Устройство для формирования распределенной взрывной волны Российский патент 2018 года по МПК F42B3/93 

Изобретение относится к обеспечению взрывов площадных зарядов из листового взрывчатого вещества (ВВ) и может быть использовано в практике прочностных испытаний преград (материалов и конструкций), а так же для получения градиентных конструкционных материалов с распределенной по слоям и поверхности преграды плотностью (пористостью), соответствующей профилю сформированной взрывной волны.

Известно устройство для формирования механического импульса давления с помощью детонации тонкослойного листового заряда ВВ, нанесенного на поверхность преграды [1]. При создании распределенной нагрузки листы ВВ наклеивают на поверхность преграды слоями различной толщины, что не позволяет получать низкие импульсы давления для испытаний преград, имеющих малую механическую прочность, а так же изменять давление на преграде во времени (моделируется только интегральная характеристика нагружения - удельный импульс давления).

Известно так же устройство для создания низкоинтенсивных нагрузок с помощью эквидистантно-поверхностного (равноудаленного от поверхности преграды) заряда из листового ВВ, состоящего из плоских полосок листового ВВ, которые с определенным шагом наклеивают на лист плотной бумаги (картон) и располагают от поверхности преграды на расстояниях, обеспечивающих снижение величины удельного импульса [2]. Недостатком данного устройства является ступенчатое распределение давление по площади нагружения преграды.

Для создания плавного распределения давления известен так же объемно-распределенный заряд, у которого поперечное сечение полосок ВВ является не плоским, а профилированным по дуге окружности таким образом, что создает не плоскопараллельный, а расходящийся внутри некоторого угла разлет взрывных газов, что позволяет регулировать величину удельного импульса за счет изменения радиуса профилирования и расстояния между лентами ВВ [3]. Данное техническое решение является наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату(прототипом) к предлагаемому изобретению. Однако, устройство с объемно-распределенными лентами из листового ВВ, позволяющий создавать механический импульс давления при помощи системы расположения лент ВВ на трубках, имеет ряд недостатков:

1. Узкий диапазон воспроизводимых импульсов давлений, что обусловлено ограничением детонационной способности ВВ при уменьшении толщины его слоя до некоторой критической величины.

2. Подрыв лент в устройстве создает встречно-направленные детонационные волны при инициировании полосок одинаковой длины, сводимых в одну точку, что может привести к появлению кумулятивных выбросов, воздействующих на преграду.

3. Использование лучевой схемы инициирования с противоположных торцов лент ВВ приводят к большой разновременности охвата детонационной волной всего заряда из-за разброса срабатывания электродетонаторов, а так же низкой надежности его инициирования из-за большого количества дорожек в лучевой детонационной разводке.

Техническая проблема изобретения заключается в создании устройства для воспроизведения распределенной по площади нагружения взрывной волны при формировании объемно-распределенных зарядов из лент листового ВВ, располагаемых равноудалено от поверхности преграды на трубках круглого сечения, с детонационной разводкой для одновременного инициирования площадного заряда от одного электродетонатора.

Технический результат направлен на расширение диапазона создания малых и сверхмалых импульсов давления и достигается тем, что устройство содержит секции из перфорированных лент ВВ, наклеенных на внешние полуокружности трубок и расположенных эквидистантно (равноудалено) от преграды.

Новизна изобретения заключается в расположении перфорированных лент с рядом сквозных отверстий, расположенных на трубках круглого сечения в шахматном порядке в двух рядах, а также в применении новой взрывной схемы без столкновения детонационных волн в подрываемых лентах ВВ с использованием одного электродетонатора для многоточечного инициирования площадного заряда. Впервые предложено использование перфорированных лент ВВ, в которых пробиваются отверстия, расположенных параллельно друг от друга в двух линиях, что не создает столкновения детонационных волн, при этом одновременный охват детонационной волной всего устройства проводится от одного электродетонатора по центру перфорированных лент.

Изменение величины импульса давления в широком диапазоне создается за счет перфорации (просечки отверстий по толщине ленты ВВ в шахматном порядке) и определяется коэффициентом перфорации (отношением массы ВВ перфорированных лент к массе ВВ неперфорированных лент при одинаковой исходной площади нагружения), при этом система инициирования включает один электродетонатор и детонационную разводку, проходящую по центру каждой ленты.

Схема реализации предлагаемого устройства представлена на фиг. 1-4, где показаны: 1 - секции для формирования распределенной взрывной волны на различных элементах преграды; 2 - трубки круглого сечения; 3 -перфорированные ленты ВВ, расположенные со стороны преграды по внешним полуокружностям трубок; 4 - преграда; 5 - детонационная разводка; 6 - электродетонатор; 7 - перфорация, 8 - траектория волны детонации.

Перед наклейкой лент выполняют перфорацию (просечку отверстий по толщине листа ВВ) с использованием набора пластин (матриц) промышленного перфоратора. Количество отверстий перфорации, расстояние между ними определяются при проектировании устройства с учетом воспроизведения задаваемого импульса давления. Детонационная разводка из полоски листового ВВ наклеивается на ватман и скрепляется с перфорируемыми лентами скотчем.

Устройство для формирования распределенной взрывной волны работает следующим образом: секции устройства 1 располагают равноудаленно от преграды 4, которые образуют эквидистантную поверхность к нагружаемому участку преграды, при этом электродетонатор 6 относится от преграды 4 и не создает дополнительный импульс давления (фиг. 1). Схема раскладки перфорированных лент 3 и их ширина выбираются из условий необходимого распределения импульсной нагрузки по поверхности преграды. Ленты ВВ закрепляют снаружи на полуокружностях трубок 2 с помощью клея или скотча и равноудаленно по форме нагружаемой поверхности преграды с помощью фиксаторов.

Ленты ВВ, наклеенные на полуокружностях трубок, могут иметь различный угол закрепления из-за кривизны трубок (фиг. 2) и инициируются детонационной разводкой 5 (фиг. 3). Одновременность нагружения преграды обеспечивается за счет синхронного подрыва секций устройства. Подрыв производят от системы инициирования, состоящей из детонационной разводки 5 и быстродействующего электродетонатора 6. Выдается команда на срабатывание электродетонатора, инициирование перфорированных лент ВВ, заполнение свободных промежутков между лентами ударными волнами и размытие волны от подрыва за счет кривизны трубок. Шахматная система расположения сквозных отверстий в перфорированных лентах (фиг. 4) не создает столкновения детонационных волн, а возникающие между лентами кумулятивные выбросы быстро распадаются при использовании лент ВВ с отверстиями, при этом обеспечивается распространение детонации между отверстиями от перфорации по извилистой траектории 8.

Реализация изобретения проводилась на комплексе взрывного нагружения и позволила моделировать импульсы давления с длительностью 1-10 мкс, при этом от одного электродетонатора инициировалось через детонационную разводку 10 перфорированных лент с толщиной ВВ 0,5 мм, согнутых по радиусу кривизны трубок (технологически достигалось благодаря использованию полиэтиленового тонкого кембрика). Отработка устройства из листового ВВ марки ЭВВ-8Т позволило снизить величину воспроизводимого импульса давления в несколько раз по сравнению с устройством из неперфорированных лент и моделировать сверхнизкие импульсы давления (менее 50 Па-с). Перфорация лент расширила диапазон воспроизводимых сверхнизких импульсов давления, при этом ленты ВВ принимает нужную форму и детонирует в тонком слое.

Заявляемое устройство может создавать систему распределенных механических импульсов давления на составных элементах преграды (корпусах, днищах, соплах), то есть позволяет нагружать конструкции сложной конфигурации (наличие выступающих элементов, пазов, шпангоутов). Распределение взрывной волны может изменяться по угловой координате испытываемой преграды по различным законам (косинусоидальному, экспоненциальному). Устройство для формирования взрывной волны значительно расширило возможности экспериментов при решении задач материаловедения.

Источники информации

1. Физика взрыва / Под ред. Орленко Л.П., Т. 2, М., Физматлит, 2002. С. 536-541.

2. Фортов В.Е., Чепрунов А.А. и др. Воспроизведение механического и теплового действия рентгеновского излучения на элементы конструкций объектов, монография «Физика ядерного взрыва»: в 5 томах, т. 3 Воспроизведение факторов взрыва, М., Физматлит, 2013, стр. 350-386.

3. Патент на изобретение №2557298 от 24.06.2015 г. «Ленточный заряд из листового взрывчатого вещества».

Изобретение относится к обеспечению взрывов площадных зарядов из листового взрывчатого вещества (ВВ) и может быть использовано в практике прочностных испытаний преград: материалов и конструкций, а также для получения градиентных конструкционных материалов с распределенной по слоям и поверхности преграды плотностью (пористостью), соответствующей профилю сформированной взрывной волны. Устройство для формирования распределенной взрывной волны состоит из секций взрывчатого вещества и системы инициирования. На трубках круглого сечения со стороны преграды закреплены перфорированные ленты из листового взрывчатого вещества с рядом сквозных отверстий, расположенных параллельно друг от друга в шахматном порядке в двух рядах и исключающих столкновение детонационных волн. Система инициирования включает один электродетонатор и детонационную разводку, расположенную по центру каждой ленты. Технический результат направлен на расширение диапазона создания малых и сверхмалых импульсов давления. 4 ил.

Устройство для формирования распределенной взрывной волны, состоящее из секций взрывчатого вещества, системы инициирования, отличающееся тем, что на трубках круглого сечения со стороны преграды закреплены перфорированные ленты из листового взрывчатого вещества с рядом сквозных отверстий, расположенных параллельно друг другу в шахматном порядке в двух рядах и исключающих столкновение детонационных волн, при этом система инициирования включает один электродетонатор и детонационную разводку, расположенную по центру каждой ленты.