СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТОНИРУЮЩЕГО УДЛИНЕННОГО ЗАРЯДА В НЕ РАЗРУШАЕМОЙ ПРИ ВЗРЫВЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКЕ Российский патент 2016 года по МПК F42B1/00 

Изобретение относится к бортовой и наземной пироавтоматике изделий ракетно-космической, авиационной, военно-морской, специальной техники и может быть использовано для создания зарядов-трансляторов в системах разведения детонационных команд (СРДК) и в устройствах взрывной логики.

Трансляторы детонационных импульсов являются важнейшими элементами СРДК и систем взрывной логики, обладая высокой восприимчивостью к начальному взрывному импульсу от штатных средств взрывания, высокой надежностью прохождения по ним детонации со строго расчетной скоростью, высоким инициирующим импульсом для гарантированного задействования исполнительных устройств систем пироавтоматики. При этом они должны оказывать минимальное негативное воздействие как на элементы конструкций изделий, так и на расположенную в непосредственной близости научную, служебную аппаратуру, чувствительные узлы и агрегаты. Иными словами, ударно-волновые нагрузки при срабатывании зарядов-трансляторов должны быть минимальными; полностью должно быть обеспечено отсутствие образования каких-либо осколков и продуктов детонации, особенно содержащейся в них конденсированной фазы (к-фазы), ухудшающей работу или полностью выводящей из строя, в первую очередь, оптические устройства и системы. Кроме того, к снаряжению (взрывчатым веществам) и материалам оболочек (корпусов) зарядов-трансляторов предъявляются жесткие требования по радиационной, термической их стойкости, а также ряд требований по физике-механике, срокам эксплуатации, удобству монтажа на сложных поверхностях и т.д.

В этом плане наиболее приемлемыми могут оказаться в качестве зарядов-трансляторов удлиненные заряды штатных кристаллических взрывчатых веществ (ВВ) нормальной или повышенной термической стойкости (например, гексогена, октогена, ГНС, ГНДС и др.) с малыми критическими диаметрами детонации (не превышающими 1,5…2,0 мм) в металлических оболочках. При этом плотность ВВ желательно иметь максимальную, близкую к плотности монокристалла.

Для исключения образования металлических осколков оболочки и канализирования образовавшихся при детонации ВВ газообразных продуктов и к-фазы оболочка удлиненного заряда должна быть не разрушаемой при его взрыве.

С точки зрения ударно-волновой модели критериальным выражением условия неразрушения (иными словами - сохранения слошности) оболочки удлиненного заряда при детонации его ВВ может быть выражение

где р_вн - ударное давление на внешней поверхности оболочки (в момент выхода ударной волны из оболочки);

р_кр - критическое давление разрушения оболочки.

Для расчета давления р_вн можно воспользоваться полученной нами расчетно-экспериментальным путем зависимостью

где р_х - давление на внутренней поверхности оболочки (контактной поверхности «ВВ - преграда»);

δ - толщина оболочки удлиненного заряда;

r_в - радиус снаряжения (ВВ);

а, b - эмпирические коэффициенты, зависящие от материала оболочки (для металлических оболочек а≈0,665; b≈0,615).

Значения р_кр определены экспериментально для различных комбинаций «оболочка - внешняя среда». Так, при взрыве на воздухе удлиненного заряда в медной оболочке р_кр=1,96 ГПа; в алюминиевой оболочке - р_кр=1,77 ГПа.

Используя выражение (2) несложно рассчитать минимальную (или критическую) толщину δ_кр не разрушаемой оболочки удлиненного заряда, приравняв р_вн и р_кр.

Результаты расчетов для удлиненных зарядов с гексогеновым снаряжением в медных и алюминиевых оболочках дают значения =3,43 мм и =3,25 мм (при r_в=0,8 мм; плотности ВВ, равной 1,72·10³ кг/м³ и 1,54·10³ кг/м³ для зарядов в медной и алюминиевой оболочке соответственно).

Очевидно, что при больших диаметрах d_в=2r_в снаряжения толщины δ_кр не разрушаемых оболочек будут существенно большими.

Известен [1] способ изготовления детонационных элементов (трубок) кумулятивных перфораторов, применяемых для ведения прострелочно-взрывных работ в нефтяных и газовых скважинах. Металлическую (например, алюминиевую) жесткую трубку заполняют прессованными при высоком давлении цилиндрическими шашками из термостойкого ВВ (октогена, гексогена или ГНДС). Данный способ изготовления, по сути дела, удлиненного заряда-транслятора в металлической оболочке отличается простотой, незначительными материальными и временными затратами, позволяет получать удлиненные заряды высокоплотного ВВ в оболочках (трубках) практически из любых материалов и любых толщин стенок. Однако этот способ не может гарантировать плотный контакт между отдельными шашками по всей длине заряда, не исключает механических повреждений и раскрашивания отдельных шашек в местах гиба заряда при раскладке его по сложному контуру. Кроме того, практически невозможно изготовить прессованием шашки ВВ диаметром, близким к критическому диаметру их детонации; особенно для таких плохо прессуемых ВВ, как гексоген и октоген. Большие диаметры шашек потребуют чрезмерно больших толщин оболочек (металлических трубок), что, в конечном счете, приведет к существенному ухудшению массово-габаритных характеристик, как самого заряда-транслятора, так и изделия в целом, заметному повышению уровней ударно-волновых нагрузок.

Известен [2] способ напыления ВВ на внутреннюю поверхность ударно-волновой трубки-волновода. Такие трубки-волноводы входят в состав так называемых систем инициирования с низкоэнергетическими проводниками импульсов - отечественные системы СИЯВ, УНСИ, ЭДЕЛИН, а также системы НОНЕЛЬ фирмы Дино-Нобель, ЭКСЕЛЬ фирмы Ай-Си-Ай, ПРАЙМЕНД фирмы Инсайд-Бикфорд, ДИНАШОК фирмы Динамит Нобель. Во всех системах используется пластмассовая многослойная трубка-волновод. Замена ее на металлическую, по всей вероятности, большой проблемы не представит. На внутреннюю поверхность трубки-волновода напыляют ВВ с навеской порядка 20 мг/м. Скорость передачи инициирующего импульса составляет всего около 2000 м/с. Надежность таких устройств на сегодняшний день является не очень высокой из-за возможных нарушений сплошности напыления ВВ по всей длине трубки-волновода и отсутствия доступных методов контроля ее. Помимо этого, для инициирования детонации в таких устройствах требуется задействование громоздкого специального взрывного прибора, дающего высокоэнергетическую искру, инициирующий же импульс устройств весьма невысок, что требует установки дополнительных усилительных и передаточных зарядов.

Известен [3] способ изготовления детонирующих удлиненных зарядов с гексогеновым и октогеновым снаряжением в металлических трубах (медных, алюминиевых и латунных) прокаткой. Снаряженную трубу-заготовку прокатывают между роликами, формирующими необходимый профиль удлиненного заряда с кумулятивной выемкой вдоль образующей. Недостатками данного способа являются, во-первых, то, что он применяется в настоящее время только для изготовления удлиненных кумулятивных зарядов, предназначенных для разрезания различных преград (хотя в принципе с помощью роликов можно прокатать заряд практически любого профиля и без кумулятивной выемки). Во-вторых, из-за малой степени обжатия ВВ способ не позволяет получить заряды с высокой плотностью снаряжения (плотность гексогена, например, в УК3-П не превышает (1,40÷1,45)·10³ кг/м³). В-третьих, данным способом можно изготавливать с высокой степенью производительности качественные детонирующие удлиненные заряды из относительно тонкостенных трубок-заготовок, у которых параметр ε₀=δ₀/d₀ (здесь δ₀ - толщина исходной трубы-заготовки; d₀ - ее наружный диаметр) находится в пределах ε₀=0,10·0,16. Для детонирующих удлиненных зарядов в не разрушаемых при взрыве оболочках параметр этот, как показано выше, должен быть существенно большим (ε₀>0,3).

Известен [4] способ изготовления детонирующих удлиненных зарядов методом волочения. Исходную трубу-заготовку с заделанной захваткой (иногда встречается название «хвостовик») заполняют с вибрационным уплотнением кристаллическим ВВ (чаще - гексогеном, октогеном, реже - ГНДС, ГНС). Снаряженную таким образом трубу-заготовку пропускают через ряд волок (иногда встречается название «фильера») с последовательно уменьшающимися диаметрами очка (проходного отверстия). При этом происходит обжатие и уплотнение ВВ, утонение стенки трубы-заготовки (приобретает роль оболочки заряда) с одновременным удлинением ее. Волочение продолжают до требуемого наружного диаметра (калибра) заряда. Данным способом с настоящее время изготавливают подавляющее большинство детонирующих удлиненных зарядов, как кумулятивного типа (в волоку вводят профилирующий элемент-вставку), так и некумулятивных зарядов круглого сечения (используют волоки без вставок) [5, 6]. Этот способ по назначению, технической сущности и достигаемому результату наиболее близок к заявляемому. Он позволяет получать заряды высокого качества с плотностью ВВ, близкой к его плотности монокристалла. Так, в зарядах с гексогеновым снаряжением (в чистом виде практически не прессуемом) в медных оболочках можно получить плотность ВВ ρ_в=(1,70÷1,73)·10³ кг/м³, а в алюминиевых оболочках - ρ_в=(1,60÷1,65)·10³ кг/м³. При этом диаметр ВВ может быть строго расчетным, любых реальных размеров, минимизированный вплоть до критического диаметра детонации данного ВВ. Однако, все сказанное выше реализуемо только в тех случаях, когда для изготовления зарядов применяются относительно тонкостенные трубы с параметром ε₀, лежащим как и для упомянутого выше способа прокатки в пределах ε₀=0,1÷0,16. Изготовить же заряд в толстостенной оболочке с ε₀>0,3 классическим способом волочения снаряженной трубы-заготовки через волоки на практике оказалось невозможным. Причина этому кроется в следующем.

Характерным для процесса волочения любых профилей, как сплошных, так и полых, является уменьшение радиальных и окружных сжимающих напряжений от периферии к центру протягиваемой заготовки и увеличение осевых растягивающих напряжений [7]. При осаживании полых профилей (труб) радиальные напряжения на внутренней поверхности профиля доходят до нуля, т.к. далее к центру нет среды, способной создавать реактивные сжимающие напряжения; растягивающие осевые напряжения при этом достигают максимальных значений. Практически такая же картина наблюдается и при волочении толстостенных труб-заготовок, заполненных кристаллическим ВВ. В результате этого ВВ не только не будет уплотняться, а даже наоборот, растягиваясь в осевом направлении, будет разрыхляться, что может привести к образованию пустот в снаряжении. С учетом возможных вибраций на борту летательного аппарата эти пустоты могут достичь таких размеров, что полное прохождение детонации по такому заряду станет ненадежным.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является разработка реализуемого на практике способа изготовления детонирующих удлиненных зарядов в толстостенных металлических оболочках, не разрушаемых при детонации снаряжения таких зарядов.

При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении эффективности и надежности зарядов-трансляторов детонационных команд и систем разведения и взрывной логики, построенных на их основе.

Указанный технический результат достигается тем, что заполненную вибрационным способом взрывчатым веществом толстостенную трубу-заготовку без захватки с закрытыми мастикой, скотчем и/или другим материалом торцами помещают внутрь тонкостенной (ε₀≈0,1) металлической трубки с заделанной захваткой и пропускают через две-четыре волоки с последовательно убывающим диаметром очка. Во избежание обрыва захватки тонкостенную трубку, подвергшуюся утонению и вытягиванию, разрезают вдоль образующей, снаряженную трубу-заготовку извлекают и помещают в следующую тонкостенную трубку с захваткой, после чего волочение продолжают. Операцию замены наружной тонкостенной трубки продолжают до тех пор, пока диаметр снаряженной трубы-заготовки не станет равным расчетному калибру детонирующего удлиненного заряда.

Процесс волочения должен вестись с минимальной вытяжкой или, что то же самое, с максимальным относительным обжатием за проход.

Предложенным способом была изготовлена и испытана серия детонирующих удлиненных зарядов УЗ-7-10,6/3,55-Г (здесь УЗ - удлиненный заряд; 7 - калибр (наружный диаметр) заряда, мм; 10,6 и 3,55 - наружный диаметр и толщина стенки медной трубы-заготовки, мм; Г - тип снаряжения - гексоген) с плотностью снаряжения ρ_в=1,54·10³ кг/м³ и с диаметром снаряжения d_в=2,08 мм.

Применение изобретения позволяет обеспечить изготовление качественных зарядов-трансляторов детонационных команд детонирующих удлиненных зарядов в не разрушаемых при взрыве металлических однослойных оболочках с расчетными значениями диаметра и плотности ВВ. Расширяются функциональные возможности способа.

Источники информации

1. А.с. 3143322 СССР, кл. 72d, 2. Кумулятивный перфоратор / В.Н. Стафеев - №727416/22-3, заявл. 22.04.61, опубл. 1961, бюл. 23.

2. Граевский М.М. Справочник по электрическому взрыванию зарядов ВВ. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Рандеву - AM, 2000.

3. ТУ 3-2650-92. Заряды удлиненные кумулятивные прокатные УКЗ-П. Технические условия.- Самара: Сам Пи, 1992.

4. Петушков В.Г. Применение взрыва в сварочной технике. - Киев: Изд-во «Наукова Думка», 2005.

5. ТУ 84-07513404-033-94. Заряды ДУЗ. Технические условия. - Муром: МПЗ, 1995.

6. ТУ 84-776-78. Заряды детонирующие удлиненные. - Муром: МПЗ, 1978.

7. Перлин И.Л., Ерманок М.З. Теория волочения. - 2-е изд. - М.: Металлургия, 1971.

Изобретение относится к области пиротехники и взрывного дела, в частности к способам изготовления детонирующих удлиненных зарядов. Способ изготовления детонирующего удлиненного заряда в не разрушаемой при взрыве металлической оболочке заключается в вибрационном заполнении металлической трубы-заготовки кристаллическим бризантным взрывчатым веществом с последующим волочением ее через ряд волок с последовательно уменьшающимся диаметром очка. Заполненную взрывчатым веществом трубу-заготовку помещают внутрь тонкостенной металлической трубки, снабженной захваткой, подвергают их совместному волочению через две-четыре волоки. После чего тонкостенную трубку разрезают вдоль образующей, извлекают из нее снаряженную трубу-заготовку, помещают последнюю в новую тонкостенную трубку и продолжают волочение через следующие две-четыре волоки. После чего тонкостенную трубку вновь заменяют. Операции замены наружных тонкостенных трубок и волочения продолжают до тех пор, пока внешний диаметр снаряженной трубы-заготовки не достигнет расчетного значения калибра изготавливаемого детонирующего удлиненного заряда. Достигается повышение эффективности заряда.

Способ изготовления детонирующего удлиненного заряда в не разрушаемой при взрыве металлической оболочке, заключающийся в вибрационном заполнении металлической трубы-заготовки кристаллическим бризантным взрывчатым веществом с последующим волочением ее через ряд волок с последовательно уменьшающимся диаметром очка, отличающийся тем, что заполненную взрывчатым веществом трубу-заготовку помещают внутрь тонкостенной металлической трубки с параметром ε₀=δ₀/d₀≈1,0, где δ₀ - толщина стенки трубки; d₀ - ее наружный диаметр, снабженной захваткой, подвергают их совместному волочению через две-четыре волоки, после чего тонкостенную трубку разрезают вдоль образующей, извлекают из нее снаряженную трубу-заготовку, помещают последнюю в новую тонкостенную трубку и продолжают волочение через следующие две-четыре волоки, после чего тонкостенную трубку вновь заменяют, причем операции замены наружных тонкостенных трубок и волочения продолжают до тех пор, пока внешний диаметр снаряженной трубы-заготовки не достигнет расчетного значения калибра изготавливаемого детонирующего удлиненного заряда.