Способ инициирования взрывчатого вещества

 

Изобретение относится к области средств инициирования, а именно к способу возбуждения детонационного процесса во взрывчатом веществе ударом осколка. Способ инициирования взрывчатого вещества "осколочным" методом заключается в установке детонатора на инициируемое взрывчатое вещество с зазором, прикрытие инициируемого взрывчатого вещества инертной прокладкой, при этом толщина заряда h детонатора должна быть не менее "активной" его части h_a, определяемой соотношением h = r_м•ρL•δ₁/ρE, где r_м - коэффициент, равный 2,5; ρL,ρE - плотность материала донышка гильзы и взрывчатого вещества заряда детонатора; δ₁ - толщина донышка. Величина зазора между детонатором и наружной поверхностью прокладки определяется соотношением δ₂ = h_a/3, где h_a -толщина активной части заряда детонатора, равная вычисленной толщине заряда по выше приведенной формуле при равенстве соотношений. В инертной прокладке имеется глухое отверстие и толщина донышка в глухом отверстии определяется соотношением δ₃ = d_кр•P_кр/4•τ_ср, где Р_кр - критическое давление для инициируемого взрывчатого вещества; d_кр - диаметр отверстия в прокладке, равный критическому диаметру инициируемого взрывчатого вещества; τ_ср - предел разрушения на срез материала инертной прокладки. Толщина прокладки выбирается в пределах (3-4) от толщины δ₃ донышка глухого отверстия прокладки. Изобретение позволяет повысить возбуждение детонационного процесса. 1 ил.

Изобретение относится к средствам взрывания, а именно к способу возбуждения детонационного процесса во взрывчатом веществе ударом осколка.

Известен эффект повышения инициирующей способности детонатора путем введения зазора между донышком гильзы детонатора и поверхностью возбуждаемого заряда, как это описано в заявке PCT WO 90/07689, кл. F 42 D 1/04 от 12.07.90 г.

Получение ожидаемого эффекта в этом случае возможно при условии, если толщина донышка гильзы имеет определенную величину, зависящую от характеристик инициируемого взрывчатого вещества, а величина зазора и размеры заряда детонатора, его характеристики обеспечивает разгон донышка до максимальной скорости.

Известно, что эффективность инициирования осколком в сравнении с действием ударной волны обусловлена сжатием слоя инициируемого взрывчатого вещества и последующей разгрузки в краевых зонах разгрузки, как это описано в монографии "Физика взрыва" под редакцией К.П. Станюковича [1]. Этот процесс будет более эффективен, если прочность разрушения сжатого взрывчатого вещества будет осуществляться локально в ограниченной зоне сжатого осколком взрывчатого вещества.

Эта цель может быть достигнута размещением на поверхности инициируемого взрывчатого вещества инертной прокладки, как это описано в PCT WO 94/01734, кл. F 42 1/04 от 20.01.94 г.

Известен способ инициирования взрывчатого вещества (RU 96118191/02, F 42 D 1/00, 10.09.97), взятый за прототип, со следующей совокупностью существенных признаков: "способ инициирования взрывчатого вещества "осколочным" методом, заключающийся в установке детонатора на инициируемое взрывчатое вещество с зазором, прикрытия инициируемого взрывчатого вещества инертной прокладкой, при этом толщина заряда h детонатора должна быть не менее "активной" его части h_a, определяемой соотношением: h = r_м•ρ_L•δ₁/ρ_E, где r_м = коэффициент, равный 2,5; ρ_L, ρ_E - плотность материала донышка гильзы и взрывчатого вещества заряда детонатора; δ₁ - толщина донышка, а величина зазора между детонатором и наружной поверхностью прокладки определяется соотношением: δ₂ = h_a/3, где h_a - толщина активной части заряда детонатора, равная вычисленной толщине заряда по вышеприведенной формуле при равенстве соотношений".

Целью изобретения является определение математических соотношений и критериев по однозначному выбору геометрических размеров и материалов элементов системы инициирования в зависимости от характеристик инициируемого взрывчатого вещества и заключается в следующем: Способ инициирования взрывчатого вещества "осколочным" методом, заключающийся в установке детонатора на инициируемое взрывчатое вещество с зазором, прикрытия инициируемого взрывчатого вещества инертной прокладкой, при этом толщина заряда h детонатора должна быть не менее "активной" его части h_a, определяемой соотношением: h = r_м•ρ_L•δ₁/ρ_E,
где r_м - коэффициент, равный 2,5;
ρ_L, ρ_E - плотность материала донышка гильзы и взрывчатого вещества заряда детонатора;
δ₁ - толщина донышка,
а величина зазора между детонатором и наружной поверхностью прокладки определяется соотношением:
δ₁= h_a/3,
где h_а - толщина активной части заряда детонатора, равная вычисленной толщине заряда по выше приведенной формуле при равенстве соотношений, отличается тем, что в инертной прокладке имеется глухое отверстие и толщина донышка в глухом отверстии определяется соотношением:
δ₃ = d_кр•P_кр/4,
где P_кр - критическое давление для инициируемого взрывчатого вещества;
d_кр - диаметр отверстия в прокладке, равный критическому диаметру инициируемого взрывчатого вещества;
τ_ср - предел разрушения на срез материала инертной прокладки,
а толщина прокладки выбирается в пределах (3-4) от толщины δ₃ донышка глухого отверстия прокладки.

Работа системы инициирования будет более понятна из рассмотрения схемы, приведенной на чертеже, где 1 - гильза детонатора, 2 - гильза детонатора, 3 - донышко гильзы, 4 - отверстие глухое, 5 - взрывчатое вещество (ВВ), 6 - прокладка, δ₁ - толщина донышка 3 гильзы 1, δ₂ - зазор между донышком 3 и прокладкой 7, δ₃ - толщина донышка в прокладке 6, δ₄ - толщина прокладки 6, D - диаметр гильзы (донышка), h - длина заряда детонатора, d - диаметр прокладки 6.

Гильза 1 детонатора снаряжена зарядом 2 ВВ, детонатор установлен на расстоянии δ₂ от возбуждаемого ВВ 5, которое закрыто прокладкой 6 толщиной δ₄, в которой выполнено глухое отверстие 4.

Работает система инициирования так.

Сдетонировавший заряд 2 детонатора на базе δ₂ разгоняет донышко 3, которое ударяет по прокладке 6, размещенной на инициируемом ВВ 5, при этом за счет кинетической энергии донышка 3 происходит сначала сжатие ВВ заряда 5, далее произойдет прорыв донышка глухого отверстия 4 прокладки 6 по контуру отверстия 4 и выброс ВВ в отверстие 4.

Как видно в процессе возбуждения детонации ВВ при ударе осколка (донышка), основанный на создании в нем ударной волны, появился процесс возникновения очагов инициирования за счет т.н. прочностного разрушения, как это описано в [1].

Для реализации описанной схемы возбуждения детонации размеры δ₁, δ₂, δ₃, δ₄, d, D должны быть строго регламентированы, т.е. выбраны из соображений оптимизации в зависимости от инициируемого ВВ 5.

Начнем с диаметра донышка. Диаметр донышка D, как известно, определяется хорошо известным соотношением из работы ([1], стр.185, формула 7.52).

2d_кр ≅ d_u ≅ 3d_пр, (1)
где d_кр - критический диаметр ВВ;
d_пр - предельный диаметр ВВ;
d_u - диаметр начальной зоны сжатия, в рассматриваемом случае диаметр донышка (D).

База разгона δ₂ определяется соотношением, взятым из ([2] стр. 294-295, рис. 10.17), для случая достижения скорости донышка 0,9 от максимально возможной.

δ₂≥ 0,3h_a, (2)
где h_а - активная толщина заряда детонатора.

Следовательно, активная часть h_а заряда детонатора должна быть не менее
h_a≥ δ₂/0,3 ≈ 3δ₂. (3)
Толщина заряда h, а следовательно, и зазор δ₂ определяют из соотношения ([2], стр. 294).

где ρ_E, ρ_L - плотность ВВ и вещества донышка соответственно;
h, δ₁ - соответственно толщины ВВ и донышка детонатора.

Примем оптимальное значение r_м= 2,5, тогда для алюминия ρ_L= 2,7 г/см³ , тетрила ρ_E= 1,6 г/см³ получим при


и по соотношению (4) получим разгонную базу δ₂

Теперь определим толщину δ_3/ донышка глухого отверстия прокладки 6, для этого примем диаметр отверстия d, равным d_кр возбуждаемого ВВ.

Расчетная формула из уравнения прочности выглядит так:

где τ_ср - прочность материала прокладки на срез;
P_кр - критическое давление для инициируемого ВВ, например для тетрила 8,4•10⁸ H/м² (8 кг/мм²) ([1], стр. 169).

Примем прокладку 6 из алюминия отоженного, для которого τ_ср≈ 11 кг/мм² . Тогда

Толщина прокладки 6 определяется достаточностью перемещения ВВ в отверстии 4 после среза донышка глухого отверстия прокладки 6 по контуру отверстия 4.

Для возбуждения детонации при прочностном разрушении достаточно взаимного перемещения предварительно сжатого ВВ на десятые доли миллиметра. Из конструктивных соображений и, понимая, что, чем толще прокладка 6, тем больше надо энергии удара от донышка гильзы, следует толщину прокладки 6 принять в пределах 1-1,2 мм, т.е. в 3-4 раза толще донышка глухого отверстия.

Таким образом, для определения оптимальных размеров компонентов предлагаемой схемы инициирования следует принять следующие соотношения:
Толщина δ₃ донышка глухого отверстия в прокладке 6, лежащей на ВВ

где P_кр - критическое давление для инициируемого ВВ;
d_кр - критический диаметр инициируемого ВВ;
τ_ср - предел нагрузки на срез материала прокладки.

Толщина донышка гильзы детонатора δ₁
δ₁≥ 2t_p•C, (7)
где t_р - время реакции инициируемого ВВ;
C - скорость звука в материале донышка гильзы.

База разгона δ₂ и толщина заряда ВВ детонатора h_а

где r_м - коэффициент, равный 2,5,
ρ_L, ρ_E - плотность материала донышка и ВВ соответственно,
δ₁ - толщина донышка.

Толщина δ₄ прокладки должна быть выбрана в пределах d₄= (3÷4)δ₃
δ₂≃ h_a/3 (9)
где h_а - толщина активной части заряда детонатора.

Диаметр D донышка и соответственно диаметр заряда детонатора выбирается из известного соотношения
2d_кр ≅ D ≅ 3d_пр,
где d_кр - критический диаметр инициируемого БВВ;
d_пр - предельный диаметр.

Из рассмотренного следует, что задача повышения инициирующей способности будет выполнена, если применяемый детонатор будет иметь донышко определенной толщины, а ВВ закрыто прокладкой с отверстием в центральной части, детонатор установлен над зарядом с зазором в известных пределах, а инициируемое БВВ дополнительно закрыто прокладкой, при этом геометрические параметры этих новых элементов однозначно определяются предложенными и известными соотношениями в зависимости от типа БВВ инициируемого заряда.

Литература
1. Физика взрыва. Под ред. К.П.Станюковича, М., 1975 г.

2. Г.Кнопфель. Сверхсильные импульсные магнитные поля, М.: Мир, 1972 г.

Формула изобретения

Способ инициирования взрывчатого вещества "осколочным" методом, заключающийся в установке детонатора на инициируемое взрывчатое вещество с зазором, прикрытии инициируемого взрывчатого вещества инертной прокладкой, при этом толщина заряда h детонатора должна быть не менее "активной" его части h_а, определяемой соотношением
h = r_м•ρL•δ₁/ρE,
где r_м - коэффициент, равный, 2,5;
ρL,ρE - плотность материала донышка гильзы и взрывчатого вещества заряда детонатора;
δ₁ - толщина донышка,
а величина зазора между детонатором и наружной поверхностью прокладки определяется соотношением
δ₂ = h_a/3,
где h_а - толщина активной части заряда детонатора, равная вычисленной толщине заряда по выше приведенной формуле при равенстве соотношений, отличающийся тем, что в инертной прокладке имеется глухое отверстие и толщина донышка в глухом отверстии определяется соотношением
δ₃ = d_кр•P_кр/4•τ_ср,
где Р_кр - критическое давление для инициируемого взрывчатого вещества;
d_кр - диаметр отверстия в прокладке, равный критическому диаметру инициируемого взрывчатого вещества;
τ_ср - предел разрушения на срез материала инертной прокладки,
а толщина прокладки выбирается в пределах (3 - 4) от толщины δ₃ донышка глухого отверстия прокладки.

РИСУНКИ

Рисунок 1