УДЛИНЕННЫЙ КУМУЛЯТИВНЫЙ ЗАРЯД ДЛЯ СИСТЕМЫ КОЛЛЕКТИВНОГО СПАСЕНИЯ
ELONGATED SHAPED CHARGE FOR COLLECTIVE RESCUE SYSTEM

Изобретение относится к области взрывного дела, разработки пироавтоматических устройств и систем и может быть использовано на борту пассажирских и транспортных воздушных судов (ВС) для коллективного спасения пассажиров и экипажей самолетов в случаях возникновения аварийных ситуаций, перерастающих в катастрофические.
Анализ статистики летных происшествий за последние десятилетия демонстрирует значительную роль так называемого «человеческого фактора» в ряду других причин не только возникновения аварийных ситуаций на ВС, но и перерастание их в катастрофы.
Значительной составляющей «человеческого фактора» являются действия экипажа в условиях, осложненных особой ситуацией. При этом возможности обеспечения безопасного завершения полета в возникшей аварийной ситуации сокращаются с потерей высоты и резерва времени для действия экипажа.
Более того, анализ состояния аварийности ВС позволяет говорить о системном кризисе в обеспечении безопасности, в первую очередь, пассажирских перевозок.
Существует несколько подходов к решению указанной проблемы. Одним из них является использование на вновь разрабатываемых и уже эксплуатирующихся самолетах системы коллективного спасения (СКС) пассажиров и экипажа [Система коллективного спасения пассажиров и экипажа самолетов./Под ред. A.M.Матвеенко, В.В.Малышева. - М.: Изд-во МАИ, 2004].
Идея коллективного спасения пассажиров самолета была предложена создателем первого в мире ранцевого парашюта российским изобретателем Г.Е.Котельниковым, который в 1923 г. получил патент на изобретение «Устройство для спасения пассажиров при аварии самолета». По замыслу изобретателя, при аварии от самолета должна отделятся вся пассажирская кабина, из которой затем выпускаются большие парашюты. Члены экипажа, имевшие индивидуальные парашюты, покидали самолет самостоятельно. Однако технические возможности того времени не позволяли практически реализовать эту идею, и, к нашей скорби, она осталась нереализованной по сегодняшний день.
В современных условиях, вернувшись к рассмотрению этой важной проблемы на новом, более высоком уровне развития науки и техники, прорабатываются, по крайней мере, три модификации СКС (в зависимости от принадлежности воздушного судна к соответствующему классу и его максимальной взлетной массы). При этом СКС двух модификаций - для ВС третьего, второго и первого класса (с максимальной взлетной массой от 10 до 150 т и свыше 150 т) представляет собой комбинацию парашютного комплекса с системами дезинтеграции крыльев, хвостового оперения, силовых установок, сегментации фюзеляжа на герметичные спасаемые обитаемые модули (СОМы), дополненные системой мягкой посадки.
В качестве исполнительных устройств в системах дезинтеграции могут использоваться средства разделения двух типов: точечные (разрывные болты, пироболты, пирозамки, пирочеки, детонаторы и т.д.) и линейные (детонирующие удлиненные заряды кумулятивного и некумулятивного типов).
Наиболее предпочтительными для решения задач по разделению элементов конструкции самолета по сплошному контуру (шпангоуту, обечайке) являются детонирующие удлиненные заряды кумулятивного типа.
Общеизвестно использование их для решения задач разрезания преград различного профиля и из любых конструкционных материалов [Аттетков А.А., Гнускин A.M., Пырьев В.А., Сагидуллин Г.Г. Резка металлов взрывом. - М.: СИП РИА, 2000]. При многообразии названий (УКЗ, КУЗ, ШКЗ, ДУЗ, УКЗ-П, УКЗ-ПО, ЛКЗ и др.) и форм общим для них всех является наличие профилированного и распределенного по длине заряда взрывчатого вещества (ВВ). Для определенности будем их называть одной аббревиатурой - УКЗ (удлиненный кумулятивный заряд).
Недостатком всех УКЗ, перечисленных выше, является, во-первых, то, что они снаряжены ВВ в заводских условиях. А так как в составе СКС заряды должны быть заблаговременно смонтированы на борту воздушного судна и должны находиться во время полетов постоянно в готовности к немедленному срабатыванию, с пристыкованными средствами инициирования детонации, то вероятность их несанкционированного задействования не может быть сведена гарантированно к нулю. Это несмотря на то, что предлагаются всевозможные способы и устройства защиты от случайного или умышленного (в случае попытки совершения теракта) срабатывания всей системы СКС: отдельный контур в системе управления самолетом, применение комплекса электрических, механических и др. предохранительно-пусковых устройств, использование элементов взрывной логики, «безопасных» средств инициирования и взрывных устройств, не содержащих первичных (инициирующих) ВВ, срабатывающих от высоковольтных электрических сигналов определенной амплитуды, продолжительности и формы импульса и т.д. В этом плане предпочтительнее в СКС использовать УКЗ, снаряжаемые ВВ непосредственно перед их применением.
Во-вторых, достаточно большая часть взрывчатого вещества указанных УКЗ расходуется «впустую» на деформирование, фрагментирование оболочки заряда на осколки и их метание. Иными словами эта часть ВВ, называемая «пассивной массой», создает нежелательные побочные эффекты, локализация которых требует дополнительных устройств и затрат.
3
Известен [С1 2065559 F42B 1/02. Удлиненный кумулятивный заряд взрывчатого вещества «Квазар»./ Каганер Ю.А., Ващенко В.И., Подиновский В.В. (ТОО «Научно-производ. центр Квазар-ВВ»). - № 93050925/08; Заявл. 09.11.93//Изобретения (Заявки и патенты). - 1996. - № 23] удлиненный кумулятивный заряд - УККЗ, заполняемый ВВ непосредственно на месте ведения взрывных работ после размещения на разделяемой преграде, который выбран за прототип. УККЗ представляет собой полую оболочку - однополостный цилиндрический контейнер, поперечным сечением которого является фигура, образуемая из нескольких (от 2-х до 5-ти) одинаковых сопряженных между собой лепестков, формирующих кумулятивные выемки. Для решения задач дезинтеграции конструкции самолета вполне достаточно удлиненного кумулятивного заряда с одной кумулятивной выемкой, поэтому ограничимся рассмотрением конструкции заряда, сечением которого является фигура, образуемая сопряжением двух одинаковых лепестков (фиг.3 и 7 описания прототипа). В качестве материалов оболочек используются металлы и сплавы, а также полимерные композиции с плотностью не менее 1,0 кг/дм. В качестве снаряжения (взрывчатого вещества) таких зарядов используют жидкие ВВ класса панкластитов, представляющие собой смесь жидких окислителя и горючего, хранящихся в отдельных емкостях. Смешивание их происходит непосредственно перед применением УККЗ.
2
4
2
4
2
5
Существенным недостатком заряда-прототипа является то, что для снаряжения его используется ВВЖИМИ (Взрывчатое Вещество Жидкое, Изготавливаемое на Месте Использования), в котором в качестве окислителя применяется высокотоксичное соединение - тетроксид азота NO (окислитель жидких ракетных топлив - AT или «амил»). Пары NO - кровяной яд. Вдыхание в течение одного часа воздуха, содержащего 0,5 мг/л тетроксида азота, вызывает опасное для жизни отравление. Предельно-допустимая концентрация (ПДК) его в воздухе составляет 0,005 мг/л в пересчете на NO. В дополнение к этому AT имеет очень узкий температурный интервал эксплуатации: от -10°С до +20°С (температура плавления его составляет -11,2°С, температура кипения -+21,1°С), что потребует создания дополнительно на борту самолета, снабженного СКС, системы термостатирования AT. Кроме того, технически достаточно сложно обеспечить в течение всего срока эксплуатации СКС полную герметичность уплотнений на емкости с AT, трубопроводах, запорной арматуре, особенно в местах всевозможных стыков, в клапанах, вентилях и т.д., что может привести, в конечном счете, к проникновению окислов азота внутрь салона самолета.
Задачей предложенного технического решения является создание высокоэффективного и безопасного в эксплуатации (вплоть до самого момента задействования) удлиненного кумулятивного заряда для СКС пассажиров и экипажа самолетов.
Технический результат, который может быть получен при его использовании, заключается в том, что существенно повышается безопасность СКС за счет достижения полной защищенности систем и устройств дезинтеграции на основе УКЗ от случайного и несанкционированного их срабатывания и ликвидации рисков отравления пассажиров и экипажа высокотоксичными окислами азота.
3
Указанный технический результат достигается тем, что в конструкцию известного удлиненного кумулятивного заряда, представляющего собой полую протяженную оболочку металлическую или из полимерного материала с плотностью не менее 1,0 кг/дм (включая металлонаполненные полимеры) и выполненную в форме цилиндрического контейнера, поперечным сечением которого является фигура, образуемая из двух одинаковых сопряженных между собой лепестков, формирующих кумулятивную выемку с заданным (оптимальным) углом раствора, внесен ряд изменений.
Необходимость внесения их обусловлена тем, что в предлагаемом УКЗ в качестве снаряжения, подаваемого в оболочку заряда, размещенную заблаговременно на разрезаемой преграде, непосредственно в момент задействования СКС предлагается использовать не жидкое ВВ класса панкластитов, а пастообразное взрывчатое вещество типа ЛТИ. Пастообразное ВВ хранится на борту самолета в одной или нескольких расходных емкостях, соединенных системой трубопроводов и коллекторов с оболочкой УКЗ.
На тыльной стороне оболочки в месте сопряжения лепестков вдоль всей длины оболочки с шагом 1…2 метра размещены площадки (приливы) для крепления на оболочке заряда штатных корпусных средств взрывания любого типа. Эти площадки-приливы могут быть установлены также на одной из внешних образующих лепестков оболочки (вне кумулятивной выемки УКЗ).
Торцы оболочки заряда герметично закрыты крышками из тонкого жесткого конструкционного материала, например, из металлической фольги. Крепление торцевых крышек к оболочке как и площадок-приливов может быть осуществлено пайкой, сваркой, клеевым соединением и т.п. При использовании в СКС самолета УКЗ в виде прямолинейных отрезков определенной длины площадки-приливы для крепления средств взрывания могут быть смонтированы на торцевых крышках оболочек зарядов.
На тыльной стороне оболочек УКЗ установлены также штуцера (один или несколько, в зависимости от длины оболочки) для присоединения трубопроводов подачи в оболочку взрывчатого вещества в момент, предшествующий непосредственному задействованию СКС. Для удаления из оболочки в процессе снаряжения ее ВВ воздуха (или инертного газа), которым предварительно заполнена оболочка, на тыльной стороне оболочки размещен также штуцер с воздушным обратным клапаном. При использовании в СКС прямолинейных отрезков УКЗ указанные выше штуцера могут быть смонтированы на торцевых крышках оболочек.
Заявляемое решение отличается от прототипа наличием ряда новых существенных признаков. На оболочке УКЗ установлены площадки - приливы для крепления штатных корпусных средств взрывания, штуцера для подсоединения трубопроводов заполнения оболочки взрывчатым веществом и штуцер с воздушным обратным клапаном, а торцы оболочек герметично закрыты крышками из тонкого жесткого конструкционного материала. В качестве сопряжения УКЗ использовано не жидкое взрывчатое вещество класса панкластитов, состоящее из порознь хранящихся жидких компонентов: окислителя на основе тетроксида азота и углеводородного горючего, при этом один из них (а именно AT) является высокотоксичным и низкокипящим веществом, а другой - экологически безопасное пластичное взрывчатое вещество.
Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «новизна».
В научно-технической литературе не обнаружено решений с таким отличительным признаком, следовательно, заявляемое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».
Заявляемое устройство содержит стандартные элементы из области взрывного дела и специального машиностроения, следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию «промышленная применимость».
Схематично конструкция заявляемого УКЗ показана на чертеже, где 1 - оболочка заряда; 2 - штуцер для подачи ВВ; 3 - прилив для крепления средства взрывания; 4 - штуцер с воздушным обратным клапаном; 5 - торцевые крышки; 6 - пастообразное взрывчатое вещество.