Устройство для формирования детонационной волны

Устройство для формирования детонационной волны

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к взрывной технике, в частности к конструкции взрывных устройств, предназначенных для формирования детонационной волны.

Помимо обеспечения надежности работы изделий, важнейшей задачей, стоящей в данной области техники, является создание устройств, обладающих повышенной стойкостью к неблагоприятным аварийным воздействиям, способным вызвать несанкционированный взрыв изделий, таким как пожар, прострел и т.п.

Известны аналогичные устройства, позволяющие решить представленную задачу.

Например, известно устройство формирования взрывной волны в основном заряде взрывчатого вещества (ВВ) [патент РФ № 2296943, публ. 10.04.2007 г.], обеспечивающее инициирование основного заряда ВВ от одного или более электродетонаторов и предотвращение его инициирования в случае аварийных воздействий. Устройство включает в себя источник инициирования в виде одного или более электродетонаторов, основной заряд ВВ и матрицу с сетью детонационных каналов с концевыми участками, выходящими на поверхность основного заряда. С помощью электродетонатора производится подрыв входных участков каналов, от которых детонационные волны по разветвляющимся каналам матрицы расходятся до концевых участков, подрывающих основной заряд ВВ и формирующих в нем взрывную волну.

Недостатком известного устройства является то, что взрыв основного заряда ВВ предотвращается лишь от аварийных воздействиях, способных инициировать чувствительное ВВ электродетонаторов, а при неблагоприятных аварийных воздействиях, способных инициировать детонацию в ВВ матрицы, приводит к несанкционированному взрыву основного заряда ВВ из-за непосредственного выхода концевых участков, заполненных ВВ, на поверхность основного заряда ВВ.

Наиболее близким по технической сущности и назначению к заявляемому изобретению является устройство для формирования взрывной волны [патент РФ № 2413165, публ. 27.02.2011 г.], включающее в себя источник инициирования, основной заряд ВВ и матрицу с сетью каналов, заполненных ВВ и имеющих общий входной участок, участки, расположенные вдоль поверхности матрицы, и концевые участки, выполненные с расширением и прилегающие к основному заряду ВВ под углом к поверхности матрицы. В качестве ВВ в каналах используют ВВ с различной чувствительностью к детонационному импульсу, причем менее чувствительным ВВ полностью или частично заполнены участки, расположенные под углом к поверхности матрицы. При этом остальные участки каналов матрицы, которые имеют меньшие размеры, заполнены чувствительным ВВ. Согласно изобретению при инициировании шашки общего входного участка импульс по детонационным каналам распространяется по чувствительному ВВ к концевым участкам и возбуждает детонацию в менее чувствительном ВВ расширяющейся части концевых элементов, которые инициируют основной заряд ВВ.

Недостатком известного решения является то, что при пожаре происходит расплавление ВВ матрицы и другие процессы, способные вызвать его взрыв, передачу детонации концевым участкам и далее основному заряду ВВ, так как они непосредственно прилегают к его поверхности. Таким образом, при пожаре сохраняется опасность взрыва основного заряда ВВ, т.е. снижается взрывобезопасность устройства.

Техническим результатом заявляемого устройства является существенное повышение взрывобезопасности устройства формирования детонационной волны при аварийных пожарных воздействиях с сохранением уровня взрывобезопасности при аварийно-осколочных воздействиях и сохранении надежности инициирования основного заряда ВВ.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для формирования детонационной волны, включающем в себя источник инициирования, основной заряд взрывчатого вещества (ВВ) и матрицу с сетью детонационных каналов с концевыми участками, расположенными в отверстиях с расширением, новым является то, что между основным зарядом ВВ и матрицей дополнительно размещен инертный слой, выбор материала и толщины которого связан с глушением ударной волны при нештатном распространении детонации по концевому участку и с обеспечением передачи ударной волны от концевого участка к основному заряду ВВ в штатном режиме, при этом части концевых участков, расположенные в расширениях, выполнены в виде замкнутой оболочки с толщиной, обеспечивающей распространение детонации, причем замкнутая оболочка примыкает к инертному слою, а в ее полости размещен сердечник, повторяющий форму полости и выполненный из инертного материала, причем отношение массы сердечника к его объему отличается, по крайней мере, в полтора раза от плотности ВВ замкнутой оболочки.

Кроме того, в устройстве замкнутая оболочка может быть выполнена сферической формы или в форме полого цилиндра, и в случае выполнения замкнутой оболочки сферической формы она может быть усечена со стороны примыкания к инертному слою на глубину (0,01…0,03)R, где R - радиус сферы. Полость замкнутой оболочки может быть выполнена сферической формы или в форме диска с закругленными кромками. Сердечник может быть выполнен полым. Сердечник может быть выполнен составным, по крайней мере, из двух частей, по крайней мере одна из которых выполнена из материала с плотностью, отличающейся от плотности материала других частей. При выполнении замкнутой оболочки сферической формы свободный объем между стенкой отверстия, инертным слоем и замкнутой оболочкой вокруг места примыкания замкнутой оболочки к инертному слою может быть заполнен инертным материалом, обеспечивающим глушение ударной волны. Толщина замкнутой оболочки δ_об может быть выбрана из условия δ_об=(1,5…10,0)d_кр, где d_кр - критический диаметр детонации ВВ оболочки. Инертный слой может быть выполнен из материала, акустическая жесткость которого не менее 2,3·10⁶ кг/м²с.

Дополнительное размещение между основным зарядом ВВ и матрицей инертного слоя, выбор материала и толщины которого связан с глушением ударной волны при нештатном распространении детонации по концевому участку и обеспечением передачи ударной волны от концевого участка к основному заряду ВВ в штатном режиме, позволяет повысить взрывобезопасность устройства при сохранении его надежности.

Выполнение частей концевых участков, расположенных в расширениях, в виде замкнутых оболочек, примыкающих к инертному слою, которые при искажении своей формы в условиях пожара и расплавления ВВ не смогут создать давления детонационной волны, достаточного для формирования в инертном слое ударной волны, способной инициировать детонацию в основном заряде ВВ, также повышает взрывобезопасность устройства. При штатном же инициировании замкнутой оболочки происходит значительное усиление давления схлопывающейся детонационной волны в зоне прилегания замкнутой оболочки к инертному слою с формированием в нем интенсивной ударной волны, достаточной для надежного инициирования ВВ основного заряда.

Выбор толщины замкнутой оболочки, обеспечивающей распространение детонации, гарантирует работоспособность устройства в целом.

Размещение в полости замкнутой оболочки сердечника, повторяющего форму полости, обеспечивает его плотную фиксацию без зазоров в полости, что предотвращает свободное перемещение, удары и нарушение формы оболочки и обеспечивает сохранение формы замкнутой оболочки во всех условиях применения для надежного формирования детонационной и ударной волн.

Выполнение сердечника из инертного материала при условии, что отношение массы сердечника к его объему отличается, по крайней мере, в полтора раза, плотность ВВ замкнутой оболочки играет существенную роль в повышении взрывобезопасности устройства при пожаре. В условиях расплавления ВВ оболочки это отличие приводит к относительно быстрому смещению сердечника (всплытию или погружению) в полости расширения с расплавом ВВ и искажению формы оболочки. При этом, в случае взрыва ВВ матрицы, предотвращается получение схлопывающейся детонационной волны с давлением, достаточным для формирования в инертном слое ударной волны, способной инициировать детонацию в основном заряде ВВ. Кроме того, это отличие способствует усилению ударной волны в инертном слое за счет ее отражения от границы плотностей, что гарантирует надежность инициирования основного заряда ВВ.

Использование замкнутой оболочки сферической формы или в форме полого цилиндра способствует значительному усилению схлопывающейся детонационной волны со стороны прилегания замкнутой оболочки к инертному слою, что повышает надежность инициирования основного заряда ВВ.

Выполнение замкнутой оболочки сферической формы с усечением со стороны примыкания к инертному слою на глубину (0,01…0,03)R, где R - радиус сферы, увеличивает площадку соприкосновения замкнутой оболочки с инертным слоем, что повышает эффективность передачи ударной волны.

Выполнение полости замкнутой оболочки сферической формы или в форме диска с закругленными кромками и повторяющий ее форму сердечник оптимизируют распространение детонации по оболочке и повышают его надежность за счет исключения так называемых темных зон непрореагировавшего ВВ. Кроме того, это уменьшает необходимое количество применяемого ВВ, что повышает взрывобезопасность изделия, особенно при пожаре.

Дополнительное выполнение сердечника полым позволяет расширить технологические возможности при конструировании устройства и подборе материала сердечника для оптимизации усиления ударной волны в инертном слое за счет ее отражения от границы материала сердечника, что также способствует надежному инициированию основного заряда ВВ.

Использование составного сердечника, по крайней мере, из двух частей, по крайней мере, одна из которых выполнена из материала с плотностью, отличающейся от плотности материала других частей, также расширяет технологические возможности при конструировании устройства и подборе материалов и приводит к более надежному инициированию за счет дополнительного усиления отражения ударной волны в инертный слой от сердечника.

Заполнение свободного объема между стенкой отверстия, инертным слоем и замкнутой оболочкой вокруг места примыкания замкнутой оболочки к инертному слою инертным материалом, обеспечивающим глушение ударной волны, позволяет снизить давление ударной волны при нештатном инициировании детонации в оболочке и предотвратить инициирование основного заряда ВВ.

Выбор толщины замкнутой оболочки δ_об из условия δ_об=(1,5…10,0)d_кр, где d_кр - критический диаметр детонации ВВ оболочки, позволяет оптимизировать количество ВВ, применяемого для надежного инициирования основного заряда ВВ, что гарантирует взрывобезопасность изделия с сохранением возможности его надежного инициирования.

Выполнение инертного слоя из материала с акустической жесткостью не менее 2,3·10⁶ кг/м²с позволяет надежно передать ударную волну основному заряду ВВ и инициировать его детонацию.

Варианты конструкции заявленного устройства представлены на чертежах в поперечном разрезе, где 1 - источник инициирования, 2 - основной заряд ВВ, 3 - матрица, 4 - сеть детонационных каналов, 5 - концевой участок, 6 - замкнутая оболочка, 7 - сердечник, 8 - инертный слой, 9 - отверстие, 10 - расширение.

В представленных вариантах реализации устройства на поверхности основного заряда ВВ 2 из бризантного взрывчатого состава размещен инертный слой 8 в виде плотно прилегающей оболочки из алюминиевого сплава толщиной 1,5 мм с акустической жесткостью 1,4·10⁷ кг/м²с. На инертный слой 8 плотно установлена матрица 3 из пластического материала на основе стирола с сетью детонационных каналов 4 на ее внешней поверхности, разветвляющихся от источника инициирования 1 к концевым участкам 5, которые расположены в отверстиях 9 с расширением 10. В первом варианте по фиг. 1 в расширении 10 размещена сферическая замкнутая оболочка 6 внешним диаметром 4 мм и толщиной 0,75 мм, что соответствует условию δ_об=(1,5…10,0)d_кр, где δ_об - толщина оболочки, d_кр - критический диаметр детонации ВВ оболочки. Сферическая замкнутая оболочка выполнена с усечением со стороны примыкания к инертному слою 8 на глубину 0,04 мм, что соответствует условию (0,01…0,03)R, где R - радиус сферы. Имеющийся свободный объем между стенкой отверстия 9, инертным слоем 8 и замкнутой оболочкой 6 вокруг места примыкания замкнутой оболочки 6 к инертному слою 8 заполнен пластическим материалом на основе стирола. В полости замкнутой оболочки 6 размещен сплошной сердечник 7 из алюминиевого сплава сферической формы. Во втором варианте по фиг.2 в расширении 10 размещена замкнутая оболочка 6 в форме полого цилиндра. В полости замкнутой оболочки 6 размещен сердечник 7 из алюминиевого сплава в форме диска с закругленными кромками. В третьем варианте по фиг.3 сердечник 7 выполнен полым в виде тонкостенной сферы из стали толщиной 0,16 мм. В четвертом варианте исполнения по фиг.4 сердечник 7 в форме диска с закругленными кромками выполнен составным, состоящим из двух частей, в основную часть которого, выполненного из алюминиевого сплава, со стороны инертного слоя 8 включена круглая пластина из стали толщиной 0,25 мм и диаметром 3 мм. Сеть детонационных каналов 4 и концевые участки 5 выполнены из пластического ВВ на основе тэна. Сечение детонационных каналов 4, размещенных в матрице 3, составляет 1,2×1,0 мм.

Устройство работает следующим образом.

В штатном режиме работы при подрыве источника инициирования 1 детонация в матрице 3 по сети детонационных каналов 4 синхронно распространяется к концевым участкам 5, переходит по ним в отверстия 9 и в каждом расширении 10 по замкнутой оболочке 6 огибает сердечник 7 с кумулятивным схлопыванием в месте примыкания к инертному слою 8. В этом месте, в том числе за счет отражения от сердечника 7, происходит значительное усиление сходящейся детонационной волны, которая формирует в инертном слое 8 ударную волну, достаточную для инициирования детонации в прилегающем основном заряде ВВ 2.

В нештатном режиме работы, когда устройство претерпевает внешнее аварийное воздействие в виде пожара, происходит расплавление ВВ матрицы и другие процессы, способные вызвать его взрыв и передачу детонации концевым участкам 5. Однако при расплавлении ВВ в матрице 3 сердечники 7 смещаются в поле гравитации за счет разности их плотности и плотности расплава ВВ, искажая конфигурацию детонационного тракта замкнутой оболочки 6, что в случае возникновения детонации в ВВ матрицы 3 приводит к ее распространению по концевому участку 5 без штатного схлопывания и без достижения в инертном слое 8 необходимого для инициирования основного заряда ВВ 2 давления. Передачи детонации основному заряду ВВ не происходит.

В другом нештатном режиме работы, например, при попадании опасного осколка в точку на замкнутой оболочке 6, не лежащую на ее оси симметрии, штатного кумулятивного развития детонации, способной инициировать основной заряд ВВ 2 через инертный слой 8, не произойдет.

Таким образом, использование заявленного устройства позволяет повысить взрывобезопасность изделий при аварийных воздействиях, возникающих, например, при перевозках или при складском хранении.

Созданы и расчетным образом проверены виртуальные модели устройства, экспериментально проверена работоспособность макетов устройства.

1. Устройство для формирования детонационной волны, включающее источник инициирования, основной заряд взрывчатого вещества (ВВ) и матрицу с сетью детонационных каналов с концевыми участками, расположенными в отверстиях с расширением, отличающееся тем, что между основным зарядом ВВ и матрицей дополнительно размещен инертный слой, выбор материала и толщины которого связан с глушением ударной волны при нештатном распространении детонации по концевому участку и с обеспечением передачи ударной волны от концевого участка к основному заряду ВВ в штатном режиме, при этом части концевых участков, расположенные в расширениях, выполнены в виде замкнутой оболочки с толщиной, обеспечивающей распространение детонации, причем замкнутая оболочка примыкает к инертному слою, а в ее полости размещен сердечник, повторяющий форму полости и выполненный из инертного материала, причем отношение массы сердечника к его объему отличается по крайней мере в полтора раза от плотности ВВ замкнутой оболочки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что замкнутая оболочка выполнена сферической формы или в форме полого цилиндра.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что, в случае выполнения замкнутой оболочки сферической формы, она усечена со стороны примыкания к инертному слою на глубину (0,01…0,03)R, где R - радиус сферы.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что полость замкнутой оболочки выполнена сферической формы или в форме диска с закругленными кромками.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сердечник выполнен полым.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сердечник выполнен составным по крайней мере из двух частей, по крайней мере одна из которых выполнена из материала с плотностью, отличающейся от плотности материала других частей.

7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что при выполнении замкнутой оболочки сферической формы свободный объем между стенкой отверстия, инертным слоем и замкнутой оболочкой вокруг места примыкания замкнутой оболочки к инертному слою заполнен инертным материалом, обеспечивающим глушение ударной волны.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что толщина замкнутой оболочки δ_об выбрана из условия δ_об=(1,5…10,0)d_кр, где d_кр - критический диаметр детонации ВВ оболочки.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что инертный слой выполнен из материала, акустическая жесткость которого не менее 2,3·10⁶ кг/м²с.