Взрывное метательное устройство для формирования стального компактного элемента
Владельцы патента RU 2285891:
Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики - ФГУП РФЯЦ-ВНИИЭФ (RU)
Изобретение относится к области исследования высокоскоростного взаимодействия твердых тел. Взрывное метательное устройство для формирования компактного элемента состоит из заряда взрывчатого вещества с кумулятивной воронкой, стальной облицовкой и формирователем. Согласно изобретению в вершине кумулятивной воронки установлена линза из инертного высокоплотного материала, а формирователь выполнен в виде сплошного стального элемента, установленного на траектории полета кумулятивной струи за большим основанием кумулятивной облицовки. За счет растекания в радиальном направлении материала головной части струи при пробитии формирователя сначала устраняется головной низкоплотный участок струи, а затем из второй части струи за счет частичного ее устранения и возможного поджатия формируется компактный элемент. Технический результат от реализации изобретения заключается в простоте формирования компактного элемента заданной массы и скорости при сохранении направленности его движения. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области экспериментальной физики. Может быть использовано при исследовании высокоскоростного взаимодействия твердых тел из стали, например, при моделировании воздействия космического мусора искусственного происхождения на защиту космических объектов.
Известно метательное устройство (см. книгу под ред. Л.П.Орленко «Физика взрыва», т.2, изд-во «Физматлит», М., 2002 г., стр.40), разработанное Орленко Л.П., которое использует цилиндрическую кумуляцию. Устройство работает следующим образом. Детонатор возбуждает детонацию во взрывчатом веществе, находящемся в стальном корпусе. Внутри заряда находится инертная линза и цилиндрическая трубка из алюминия, из которой образуется кумулятивная струя. В трубку вставлен металлический вкладыш с отверстием для пролета кумулятивной струи. Вкладыш смыкается к оси и отсекает часть кумулятивной струи. Устройство опирается на плиту.
Недостатком вышеуказанного устройства является невозможность получения стального компактного элемента посредством простой замены материала облицовки с алюминия на сталь, так как это приводит к диспергированию струи и невыполнению известного критерия сплошного струеобразования, сформулированному в книге под ред. Л.П.Орленко «Физика взрыва», т.2, изд-во «Физматлит», М., 2002 г., стр.210.
Наиболее близким к заявленному является метательное устройство (см. книгу под ред. Л.П.Орленко «Физика взрыва», т.2, изд-во «Физматлит», М., 2002 г., стр.37). Устройство состоит из детонационного устройства, взрывчатого вещества, кумулятивного конуса, вкладыша и отсекающего механизма, состоящего из металлической пластины, взрывчатого вещества, детонирующего шнура. Из части кумулятивного конуса образуется кумулятивная струя, от которой отсекается элемент с помощью метания пластины сбоку на струю, или же для отсекания струи используется детонация бокового заряда.
Экспериментальные данные по формированию компактного элемента данным устройством показали, что сформированный элемент имеет малую массу. Можно предположить, что после отсечки части струи возможно ее кувыркание. К тому же могут возникнуть трудности по определению времени запуска отсекающего устройства. Кроме того, в источнике нет данных по формированию компактного элемента из стали.
Решаемой технической задачей является создание устройства, формирующего стальной компактный элемент с заданными массой и скоростью, обеспечивающего его устойчивое положение в полете.
Поставленная техническая задача решена взрывным метательным устройством, состоящим из заряда взрывчатого вещества с кумулятивной воронкой и стальной облицовкой, и формирователем, в котором, согласно изобретению, в вершине кумулятивной воронки установлена линза из инертного высокоплотного материала, а формирователь выполнен в виде сплошного стального элемента, установленного на траектории полета кумулятивной струи за большим основанием кумулятивной облицовки.
Выполнение инертной линзы из высокоплотного материала позволило исключить «выплеск» кумулятивной струи, образующийся при прохождении ударной волны по линзе при детонации взрывчатого вещества, в область струеобразования. Таким образом, не нарушено условие схождения и формирования сплошной струи.
Установка сплошного стального формирователя на траектории полета кумулятивной струи за большим основанием стальной облицовки позволяет за счет растекания в радиальном направлении материала головной части струи при прохождении ее через формирователь сначала удалить идущий первым низкоплотный участок, а затем сформировать компактный элемент. Выполнение облицовки кумулятивной воронки разнотолщинной позволяет управлять градиентом осевой скорости струи.
На фиг.1 изображено заявленное устройство в разрезе, на фиг.2 схематично представлен момент начала взаимодействия формирователя и кумулятивной струи, на фиг.3 - результат пробития формирователя струей и сформированный компактный элемент.
Взрывное метательное устройство для формирования компактного элемента состоит из стальной кумулятивной облицовки 1, формирователя 2 из того же материала, что и облицовка, инертной линзы 3 из высокоплотного материала, например, сплава ВНЖ, заряда взрывчатого вещества 4. Облицовка может быть выполнена разнотолщинной.
Геометрические размеры облицовки 1 и ее угол согласуются с требуемыми массой и скоростью компактного элемента. Выполненные согласно теории сплошного струеобразования расчеты угла полураствора облицовки позволили сформировать сплошную высокоскоростную струю из стали с величиной растягивающего градиента осевой скорости, недостаточной для диспергирования струи. Высота формирователя 2 рассчитана по формуле Лаврентьева для определения глубины пробития (см. книгу под ред. Л.П.Орленко «Физика взрыва», т.2, изд-во «Физматлит», М., 2002 г., стр.214), а далее уточнена в серии численных расчетов.
Взрывное метательное устройство для формирования компактного элемента работает следующим образом: при детонации заряда взрывчатого вещества 4 из облицовки 1 формируется кумулятивная струя. Струя состоит из двух частей: первая - низкоплотная, с большим градиентом осевой скорости, вторая - основная часть, имеющая плотность, близкую к начальной плотности облицовки. За счет растекания в радиальном направлении материала головной части струи при пробитии формирователя 2 (фиг.2) сначала устраняется головная низкоплотная часть струи, а затем из второй части струи за счет частичного ее устранения и возможного поджатия (в зависимости от расположения формирователя 2 за большим основанием облицовки кумулятивного заряда) формируется компактный элемент 5 (фиг.3).
Таким образом, при использовании предлагаемого устройства решается задача формирования компактного элемента требуемой массы при сохранении его скорости и отсутствии кувыркания.
1. Взрывное метательное устройство для формирования стального компактного элемента, состоящее из заряда взрывчатого вещества с кумулятивной воронкой и стальной облицовкой, и формирователя компактного элемента, отличающееся тем, что в вершине кумулятивной воронки установлена линза из инертного высокоплотного материала, а за большим основанием облицовки кумулятивного заряда на траектории полета кумулятивной струи установлен формирователь компактного элемента, выполненный в виде сплошного стального элемента.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что облицовка кумулятивной воронки выполнена разнотолщинной.
