Взрывное устройство для сжатия вещества (заряд станюковича-одинцова)

Изобретение относится к разрывным зарядам, отличающимся по форме. Взрывное устройство для сжатия вещества содержит цилиндрический заряд взрывчатого вещества с осевой полостью, в которой размещен цилиндрический стержень, выполненный из сжимаемого материала, внешний концентрически расположенный заряд взрывчатого вещества в виде полого усеченного конуса, снабженного внутренней металлической облицовкой и установленного с кольцевым зазором относительно основного заряда, при этом угол между образующей внешнего заряда и осью устройства задан формулой Тэйлора, и систему инициирования, расположенную на большом основании внешнего заряда. Изобретение позволяет повысить безопасность при обращении с ним. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к подклассу разрывных зарядов, отличающихся по форме (F 42 B 1/00). Известны взрывные устройства (заряды) для осуществления взрывного сжатия вещества. Такое устройство содержит полый заряд взрывчатого вещества, например, сферической формы, на поверхности которого располагается система инициирования, например, в виде набора равномерно распределенных детонаторов, а во внутренней полости - сжимаемое вещество. Путем синхронного подрыва детонаторов возбуждается сходящаяся детонационная волна, сжимающая вещество. Полый заряд может иметь и цилиндрическую форму.

Общим недостатком таких устройств является их повышенная опасность, связанная с наличием большого числа детонаторов. При большом числе детонаторов технически трудно реализовать принцип предохранительности, т.е. разобщения в служебном обращении (при хранении, транспортировке и т.п.) капсюля-детонатора от детонатора, например, с помощью механических движков. В то же время опасность самопроизвольного подрыва капсюлей-детонаторов при большом их числе статистически достаточно велика. Самопроизвольные подрывы КД могут происходить от перегрузок при выстреле (пуске) или падении, от грозовых разрядов, при попадании пуль или осколков и т.п.

Другим недостатком устройств сферической формы с многоточечным инициированием является трудность размещения их в удлиненных корпусах носителей. Еще одним недостатком устройств с многоточечным инициированием является высокая стоимость синхронных КД.

Настоящее изобретение направлено на устранение указанных недостатков. Техническое решение состоит в том, что взрывное устройство выполнено с цилиндрической симметрией, основной заряд выполнен в виде цилиндра с осевой цилиндрической полостью, в которой размещен цилиндрический стержень, выполненный из сжимаемого материала, устройство содержит внешний концентрически расположенный заряд взрывчатого вещества в виде полого усеченного конуса, снабженного внутренней металлической облицовкой и установленного с кольцевым зазором относительно основного заряда, система инициирования расположена на большом основании внешнего заряда. Угол между образующей внешнего заряда и осью устройства определяется по формуле Тэйлора.

Фиг.1 - принципиальная схема взрывного устройства, фиг.2 - продольное сечение взрывного устройства с системой инициирования "детонационная разводка" в виде полого конуса, фиг.3 - взрывное устройство с системой инициирования "детонационная разводка" в виде набора детонирующих шнуров, фиг.4 - взрывное устройство с системой инициирования в виде кольцевого проводника, фиг.5 - схема функционирования устройства.

Взрывное устройство, показанное на фиг.1, содержит систему окружного инициирования 1, основной заряд взрывчатого вещество 2, во внутренней полости которого размещен цилиндрический стержень 3 из сжимаемого материала, внешний заряд взрывчатого вещества 4 в виде полого усеченного конуса, снабженного внутренней металлической облицовкой 5, установленной с кольцевым зазором относительно основного заряда. Угол между образующей внешнего заряда и осью устройства определяется по формуле Тэйлора (см. В.А.Одинцов, Л.А.Чудов "Расширение и разрушение оболочек под действием продуктов детонации", сб. "Механика. Проблемы динамики упругопластических сред", №5, изд. "Мир", 1975, стр.94). Величина отношения толщины e₁ внешнего заряда к толщине s облицовки определяется из условия получения скорости облицовки, достаточной для надежного возбуждения детонации в основном заряде (1500-2000 м/с). Величина зазора f на малом основании должна быть достаточной для завершения набора скорости облицовкой. Параметры основного заряда - диаметр полости d₀ (равный диаметру сжимаемого стержня), толщина слоя взрывчатого вещества е₂ и характеристики взрывчатого вещества - выбираются из условия обеспечения заданных характеристик нагружения сжимаемого вещества.

На фиг.2 показано исполнение взрывного устройства с системой инициирования "детонационная разводка" в виде полого конуса и подгрузочными дисками на торцах основного заряда. Устройство содержит капсюль-детонатор 6, предохранительное устройство 7, разобщающее в служебном обращении капсюль-детонатор от детонатора, например, с помощью пиротехнического или электромеханического движка, детонатор 8, детонационную разводку 9, выполненную из взрывчатого вещества в форме полого конуса и подгрузочные металлические диски 10. Внутренняя полость устройства вакуумирована.

На фиг.3, 4 представлены другие варианты исполнения системы инициирования 1. Система, показанная на фиг.3, основана на использовании пучка детонирующих шнуров 11 присоединенных к детонатору 8. Недостатком системы является отклонение формы детонационного фронта во внешнем заряде от кольцевой.

Система, показанная на фиг.4, содержит кольцевой проводник 12, размещенный на торце внешнего заряда. Действие системы основано на взрыве проводника при подаче на него импульса тока. Недостаток системы связан с необходимостью использования мощного электрического генератора.

Действие устройства осуществляется следующим образом. Для устройства с системой инициирования, выполненной в виде детонационной разводки (например, в виде полого конуса или набора детонирующих шнуров), перед подрывом срабатывает предохранительное устройство. Затем производится подрыв детонатора и передача детонации на внешний полый заряд.

Для устройства с системой инициирования по схеме фиг.3 под действием импульса тока происходит взрыв кольцевого проводника, вызывающий детонацию во внешнем полом заряде.

Скользящая детонационная волна движется по внешнему заряду со скоростью D. Под действием продуктов взрыва облицовка ускоряется в радиальном направлении к оси и приобретает скорость:

, где

β - коэффициент нагрузки, с, m - массы внешнего заряда и облицовки на единицу, ρ₀, γ₀ - плотности внешнего заряда и облицовки, e₁, s - толщины внешнего заряда и при выполнении условия θ₀:=θ_T2

облицовка в виде усеченного конуса превращается в цилиндрическую, движущуюся к оси. При схождении оболочки к оси ее толщина непрерывно увеличивается. При этом обязательным условием нормального функционирования устройства является сохранение облицовкой цилиндрической формы, т.е. предотвращение местных осцилляции и выплесков. Проблема устойчивости движения сходящихся оболочек рассматривалось А.Д.Сахаровым (статья "Исследование устойчивости движения оболочек", "Атом", 1998, №1, стр.44-45).

Вакуумирование внутреннего объема устройства обеспечивает отсутствие воздушной "подушки" между облицовкой и основным зарядом.

При падении облицовки на поверхность основного заряда происходит возбуждение детонации одновременно по всей его поверхности и формирование в нем сходящейся цилиндрической детонационной волны. По мере движения к оси давление на фронте сходящейся детонационной волны непрерывно нарастает. Расчет параметров на фронте может быть произведен по теории сходящихся сферических и цилиндрических ударных и детонационных волн, разработанной К.П.Станюковичем и Л.Д.Ландау (см. К.П.Станюкович "Неустановившиеся движения сплошной среды", ГИТТЛ, 1955, стр.570).

После падения цилиндрической детонационной волны на поверхность стержня происходит его обжатие. В сходящейся ударной волне в стержне, двигающейся к его оси, давление продолжает нарастать и при фокусировке волна на оси теоретически может достигать бесконечности. Длительность состояния сжатия в стержне зависит от толщины е₂ основного заряда. Наличие облицовки замедляет разлет продуктов детонации основного заряда и увеличивает длительность состояния сжатия. Наличие массивных торцевых дисков предотвращает осевую разгрузку как в ПД основного заряда, так и в нагружаемом стержне.

Предлагаемое устройство может быть использовано как в оборонных целях, так и для изучения поведения вещества при сверхвысоких давлениях. Возможно также использование устройства в промышленных целях, например для взрывного синтеза алмазов.

1. Взрывное устройство для сжатия вещества, содержащее заряд взрывчатого вещества с внутренней полостью, в которой размещается сжимаемое вещество, и систему инициирования заряда, отличающееся тем, что взрывное устройство выполнено с цилиндрической симметрией, основной заряд выполнен в виде цилиндра с осевой цилиндрической полостью, в которой размещен цилиндрический стержень, выполненный из сжимаемого материала, устройство содержит внешний концентрически расположенный заряд взрывчатого вещества в виде полого усеченного конуса, снабженного внутренней металлической облицовкой и установленного с кольцевым зазором относительно основного заряда, система инициирования расположена на большом основании внешнего заряда, угол между образующей внешнего заряда и осью устройства равен

,

где V₀ - конечная скорость облицовки;

D - скорость детонации.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система инициирования включает в себя капсюль-детонатор, детонатор и детонационную разводку, выполненную, например, в виде полого конуса из взрывчатого вещества или в виде набора детонационных шнуров.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что между капсюлем-детонатором и детонатором установлено предохранительное устройство.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система инициирования выполнена в виде кольцевого проводника, уложенного на большом основании внешнего заряда.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренний объем устройства вакуумирован.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на торцах основного заряда установлены металлические диски.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что облицовка внешнего заряда выполнена из высокопластичного металла, например меди, алюминия, низкоуглеродистой стали.