрыва. Объектом подрыва (на фиг. не показан) является заряд ВВ из бризантного взрывчатого состава. Каркас выполнен в форме, близкой к октаэдру, и состоит из неплоского зигзагообразного замкнутого контура 2 и двух примыкающих к нему перемычек 4 над и под инициатором. Габариты зигзагообразного контура в плане - 11,2×11,2 мм, косой габарит (под 45°) - 10,1×10,1 мм, высота зигзагообразного замкнутого контура - 2,72 мм. При этом перемычка 4 над инициатором соединена с ним в средней части, а перемычка 4 под инициатором 1 соединена с замкнутым контуром 2 с помощью двух дополнительных логических элементов И 3, имеющих по два входа, принадлежащих замкнутому контуру 2, и по одному выходу, которые, соединяясь с входами выходного логического элемента И 5, образуют эту перемычку. Общая высота взрывного устройства составляет 13 мм. Все элементы устройства размещены в пазах и отверстиях двух корпусных деталей - корпуса и крышки (на фиг. не показаны), выполненных из полиамида. Стык корпуса и крышки проходит между замкнутым контуром 2 и прокладками дополнительных логических элементов И 3. Взаимное крепление корпусных деталей между собой и крепление устройства к объекту подрыва обеспечивают плотное без зазоров прилегание всех элементов детонационной цепи друг у другу. Для верхней полусферы критический (минимально допустимый) размер А₁ осколка составляет 7,8 мм. Для нижней полусферы критический размер А₂ осколка составляет 8 мм. Осколки меньших габаритов практически не представляют опасности, т.к. не обладают достаточной для инициирования инициатора энергией после пробития конструктивных слоев изделия, окружающих взрывное устройство.

В представленном на фиг. 14 варианте реализации взрывного устройства по варианту 2 инициатор 1 размещен на поверхности объекта подрыва (на фиг. не показан) и каркас выполнен в форме полуцилиндра внешним радиусом 6 мм. Замкнутый контур 2 каркаса изогнут в пространстве таким образом, что часть контура охватывает инициатор 1 на поверхности объекта подрыва, а другая расположена над ним, при этом к этой части, нависающей над инициатором 1, примыкает выходной логический элемент И 5, выход 6 которого также частично охватывает инициатор и соединяется с объектом подрыва. Основные характерные размеры элементов детонационной цепи (толщины, размеры сечений каналов и т.п.) соответствуют варианту 1. Габариты каркаса взрывного устройства по варианту 2 составляют 12×11,2×7,5 мм.

Устройство функционирует следующим образом.

По варианту 1 в штатном режиме работы детонация от инициатора 1 распространяется по разветвленной детонационной цепи сначала по перемычке 4, размещенной над инициатором 1 и соединенной с ним, а затем расходится в двух местах по замкнутому контуру 2 и встречно сталкивается над дополнительными логическими элементами И 3, инициируя с двух сторон перемычку 4, размещенную под инициатором 1 и соединенную с замкнутым контуром 2 через выходы дополнительных логических элементов 3. Далее детонация сходится к центру перемычки, инициирует выходной логический элемент И 5 и через его выход 6 передается объекту подрыва. Время работы детонационной цепи представленной конструкции не более 4 мкс.

По варианту 2 в штатном режиме работы детонация от инициатора 1 распространяется по разветвленной детонационной цепи сначала по замкнутому контуру 2 в стороны от точки его инициирования до встречного столкновения у выходного логического элемента И 5, а затем по его выходу 6 передается объекту подрыва. Время работы детонационной цепи представленной конструкции не более 7 мкс.

В нештатном режиме работы (по вариантам 1 и 2) при попадании во взрывное устройство опасного летящего осколка с размером не меньше критического, способного инициировать детонацию в инициаторе 1, вначале обязательно происходит повреждение, по крайней мере, какого-либо одного участка замкнутого контура 2 или перемычек 4 или других мест разветвленной детонационной цепи и становится невозможным распространение по ней детонации к выходу 6. При дальнейшем инициировании осколком инициатора 1 детонация распространяется по сохранившимся частям разветвленной детонационной цепи с нарушенной конфигурацией до мест повреждения, не вызывая инициирования выходного логического элемента И 5. Таким образом, становится невозможным несанкционированное инициирование объекта подрыва из малочувствительного ВВ, примыкающего к выходу 6 выходного логического элемента И 5.

Таким образом, предлагаемые два варианта конструкций взрывного устройства по сравнению с аналогами обеспечивают повышение надежности за счет упрощения приведения в действие взрывного устройства при штатном срабатывании, когда не требуется дополнительное управляющее воздействие, при одновременном обеспечении защиты объекта подрыва от срабатывания инициатора при аварийном пулевом или осколочном воздействии (простреле).

Разработана расчетно-теоретическая модель взрывного устройства и рабочие чертежи, по которым изготовлен и испытан опытный образец устройства.

Изобретение относится к логическим взрывным устройствам и может быть использовано при разработке средств взрывания повышенной безопасности. Взрывное устройство по варианту 1 содержит инициатор, выполненный в виде заряда взрывчатого вещества, разветвленную детонационную цепь, включающую выходной логический элемент И, имеющий один выход для соединения с объектом подрыва и два входа, и средство предотвращения несанкционированного срабатывания объекта подрыва. Упомянутое средство выполнено в виде участка детонационной цепи и содержит каркас из замкнутого контура, охватывающего со всех сторон инициатор, и двух перемычек. Взрывное устройство по варианту 2 содержит инициатор, выполненный с возможностью размещения его на поверхности объекта подрыва, и разветвленную детонационную цепь со средством предотвращения несанкционированного срабатывания объекта подрыва. Упомянутое средство выполнено в виде участка детонационной цепи и содержит каркас из изогнутого замкнутого контура и примыкающего к нему выходного логического элемента И с выходом, соединенным с объектом подрыва. Обеспечивается повышение надежности устройства при обеспечении защиты объекта подрыва от срабатывания инициатора при аварийном пулевом или осколочном воздействии. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Взрывное устройство, содержащее инициатор, выполненный в виде заряда взрывчатого вещества, разветвленную детонационную цепь, включающую выходной логический элемент И, имеющий один выход для соединения с объектом подрыва и два входа, и средство предотвращения несанкционированного срабатывания объекта подрыва, отличающееся тем, что средство предотвращения несанкционированного срабатывания объекта подрыва выполнено в виде участка детонационной цепи и содержит каркас из замкнутого контура, охватывающего со всех сторон заряд взрывчатого вещества инициатора, и двух перемычек, одна из которых размещена над инициатором и соединена с ним и с замкнутым контуром, а другая - под инициатором и соединена с замкнутым контуром с помощью двух дополнительных логических элементов И, имеющих по два входа и одному выходу, при этом выходы дополнительных логических элементов соединены перемычкой с входами выходного логического элемента И.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каркас выполнен в форме поверхности октаэдра, цилиндра, параллелепипеда или сферы.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каркас содержит, по крайней мере, один дополнительный замкнутый контур, соединенный с упомянутым замкнутым контуром двумя дополнительными перемычками с помощью двух дополнительных логических элементов И.

4. Взрывное устройство, содержащее инициатор, выполненный в виде заряда взрывчатого вещества, и разветвленную детонационную цепь со средством предотвращения несанкционированного срабатывания объекта подрыва, отличающееся тем, что инициатор выполнен с возможностью размещения его на поверхности объекта подрыва, при этом средство предотвращения несанкционированного срабатывания объекта подрыва выполнено в виде участка детонационной цепи и содержит каркас из изогнутого замкнутого контура и примыкающего к нему выходного логического элемента И с выходом, соединенным с объектом подрыва, причем одна часть изогнутого замкнутого контура охватывает инициатор на поверхности объекта подрыва, а другая расположена с охватом над инициатором.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что каркас выполнен в форме поверхности полуцилиндра, полусферы, параллелепипеда или четырехугольной пирамиды.

6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что каркас содержит, по крайней мере, один дополнительный замкнутый контур, соединенный с упомянутым замкнутым контуром дополнительной перемычкой с помощью дополнительного логического элемента И.