ВЗРЫВНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2016 года по МПК F42B12/00 

Изобретение относится к военной и оборонной промышленности и может быть использовано в качестве мины и боевой части ракеты, бомбы с двойным эффектом поражения, а именно фугасный взрыв и последующий объемный взрыв.

Известно устройство «РУЧНАЯ ГРАНАТА ГОЛОДЯЕВА». RU. Заявка №2011113649.А. МПК F42B 12/00 (2006.01).

Ручная граната отличается тем, что в корпусе расположена система из кумулятивных зарядов ударного ядра со сферическими выемками из обычного взрывчатого вещества, снабженных вторичными детонаторами, взаимодействующими через детонирующие шнуры равной длины с первичным детонатором взрывателя, расположенного вне корпуса гранаты, и имеющими металлические цилиндры со сферическими выпуклыми торцами к заряду в сферических выемках зарядов, в которых расположен взрывчатый материал из Bi(BH₄)₂ или другого гидрида металла, при этом сферические выемки направлены в центр гранаты, а детонирующие шнуры проходят по поверхности корпуса гранаты в защитных кожухах. (Прототип).

Недостатком является сравнительно с предложенной разработкой малый КПД взрыва.

Известно устройство «Кумулятивный снаряд».

Википедия. - http://ru.wikipedia.org/wiki/Снаряд.

Кумулятивный снаряд - боеприпас, предназначенный для уничтожения бронетехники и гарнизонов долговременных фортификационных сооружений путем создания узконаправленной струи продуктов взрыва с высокой пробивной способностью.

Фугасный снаряд - боеприпас, предназначенный для разрушения полевых и долговременных фортификационных сооружений, проволочных заграждений, зданий.

Недостатком является малая мощность взрывчатых бризантных веществ и их малая часть веса снаряда. Например: в фугасном снаряде калибром 152 мм всего 5 кг тротила.

Известно устройство «БОЕВАЯ ЧАСТЬ ТИПА "УДАРНОЕ ЯДРО" БОЕВОГО ЭЛЕМЕНТА ТОЧНОГО ПРИЦЕЛИВАНИЯ». RU. Патент №2084808. С1. МПК 6 F42B 12/18. Заявка: 94010341/02, 23.03.1994.

Сущность изобретения: в корпусе 1 размещен снаряд 7 типа "ударное ядро" с корпусом 5 и детонатором 8. Перед ним размещен заряд 3 с термостойким покрытием. В донной части размещен исполнительно-детонирующий механизм 4, а в передней - пьезогенераторы.

Недостатком является малая мощность взрывчатого вещества и слабый фугасный эффект в зоне поражения.

Известен «СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ». RU. Патент №2260779. С1. МПК 7 G01L 5/14, F42B 12/02.

Заявка: 2004114626/02, 14.05.2004.

Изобретение относится к средствам получения энергии из металлических материалов путем воздействия снарядов на мишень. Сущность изобретения заключается в том, что бомбардируют твердую мишень снарядом, обладающим скоростью в момент встречи с мишенью, определяемой по формуле:

где - энергия металлической связи материала снаряда, эВ·атом - 1; А - атомная масса материала снаряда, атомные единицы массы; - коэффициент эффективности удара, удовлетворяющий неравенству 0,15<2. Реализация изобретения позволяет повысить эффективность взрыва твердого металла или металлического сплава снаряда и обеспечить высокое отрицательное ускорение снаряда при его встрече с мишенью.

Недостатком является невозможность получения взрывного устройства без выстрела из ствола оружия.

Техническим результатом (целью изобретения) является создание фугасного заряда с двойным эффектом поражения, обладающего огромной разрушительной силой.

Технический результат (техническое решение) достигается тем, что в корпусе в котором расположена система из кумулятивных зарядов ударного ядра со сферическими выемками из бризантного взрывчатого вещества, снабженных вторичными детонаторами, взаимодействующими через детонирующие шнуры с одинаковым свойствами и равной длины с первичным детонатором запала, расположенного вне корпуса фугаса, а в центре устройства расположена втулка с раструбами, внутри которой расположена вставка из металлического диска, а взрывчатый материал из гидрида алюминия или другого гидрида металла, получаемого электрохимическим насыщением водородом и имеющего пассивирующую поверхностную пленку, расположенные в сферических выемках кумулятивных зарядов, которые расположены одной оси с осью втулки и диска, при этом сферические выемки кумулятивных зарядов направлены в центр фугаса, а диск выполнен из металла или сплава, например, сталь, или вольфрам, или свинец, причем на поверхности втулки на каждом из раструбов расположены детонирующие трубки, намотанные по спрали на раструбы и соединенные с взрывчатым бризантным веществом кумулятивных зарядов, а вторым концом - с торцами взрывчатого бризантного вещества трубки заряда цилиндрической имплозии, причем длина детонирующих трубок обеспечивает передачу детонирующей волны от бризантного взрывчатого вещества кумулятивных зарядов к трубке цилиндрической имплозии одновременно с моментом столкновения ударных ядер из взрывчатого материала об диск, и между детонирующими трубками, между собой и также между трубкой цилиндрической имплозии и корпусом расположены вставки для гашения детонирующей волны из неметаллического материала, например, из текстолита, а детонирующие шнуры от первичного детонатора запала проходят по поверхности корпуса в защитных кожухах.

На чертеже изображено взрывное устройство.

Интернет «Википедия» - «Жидкий водород» («ЖВ») - жидкое агрегатное состояние водорода с низкой удельной плотностью 0,07 г/см³.

Содержание водорода в гидриде алюминия 10%, плотность 1.45 г / см³ _.

Содержание водорода в 1 см 3 гидрида сост. 0.145 г.

Содержание водорода в кристаллическом гидриде алюминия больше, чем в жидком водороде в 2.0714 раза.

Все это обеспечивает высокую конкурентоспособность к другим веществам при получении из них больших объемов плазмы. Малая молярная масса, и следовательно, большое число молей на 1 кг материала. Молярная масса вещества, выраженная в граммах на моль, численно равна массе молекулы этого вещества, выраженной в атомных единицах массы. Один моль вещества занимает 22.4 литра в газовом состоянии в нормальных условиях. Исходя из того, что 1 моль атомарного водорода занимает 22,4 литра в нормальных условиях, то 1 кг атомарного водорода занимает объем в 22400 литров или 22.4 метра кубического. Ни одно взрывчатое вещество не может обеспечить такой объем продуктами взрыва с 1 кг исходного вещества.

Статика

Взрывное устройство выполнено из корпуса (1) в котором расположена система из кумулятивных зарядов (2) ударного ядра со сферическими выемками (3) из бризантного взрывчатого вещества (4), снабженных вторичными детонаторами (5), взаимодействующими через детонирующие шнуры (6) с одинаковым свойствами и равной длины с первичным детонатором (7) запала (8), расположенного вне корпуса фугаса, а в центре устройства расположена втулка (9) с раструбами (10), внутри которой расположена вставка из металлического диска (11), а взрывчатый материал (12) из гидрида алюминия или другого гидрида металла, получаемого электрохимическим насыщением водородом и имеющего пассивирующую поверхностную пленку, расположенные в сферических выемках (3) кумулятивных зарядов (2), которые расположены на одной оси с осью втулки (9), и диска (11), при этом сферические выемки (3) кумулятивных зарядов (2) направлены в центр фугаса, а диск (11) выполнен из металла или сплава, например, сталь, или вольфрам, или свинец, причем на поверхности втулки (9) на каждом из раструбов (10) расположены детонирующие трубки (13), намотанные на раструбы (10) по спирали и соединенные с взрывчатым бризантным веществом (4) кумулятивных зарядов (2), а вторым концом - с торцами взрывчатого бризантного вещества втулки (16) заряда цилиндрической имплозии, причем длина детонирующих трубок (13) обеспечивает передачу детонирующей волны от бризантного взрывчатого вещества кумулятивных зарядов (2) к трубкам (16) цилиндрической имплозии одновременно с моментом столкновения ударных ядер из взрывчатого материала (12) об диск (11), и между детонирующими трубками (13) между собой и также между трубкой (16) и корпусом (1) расположены вставки (14) для гашения детонирующей волны из неметаллического материала, например, из текстолита, а детонирующие шнуры (6) от первичного детонатора (7) запалом (8) проходят по поверхности корпуса (1) в защитных кожухах (15), например, заявка на изобретение №2013150430 «Детонирующая трубка».

Работа

Запал вворачивается в гнездо на наружной поверхности корпуса взрывного устройства. Первичный детонатор при этом расположен у торцов детонирующего шнура. При подрыве первичного детонатора происходит через детонирующие шнуры равной длины из одной партии изготовления и разрезанные из одного куска пополам синхронный подрыв вторичных детонаторов и подрыв кумулятивных зарядов со сферическими воронками.

Интернет: - «http://www.fxyz.ru/формулы_по_физике/механика/динамика/работа_энергия_мощность/энергия/кинетическая_энергия/».

Wк - кинетическая энергия тела, энергия движения (Дж),

m - масса тела (кг),

s - перемещение тела (метр),

u - скорость тела (м/с),

а - ускорение тела (м/с²),

Кинетическая энергия тела и энергия вещества измеряются ( Дж),

Кинетическая энергия тела, энергия движения, записывается в виде формулы: 1

Wк=mas=1/2mu^2,

Масса 1 кг, скорость 3000 м/с,

Wк=4.5 (МДж),

При передаче энергии твердому кристаллическому телу происходит увеличение скорости движения (колебания в кристаллической решетке). При достижении определенной величины этой энергии кристаллическая решетка распадается, т.е. тело распадается на атомы. Есть несколько состояний твердого вещества, а именно твердое, жидкое, газообразное. Только при газообразном состоянии вещество распадается на атомы. Это состояние происходит при разогреве вещества до температуры кипения. Температура кипения алюминия 2518,82°С. При этой температуре водород, накачанный в гидрид алюминия, тоже имеет эту температуру. Для полного распада 1 кг алюминия надо 13 МДж. Это условие, если вся энергия останется в зоне столкновения. Остановить ударное ядро можно только встречным соударением с другим ядром с такой же кинетической энергией. В технике есть устройство называемое сосудом Дьюара. Оно удерживает тепло внутри. Ни один металл для этого сосуда не способен выдержать энергию столкновения ударных ядер. Его заменяет эффект сферической (цилиндрической) имплозии взрыва. В момент столкновения вокруг столкнувшихся ядер происходит взрыв цилиндра из взрывчатого вещества. Взрыв внутрь сжимает выделившиеся пар и водород, а также, брызги и осколки гидрида алюминия. Цилиндрическая имплозия взрыва, кроме того, производит сжатие продуктов столкновения, и, следовательно, дополнительно разогревает их. Кроме того, между ударными ядрами в месте столкновения находится металлический диск. В него происходит перетекание атомов из алюминия ударного ядра. Ударные ядра из гидрида сплава или металла идут к центру фугаса со скоростью, достигающей 3000 метров в секунду каждая. При их соударении кинетическая энергия переходит в тепловую, причем ударные ядра уже имеют температуру от 400 до 800 град Цельсия (из разных источников информации) за счет внутренней деформации в «ударное ядро» при разгоне.

Температура при взрыве взрывчатых веществ.

Возникает эффект, описанный Профессором Марахтановым М.К.

Интернет: - http://www.nkj.ru/archive/articles/4072/

НАУКА И ЖИЗНЬ/. Архив журнала «НАУКА И ЖИЗНЬ»/ Наука на марше/

Наука. Дальний поиск.

№4, 2002 МЕТАЛЛ ВЗРЫВАЕТСЯ!

«….При внедрении в стальную плиту бронебойного снаряда из твердого металла массой 4 килограмма, не снаряженного взрывчатым веществом, вокруг пробоины возникала зона цветов побежалости, свидетельствующая о сильном нагреве. Оценка показала, что количество выделившегося тепла было в несколько раз больше кинетической энергии снаряда. КПД процесса превышал 400%!….

….. Рассмотрим снаряд как останавливающуюся катушку. Его атомы жестко связаны кристаллической решеткой в единый массив. Когда снаряд ударяет в броню, решетка останавливается, но свободные электроны продолжают двигаться по инерции так же, как в опыте Толмена и Стюарта. Только теперь их ускорение относительно ионов равно примерно 107 м/с². Поскольку скорость направленного электронного потока пропорциональна ускорению, можно считать, что при торможении снаряда она на пять порядков больше, чем при остановке медной катушки. Это значит, что кинетическая энергия направленного потока электронов в снаряде будет на десять порядков выше, чем в меди. Именно эта энергия, обусловленная локализацией свободных электронов, и вызывает частичный распад снаряда или полный взрыв метеорита. ….»

Для использования этого эффекта в центре устройства расположена втулка (9) с 2 раструбами (10) и плоской вставкой в виде диска (11). При столкновении обоих ударных ядер диск оказываются между ударными ядрами. Создается своеобразная гальваническая пара:- взрывчатый материал из гидрида алюминия с «аморфной» структурой или другого гидрида металла, получаемого электрохимическим способом и имеющего пассивирующую поверхностную пленку и металл диска. В этот диск и втулку и уходят свободные электроны из взрывного материала. Также втулка служит замедлителем разлета продуктов столкновения до момента взрыва наружной трубки (16) из бризантного вещества для создания эффекта цилиндрической имплозии, - частный случай сферической имплозии. И выделяется суммированная энергия в виде тепла от разогрева при деформации разгона ударного ядра, от перехода кинетической энергии в тепло, от электронного эффекта, от температуры взрыва кумулятивного заряда и от эффекта цилиндрической имплозии взрыва (сжатия). Соединенные в общий взрывной контур кумулятивные заряды обеспечивают в месте столкновения ударных ядер сферическую имплозию взрыва. Продукты столкновения ударных ядер сжимаются, и вся энергия столкновения остается внутри сферической имплозии взрыва. Т.к. создается очень высокое давление и взрывчатый материал находится в виде гидрида алюминия, то его кристаллическая решетка может быть сжата до 6 раз (эффект получения сверхкритической массы в плутониевых зарядах атомных бомб). Это и вызывает основной нагрев. Взрывчатый материал (11) превращается в низкотемпературную плазмы и пар испаренного металла.

При сферической имплозии взрыва температура в центре возникает значительно выше 4000 градусов Цельсия. Эта температура в 4000 градусов взята условно, для расчетов, с учетом максимальной температуры кипения элементов в соединении гидрида AlH₃ и температуры взрывчатых веществ, при взрыве. Оптимальная температура для выделения водорода из гидрида AlH3 около 160 град Цельсия.

Температура кипения алюминия = 2519°С.

Водород начинает распадаться на атомы при температуре выше 3000 град Цельсия.

В гидридах металлов водород находится в атомарном состоянии. Все дальнейшие расчеты идут из условия, что водород атомарный, т.к. на соединение в молекулу необходим достаточно большой (относительно времени взрыва) промежуток времени, и атомарный водород уже нагрет до температуры выше 3000 градусов Цельсия.

1 моль Al=26.98 грамма.

1 моль Н+=1.0 грамм.

1 моль вещества в газовом состоянии находится в 22,4 литрах.

1 моль AlH3=29,98 грамма.

AlH₃=>Al+3Н=22.4+3×22.4=22,4+67,2=89.6 литра.

1 моль AlH₃=26.98+3×1=29,98 грамма.

1 моль AlH₃=22.4×4=89.6 литра.

В 1 кг AlH₃ в газовом состоянии содержится 33,3 моль, что составляет 2983,68 литр при температуре в 20 град Цельсия.

С учетом закона Гей-Люссака, объем при температуре в 4000 град. Цельсия составит:

4000 град×0,00366×2983,68 литр=42964 литр.

1 кг тротила (ТНТ) дает до 700 литр газа при взрыве.

Прямой пересчет дает увеличение мощности фугасного взрыва в 61,3 раза мощнее ТНТ.

Во взрывном устройстве используется эффект сферической (цилиндрической) имплозии взрыва. Этот эффект обеспечивает резкое сжатие гидрида и продуктов его распада от нагрева при соударении. При этом идет быстрый разогрев выше температуры кипения металлов, составляющих основу гидрида. Получается (условно говоря) плазма с низкой температурой. Внутри взрыва при сферической (цилиндрической) имплозии обычного тротила находятся атомы металла и атомы водорода. Все атомы разогреты до высоких температур и находятся в объеме первоначального состояния гидрида. Создается огромное давление. Происходит очень сильный «физический» взрыв. После расширения газов происходит вторичный взрыв из окисления кислородом воздуха атомов металла и водорода. Происходит своеобразный объемный взрыв. Его эффект незначителен по сравнению первичного «физического» взрыва.

Пример исполнения

Использованы части противотанковой мины ТМ-83.

"Инструкции по применению и устройству противотанковой мины ТМ-83" Министерства Обороны СССР ("Военное издательство". Москва. 1984 год). Технические характеристики мины ТМ-83: общая масса мины в неуправляемом варианте - 20,4 кг, из них масса ВУ 2,7 кг, масса ВВ 9,6 кг, диаметр заряда ВВ - 250 мм, высота заряда - 200 мм. Медная болванка (облицовка сферической выемки) диаметром 173 мм и весом в 1 кг.

В схеме взрывного устройства взрывное устройство используется встречное соударение. Масса взрывчатого вещества составляет в 2 минах ТМ83=9.6 кг×2=19.2 кг. Скорость полета каждого ударного ядра составляет 3000 метров в сек.

Суммарная масса двух ударных ядер стандартных мин с медной облицовкой составляет около 2 кг

Использована в устройстве обкладка выемки заряда из гидрида алюминия массой в 1 кг вместо обкладки из меди в мине ТМ-83. Используется заряд из мины ТМ83 и основной взрыватель собственный неконтактный двухканальный с запалом МД-5М используемый для взрыва обоих зарядов. Вставляется в новый корпус длиной около трех метров длиной, причем заряды расположены с противоположных торцов корпуса. Размеры заряда сферической (цилиндрической) имплозии взрыва, это труба из ТГ с внутренним размером в 150 мм, наружным диаметром в 210 мм, и длиной 450 мм. Плотность заряжания ТГ=1640-1680 кг/м³ Плотность ТНТ 1,66 кг/см3. Масса ВВ до 13 кг. Таким образом, масса взрывчатого вещества ТНТ или ТГ до 32.2 кг. Мощность взрыва гидрида алюминия массой в 2 кг (2 ядра) составляет 2 кг×61,3=122.6 кг в тротиловом эквиваленте. Общая мощность взрыва до 154.8 кг в тротиловом эквиваленте. Это приблизительно равно действию ФАБ250. А общий вес такого «Взрывного устройства» не превысит 80 кг.

Заряд такой мощности может полностью уничтожить мост, боевой корабль, укрепленный бункер.

Технико-экономические показатели по поражающему эффекту приближаются в боеприпасам на порядок мощнее. При массовом производстве гидрида алюминия насыщенного электрохимическим способом себестоимость взрывчатого вещества будет сопоставима со стоимостью производства гексагена, тетрила.

Перечень позиций

1. корпус

2. кумулятивный заряд

3. сферическая выемка

4. бризантное взрывчатое вещество

5. вторичный детонатор

6. детонирующий шнур

7. первичный детонатор

8. запал

9. втулка

10. раструб

11. металлический диск

12. взрывчатый материал

13. детонирующая трубка

14. вставка

15. защитный кожух

16. трубка взрывчатого бризантного вещества цилиндрической имплозии.

Изобретение относится к военной и оборонной промышленности и может быть использовано в качестве взрывного устройства с двойным эффектом поражения. Взрывное устройство состоит из корпуса, в котором расположена система из кумулятивных зарядов ударного ядра со сферическими выемками из бризантного взрывчатого вещества. Заряды снабжены вторичными детонаторами, взаимодействующими через детонирующие шнуры с первичным детонатором запала, расположенного вне корпуса фугаса. В центре устройства расположена втулка с раструбами, внутри которой расположена вставка из металлического диска. Сферические выемки кумулятивных зарядов направлены в центр устройства. На поверхности втулки на каждом из раструбов расположены детонирующие трубки, намотанные по спирали на раструбы. Достигается возможность создания фугасного взрывного устройства с двойным эффектом поражения. 1 ил.

Взрывное устройство, состоящее из корпуса, в котором расположена система из кумулятивных зарядов ударного ядра со сферическими выемками из бризантного взрывчатого вещества, снабженных вторичными детонаторами, взаимодействующими через детонирующие шнуры с одинаковыми свойствами и равной длины с первичным детонатором запала, расположенного вне корпуса взрывного устройства, отличающееся тем, что в центре устройства расположена втулка с раструбами, внутри которой расположена вставка из металлического диска, а взрывчатый материал из гидрида алюминия или другого гидрида металла, получаемого электрохимическим насыщением водородом и имеющего пассивирующую поверхностную пленку, расположенные в сферических выемках кумулятивных зарядов, которые расположены на одной оси с осью втулки и диска, при этом сферические выемки кумулятивных зарядов направлены в центр фугаса, а диск выполнен из металла или сплава, например сталь, или вольфрам, или свинец, причем на поверхности втулки, на каждом из раструбов, расположены детонирующие трубки, намотанные по спирали на раструбы и соединенные с взрывчатым бризантным веществом кумулятивных зарядов, а вторым концом - с торцами взрывчатого бризантного вещества трубки заряда цилиндрической имплозии, причем длина детонирующих трубок обеспечивает передачу детонирующей волны от бризантного взрывчатого вещества кумулятивных зарядов к трубке цилиндрической имплозии одновременно с моментом столкновения ударных ядер из взрывчатого материала об диск и между детонирующих трубок между собой, и также между трубкой цилиндрической имплозии и корпусом расположены вставки для гашения детонирующей волны из неметаллического материала, например из текстолита, а детонирующие шнуры от первичного детонатора запала проходят по поверхности корпуса в защитных кожухах.