Генератор ударных волн взрывного типа Российский патент 2020 года по МПК F42B3/10 

Изобретение относится к обеспечению взрывов площадных зарядов из шнуров эластичного взрывчатого вещества (ВВ) и может быть использовано для моделирования распределенных ударных волн, а также в практике прочностных испытаний преград (материалов и конструкций) на воздействие механического импульса давления.

Известно устройство для формирования механического импульса давления с помощью детонации листового заряда ВВ, нанесенного на поверхность преграды [1]. Листы ВВ наклеивают на поверхность преграды слоями различной толщины, поэтому воздействие детонационной волны на элементы конструкции приводит к их разрушению, так как давление в образующихся ударных волнах значительно превышают динамическую прочность конструкционных материалов. Поэтому одной из задач при разработке устройств взрывного типа является снижение давления на фронте волны и увеличение длительности импульса.

Известно также устройство для создания 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 ватмана и располагают от поверхности преграды на расстояниях, обеспечивающих снижение величины удельного импульса [2]. Недостатком устройства является ступенчатое (не плавное) распределение давления по площади нагружения преграды.

Известен способ создания плавного распределения давления при помощи системы расположения лент ВВ на трубках, 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]. Однако, устройство с объемно-распределенными лентами из листового ВВ создает встречно-направленные детонационные волны с появлением дополнительных кумулятивных выбросов, воздействующих на преграду.

Известно также устройство для формирования распределенной взрывной волны, состоящее из трубок круглого сечения с закрепленными на них перфорированными лентами [4]. Данное техническое решение является наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) к предлагаемому изобретению. Прототип имеет узкий диапазон воспроизводимых импульсов давлений, что обусловлено ограничением детонационной способности ВВ при уменьшении толщины его слоя до некоторой критической величины. Это не позволяет получать низкие импульсы давления для испытаний преград, имеющих малую механическую прочность.

Технический результат предлагаемого изобретения направлен на создание генератора ударных волн взрывного типа из объемно-распределенного заряда гибкого шнура ВВ, располагаемого равноудаленно от поверхности преграды с детонационной разводкой системы инициирования из нитевидного шнура в оболочке для одновременного инициирования площади заряда от одного электродетонатора.

Технический результат достигается тем, что устройство содержит заряд из эластичного шнура ВВ, который расположен эквидистантно (равноудаленно) от преграды, при этом объемная перфорация выполняется по длине шнура с шагом, обеспечивающим надежную детонацию без столкновения детонационных волн. В этом случае после перфорации шнура не формируются встречно-направленные волны детонации и обеспечивается критический диаметр в сечении шнура для устойчивой детонации.

Новизна изобретения заключается в формировании генератора из шнура ВВ круглого сечения с рядом сквозных отверстий, расположенных в его объеме и применении взрывной схемы без столкновения детонационных волн при использовании одного электродетонатора и безимпульсной детонационной разводки.

Впервые предложено использование эластичных шнуров ВВ с перфорацией, в которых пробиваются отверстия, расположенные в объеме по длине шнура для уменьшения воспроизводимого импульса. Величина генерируемого импульса давления регулируется за счет изменения перфорации (просечки отверстий разного диаметра по длине шнура ВВ) и определяется коэффициентом перфорации (отношением погонной массы перфорированного и неперфорированного шнура), при этом система инициирования включает один электродетонатор и выносится из зоны нагружения с применением нитевидного эластичного шнура в оболочке, который при взрыве не создает на преграде дополнительного импульса давления.

Реализация предлагаемого изобретения представлена на:

фиг. 1 - схеме формирования заряда, где 1 - каркас заряда, 2 -эластичный шнур, 3 - электродетонатор, 4 - пластилиновая втулка для установки детонатора, 5 - детонационная разводка, 6 - перфорация;

фиг. 2 - схеме перфорации по длине шнура, где 7 - отверстия от перфорации разных диаметров, расположенные по спирали длины шнура, 8 - траектория волны детонации по эластичному шнуру.

Генератор ударных волн из эластичного шнура формируется следующим образом: проводят перфорацию шнура на металлическом желобе, вращая шнур вокруг своей оси, располагают равноудаленно к нагружаемым участкам преграды и закрепляют с помощью фиксаторов (скотча, клея) на гибком каркасе (ватмане, картоне с фрезерованными по шаблону пазами, которые заполняются эластичным шнуром), при этом требуемое распределение давления по поверхности преграды обеспечивается изменением плотности заряжания (отношением массы ВВ к площади нагружения). Шнур ВВ инициируется детонатором, установленным в пластилиновой втулке, при этом происходит заполнение свободных промежутков между шнурами ударными волнами и размытие волны от подрыва за счет кривизны шнура. При взрыве заряда возникает сложная структура волнового поля в виде последовательности пространственных ударных волн, с увеличением расстояния от преграды увеличивается длительность распределенной взрывной ударной волны в ближней зоне действия заряда. Легко разрушаемый каркас заряда позволяет избежать искажения поля давления в отраженных волнах, при этом наличие перфорации эластичного шнура понижает давление во фронте ударной волны. Применение заряда, состоящего из продольнорасположенного эластичного шнура с воздушными промежутками, не создает столкновение детонационных волн на преграде и обеспечивает распространение детонации между отверстиями от перфорации по длине шнура. Возникающие между шнурами ВВ с перфорацией выбросы быстро распадаются, при этом обеспечивается распространение детонации между отверстиями по извилистой траектории.

Реализация изобретения проводилась на комплексе взрывного нагружения [5]. Для моделирования сверхнизких нагрузок применялся эластичный шнур (промышленно выпускается гибкий шнур с наружным диаметром 5-10 мм). Шнур закреплялся скотчем на каркасе из ватмана, который изгибался по форме испытываемой конструкции, при этом шнуры ВВ принимали эквидистантную конструкции форму и надежно детонировали в тонком диаметре. В опытах формировался шнуровой заряд на расстоянии 30 мм от преграды импульсного маятника для воспроизведения импульса давления микросекундного диапазона, при этом время охвата детонацией площади заряда при скорости детонации шнура порядка 8000 м/с составило несколько микросекунд.

Преимущества предлагаемого взрывного газодинамического устройства: высокая технологичность, моделирование неравномерного профиля давления с плавным распределением по площади конструкции, изменяемая конфигурация заряда для нагружения выступающих и утопленных элементов сложной преграды.

Таким образом, предложен генератор пространственных ударных волн взрывного типа из гибкого шнура для моделирования распределенных низкоинтенсивных импульсных нагрузок, при этом в конструкционных материалах воспроизводятся динамические напряжения, меньшие критических, что особенно важно при определении ударной прочности испытываемых материалов на импульсное воздействие. Заявляемое устройство может создавать систему распределенных механических импульсов давления на составных элементах конструкции (корпусах, отсеках, соплах), то есть нагружать преграды сложной конфигурации (наличие экранов, шпангоутов). Гибкий шнур позволяет формировать профилированные заряды с постоянной или переменной перфорацией по длине шнура с разными диаметрами отверстий в объеме шнура. Предложенное взрывное устройство значительно расширяет возможности экспериментов для решения задач материаловедения.

Источники информации

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

2. 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».

4. Патент на изобретение №2674662 от 12.12.2018 г. «Устройство для формирования распределенной взрывной волны».

5. Протокол по оценке параметров механического импульса давления, воспроизводимого подрывом зарядов из эластичного шнура №1/19- 2НИЦ, 12 ЦНИИ Минобороны России, 2019 г.

Изобретение относится к обеспечению взрывов площадных зарядов из эластичного взрывчатого вещества и может быть использовано для моделирования распределенных ударных волн и прочностных испытаний преград на воздействие механического импульса давления. Технический результат заключается в расширении диапазона создания малых и сверхмалых импульсов с плавным распределением давления по площади нагружения преград сложной конфигурации. Генератор ударных волн взрывного типа состоит из заряда взрывчатого вещества, электродетонатора, разводки системы инициирования. Заряд выполнен из гибкого шнура круглого сечения с перфорацией из сквозных отверстий в объеме шнура, расположенного равноудаленно от преграды. Объемная перфорация выполняется по длине шнура с шагом, обеспечивающим надежную детонацию без столкновения детонационных волн. Разводка системы инициирования из нитевидного шнура в оболочке. 2 ил.

Генератор ударных волн взрывного типа, состоящий из заряда взрывчатого вещества, электродетонатора, разводки системы инициирования, отличающийся тем, что заряд выполнен из гибкого шнура круглого сечения с перфорацией из сквозных отверстий в объеме шнура, расположенного равноудаленно от преграды, при этом объемная перфорация выполняется по длине шнура с шагом, обеспечивающим надежную детонацию без столкновения детонационных волн, а разводка системы инициирования из нитевидного шнура в оболочке.