Заряд из энергетического материала

Заряд применяется в качестве импульсного источника энергии на основе энергетических материалов (взрывчатых веществ, смесевых твердых ракетных топлив, пиротехнических составов). Заряд содержит произвольно ориентированный армирующий элемент, выполненный из проволоки, толщина которой не превышает 200 мкм и которая равномерно распределена по объему заряда в количестве 5-80% от объема заряда. Повышается прочность и плотность заряда и увеличивается энергия его взрыва в воздухе. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области разработок технических устройств, использующих в качестве источника энергии следующие материалы: взрывчатые вещества, смесевые твердые ракетные топлива, пороха, пиротехнические составы (ПТС), объединяемые термином «энергетические материалы», и может быть применено в качестве заряда энергетического материала (бризантного ВВ, пиротехнического состава и т.п.), выполняющего роль несущего конструкционного элемента, по прочности близкого к прочности обычных конструкционных материалов (пластмассы, дерево и т.п.).

В технологии приготовления ракетных топлив известно введение в пороховую массу армирующих элементов в виде металлических пластин или проволоки. В частности, в патенте США №5325783, опубл. 1994 г. МПК⁷ С06В 45/00, с целью улучшения направленности горения в состав взрывчатого вещества добавляют металлическое волокно с ориентацией последнего в направлении горения.

В данном случае не происходит существенного увеличения прочности, поскольку проволока ориентирована только вдоль заряда, содержание ее составляет ˜15% по массе (до 5% по объему), толщина проволоки составляет менее 10 мкм.

В патенте ФРГ №1160696, опубл. 1964 г., МПК⁷ F02K 9/08, предложен заряд энергетического материала (смесевого твердого ракетного топлива), содержащий армирующие элементы в виде вставки, которая расположена в средней плоскости заряда твердого ракетного топлива и снабжена удерживающими выступами. Таким образом, надежно компенсируются не только механические нагрузки элементов заряда твердого топлива во время транспортировки, но, прежде всего, большие нагрузки, возникающие в камере сгорания из-за высоких скоростей и высокой турбулентности потока во время сгорания топлива,

Эти армирующие элементы могут состоять из взрывчатого вещества или топлива более высокой прочности, чем у основного взрывчатого вещества, однако преимущественно в качестве армирующего элемента используются непороховые материалы (такие как текстиль, металлы или пластмассы). Эти материалы используются в виде фольги, плетений, сеток и т.п.

Представленный патент ФРГ №1160696 выбран в качестве прототипа.

Одним из вариантов укрепляющих элементов является деталь из смотанного волокна, типа войлочной пластины, пропитанная пороховой массой и расположенная по центру заряда. В описании изобретения не указан материал волокна, но не исключается, что это металл.

Недостатком прототипа является то, что укрепляется лишь часть заряда, что приводит к необходимости применения внешнего прочного корпуса.

Задачей настоящего изобретения является повышение прочности заряда по всему объему с одновременным увеличением рабочих характеристик.

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в следующем:

- появляется возможность изготовления прочных зарядов взрывчатых веществ из высокодисперсных порошков;

- повышение эффективности взрыва за счет снижения потерь энергии ударной волны на сжатие полимерных добавок;

- увеличение общей энергии взрыва в воздухе за счет сгорания армирующих элементов;

- появляется возможность исключить применение прочного внешнего корпуса заряда;

- возможность повышения средней (общей) плотности заряда вплоть до 15-16 г/см³;

- сохранение прочности и формы заряда на основе пиротехнического состава после срабатывания (упрочнение шлаков).

Указанная задача и технический результат достигаются тем, что в известном заряде из энергетического материала, содержащем произвольно ориентированный армирующий элемент, согласно изобретению армирующий элемент выполнен из проволоки, толщина которой не превышает 200 мкм и которая равномерно распределена по объему заряда в количестве 5-80% от объема заряда. Проволока армирующего элемента может быть изготовлена из стали, магния, алюминия, титана, циркония, тантала, вольфрама или их композиций. Армирующие элементы могут быть в виде отрезков проволоки произвольной формы или в виде отрезков тонких спиралей. Для каждого конкретного применения производят оптимизацию структуры и способа его изготовления.

Если основной целью является увеличение прочности, применяют стальную проволоку, оптимальное содержание и толщину проволоки определяют экспериментально. Применение проволоки толщиной более 200 мкм существенно затрудняет подготовку исходной матрицы с равномерно распределенным по объему армирующим элементом.

Для увеличения зажигательного действия заряда и общей энергии взрыва в качестве материала проволоки выбирают металл, обладающий максимальной теплотой сгорания на воздухе, при этом учитывают его способность к воспламенению в условиях взрыва. Этим требованиям удовлетворяют магний, алюминий, титан, цирконий, тантал (бериллий, щелочные и щелочноземельные, многие переходные металлы не рассматривались из-за токсичности, малой прочности, опасности в обращении, труднодоступности).

Для детонирующих зарядов возможен подбор металла с минимальным сопротивлением ударной волне, т.е. с максимальным произведением значений его плотности на скорость звука. В некоторых случаях необходимо применение детонирующих зарядов максимально возможной плотности, в этом случае оптимизируют по взрывчатым параметрам заряды с вольфрамом и танталом (золото, уран, осмий и т.п. не рассматриваем по причине труднодоступности).

На чертеже представлена схема заряда из энергетического материала, армированного проволокой (на схеме: 1 - взрывчатое вещество; 2 - проволока; 3 - тонкий алюминиевый или пластмассовый корпус). Были изготовлены и испытаны опытные образцы заявляемого устройства.

Пример 1.

Заряд изготавливали из взрывчатого состава, содержащего 90% по массе (43% по объему) вольфрамовой проволоки (диаметр - 200 мкм), остальное - высокодисперсное взрывчатое вещество. Испытания показали повышение прочности по сравнению с прессованными зарядами в 3-4 раза, при общей плотности, равной ˜15 г/см³ (пористость не более 5%).

Такой заряд можно применять с легким алюминиевым или пластмассовым корпусом в качестве фугасно-зажигательного, обладающего большой глубиной проникновения в плотные прочные среды.

Пример 2. Заряд из состава, содержащего 40% по объему армирующего элемента (алюминиевой проволоки толщиной 100 мкм) и 60% по объему энергетического материала - смеси порошка алюминия (20% по массе) и нитрата аммония (80% по массе). Прочность такого заряда выше, чем у заряда без армирования, в 2-3 раза.

При взрыве такого заряда обеспечивается высокая температура в зоне разлета продуктов взрыва, высокая фугасность сочетается с зажигательным действием.

Пример 3. Заряд из состава, содержащего в качестве армирующего элемента вольфрамовую проволоку толщиной 200 мкм (40% по объему), в качестве энергетического материала - пиротехническая смесь порошков двуокиси свинца и кремния (80 и 20% по массе соответственно). Прочность заряда выше, чем у заряда без армирования, в 3-4 раза. Данный заряд применяется в качестве воспламенителя и/или замедлителя. При этом после срабатывания он сохраняет форму и прочность. Может быть использован в качестве активного поражающего элемента.

Экспериментальная отработка заявляемого заряда показала, что заряд может быть изготовлен из различных энергетических материалов: взрывчатое вещество, пиротехнический состав, смесевое твердое ракетное топливо.

Помимо улучшения механических параметров наличие армирующих элементов из активных металлов позволяет увеличить общую энергию взрыва в воздухе.

1. Заряд из энергетического материала, содержащий произвольно ориентированный армирующий элемент, отличающийся тем, что армирующий элемент выполнен из проволоки, толщина которой не превышает 200 мкм, которая равномерно распределена по объему заряда в количестве 5-80% от объема заряда.

2. Заряд по п.1, отличающийся тем, что проволока выполнена из стали, магния, алюминия, титана, циркония, вольфрама, тантала, или их композиций.