Способ формирования воздушной ударной волны заданной длительности Российский патент 2023 года по МПК G01N3/313 F42D1/02 

Изобретение относится к области генерирования воздушных ударных волн и может быть использовано для формирования воздушных ударных волн заданной длительности при проведении испытаний, например, воздушных защитных устройств.

Известен способ генерирования воздушной ударной волны [RU 2207497 С2, 27.06.2003, F42D 7/00], при котором создают мелкодисперсное аэрозольное облако путем выталкивания жидкого топлива пороховым зарядом через канал подачи топлива и распылитель, инициируют его детонацию путем подрыва заряда тротилового боевика, причем, формирование мелкодисперсного аэрозольного облака топливовоздушной смеси осуществляют в зарядной секции ударной трубы в форме горизонтального цилиндра, а массу топлива в зависимости от заданного значения избыточного давления во фронте генерируемой воздушной ударной волны и расстояния от объекта испытаний до места подрыва топливовоздушной смеси, определяют по соотношению М_т=К⋅(ΔР_ф)^1,1⋅Z-^0,25, где М_т - масса топлива, кг; ΔР_ф - избыточное давление во фронте воздушной ударной волны, кгс/см²; Z - расстояния от объекта испытаний до места подрыва топливовоздушной смеси, м; К - эмпирический коэффициент, равный 11,5.

Недостатком способа является относительно узкая область применения, поскольку его реализация не позволяет регулировать длительность ударной волны.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ детонации топливовоздушной смеси [RU 2502948 С1, 27.12.2013, F42D 99/00], заключающийся в создании мелкодисперсного аэрозольного облака в зарядной секции ударной трубы с помощью выталкивания жидкого топлива пороховым зарядом и инициирования детонации путем подрыва заряда тротилового боевика, при этом, мелкодисперсное аэрозольное облако трансформируют в мелкодисперсную аэрозольную область с помощью топливовоздушной смеси, находящейся под давлением, в нескольких мягких устойчивых оболочках, соосно расположенных в зарядной секции ударной трубы, а для генерирования воздушной ударной волны детонацию инициируют путем подрыва заряда тротилового боевика в мягких устойчивых оболочках.

В частном случае инициируют детонацию путем подрыва заряда тротилового боевика в мягких устойчивых оболочках последовательно в каждой мягкой оболочке.

Недостатком способа является относительно узкая область применения, поскольку его реализация не позволяет регулировать длительность ударной волны, что сужает арсенал технических средств, позволяющих формировать воздушные ударные волны с вариацией их параметров.

Задачей изобретения является разработка способа формирования воздушной ударной волны с вариацией ее параметров, в частности, длительности волны.

Требуемый технический результат заключается в расширении области применения и обеспечении формирования ударной волны с заданной длительностью с одновременным расширением арсенала технических средств, которые могут быть использованы для формирования воздушных ударных волн.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, заряды, которые размещают последовательно на одной оси в направлении формирования воздушной ударной волны, согласно изобретению, заряды размещают на равном расстоянии между собой и соединяют детонационным шнуром длину I_ш которого определяют из соотношения

I_ш=u_ш×τ₊,

где u_ш - скорость распространения волны детонации по детонирующему шнуру, τ₊- длительность фронта воздушной ударной волны, число зарядов N, обеспечивающих требуемую длительность τ_ср взрывного воздействия, определяют по формуле

N=τ_cp/τ+-1,

а вес каждого из последующих зарядов С_п изменяют от веса предыдущего С_п заряда на величину δС, определяемой из соотношения

δC=(C_п-C)/(N-1).

На чертеже представлена схема испытания объекта 1 путем воздействия воздушной ударной волной, которая формируется зарядами 2, соединенных детонационным шнуром 3.

Предложенный способ реализован при испытании автоматического воздушного защитного устройства АВЗУ-5000 на время срабатывания, которое по техническим условиям на изделие составляет τ_ср=0,04 с. Порог срабатывания клапана при воздействии ВУВ составляет 0,01 (0,1) МПа (кг/см²). Этот способ использован в связи с невозможностью генерирования ВУВ длительностью (длительность фазы сжатия) τ₊=0,04 (4,0×10-²) с, и применения в испытаниях измерительных систем, регистрирующих время воздействия ВУВ на изделие и давление во фронте волны, а также системы короткозамедленного подрыва зарядов взрывчатых веществ (ВВ).

В испытаниях предполагалось создать набегающую на АВЗУ-5000 ВУВ с давлением во фронте ΔР_ф=0,01 (0,1) МПа (кг/см²) и длительностью τ₊=0,04 (4,0×10^-2) с.

Для проведения испытаний АВЗУ-5000 крепилось с помощью штатных приспособлений в горизонтальном положении на закладных элементах, замоноличенных в железобетон, как показано на фиг. 1.

Вся конструкция была вкопана в грунт заподлицо с его поверхностью на подрывном полигоне. Контроль срабатывания после воздействия осуществлялся визуально по расположению подвижной решетки устройства, которая в положении «закрыто» должна соприкасаться с опорной неподвижной решеткой.

Для этого вида испытаний, где определялось время срабатывания, предложена схема, при которой ВУВ является набегающей волной, генерируемой подрывом ряда сосредоточенных зарядов, расположенных на поверхности грунта на одной линии по направлению к изделию. В качестве исходных данных для дальнейшего расчета выбрано давление во фронте ВУВ, равное порогу срабатывания клапана ΔР_Ф=0,01(0,1) МПа (кг/см²) и вес заряда, ближайшего к изделию, С=0,1 кг. Исходя из этих данных по формуле (1), определялось расстояние, при котором давление во фронте ВУВ над изделием при наземном взрыве тротилового заряда составит 0,01 МПа

Поэтому, уравнение для определения расстояния примет вид 0,01=0,1×(0,1^1/3/R)+0,43×(0,1^1/3/R)²+1,4×(0,1^1/3/R)³, а из его решения, выполненного методом последовательных приближений, получено R=5,5 м.

Длительность фазы сжатия определяется по формуле

Следовательно, длительность фазы сжатия при взрыве заряда весом С=0,1 кг составит τ₊=2,7×10^-3 с, что на порядок меньше, чем требуемое для испытания на время срабатывания. Чтобы увеличить время срабатывания предложено расположить на одной линии, идущей от центра изделия, ряд сосредоточенных зарядов на определенном расстоянии между ними, а в качестве взрывателя использовать детонирующий шнур, соединяющий эти заряды в единую систему. Длина одного «пролета» шнура определялась из условия наложения длительности полуфазы сжатия взрыва одного заряда на соседнюю.

Учитывая относительно малое увеличение длительности фазы сжатия от веса заряда (С^1/6), длина участка детонирующего шнура I_ш может быть определена по формуле

I_ш=u_ш×τ₊ (3),

где u_ш - скорость распространения волны детонации по детонирующему шнуру.

Принимая u_ш=7000 м/с, длина участка шнура между соседними зарядами составит I_ш=7000×2,7×10^-3=18,9 метра. В эксперименте длина участка была принята 19 метров.

На основании геометрии и рельефа взрывного полигона расстояние между сосредоточенными зарядами было принято равным R₃=0,5 метра. При выборе такого расстояния учитывалось также, чтобы время распространения ВУВ от взрыва сосредоточенного заряда было меньше τ₊=2,7×10^-3с (чтобы ВУВ от одного заряда не отбросила соседний заряд). Это легко проверить, если принять (с запасом), что скорость распространения ВУВ составляет 500 м/с. Число зарядов, обеспечивающих длительность взрывного воздействия τ_ср=0,04 с, определяется по формуле

N=τ_cp/τ₊-1 (4),

Следовательно, в данном случае N=τ_ср/τ₊-1=0,04/0,0027-1~14.

Так как каждый следующий заряд отстоит от предыдущего на 0,5 метра необходимо увеличить его вес, чтобы давление во фронте ВУВ, подошедшей к изделию составляло заданное ΔР_Ф=0,01 МПа.

В ходе согласования программы было принято решение начать испытания с 10 зарядов, поэтому последний заряд находился от центра АВЗУ-5000 на 5,5+4,5=10 метров. Чтобы обеспечить давление во фронте ВУВ на таком расстоянии, вес последнего заряда составлял С_п=0,44 кг и определялся из уравнения 0,01=0,1×(С_п^1/3/10)+0,43×(С_п^1/3/10)²+1,4×(С_п^1/3/10)³. Исходя из линейного приближения, вес следующего заряда отличался от веса предыдущего на величину δС=(0,44-0,1)/9=0, 038 кг и определяется по формуле

δC=(C_п-C)/(N-1) (5).

В расчетах не учитывалось давление от взрыва детонирующего шнура, которое по сравнению с давлением от взрыва сосредоточенного заряда весом >0,1 кг имеет несущественное значение, тем более, что шнур был разложен по поверхности грунта в виде «змейки».

Проведенное испытание показало, что изделие сработало, когда длительность суммарного взрыва была меньше 0,04 с, то есть меньше времени срабатывания, определенного техническими условиями, так как подрывалось 10, а не 14 зарядов.

Таким образом, в предложенном способе достигается требуемый технический результат, который заключается в расширении области применения и обеспечения формирования ударной волны с заданной длительностью. Это расширяет арсенал технических средств, которые могут быть использованы для формирования воздушной ударной волны и изменения ее параметров.

Изобретение относится к области генерирования воздушных ударных волн и может быть использовано для формирования воздушных ударных волн заданной длительности при проведении испытаний, например, воздушных защитных устройств. Заряды для формирования воздушной ударной волны размещают последовательно на одной оси в направлении формирования волны на равном расстоянии между собой и соединяют детонационным шнуром. Длину I_ш которого определяют из соотношения I_ш=u_ш×τ₊, где u_ш - скорость распространения волны детонации по детонирующему шнуру, τ₊ - длительность фронта воздушной ударной волны. Число зарядов N, обеспечивающих требуемую длительность τ_ср взрывного воздействия, определяют по формуле N=τ_cp/τ+-1. Вес каждого из последующих зарядов С_п изменяют от веса предыдущего С_п заряда на величину δС, определяемой из соотношения δC=(C_п-C)/(N-1). Техническим результатом является обеспечение формирования ударной волны с заданной длительностью и расширение области применения. 1 ил.

Способ формирования воздушной ударной волны заданной длительности, заключающийся в том, что заряды для формирования воздушной ударной волны размещают последовательно на одной оси в направлении формирования волны, отличающийся тем, что заряды размещают на равном расстоянии между собой и соединяют детонационным шнуром, длину I_ш которого определяют из соотношения

I_ш=u_ш×τ₊, м,

где u_ш - скорость распространения волны детонации по детонирующему шнуру, м/с;

τ₊ - длительность фронта воздушной ударной волны, с;

число зарядов N, обеспечивающих требуемую длительность τ_cp взрывного воздействия, определяют по формуле

N=τ_cp/τ₊-1,

τ_cp - требуемая длительность взрывного воздействия, с;

а вес каждого из последующих зарядов С_п изменяют от веса предыдущего С заряда на величину δС, определяемую из соотношения

δC=(C_п-C)/(N-1), кг.