УСТРОЙСТВО ДЛЯ СДЕРЖИВАНИЯ ПРОДУКТОВ ВЗРЫВА, СОПРОВОЖДАЮЩИХ УДАРНИК Российский патент 2024 года по МПК F42D5/45 F41H5/04 F42B35/00 

Изобретение относится к испытательной технике и предназначено для защиты объектов от продуктов взрыва (ПВ) при испытаниях, в которых для метания ударников, выполненных в виде пластин, используют подрыв зарядов взрывчатых веществ (ВВ).

Известно устройство для сдерживания продуктов взрыва, сопровождающих ударник (сборник «Физика взрыва» №4, издательство Академии наук, 1995, с. 66-68) содержащее уложенный на преграду щит с отверстием для оптической регистрации пробоя преграды воздействием заряда ВВ. Продукты взрыва, после детонации заряда ВВ, распространяются вдоль поверхности преграды и затем щита, размеры которого принимаются такими, чтобы ПВ не затекали за преграду и не мешали наблюдать картину ее пробоя.

Недостатком данного устройства является невозможность регистрировать оптическими средствами движение преграды под действием ПВ на расстоянии, в большинстве случаев, превышающем толщину преграды. Это связано с существенной разницей скоростей периферии преграды и ее центра, которую увеличивает примыкающий щит для задержки ПВ. Вследствие градиента массовой скорости произойдет разрушение преграды и прорвавшиеся ПВ не позволят оптически зарегистрировать ее движение.

Известно устройство для сдерживания продуктов взрыва, сопровождающих ударник, описанное в патенте «Способ фоторегистрации кумулятивной струи» (RU 2248602 С1, 20.03.2005, автор Клопов Б.А., МПК G03B 39/00(2000.01), Бюл. №8), содержащее отсекатель, выполненный в виде последовательно установленных пластин с зазором относительно друг друга, с соосными отверстиями для прохождения кумулятивной струи, диаметр которых не менее максимального диаметра кумулятивной струи. Данное устройство выбрано в качестве прототипа.

Недостатками этого устройства являются:

- затекание ПВ в отверстия пластин перед кумулятивной струей, продолжающееся совместно с ее входом в отверстие каждой пластины, что не позволяет проводить оптическую регистрацию струи внутри отсекателя, регистрация возможна только после выхода струи за последнюю пластину;

- необходимое количество пластин для защиты объектов от продуктов взрыва при испытаниях, в которых для метания ударников используют подрыв зарядов взрывчатых веществ, составляет не менее восьми, соответственно, ударник должен пролететь не менее восьми отверстий (окон) без контакта с отсекателем, способного привести к деформации ударника, что чрезвычайно сложно обеспечить технически при формировании ударника в результате метания взрывом;

- геометрия прототипа обоснована решением Прандтля-Майера задачи обтекания угла сверхзвуковым течением, что дало угол поворота течения ПВ за каждой пластиной приблизительно 10° к траектории движения струи, что является достаточным условием для решаемой технической проблемы прототипа, но недостаточно, вследствие относительно малого объема ПВ, остающихся в зазоре между пластинами, для сдерживания ПВ, обеспечивающих своим высоким давлением набор скорости ударником и обтекающих его по периферии при метании взрывом;

- минимальное расстояние между пластинами отсекателя должно быть не менее диаметра отверстия в пластине, что при крупногабаритном ударнике неминуемо приведет к затеканию ПВ в область перед ударником, к преднагружению объекта испытаний продуктами взрыва и отсутствию оптической регистрации параметров ударника, что делает использование отсекателя нецелесообразным.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание устройства для сдерживания продуктов взрыва, сопровождающих ударник, выполненный в виде пластины, обеспечивающего защиту объекта испытаний от преднагружения продуктами взрыва до взаимодействия с ударником; обеспечивающего оптическую регистрацию профиля передней поверхности ударника в его начальном положении, во время прохождения рассеивателей и после выхода из них.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого изобретения, заключается в перераспределении давления в продуктах взрыва, за счет их последовательного торможения и рассеивания, в результате которого скорость распространения ПВ, сопровождающих ударник, уменьшается до скорости ударника, в обеспечении оптической регистрации профиля передней поверхности ударника в его начальном положении, во время прохождения рассеивателей и после выхода из них, а также в возможности взаимодействия периферии движущегося ударника с краями отверстий, выполненных в пластинах.

Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом устройстве для сдерживания продуктов взрыва, сопровождающих ударник, выполненный в виде пластины, содержащем рассеиватели продуктов взрыва, выполненные в виде последовательно установленных перпендикулярно траектории движения ударника с зазорами относительно друг друга пластин с соосными отверстиями для пролета ударника, в отличие от прототипа размеры зазоров d между рассеивателями не равны друг другу и приняты из диапазона d=(1-8)h, где h - толщина ударника.

Акустическая жесткость материала рассеивателей больше или равна акустической жесткости материала ударника.

Использование всей совокупности признаков формулы заявляемого изобретения обеспечивает:

- защиту объекта испытаний от преднагружения продуктами взрыва за счет установки рассеивателей с зазорами в общем случае не равными друг другу и принятыми из диапазона d=(1-8) h, где h - толщина ударника, вследствие чего давление в продуктах взрыва перераспределяется и скорость распространения ПВ, сопровождающих ударник, уменьшается до скорости ударника за счет последовательного торможения и рассеивания ПВ;

- возможность проведения оптической регистрации профиля передней поверхности ударника в его начальном положении, во время прохождения рассеивателей и после выхода из них, за счет отсутствия возможности затекания ПВ в отверстия пластин перед движущимся ударником;

- возможность взаимодействия периферии движущегося ударника с краями отверстий, выполненных в пластинах, при помощи материала рассеивателей с акустической жесткостью большей или равной акустической жесткости материала ударника.

Изобретение поясняется фигурой, на которой схематично изображено заявляемое устройство.

Устройство для сдерживания продуктов взрыва, сопровождающих ударник содержит, по крайней мере, два рассеивателя 2, последовательно установленных перпендикулярно траектории движения ударника с зазорами d относительно друг друга. Каждый рассеиватель 2 представляет собой пластину с отверстием 3 для пролета ударника 4, разгоняемого продуктами взрыва 1.

Размеры зазоров d между рассеивателями 2 не равны друг другу и приняты из диапазона d=(1-8) h, где h - толщина ударника 4. Акустическая жесткость материала рассеивателей 2 больше или равна акустической жесткости материала ударника 4.

Устройство работает следующим образом.

Рассеиватели 2 последовательно устанавливаются на расстоянии от взрывного метающего устройства (ВМУ) (на фигуре не показано), принятом из диапазона (3-15) h, где h - толщина ударника 4, обеспечивающем изменение направления распространения выходящих за периферию ударника 4 продуктов взрыва 1 на перпендикулярное к траектории движения ударника 4 уже первым, ближайшим к ВМУ рассеивателем 2.

Количество рассеивателей 2, как правило, не превышает четырех. Размеры зазоров d₁, d₂, d₃ между рассеивателями 2, как правило, не равны друг другу, определяются в результате численного моделирования, зависят от типа ВМУ, разгоняющего и формирующего ударник 4 и принимаются из диапазона d=(1-8) h, где h толщина ударника 4.

ВМУ с помощью продуктов взрыва 1 разгоняет и формирует ударник 4, при этом продукты взрыва 1, примыкающие к ударнику 4, сохраняют высокое давление на момент отделения ударника 4 от ВМУ, что обеспечивает начальную скорость расширения продуктов взрыва 1 через образовавшиеся трещины на периферии ударника выше скорости ударника 4. Часть продуктов взрыва 1, находящихся за ударником 4, отводится вдоль первого рассеивателя 2. После пролета ударником 4 зазора d₁ между соседними рассеивателями 2, продукты взрыва I расширяются в свободное пространство зазора d₁. Давление в ПВ 1 за ударником 4 падает, что обеспечивает снижение скорости течения продуктов взрыва 1 за периферию ударника. При пролете ударником 4 последовательно через окна 3 рассеивателей 2, обеспечивается разрежение и, соответственно, снижение скорости продуктов взрыва 1, сопровождающих ударник 4, до скорости ударника 4. В дальнейшем ПВ 1 не способны экранировать переднюю поверхность ударника 4 вследствие снижения их скорости при расширении большем, чем торможение ударника 4 при движении в газовой среде (воздухе). Это обеспечивает проведение оптической регистрации движения передней поверхности ударника от его начального положения, во время прохождения рассеивателей и после выхода из них.

Размер окон 3 рассеивателей 2 принимается из диапазона (1,01-1,1) Н, где Н - габаритный размер ударника 4. В случае отличия сечения ударника 4 от прямоугольника (отличия от примера, приведенного на фигуре), при его формировании в результате метания взрывом, допускается контакт периферии ударника 4 с краем окна 3 рассеивателя 2 при условии акустической жесткости материала рассеивателей 2 большей или равной акустической жесткости материала ударника 4.

Толщина каждого рассеивателя 2 зависит от его материала и материала ударника 4, определяется численным моделированием для каждого исполнения ВМУ, исходя из отсутствия деформаций профиля передней поверхности ударника 4, и подтверждается экспериментально. Например, для ударника 4 из алюминиевого сплава толщиной h=20 мм применяют рассеиватели 2 из стали толщиной, принятой из диапазона 1-2 мм.

Достижение технического результата подтверждается данными исследований, включающими как двумерное, так и 3D численное моделирование протекающих процессов по нескольким, неоднократно протестированным, методикам и экспериментальными данными.

Таким образом, создано устройство для сдерживания продуктов взрыва, сопровождающих ударник, выполненный в виде пластины, обеспечивающее защиту объекта испытаний от преднагружения продуктами взрыва, обеспечивающее оптическую регистрацию профиля передней поверхности ударника в его начальном положении, во время прохождения рассеивателей и после выхода из них, а также обеспечивающее возможность взаимодействия периферии движущегося ударника с краями отверстий, выполненных в пластинах.

Изобретение относится к испытательной технике и предназначено для защиты объектов от продуктов взрыва при испытаниях, в которых для метания ударников, выполненных в виде пластин, используют подрыв зарядов взрывчатых веществ. Устройство для сдерживания продуктов взрыва, сопровождающих ударник, выполненный в виде пластины, содержит рассеиватели продуктов взрыва, выполненные в виде последовательно установленных перпендикулярно траектории движения ударника с зазорами относительно друг друга пластин с соосными отверстиями для пролета ударника. Размеры зазоров d между рассеивателями не равны друг другу и приняты из диапазона d=(1-8)h, где h - толщина ударника. Акустическая жесткость материала рассеивателей больше или равна акустической жесткости материала ударника. Техническим результатом является перераспределение давления в продуктах взрыва за счет их последовательного торможения и рассеивания, в результате которого скорость распространения продуктов взрыва, сопровождающих ударник, уменьшается до скорости ударника; в обеспечении оптической регистрации профиля передней поверхности ударника от его начального положения, во время прохождения рассеивателей и после выхода из них, а также в возможности взаимодействия периферии движущегося ударника с краями отверстий, выполненных в пластинах. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для сдерживания продуктов взрыва, сопровождающих ударник, выполненный в виде пластины, содержащее рассеиватели продуктов взрыва, выполненные в виде последовательно установленных перпендикулярно траектории движения ударника с зазорами относительно друг друга пластин с соосными отверстиями для пролета ударника, отличающееся тем, что размеры зазоров d между расееивателями не равны друг другу и приняты из диапазона d=(1-8)h, где h - толщина ударника.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что акустическая жесткость материала рассеивателей больше или равна акустической жесткости материала ударника.