Заряд из энергетического материала

Заряд из энергетического материала

Реферат

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.