Устройство для метания малых тел, основанное на эффекте усиления кумуляции ударных волн в пористых средах



Устройство для метания малых тел, основанное на эффекте усиления кумуляции ударных волн в пористых средах
Устройство для метания малых тел, основанное на эффекте усиления кумуляции ударных волн в пористых средах
Устройство для метания малых тел, основанное на эффекте усиления кумуляции ударных волн в пористых средах

 


Владельцы патента RU 2484409:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур РАН (ОИВТ РАН) (RU)

Изобретение относится к области испытания материалов. Устройство для метания малых тел, основанное на эффекте усиления кумуляции ударных волн в пористых средах, содержит стальной корпус, кольцеобразный металлический элемент корпуса с полостью для размещения вкладыша, ударник в виде металлического диска, пиротехнический заряд со взрывчатым веществом, детонатор для формирования ударной волны в направлении металлического диска, направляющее металлическое кольцо, металлический экран в виде пластины. В корпусе выполнено сквозное отверстие для метаемого малого тела цилиндрической формы. Полость выполнена в форме усеченного конуса, вкладыш выполнен из пористого материала. Изобретение позволяет увеличить скорость метания и изменять геометрию метаемого тела. 3 ил.

 

Изобретение относится к области испытания материалов и касается конструкции двухступенчатого взрывного метательного устройства для метания малых тел. Изобретение может быть использовано для физического моделированием воздействия на материалы и конструкции малоразмерных высокоскоростных объектов. Например, может быть использовано для физического моделирования действия микрометеоритов на космические аппараты.

Исследование высокоскоростных ударных явлений представляет существенный интерес как с научной, так и с практической точки зрения. Широкое применение при проведении подобных исследований в лабораторных условиях получили взрывные метательные устройства (Г.И.Канель, С.В.Разоренов, А.В.Уткин, В.Е.Фортов. «Ударно-волновые явления в конденсированных средах». М.: «Янус-К», 1996, стр.408). Для большинства академических приложений используются устройства, обеспечивающие высокоскоростное метание плоских металлических пластин. Удар плоской металлической пластины по плоской мишени приводит к формированию плоской ударной волны, за фронтом которой в течение некоторого времени исследуемый материал подвергается воздействию высоких давлений и температур. Плоская геометрия нагружения существенно упрощает проведение физических измерений и интерпретацию результатов экспериментов. Например, для проведения ударно-волновых экспериментов с образцами фуллеренов в статьях "V.V.Milyavskiy, T.I.Borodina, S.N.Sokolov, A.Z.Zhuk Shock-induced phase transitions of C70 fullerite // Diamond and Related Materials. 2005. Vol.14. Issues 11-12. P.1924-1927" и "Vladimir V. Milyavskiy, Konstantin V.Khishchenko, Tatiana I.Borodina. Stepwise shock compression of C70 fullerene // Carbon. 2011. Vol.49. P. 2345-2351" используются взрывные метательные устройства, обеспечивающие плоскую геометрию нагружения. Взрывное метательное устройство аналогичного типа является также частью устройства, описанного в RU 2006137056.

В RU 2006137056, B01J 3/00, опубл. 27.04.2008 описано устройство для синтеза кристаллического карбина, содержащее вертикально смонтированные последовательно на основании корпус с камерой для размещения ампулы сохранения, в которой размещается графитовый материал и над которой размещен ударник в виде металлического диска, а также пиротехнический заряд с инициированием от детонатора для формирования ударной волны в направлении металлического диска, под взрывчатым веществом установлено направляющее стальное кольцо, в полости которого размещен ударник в виде алюминиевого диска, который размещен на расстоянии над полостью, образованной кольцеобразным стальным элементом корпуса, в полости которого установлена стальная ампула сохранения, выполненная из нижней части (основания) и крышки, соединяемых между собой резьбовым соединением, при этом во внутреннем объеме ампулы сохранения размещен вкладыш в виде стального диска с цилиндрическим углублением в центральной части для установки в него диска из фторопласта диаметром, повторяющим диаметр цилиндрического углубления и поверхность которого по всей площади выстлана внахлест расположенными между собой чешуйками фольги графита монохроматорного качества с плотностью не менее 2,2 г/см3 и толщиной 10-20 мкм, при этом после установки диска из фторопласта с расположенными на нем внахлест относительно друг друга чешуйками цилиндрическое углубление закрыто другим диском из фторопласта и медной пробкой.

В этом устройстве пиротехнический заряд с инициированием от детонатора включает в себя генератор плоской ударной волны из парафина и взрывчатого вещества и само взрывчатое вещество. А базовая плоскость графита совпадает с плоскостью фольги графита, что обеспечивает ориентацию кристаллографической оси "с" графита перпендикулярно плоскости фронта ударной волны.

Принято в качестве прототипа.

Данное устройство совпадает по большему количеству признаков с заявленным устройством и, несмотря на то что не является устройством для метания, содержит в своем составе взрывное метательное устройство, которое может рассматриваться в качестве первой ступени для предлагаемого в данной заявке двухступенчатого взрывного метательного устройства для метания малых тел, основанного на эффекте усиления кумуляции ударных волн в пористых средах.

Как упоминалось выше, взрывные метательные устройства, обеспечивающие плоскую геометрию нагружения, широко применяются при проведении академических исследований. В то же время, для решения ряда практических задач (в частности задачи о пробивании преграды) необходимо проводить прямое физическое моделирование воздействия малоразмерных высокоскоростных объектов на материалы и элементы конструкции. При использовании взрывных метательных устройств плоской геометрии затруднительно обеспечить необходимые для таких экспериментов скорости метания, а метаемый элемент в виде плоской пластины, как правило, не соответствует условиям моделируемого воздействия.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности устройства в части увеличения скорости метания при инициировании заряда одним детонатором и в изменении геометрии метаемого тела.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для метания малых тел, основанном на эффекте усиления кумуляции ударных волн в пористых средах, содержащем вертикально смонтированные последовательно на основании кольцеобразный металлический элемент корпуса с полостью для размещения вкладыша, над которой размещен ударник в виде металлического диска, а также пиротехнический заряд с взрывчатым веществом с инициированием от детонатора для формирования ударной волны в направлении металлического диска, под взрывчатым веществом установлено направляющее металлическое кольцо, в полости которого размещен ударник в виде металлического диска, который размещен над полостью корпуса, прикрытой металлическим экраном в виде пластины, указанная полость выполнена в форме усеченного конуса с размещением ее основания со стороны экрана, вкладыш выполнен из пористого материала в форме усеченного конуса, повторяющей форму полости корпуса, а в вершине полости в форме усеченного конуса в корпусе выполнено сквозное отверстие, ось которого совпадает с осью устройства, в котором размещено малое тело цилиндрической формы, подвергаемое метанию.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящее изобретение поясняется конкретными примерами исполнения, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения требуемого технического результата.

На фиг.1 представлена схема двухступенчатого взрывного метательного устройства для метания малых тел, основанного на эффекте усиления кумуляции ударных волн в пористых средах;

фиг.2 - схема метания малого тела;

фиг.3 - расчетная зависимость скорости метания (средней массовой скорости) (сплошные линии) и скорости свободной поверхности (штриховые линии) метаемого цилиндра из алюминия при реализации схемы метания, приведенной на фиг.2.

Согласно настоящему изобретению рассматривается устройство (фиг.1) для метания малых тел, основанное на эффекте усиления кумуляции ударных волн в пористых средах.

Данное устройство для метания малых тел содержит вертикально смонтированные последовательно на основании кольцеобразный металлический элемент корпуса с полостью для размещения вкладыша, над которой размещен ударник в виде металлического диска, а также пиротехнический заряд с взрывчатым веществом с инициированием от детонатора для формирования ударной волны в направлении металлического диска, под взрывчатым веществом установлено направляющее металлическое кольцо, в полости которого размещен ударник в виде металлического диска, который размещен над полостью корпуса, прикрытой металлическим экраном в виде пластины, указанная полость выполнена в форме усеченного конуса с размещением ее основания со стороны экрана, вкладыш выполнен из пористого материала в форме усеченного конуса, повторяющей форму полости корпуса, а в вершине полости в форме усеченного конуса в корпусе выполнено сквозное отверстие, ось которого совпадает с осью устройства, в котором размещено малое тело цилиндрической формы, подвергаемое метанию.

На фиг.1 следующими позициями представлены конструктивные элементы устройства: 1 - детонатор; 2 - генератор плоской ударной волны; 3 - взрывчатое вещество; 4 - направляющее кольцо; 5 - ударник А1 Д16Т толщиной 10 мм и диаметром 90 мм (скорость подлета ударника 2.5 км/с); 6 - столбики; 7 - стальной экран (сталь 45) толщиной 5 и диаметром 145 мм; 8 - стальной корпус (сталь 45) с наружным диаметром 145 мм и толщиной 18 мм, с полостью в форме усеченного конуса; 9 - вкладыш из пористого материала в форме усеченного конуса выполнен из пористого (1.65 г/см3) фторопласта высотой 14 мм, с диаметром большого основания 25.485 мм и с диаметром малого основания 4 мм; 10 - метаемый цилиндр (А1 Д16Т, ⌀ 4 мм, высота 4 мм).

Вкладыш из пористого материала в форме усеченного конуса изготавливался путем непосредственной запрессовки порошка фторопласта марки Ф4ПН в коническую полость до получения нужной плотности.

В этом устройстве ударник 5 выполнен в виде алюминиевого диска, а пиротехнический заряд (взрывчатое вещество 3) с инициированием от детонатора 1 предназначено для формирования детонационной волны в направлении металлического диска. Под взрывчатым веществом 3 установлено направляющее стальное кольцо 4, в полости которого размещен ударник 5, который размещен над полостью, прикрытой стальным экраном 7 в виде пластины толщиной 5 мм и диаметром 145 мм. В корпусе выполнена полость в форме усеченного конуса для размещения в ней вкладыша из пористого материала в форме усеченного конуса, основание которого размещено заподлицо с наружной поверхностью стального корпуса 8, на которую укладывается стальной экран 9.

В устройстве применялся генератор 2 плоской ударной волны (состав: парафин марки П-1 (ГОСТ 23683-89 - 150 г), взрывчатое вещество (состав A-IX-1, ОСТ 384-636-72 - 150 г) и само взрывчатое вещество 3 (состав A-IX-1, ОСТ 384-636-72 - 600 г).

Ранее (Статья «О сходящихся ударных волнах в пористых средах», авторы А.А.Чарахчьян, И.В.Ломоносов, В.В.Милявский, В.Е.Фортов, А.А.Фролова, К.В.Хищенко, Л.В.Шуршалов, «Письма в ЖТФ», 2004. Т.30, вып.1, стр.72; Статья «Численное исследование сходящихся ударных волн в пористых средах», авторы А.А.Чарахчьян, К.В.Хищенко, В.В.Милявский, В.Е.Фортов, А.А.Фролова, И.В.Ломоносов, Л.В.Шуршалов, «Журнал технической физики», 2005, Т.75, №8, стр.15) авторами расчетным путем был предсказан новый физический эффект - эффект усиления кумуляции сходящихся ударных волн в пористых средах. Эффект состоит в том, что переход от сплошного нагружаемого вещества к пористому в задаче о кумуляции ударных волн для веществ с определенным типом уравнения состояния приводит к существенному увеличению не только температуры, но и давления в объеме нагружаемого материала. Такой характер изменения давления при варьировании пористости качественно отличается от случая плоского ударно-волнового сжатия, для которого увеличение пористости образца при сохранении других условий нагружения практически всегда приводит к уменьшению максимального давления в образце.

С учетом этих результатов была выполнена серия двумерных численных расчетов с целью определения конкретной конфигурации двухступенчатого взрывного метательного устройства для метания малых тел, основанного на эффекте усиления кумуляции ударных волн в пористых средах, и подбора наиболее эффективного материала-заполнителя полости, выполненной в форме усеченного конуса. Выбранная схема метания малого тела приведена на фиг.2. Установлено, что в предложенной конфигурации двухступенчатого взрывного метательного устройства связанное с эффектом усиления кумуляции сходящихся ударных волн в пористых средах увеличение скорости метания алюминиевого цилиндра, помещенного в вершину усеченного конуса, заполненного в одном случае сплошным (2.2 г/см3), а в другом случае пористым (1.65 г/см3) политетрафторэтиленом, составляет ~ 1 км/с (скорость метания увеличивается с 5.45 км/с до 6.45 км/с). На фиг.3 представлены графики расчетной зависимости скорости метания (средней массовой скорости) (сплошные линии) и скорости свободной поверхности (штриховые линии) алюминиевого цилиндра от времени при реализации схемы метания, приведенной на фиг.2. Возле кривых указана плотность политетрафторэтилена, заполняющего коническую полость. На фиг.3 также приведены аналогичные зависимости для плоской (одномерной) геометрии метания (показаны под символом 1D).

Настоящее изобретение промышленно применимо, может быть изготовлено с применением известных технологий и материалов. Новизна состоит в использовании пористого вещества с особым типом уравнения состояния (для которых реализуется эффект усиления кумуляции ударных волн в пористых средах) для заполнения конической полости.

Устройство для метания малых тел, основанное на эффекте усиления кумуляции ударных волн в пористых средах, характеризующееся тем, что содержит вертикально смонтированные последовательно на основании кольцеобразный металлический элемент корпуса с полостью для размещения вкладыша, над которой размещен ударник в виде металлического диска, а также пиротехнический заряд с взрывчатым веществом с инициированием от детонатора для формирования ударной волны в направлении металлического диска, под взрывчатым веществом установлено направляющее металлическое кольцо, в полости которого размещен ударник в виде металлического диска, который размещен над полостью корпуса, прикрытой металлическим экраном в виде пластины, указанная полость выполнена в форме усеченного конуса с размещением ее основания со стороны экрана, вкладыш выполнен из пористого материала в форме усеченного конуса, повторяющей форму полости корпуса, а в вершине полости в форме усеченного конуса в корпусе выполнено сквозное отверстие, ось которого совпадает с осью устройства, в котором размещено малое тело цилиндрической формы, подвергаемое метанию.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к выбрасывающему устройству, и может быть использовано для группового выброса нескольких объектов с различными скоростями.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в технике электромагнитного ускорения металлических якорей с приемлемыми для практики исходными характеристиками и ресурсами, в частности, для высокоскоростного встречного метания твердых тел.

Изобретение относится к области пусковых устройств. .

Изобретение относится к прикладной гидромеханике, в частности к вопросу нестационарного гидродинамического взаимодействия элементов энергопропульсивного комплекса подводных аппаратов (ПА), и может быть использовано для практической оценки и оптимизации стартовых характеристик энергопропульсивных комплексов ПА.
Изобретение относится к автоматическому оружию и может быть использовано в установках, которые имеют реактивный двигатель. .

Изобретение относится к области вооружений и может быть использовано в автоматическом оружии для поражения скоростных целей и других распределенных в пространстве объектов.

Изобретение относится к вооружению, а именно к системам наведения на цель. Размещают средства разведки и наблюдения командира (СРНК) и вооружение оператора (ВО) на местности на двух шасси, устанавливают единое компьютерное время в пультах управления командира (УК) и оператора (О), ориентируют СРНК и ВО на местности и в движении относительно географических координат, обнаруживают и сопровождают цель с помощью средств разведки и наблюдения, вводят координаты цели в пульт управления командира, передают периодически скорость движения и время замера координат цели из пульта УК в пульт О, определяют прогнозируемую точку нахождения цели к моменту наведения визира вооружения на цель с учетом скорости движения цели перемещений шасси, нацеливают вооружение на прогнозируемую точку нахождения цели. Изобретение позволяет сократить время наведения на цель. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к системе доставки различных видов полезной нагрузки в верхние слои атмосферы и выше. Система пуска ракет (1) включает трубчатую тележку пуска ракет (2) с фрикционными приводами кабельного/тросового пути (26), перемещаемую ниже двухосевого шарнира (63), прикрепленного к земле, поднимаемую в коаксиальную переносную трубу (124, 143), ведущую к трем основным привязным кабелям/тросам (27), вес которых компенсируется аэростатами (164). Тележка затем перемещается на стыковочную станцию (166), удерживаемую над землей в стратосфере парой вторичных кабелей/тросов (184), подвешенных под крепежной рамой (162) для натяжения аэростатов. Тележка удерживается концевым захватом тележки (196), направляемым по двум вторичным и двум третичным кабелям/тросам (186), и поднимаемым нижним подъемником (198), направляемым вторичными кабелями. Этот нижний подъемник удерживается верхним подъемником (168), подвешенным на крепежной раме натяжных аэростатов. Тележка, зацепляющаяся за подъемное кольцо (183), направляющееся по двум вторичным кабелям/тросам, поднимается дальше, вращается в необходимом направлении, со сбросом ракеты и практически безоткатным выбросом во время свободного падения тележки вниз и зажиганием двигателя на безопасном расстоянии. В результате создана пусковая установка для частой, безопасной и экологически чистой отправки полезных грузов в космос. 49 з.п. ф-лы, 67 ил.

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для ускорения макротел, моделирования микрометеоритов и техногенных частиц, применяться в физике высокоскоростного удара. Технический результат состоит в обеспечении больших скоростей метаемого якоря, повышении долговечности рельсовых электродов. Импульсный рельсовый ускоритель содержит проводящий якорь, рельсовые электроды, подмагничивающие катушки, датчик тока, неуправляемые разрядники, конденсаторы импульсного накопителя, управляемые разрядники, разделительные резисторы импульсного накопителя, блоки питания, драйверы управляемых разрядников, систему управления. Он обладает гибкой модульной конструкцией, позволяющей наращивать число ступеней для достижения необходимых скоростей. Все модули имеют одинаковую конструкцию, что упрощает разработку реального образца. 1 ил.

Изобретение относится к технике двойного назначения и может быть использовано в пусковых установках (ПУ). ПУ содержит самоходное шасси, пакет трубчатых стволов, установленных на выдвижную артиллерийскую часть, устройства отвода газовой струи и защиты торцевой части пакета стволов, выполненные в виде совкообразного щита, представляющего собой поверхности второго порядка параболического типа, устройство частичного гашения пламени, дальномер и высотомер в виде компьютерного устройства, пневмоцилиндры со штоками. Внутренние поверхности совкообразного щита содержат пламенегаситель огня и газовой струи и выполнены в виде слоев ячеистой сетчатой конструкции из жаропрочного, тугоплавкого, прочного материала с большим коэффициентом поглощения тепла и малым коэффициентом трения скольжения. Изобретение позволяет повысить эффективность ПУ и использовать как градозащитное устройство для выпадения искусственного дождя. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх