УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА К ТРЕНИЮ УДАРНОГО ХАРАКТЕРА Российский патент 2019 года по МПК G01N33/22 

Изобретение относится к области исследования или анализа энергетических материалов (ЭМ) путем определения их физических свойств, а именно, к устройствам для определения характеристик чувствительности ЭМ к трению ударного характера при нагреве.

К энергетическим материалам относятся взрывчатые вещества - ВВ, пиротехнические составы - ПТС, смесевые твердые ракетные топлива - (СТРТ), используемые в конструкциях взрывных устройств.

ЭМ обладают способностью воспламеняться или взрываться от различных внешних воздействий. Прежде всего, это механические и термические воздействия. Эта способность проявляется и при аварийных воздействиях, таких как пребывание в зоне пожара, механический удар, падение снаряженного изделия на твердую поверхность.

Для оценки степени чувствительности ЭМ к различным видам воздействий разработаны специальные устройства.

В частности, в монографии «Ф.А. Баум, К.П. Станюкович, Б.И. Шехтер. Физика взрыва, М. 1959.» для оценки чувствительности к механическим воздействиям (к трению) предложено устройство для определения чувствительности ЭМ, работа которого заключается в следующем. Тонкий слой ЭМ прижимается при помощи нагрузочного винта с определенной силой к стальной пластинке. Пластинка приводится в скользящее движение ударом массивного маятника. Фиксируется частость воспламенений в зависимости от высоты (угла) падения маятника при разных усилиях нагружения.

Недостатком данного устройства является то, что при дозировании порошка ЭМ непосредственно на пластинку и при последующей его подпрессовке, неконтролируемая часть порошка проникает в зазоры между пластинкой и цилиндром, что приводит к увеличению разброса результатов. Оценка чувствительности ЭМ при термическом воздействии не предусмотрена конструкцией устройства.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является устройство для определения чувствительности к трению ЭМ, описанное в монографии «Баум Ф.А., Орленко Л.П., Станюкович К.П., Челышев В.П., Шехтер Б.И.. Физика взрыва, М. Наука, 1975.». В данном устройстве чувствительность к трению ударного характера определяют по результатам испытаний с использованием вертикального копра. Основным элементом устройства являются два цилиндра из инструментальной стали с полированными торцами (диаметр 10 мм, высота 20 мм), между которыми располагается тонкий слой ЭМ (штемпельный прибор). Верхний цилиндр нагружают при помощи гидравлического плунжера, усилие контролируют при помощи манометра. При испытании удар маятникового груза по бойку сдвигает верхний ролик на 3 мм. Копровые испытания на чувствительность ЭМ к трению ударного характера заключаются в определении частости воспламенений навески вещества, зажатой между поверхностями полированных роликов, при ударном сдвиге верхнего ролика в зависимости от давления прижатия.

Испытания проводят при комнатной температуре. Данное устройство выбрано в качестве прототипа

Недостатком данного устройства, во-первых, является то, что физическим воздействием, приводящим к воспламенению, является трение ЭМ о поверхность металла, определить воспламеняемость за счет внутреннего трения невозможно. Кроме того, при трении ЭМ о поверхность ролика возможен перекос поверхностей роликов, что искажает результат измерения. Во-вторых, определение чувствительности к трению возможно только при комнатной температуре, для определения чувствительности при повышенных температурах требуется существенное изменение конструкции испытательных установок.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка устройства для определения чувствительности ЭМ к трению ударного характера за счет внутреннего трения образцов при повышенной температуре.

При использовании изобретения достигается следующий технический результат:

- осуществлена возможность воспламенения прессованного ЭМ за счет внутреннего трения и оценка чувствительности ЭМ по частости воспламенения;

- определяется степень опасности воспламенения ЭМ, нагретого до нескольких сот градусов Цельсия, при истечении его в щель или узкое отверстие, т.е. при интенсивном внутреннем трении;

Для решения поставленной задачи и достижения технического результата предлагается устройство для определения чувствительности ЭМ к трению ударного характера, которое согласно изобретению, содержит расположенные в корпусе напротив друг друга две кюветы для запрессовки в них образцов ЭМ с выступанием над кромками кювет, при этом одна кювета жестко зафиксирована в корпусе, вторая кювета установлена с возможностью перемещения относительно первой кюветы в направлениях, соосном и перпендикулярном их общей оси, а в корпусе напротив боковой поверхности второй кюветы с противоположных сторон выполнены сквозные отверстия, в верхнем отверстии установлен боек, а нижнее отверстие имеет ширину не менее диаметра кюветы, а длину -не менее высоты кюветы, при этом в устройстве предусмотрен узел нагрева.

Узел нагрева может быть выполнен в виде расположенных на корпусе нагревательных элементов и контролирующих и управляющих термодатчиков. Перемещение второй кюветы в соосном направлении в сторону первой обеспечивается силовым элементом с контролем усилия.

В заявляемом устройстве одна кювета жестко зафиксирована в корпусе, а вторая кювета установлена с возможностью перемещения относительно первой кюветы в соосном направлении, что позволяет привести в контакт кюветы с запрессованным в них ЭМ силовым элементом с контролем усилия, при этом образцы ЭМ выступают над кромками кювет, что позволяет гарантированно привести в контакт образцы ЭМ. Выполнение сквозных отверстий в корпусе напротив боковой поверхности второй кюветы позволяет под действием бойка, установленного в верхнем отверстии, осуществить сдвиг сжатых поверхностей прессованного энергетического материала относительно друг друга в направлении, перпендикулярном общей оси кювет. Размеры нижнего отверстия выбираются в соответствии с размерами второй кюветы (подвижной). Наличие нагревательных элементов и термодатчиков позволяет нагревать образцы ЭМ до температуры испытания с одновременным фиксированием температуры. При сдвиге сжатых поверхностей прессованного энергетического материала относительно друг друга, особенно при повышенной температуре, имеется вероятность возникновения теплового взрыва, т.е. инициирование горения. Причиной является внутреннее трение, возникающее в объеме ЭМ при перемещении слоев материала относительно друг друга. В объеме материала, находящемся при повышенных давлении и температуре, высока вероятность возникновения участков перегрева вещества выше критической температуры теплового взрыва для данного ЭМ (физический фактор). Для реализации данного физического фактора и разработано экспериментальное устройство, позволяющее определять вероятность инициирования горения или взрыва энергетического материала при повышенной температуре и давлении, в котором реализовано интенсивное внутреннее трение за счет быстрого сдвига слоев вещества относительно друг друга, что дает возможность определения чувствительности ЭМ к трению ударного характера контактирующих поверхностей прессованного порошка.

На рисунке представлена схема заявляемого устройства, где 1 - корпус; 2 - боек; 3 - кюветы; 4 - прессованный энергетический материал; 5 - прижимной винт; 6 - ячейки для установки датчиков температуры; 7 - нагреватель.

Заявляется устройство, в котором порошок исходного ЭМ 4 прессуют в кюветы 3 из нержавеющей стали до пористости, которая требуется в устройстве, в котором предполагается применение ЭМ. Прессование производят с условием выступания слоя ЭМ 4 над кромкой кюветы 0,5-0,6 мм. В дне кювет 3 предусматривают ячейки 6 для установки датчика температуры. Нагрев кюветы 3 с прессованным ЭМ 4 осуществляется нагревателями 7. Перемещение правой кюветы 3 соосно по направлению к левой обеспечивается прижимным винтом 5, под действием которого образцы.

прессованного ЭМ 4 приводятся в контакт. При воздействии на боек 2, расположенный в отверстии корпуса 1, удар осуществляется по образующей подвижной (правой) кюветы в области утолщенного дна и обеспечивает перемещение ее относительно неподвижной (левой) кюветы вниз на 3-4 мм. Для этого, а также для удобства сборки, в цилиндрическом корпусе напротив правой кюветы внизу имеется сквозное отверстие.

Заявляемое устройство позволяет определять чувствительность ЭМ к трению ударного характера в условиях нагрева.

Устройство в сборе (корпус, кюветы, ударник, прижимной винт, нагреватель), обеспечивает прижатие друг к другу поверхностей ЭМ под определенным усилием, нагревание до температуры испытания и воздействие на образующую подвижной (правой) кюветы бойком. При падении груза на боек производится ударный сдвиг одной чашки относительно другой. Факт воспламенения фиксируется по сигналу термопары, в некоторых случаях по звуку или по состоянию шлаков. Параметром чувствительности является 50% частость воспламенения.

Изобретение относится к области исследования или анализа энергетических материалов (ЭМ) путем определения их физических свойств, а именно, к устройствам для определения характеристик чувствительности ЭМ к трению ударного характера. Заявляемое устройство содержит расположенные в корпусе напротив друг друга две кюветы, предназначенные для запрессовки в них образцов ЭМ с выступанием над кромками кювет. Одна кювета жестко зафиксирована в корпусе, а вторая кювета установлена с возможностью перемещения относительно первой кюветы в направлениях, соосном и перпендикулярном их общей оси. В корпусе напротив боковой поверхности второй кюветы с противоположных сторон выполнены сквозные отверстия, в верхнем отверстии установлен боек, а нижнее отверстие имеет ширину не менее диаметра кюветы, а длину - не менее высоты кюветы. В устройстве предусмотрен узел для нагрева, а в кюветах расположены контролирующие и управляющие термодатчики. Технический результат: возможность воспламенения ЭМ за счет внутреннего трения в исследуемом веществе; устройство позволяет определять чувствительность ЭМ к трению при нагреве контактирующих поверхностей прессованного порошка. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для определения чувствительности энергетического материала (ЭМ) к трению ударного характера, отличающееся тем, что оно содержит расположенные в корпусе напротив друг друга две кюветы, предназначенные для запрессовки в них образцов ЭМ с выступанием над кромками кювет, при этом одна кювета жестко зафиксирована в корпусе, вторая кювета установлена с возможностью перемещения относительно первой кюветы в направлениях, соосном и перпендикулярном их общей оси, а в корпусе напротив боковой поверхности второй кюветы с противоположных сторон выполнены сквозные отверстия, в верхнем отверстии установлен боек, а нижнее отверстие имеет ширину не менее диаметра кюветы, а длину - не менее высоты кюветы, при этом в устройстве предусмотрен узел нагрева.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что узел нагрева выполнен в виде расположенных на корпусе нагревательных элементов и контролирующих и управляющих термодатчикиков.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что перемещение второй кюветы в соосном направлении в сторону первой обеспечивается силовым элементом с контролем усилия.