Способ гиперскоростного метания металлического элемента и кумулятивное метающее устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к области экспериментальном физики. Способ гиперскоростного метания металлического элемента, закрепленного со стороны свободного торца осесимметричного трубчатого заряда взрывчатого вещества (ВВ), противоположного устройству инициирования заряда, включает инициирование заряда ВВ, формирование маховской ударной волны. При формировании маховской ударной волны создают две поверхности ударной волны (УВ), движущиеся под разными углами относительно оси заряда с утлом наклона поверхности УВ у оси заряда большим, чем на его периферии. Кумулятивное метающее устройство содержит осесимметричный трубчатый заряд взрывчатого вещества (ВВ) с установленным соосно внутри него вкладышем, устройство инициирования с точками инициирования, расположенными по кольцу на наружной боковой поверхности заряда ВВ со стороны одного из его торцов. Вкладыш выполнен в виде сплошного цилиндра с осевой конической выемкой со стороны устройства инициирования и осевым выступом в виде усеченного конуса с противоположной стороны, внутри выемки размещена коническая вставка, имеющая акустическую жесткость выше акустической жесткости вкладыша, направленная вершиной в направлении метания. На торцевой поверхности заряда ВВ, противоположной устройству инициирования, размешена металлическая шайба, в центральном отверстии которой закреплен метаемый металлический элемент. Метаемый металлический элемент может быть выполнен компактным, в виде пластины, пластина может быть выполнена разнотолщинной. Технический результат - проведение экспериментальных исследований высокоскоростного метания тел различной формы с использованием зарядов ВВ меньшей массы. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относятся к области экспериментальной физики и могут быть использованы при исследовании высокоскоростного взаимодействия тел, например при моделировании воздействия метеоритно-техногенных частиц на конструктивные элементы защиты космических аппаратов.

Для моделирования требуется разработка метающих устройств, позволяющих разгонять металлические элементы, массы и скорости которых соответствуют диапазонам возможных условий столкновений.

Известны способ и устройство двухступенчатого метания элемента (см. книгу под ред. Л.П. Орленко «Физика взрыва», т. 2, изд-во «Физматлит», М., 2002 г., стр. 40). Устройство состоит из баллистической установки (БУ) и кумулятивного заряда, который выстреливается из БУ. Сначала кумулятивный заряд с металлической облицовкой в поддоне разгоняется с помощью легкогазовой или пороховой баллистической установки, затем, с помощью взрывательного устройства, детонирует взрывчатое вещество (ВВ) кумулятивного заряда, в результате чего формируется компактный элемент (КЭ).

Основным недостатком способа и устройства двухступенчатого метания элемента является сложная система подрыва заряда ВВ в полете.

Наиболее близкими к заявляемым способу и устройству являются кумулятивное метающее устройство и способ его работы, описанные в патенте РФ №2378606, МПК F42B 1/028 (2006.01), опубл. 10.01.2010, Бюл. №1. Кумулятивное метающее устройство содержит заряд взрывчатого вещества, устройство инициирования, осевую кумулятивную выемку, кольцевой металлический вкладыш с конической наружной поверхностью, закрепленный соосно внутри заряда ВВ. Заряд ВВ выполнен кольцевой формы, устройство инициирования снабжено металлическим диском, соосно закрепленным на свободной торцевой поверхности заряда ВВ. На наружной торцевой поверхности кольцевого вкладыша соосно ему закреплен с зазором относительно ближней торцевой поверхности заряда ВВ дополнительный конусообразный металлический вкладыш, обращенный вершиной конуса внутрь кольцевого вкладыша и внутрь заряда ВВ, а осевая кумулятивная выемка выполнена в форме полусфера-цилиндр на дополнительном вкладыше. Точки инициирования устройства инициирования расположены по кольцу на наружной боковой поверхности заряда ВВ.

При помощи устройства инициирования по периферийной кольцевой поверхности подрывается заряд ВВ. Под действием давления продуктов взрыва происходит сжатие кольцевого вкладыша по направлению к оси устройства. При его взаимодействии с дополнительным конусообразным металлическим вкладышем в последнем генерируется маховская ударная волна высокой амплитуды, под действием которой осевая кумулятивная выемка в нем схлопывается, формируя высокоскоростную кумулятивную струю. Подобрав параметры выемки, можно получить утолщенную без градиентную головную часть струи, которую можно рассматривать как компактный элемент. Данные способ и устройство выбраны в качестве прототипа для заявляемых способа и устройства соответственно.

Основным недостатком этого способа метания и устройства являются невозможность контроля формы КЭ, а также невозможность метания тела в форме пластины.

Решаемой технической задачей является создание способа и устройства, позволяющих реализовать метание металлических элементов различной формы.

Ожидаемый технический результат - проведение экспериментальных исследований высокоскоростного взаимодействия тел различной формы с преградами и использованием зарядов ВВ меньшей длины и, соответственно, массы.

Технический результат достигается за счет того, что в заявляемом способе гиперскоростного метания металлического элемента, закрепленного со стороны свободного торца осесимметричного трубчатого заряда взрывчатого вещества, противоположного устройству инициирования заряда, включающем инициирование заряда ВВ, формирование маховской ударной волны (МУВ), в отличие от прототипа при формировании маховской ударной волны создают две поверхности ударной волны (УВ), движущиеся под разными углами относительно оси заряда с утлом наклона поверхности УВ у оси заряда большим, чем на его периферии.

Технический результат достигается также за счет того, что в заявляемом кумулятивном метающем устройстве, содержащем осесимметричный трубчатый заряд взрывчатого вещества с установленным соосно внутри него вкладышем, устройство инициирования с точками инициирования, расположенными по кольцу на наружной боковой поверхности заряда ВВ со стороны одного из его торцов, в отличие от прототипа вкладыш выполнен в виде сплошного цилиндра с осевой конической выемкой со стороны устройства инициирования и осевым выступом в виде усеченного конуса с противоположной стороны, внутри выемки размещена коническая вставка, имеющая акустическую жесткость выше акустической жесткости вкладыша, направленная вершиной в направлении метания, на торцевой поверхности заряда ВВ, противоположной устройству инициирования, размещена металлическая шайба, в центральном отверстии которой закреплен метаемый металлический элемент.

Метаемый металлический элемент может быть выполнен компактным (удлинение ≤3) или в виде пластины.

Метаемая металлическая пластина может быть выполнена разнотолщинной.

Формирование двух поверхностей ударной волны, движущихся под разными углами относительно оси заряда из-за разной акустической жесткости материалов вкладыша и вставки, притом, что угол наклона поверхности УВ у оси заряда больше, чем на его периферии, приводит к тому, что при достижении ударной волной вершины вставки на оси формируется ударная волна Маха, давление в которой существенно выше, чем может быть достигнуто при контактном подрыве заряда ВВ. Из-за наличия излома поверхности УВ угол ее схождения в районе оси больше, чем на периферии вкладыша. Это способствует быстрому росту диаметра МУВ и позволяет использовать заряды ВВ меньшей длины и, соответственно, массы. Размещение на торцевой поверхности, противоположной устройству инициирования заряда ВВ, металлической шайбы с центральным отверстием позволяет (за счет ее толщины) увеличить время роста диаметра МУВ, и, следовательно, позволяет реализовать метание сформированной МУВ металлического компактного элемента большего поперечного размера или металлической пластины, в том числе и разнотолщинной.

Изобретения поясняются чертежами. На фиг. 1 изображено заявляемое устройство, метающее металлический компактный элемент, на фиг. 2 - заявляемое устройство, метающее металлическую пластину, на фиг. 3 приведены результаты численных расчетов, поясняющие процесс формирования МУВ.

Кумулятивное метающее устройство (см. фиг. 1) состоит из устройства инициирования 1, представляющего из себя пенопластовый диск, на поверхность которого наклеен слой пластического ВВ, с точками инициирования, расположенными по кольцу на наружной боковой поверхности осесимметричного заряда ВВ трубчатой формы 2 со стороны одного из его торцов, конической металлической вставки 3 и вкладыша 4 (в данном примере выполнения из полиэтилена), выполненного в виде сплошного цилиндра с осевой конической выемкой со стороны устройства инициирования и осевым выступом в виде усеченного конуса с противоположной стороны, установленных в полость заряда ВВ 2, металлической шайбы 5, размещенной на торцевой поверхности заряда ВВ 2, противоположной устройству инициирования 1, металлического элемента 6, закрепленного в центральном отверстии металлической шайбы 5. Коническая металлическая вставка 3 имеет акустическую жесткость выше акустической жесткости полиэтиленового вкладыша 4.

Заявляемый способ гиперскоростного метания металлического элемента реализуется с помощью заявляемого кумулятивного метающего устройства следующим образом. При помощи устройства инициирования 1 по кольцевой поверхности инициируется трубчатый заряд ВВ 2. Детонационная волна генерирует в конической металлической вставке 3 и вкладыше 4 сходящуюся коническую ударную волну, имеющую две поверхности ударной волны, движущиеся под разными углами относительно оси заряда с утлом наклона поверхности УВ у оси заряда большим, чем на его периферии (излом поверхности ударной волны вследствие большей акустической жесткости материала конической вставки 3 по сравнению с акустической жесткостью вкладыша 4).

При достижении УВ вершины конической металлической вставки 3, вследствие кумуляции УВ, формируется маховская ударная волна. Из-за наличия излома поверхности УВ угол схождения УВ в районе оси заряда больше, чем на периферии вкладыша 4, что приводит к быстрому росту диаметра МУВ. Размещение на торцевой поверхности заряда ВВ 2, противоположной устройству инициирования 1 металлической шайбы 5 с центральным отверстием, эквивалентно применению более длинного заряда ВВ и позволяет увеличить время роста диаметра МУВ.

В случае закрепления в центральном отверстии металлической шайбы 5 метаемого элемента 6 в виде компактного металлического элемента сформированной МУВ нагружается металлический компактный элемент 6. Под действием давления реализуется метание КЭ.

В случае закрепления в центральном отверстии металлической шайбы 5 метаемого элемента 6 в виде пластины сформированной МУВ нагружается пластина. Под действием давления реализуется метание пластины (пластина может быть и разнотолщинной).

Заявляемые способ и устройства при массе заряда ВВ, близкой к массе заряда ВВ прототипа, позволяют реализовать метание металлических элементов разной формы.

Таким образом, достигается технический результат - проведение экспериментальных исследований высокоскоростного метания тел различной формы с использованием зарядов ВВ меньшей массы.

1. Способ гиперскоростного метания металлического элемента, закрепленного со стороны свободного торца осесимметричного трубчатого заряда взрывчатого вещества (ВВ), противоположного устройству инициирования заряда, включающий инициирование заряда ВВ, формирование маховской ударной волны, отличающийся тем, что при формировании маховской ударной волны создают две поверхности ударной волны (УВ), движущиеся под разными углами относительно оси заряда с углом наклона поверхности УВ у оси заряда большим, чем на его периферии.

2. Кумулятивное метающее устройство, содержащее осесимметричный трубчатый заряд взрывчатого вещества с установленным соосно внутри него вкладышем, устройство инициирования с точками инициирования, расположенными по кольцу на наружной боковой поверхности заряда ВВ со стороны одного из его торцов, отличающееся тем, что вкладыш выполнен в виде сплошного цилиндра с осевой конической выемкой со стороны устройства инициирования и осевым выступом в виде усеченного конуса с противоположной стороны, внутри выемки размещена коническая вставка, имеющая акустическую жесткость выше акустической жесткости вкладыша, направленная вершиной в направлении метания, на торцевой поверхности заряда ВВ, противоположной устройству инициирования, размещена металлическая шайба, в центральном отверстии которой закреплен метаемый металлический элемент.

3. Кумулятивное метающее устройство по п. 2, отличающееся тем, что метаемый металлический элемент выполнен компактным.

4. Кумулятивное метающее устройство по п. 2, отличающееся тем, что метаемый металлический элемент выполнен в виде пластины.

5. Кумулятивное метающее устройство по п. 4, отличающееся тем, что пластина выполнена разнотолщинной.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии изготовления кумулятивных облицовок, которые могут быть использованы в перфорационной технике при прострелочно-взрывных работах в нефтедобыче или боевых частях снарядов или ракет.

Изобретение относится к взрывчатым веществам, более конкретно к узлам инициирования осесимметричным с кумулятивной воронкой боевой части. Узел инициирования осесимметричный с кумулятивной воронкой боевой части включает донную часть основного разрывного заряда, передаточный заряд цилиндроконической формы, взрыватель и канал, расположенный соосно с кумулятивной воронкой.

Изобретение относится к средствам инициирования и может быть использовано в разработке боеприпасов военного назначения, взрывных устройств для применения в хозяйственной деятельности, научно-исследовательской деятельности.
Изобретение относится к боеприпасам, в частности к способам движения боевого поражающего элемента. Поражающий элемент имеет процессор.

Изобретение относится к области ракетно-космической и оборонной техники и может быть использовано в различных кумулятивных устройствах, предназначенных для формирования высокоскоростных компактных элементов, используемых при экспериментальном исследовании поведения материалов в условиях высокоинтенсивного кинетического воздействия.

Изобретение относится к области пиротехники и взрывного дела, в частности к способам изготовления детонирующих удлиненных зарядов. Способ изготовления детонирующего удлиненного заряда в не разрушаемой при взрыве металлической оболочке заключается в вибрационном заполнении металлической трубы-заготовки кристаллическим бризантным взрывчатым веществом с последующим волочением ее через ряд волок с последовательно уменьшающимся диаметром очка.

Изобретение относится к разрывным зарядам для боеприпасов. Заряд включает выполненную с глухим осевым цилиндрическим каналом шашку индивидуального и/или смесевого бризантного взрывчатого вещества, линзу, заглубленную во взрывчатое вещество шашки и закрывающую вход в канал с одной стороны, и размещенный со стороны линзы вплотную к шашке генератор плоской ударной волны со средством инициирования детонации.

Изобретение относится к области средств взрывания и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности при ведении прострелочно-взрывных работ в скважинах для инициирования зарядов кумулятивных перфораторов.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении облицовок кумулятивных зарядов для калибра 100 мм с переменной толщиной стенки.

Изобретение относится к взрывным метающим устройствам, которые могут быть использованы при испытаниях военной техники. Способ задержки прорыва продуктов взрыва по краям метаемой пластины-ударника во взрывном метающем устройстве включает заглубление краев пластины-ударника в пазы, выполненные в примыкающих к ней элементах взрывного метающего устройства.

Изобретение относится к области экспериментальной физики и может использоваться совместно с метающими устройствами кумулятивного типа (КМУ) при исследовании высокоскоростного взаимодействия тел, например, при моделировании воздействия метеоритно-техногенных частиц на защиту космических аппаратов. Способ отсечки фрагментов кумулятивной струи, следующей за сформированным с помощью кумулятивного метающего устройства (КМУ) компактным элементом (КЭ), включает генерирование на выходе из КМУ асимметричной ударной волны, уводящей в сторону фрагменты кумулятивной струи. Асимметричную ударную волну формируют при помощи закрепленного снаружи КМУ соосно кумулятивной выемке с заданным зазором относительно его торца отсекающего устройства в виде снабженного асимметричным выступом со стороны КМУ сплошного металлического цилиндра с продольным сквозным каналом с выполненным внутри канала уступом, при этом диаметр канала со стороны ближнего к КМУ торца выполняют больше диаметра канала со стороны дальнего торца. Способ позволяет выделить стабильный по форме одиночный металлический КЭ. 2 ил.

Изобретения относятся к области экспериментальной физики и могут быть использованы при исследовании высокоскоростного взаимодействия тел. Способ включает инициирование осесимметричного трубчатого заряда взрывчатого вещества (ВВ), формирование под воздействием маховской ударной волны кумулятивной струи с последующим выделением из нее компактного элемента. При формировании маховской ударной волны создают две поверхности ударной волны (УВ), движущиеся под разными углами относительно оси заряда, при этом, угол наклона поверхности УВ у оси заряда больше, чем на его периферии. Кумулятивное метающее устройство по первому варианту содержит осесимметричный трубчатый заряд взрывчатого вещества с установленным соосно внутри него вкладышем, устройство инициирования с точками инициирования, расположенными по кольцу на наружной боковой поверхности заряда ВВ, осевую кумулятивную выемку в форме полусфера-цилиндр. Вкладыш выполнен в виде сплошного цилиндра с осевой конической выемкой со стороны устройства инициирования, внутри выемки размещена коническая вставка, имеющая акустическую жесткость выше акустической жесткости вкладыша, направленная вершиной в направлении метания, а осевая кумулятивная выемка в форме полусфера-цилиндр выполнена на наружном торце металлического диска, закрепленного на свободной торцовой поверхности заряда ВВ. Во втором варианте заявляемого устройства кумулятивная выемка выполнена во вкладыше со стороны свободной торцовой поверхности заряда ВВ и облицована металлом. Изобретение позволяет обеспечить проведение исследований высокоскоростного взаимодействия кумулятивного элемента с преградами в расширенном диапазоне скоростей. 3 н.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх