Способ высокоскоростного метания тел и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области получения высоких и сверхвысоких кинетических энергий твердых тел и может найти применение для исследования процессов, происходящих при высокоскоростном соударении тел, в том числе столкновения метеорных частиц с искусственными космическими объектами. При метании предварительный разгон осуществляется традиционным способом метания тел пороховыми ствольными системами, а дополнительный разгон до сверхартиллерийских скоростей осуществляется потоком продуктов детонации заряда взрывчатого вещества (ВВ) после вылета тела из ствола пороховой системы, которые формируются в узкий направленный поток, настигающий тело с его тыльной стороны. Для осуществления способа создано взрывное устройство, представляющее собой сборно-разборную конструкцию, в которой размещен заряд ВВ воронкообразной формы. Конструкция имеет осевой канал для прохода метаемого тела. Канал соосно соединен с пороховой ствольной системой с помощью переходника. Наружная воронкообразная и внутренняя коническая части оболочки с тыльной стороны скреплены крышкой, которая имеет равномерно распределенные отверстия для размещения в них электродетонаторов. В передней части канала оболочки имеется сквозное отверстие нормально к его продольной части. В отверстии закреплен проволочный концевой замыкатель цепи подрыва заряда ВВ. Концевой замыкатель, а также все электродетонаторы (три и более) соединены в параллельную электрическую цепь с источником тока. Изобретение повышает эффективность дополнительного разгона метаемого тела. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области физики высоких энергий, в том числе высоких и сверхвысоких кинетических энергий твердых тел. Оно может найти применение при создании установок для исследования высокоскоростного удара, в том числе моделирования соударения метеорных частиц с искусственными космическими объектами, а также разгона тел до космических скоростей и вывода их на орбиты спутников Земли и других космических объектов.

Из большого разнообразия способов и устройств высокоскоростного метания авторы выбрали комбинированный - начальный разгон осуществляется с помощью пороховой ствольной системы, а дополнительный разгон до сверхартиллерийских скоростей осуществляется продуктами детонации заряда взрывчатого вещества (ВВ) на выходе метаемого тела из ствола. Поиск технического решения для разработки способа и устройства для высокоскоростного метания тел выполнен по источникам патентной и технической информации России (СССР), США, Германии, Франции, Великобритании, Европейского патентного сообщества за период с 1970 по 2003 годы.

Анализ названной информации свидетельствует о достаточно большом разнообразии способов дополнительного разгона тел (снарядов, пуль) и устройств. К их числу следует отнести источники [1, 2, 3, 4 и др.].

Наиболее близким аналогом заявляемого технического решения (прототипом) является «Дульный насадок» по патенту США №3880044 от 1975 г. [1]. Согласно этому патенту на дульную часть ствола огнестрельного оружия надевается цилиндрический переходник, к его передней части крепится труба, изготовленная из сгорающего пластического материала, в которой размещен полый цилиндр из взрывчатого вещества. Канал цилиндра немного меньше диаметра канала ствола.

По замыслу авторов патента метаемое тело, перемещаясь в канале цилиндра из ВВ, имеющего диаметр меньше, чем диаметр метаемого тела, возбуждает детонацию ВВ, а продукты детонации сообщают телу дополнительное ускорение.

Реализация такого способа дополнительного разгона метаемого тела и устройство для его реализации весьма проблематична по следующим причинам.

Инициирование детонации ВВ за счет трения поверхности метаемого тела о внутреннюю поверхность цилиндрического канала заряда ВВ протекает в несколько стадий (воспламенение, ускоряющееся горение, детонация). Каждая стадия имеет определенное время развития и носит случайный (вероятностный) характер. Суммарное время от момента контакта тела с зарядом ВВ до детонации имеет различную (случайную) величину от выстрела к выстрелу. В связи с этим возможны следующие случаи. Если суммарное время инициирования детонации больше времени пролета тела в канале заряда ВВ, то продукты детонации не успевают догнать метаемое тело. Если инициирование детонации заряда ВВ произойдет в хвостовой части канала ВВ, то за счет существенно большей скорости распространения детонации ВВ, чем скорость тела метаемого огнестрельным оружием (для сравнения: скорость вылета снаряда из ствола порядка 1000 м/с, скорость детонации, например, тротила 7000 м/с) детонационная волна опередит метаемое тело и вместо доразгона тела будет иметь место обратный эффект. По этим причинам неуправляемый процесс инициирования детонации заряда ВВ и отсутствие направленного потока продуктов детонации не может дать должного положительного эффекта.

Целью настоящего изобретения является повышение скорости метания предварительно разогнанных до артиллерийских скоростей (1000...2000 м/с) тел в ствольной пороховой системе до сверхартиллерийских скоростей (2000 и более метров в секунду) с заданной стабильностью при сохранении целостности, первоначальной формы и направления полета тела.

Сравнительный анализ технического решения с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что продукты детонации для дополнительного разгона тела формируют в сосредоточенный осесимметричный направленный поток, настигающий донную часть тела в пределах канала устройства, формирующего этот поток, причем момент контакта фронта потока продуктов детонации синхронизируют с моментом прохождения телом расчетной точки после выхода из ствола в канале устройства достижением равенства времен прохождения телом от момента замыкания им своей носовой частью цепи подрыва заряда ВВ до момента воздействия на него потока ПД и суммарного времени, включающего: период срабатывания электродетонаторов, период индукции инициирования детонации заряда ВВ, времени прохождения детонационной волны по заряду ВВ и времени движения фронта продуктов детонации от переднего среза заряда ВВ до донной части тела, а равенство этих времен определяют по математической зависимости

где - время перемещения тела от момента замыкания цепи подрыва до воздействия на его донную часть продуктов детонации (l_m - длина тела от точки контакта с замыкателем до его донной части; u_o - скорость тела на выходе из ствола);

t_эд - время срабатывания электродетонатора;

t_и - период индукции инициирования детонации заряда ВВ;

t_д - время прохождения детонационной волны по заряду ВВ;

t_пд - время движения фронта продуктов детонации от переднего среза заряда ВВ до донной части тела.

Заявляемое техническое решение имеет существенные отличия также в том, что ствольная пороховая система дополнительно содержит формирующий направленный поток продуктов детонации заряд ВВ в оболочке, связанной с дульным срезом ствола с помощью переходника, а также электродетонаторы многоточечного инициирования детонации заряда ВВ, контактный замыкатель цепи подрыва и источник электрического тока, причем заряд ВВ имеет воронкообразную форму с углом раствора , вершина которого направлена в сторону метания тела, а толщина слоя ВВ составляет 0,5...1,5 калибра ствола, и массу 1,0...10,0 массы тела.

Заявляемое техническое решение отличается также тем, что оболочка заряда выполнена сборно-разборной с осевым каналом, равным диаметру канала ствола, наружная воронкообразная и внутренняя коническая части оболочки с тыльной стороны скреплены крышкой, имеющей равномерно распределенные отверстия для размещения в них электродетонаторов в количестве три и более, а в передней части канала оболочки выполнено сквозное отверстие нормально к его продольной оси, в котором закреплен проволочный концевой замыкатель цепи подрыва, в которую он и все электродетонаторы соединены в параллельную цепь с источником тока.

Таким образом, заявляемый способ высокоскоростного метания тел и устройство для его осуществления соответствует критерию изобретения «новизна».

Цель изобретения достигается следующим.

После предварительного разгона тела в стволе пороховой системы дополнительный разгон тела за пределами ствола осуществляется сформированным сосредоточенным осесимметричным направленным потоком продуктов детонации. Причем формирование такого потока продуктов детонации, настигающем тело и сообщающем ему дополнительное ускорение, осуществляется с помощью воронкообразного заряда ВВ, размещенного в оболочке, а детонация в котором инициируется несколькими (3 и более) электродетонаторами в момент замыкания электроцепи подрыва концевым замыкателем, размещенным в канале внешней цилиндрической части оболочки.

Устройство для осуществления заявленного способа высокоскоростного метания тел схематичного изображено на чертеже. Позицией (1) на чертеже обозначена наружная воронкообразная часть оболочки заряда ВВ (поз.3). Внутренняя коническая часть оболочки обозначена позицией (9). Позицией (4) обозначена крышка оболочки, скрепляющая ее составные части с помощью винтов (8) и шпилек (7). Крышка имеет отверстия для размещения в них электродетонаторов (5). Концевой замыкатель электроцепи подрыва обозначен позицией (2). Внутренняя коническая часть оболочки соединена со стволом пороховой системы с помощью переходника (6). На чертеже показана также электросхема соединения электродетонаторов и концевика в цепь с источником питания (10).

Сравнение заявленного изобретения с другими техническими решениями в данной области не выявило в них признаки, отличающие заявленное решение от прототипа, что позволяет утверждать о соответствии критерию «изобретательский уровень».

Источники информации

1. Патент США №3880044, 1975.

2. Патент ФРГ №1056968.

3. Техника гиперзвуковых исследований. Сборник. - М.: Машиностроение, 1985.

4. Баллистические установки. Под ред. Н.А.Злотина. - М.: Наука, 1974.

1. Способ высокоскоростного метания тел, включающий предварительный разгон тела продуктами горения пороха ствольной системы и дополнительный разгон продуктами детонации (ПД) заряда взрывчатого вещества (ВВ) в канале устройства на выходе тела из ствола, отличающийся тем, что продукты детонации для дополнительного разгона тела формируют в виде сосредоточенного осесимметрично направленного потока настигающего донную часть тела в пределах канала устройства, формирующего этот поток, причем момент контакта фронта потока продуктов детонации с донной поверхностью тела синхронизируют с моментом прохождения телом расчетной точки после выхода из ствола в канале устройства достижением равенства времен перемещения тела в этом канале от момента замыкания им носовой частью цепи подрыва заряда ВВ до момента воздействия на него ПД и суммарного времени, включающего период срабатывания электродетонаторов, период индукции инициирования детонации заряда ВВ, времени прохождения детонационной волны по заряду ВВ и времени движения фронта продуктов детонации от переднего среза заряда ВВ до донной части тела, а равенство этих времен определяют по математической зависимости

,

где - время перемещения тела от момента замыкания цепи подрыва до воздействия на его донную часть продуктов детонации (l_m - длина тела от точки контакта с замыкателем до его донной части; U₀ - скорость тела на выходе из ствола);

t_эд - время срабатывания электродетонатора;

t_и - период индукции инициирования детонации заряда ВВ;

t_д - время прохождения детонационной волны по заряду ВВ;

t_пд - время движения фронта продуктов детонации от переднего среза заряда ВВ до донной части тела.

2. Устройство для высокоскоростного метания тел, содержащее ствольную пороховую систему, отличающееся тем, что ствольная пороховая система дополнительно содержит формирующий направленный поток продуктов детонации заряд ВВ в оболочке, связанной с дульным срезом ствола с помощью переходника, а также электродетонаторы для многоточечного инициирования детонации заряда ВВ, концевой замыкатель цепи подрыва и источник электрического тока.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что заряд ВВ имеет воронкообразную форму с углом раствора , вершина которого направлена в сторону метания, а толщина слоя ВВ составляет 0,5-1,5 калибра ствола и массу 1,0-10,0 массы тела.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оболочка заряда выполнена сборно-разборной с осевым каналом, равным диаметру канала ствола, наружная часть оболочки выполнена воронкообразной, а внутренняя - конической, которые с тыльной стороны скреплены крышкой с равномерно распределенными отверстиями для размещения в них электродетонаторов в количестве трех и более, а в передней части оболочки выполнено сквозное отверстие нормально к ее продольной оси, в котором закреплен проволочный концевой замыкатель цепи подрыва.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что концевой замыкатель и все электродетонаторы соединены в параллельную цепь с источником электрического тока.