СПОСОБ СНАРЯЖЕНИЯ ВЗРЫВНОГО УСТРОЙСТВА ВЗРЫВЧАТЫМ ПЛАСТИЗОЛЬНЫМ ВЕЩЕСТВОМ
CHARGING METHOD OF EXPLOSIVE DEVICE WITH PLASTISOL EXPLOSIVE

Изобретение относится к области разработки боеприпасов военного назначения, взрывных устройств для применения в хозяйственной деятельности (инженерные заряды, добыча полезных ископаемых, машиностроение и др.) и научно-исследовательской деятельности в области высоких энергий.
Актуальность решаемой проблемы основана на следующем.
При снаряжении взрывных устройств (ВУ) взрывчатыми пластизольными веществами (ПВВ) формирование и отверждение заряда происходит в корпусе ВУ. При отверждении ПВВ под действием силы тяжести возможна седиментация компонентов состава и экссудация жидких составляющих, при этом могут увеличиваться разноплотность и изменяться физико-механические характеристики состава. При воздействии эксплуатационных термоперепадов, заряд ПВВ и корпус ВУ могут испытывать повышенные внутренние напряжения, обусловленные значительной разницей коэффициентов термического расширения материалов заряда ПВВ и корпуса ВУ, которые прочно связаны между собой адгезионными связями, характерными для пластизолей, что может приводить к изменению геометрических размеров, появлению зазоров и разрывов, разрушению конструкции ВУ.
Все вышеперечисленное может привести к потере боевых и эксплуатационных качеств, а также к повышению опасности при эксплуатации.
Известны конструкции различных боеприпасов и способы снаряжения их взрывчатыми веществами.
Известен способ снаряжения боеприпасов (патент РФ №2097674, МПК F42B 12/02, публ. 27.11.1997 г.), включающий приготовление компонентов взрывчатой смеси, наполнение приготовленной смесью внутренней полости корпуса взрывного устройства, формирование взрывного состава в полости корпуса взрывного устройства. В известном устройстве боевая часть заливочного снаряжения содержит корпус, состоящий из двух частей, одна из которых, преимущественно донная, содержит центральную трубку под дополнительный заряд и взрыватель, боевой заряд, элементы, герметизирующие корпус. Боевой заряд заливают в корпус через манжету, а после заливки на манжету воздействуют головной частью корпуса. В частных вариантах снаряжения боевой части: при стыковке частей корпуса манжету деформируют в радиальном направлении головной частью корпуса.
Однако в известном способе не предусмотрены мероприятия по повышению безопасности при хранении и эксплуатации устройства, сохранению стабильности его физико-химических показателей взрывчатой смеси и соответственно сохранению боевых характеристик взрывного устройства при длительном хранении и эксплуатации.
Известен, в качестве наиболее близкого к заявляемому по технической сущности, способ снаряжения взрывного устройства взрывчатым пластизольным веществом (патент РФ №2235967, МПК F42B 12/02, публ. 09.10.2004, БИ 28/04). Изобретение относится к снарядам, отличающимся предполагаемым воздействием, в частности осколочно-фугасного типа и детонирующим зарядам, не являющимся частью взрывателя. В снарядах используется пластизольное взрывчатое вещество, содержащее жидкий пластификатор, набухающий в нем полимер полиакрилового ряда, бризантное взрывчатое вещество и порошкообразный горючий металл.
К недостаткам известного решения можно отнести:
- длительное (до нескольких суток) время технологического цикла изготовления изделия;
- возможность повышенной разноплотности и неоднородности отвержденного заряда ПВВ вследствие наличия пор, естественной седиментации твердых и экссудации жидких компонентов ПВВ;
- возможность возникновения повышенных растягивающих и сжимающих напряжений в конструкции заряда вследствие наличия адгезионной связи корпуса снаряда и заряда пластизольного взрывчатого вещества, имеющих различные коэффициенты термического расширения;
- возможность появления зазоров между корпусом снаряда и зарядом ПВВ при пониженных температурах, что снижает безопасность эксплуатации и оказывает влияние на боевые характеристики снаряда;
- отсутствие герметичности конструкции снаряда, что приводит к повышенной скорости естественного терморазложения ПВВ и снижению эксплуатационных и энергетических характеристик ПВВ при длительном хранении.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в разработке способа снаряжения взрывного устройства взрывчатым пластизольным веществом, позволяющего сократить технологическое время снаряжения, обеспечить стабильность физико-механических и газодинамических характеристик взрывчатого пластизольного вещества, снаряженного в корпус взрывного устройства, в том числе и при длительном сроке эксплуатации, обеспечить конструктивную целостность заряда ПВВ и конструкции ВУ в целом, обеспечить безопасность эксплуатации.
Новый технический результат, получаемый при применении предлагаемого способа, заключается в снижении затрат и сокращении времени технологического цикла снаряжения изделий взрывчатым пластизольным веществом при обеспечении стабильности заданного качества заряда, сохранение эксплуатационных характеристик ВУ в течение установленного срока, повышении безопасности при хранении и эксплуатации ВУ за счет снижения степени экссудации жидких компонентов, исключения седиментации компонентов состава и создания благоприятных условий существования заряда ПВВ в герметизированной полости корпуса ВУ.
Дополнительный технический результат заключается в повышении надежности инициирования заряда ПВВ инициатором за счет более плотной установки инициатора на более качественную поверхность заряда ПВВ, полученную в результате механической доработки поверхности заряда ПВВ, на которой устанавливается инициатор.
Указанные задача и новый технический результат в способе снаряжения взрывного устройства взрывчатым пластизольным веществом, включающем наполнение внутренней полости корпуса взрывного устройства взрывчатым пластизольным веществом, находящимся в жидкотекучем состоянии и формирование заряда взрывчатого пластизольного вещества в полости корпуса взрывного устройства, обеспечиваются тем, что перед наполнением взрывного устройства взрывчатым пластизольным веществом стенки внутренней полости корпуса предварительно покрывают инертным взрывчатому к пластизольному веществу и материалу корпуса взрывного устройства антиадгезионным покрытием, наполнение внутренней полости корпуса взрывного устройства ведут с использованием вибровакуумной установки при создании разрежения до давления не более 5 кПа, а формирование заряда взрывчатого пластизольного вещества осуществляют при температуре в диапазоне +40 до +60°С до полного затвердевания взрывчатого пластизольного вещества, после чего осуществляют доработку поверхности заряда взрывчатого пластизольного вещества, контактирующей с инициатором, затем устанавливают крышку с возможностью создания заданного усилия сжатия, прилагаемого к заряду взрывчатого пластизольного вещества, и герметизируют внутреннюю полость взрывного устройства.
Кроме того, в качестве антиадгезионного покрытия используют лак на основе фторопласта или фторполимерный лак.
Кроме того, в качестве антиадгезионного покрытия используют смазки на основе кремнийорганических и/или углеводородных компонентов.
Кроме того, в качестве антиадгезионного покрытия используют смазки на основе кремнийорганических и/или углеводородных компонентов, преимущественно марки ЦИАТИМ или марки ОКБ-122-7.
Кроме того, в качестве антиадгезионного покрытия стенки внутренней полости корпуса взрывного устройства используют слой из лака на основе фторопласта или фторполимерного лака, на который затем наносят дополнительный слой смазки на основе кремнийорганических и/или углеводородных компонентов, преимущественно марки ЦИАТИМ или марки ОКБ-122-7.
Кроме того, наполнение внутренней полости корпуса взрывного устройства ведут с использованием вибровакуумной установки при частоте колебаний в диапазоне 25…50 Гц, амплитуде колебаний 0,3…1,5 мм и длительности воздействия от 5 до 20 минут.
Кроме того, крышку устанавливают с усилием сжатия, передаваемым заряду пла-стизольного взрывчатого вещества, для создания давления не менее 0,1 МПа.
Кроме того, доработку поверхности заряда взрывчатого пластизольного вещества ведут путем механического удаления поверхностного слоя взрывчатого пластизольного вещества толщиной не менее 5 мм.
Предлагаемый способ поясняется следующим образом.
Пластизольные взрывчатые смеси относятся к классу литьевых ВВ и включают в свой состав мощное ВВ (в кристаллическом состоянии), жидкое ВВ (пластификатор) и полимерное связующее, способное к набуханию в жидком ВВ с образованием в межкристаллитном пространстве сплошной фазы из пластифицированного высокомолекулярного соединения, а также, при необходимости, порошкообразное металлическое горючее и неорганический окислитель. Особенностью ПВВ является то, что смешивание компонентов, наполнение корпуса ВУ методом свободного литья и отверждение заряда ПВВ производится в естественных условиях при температуре рабочего помещения (20…25°С), время отверждения зависит от объема и формы полости корпуса ВУ и продолжается в течение не менее 24 часов. После полного отверждения заряда ПВВ и установки инициатора взрывное устройство готово к использованию.
Процесс отверждения заряда ПВВ зависит от особенностей конструкции ВУ и его размеров, при этом формирование заряда может осуществляться в течение нескольких суток. Метод свободной заливки и длительность формирования заряда приводит к повышенной пористости и возможности седиментации (расслоению) компонентов пластизольной смеси и, как следствие, к повышению разноплотности заряда и экссудации жидких компонентов. Рентгенографические и ультразвуковые исследования качества заряда ПВВ ВУ, снаряженного методом свободной заливки, подтвердили наличие вышеуказанных дефектов. Сокращение времени формирования заряда ПВВ, снижение пористости, степени экссудации и исключение седиментации может быть достигнуто оптимизацией параметров технологического процесса снаряжения и разработкой и улучшением конструкции ВУ.
На фиг.1 представлен эскиз конкретного взрывного устройства, снаряженного в соответствии с предлагаемым способом.
ВУ состоит из следующих элементов: 1 - корпус из стали 12Х18Н10Т; 2 - заряд ПВВ; 3 - инициатор; 4 - крышка из стали 12Х18Н10Т; 5 - пружинная система температурной компенсации, обеспечивающая удельное давление 0,1…0,8 МПа на заряд ПВВ; 6 - упорное резьбовое кольцо; 7 - уплотнительный элемент, обеспечивающий герметизацию внутренней полости ВУ; 8 - слой антиадгезионного покрытия (лак на основе фторопласта); 9 - слой антиадгезионной смазки, 10 - поверхность для установки инициатора.
Снаряжение ВУ производят следующим образом. Перед наполнением внутреннего объема ВУ массой ПВВ стенки внутренней полости корпуса 1 покрывают антиадгезионным покрытием 8 и антиадгезионной смазкой 9, предназначенным для уменьшения адгезионной связи ПВВ и внутренней поверхности корпуса ВУ 1. Производят установку корпуса ВУ на рабочий стол вибровакуумной установки, при этом внутренняя полость корпуса ВУ 1 вакуумируют до давления не более 5 кПа. Наполнение зарядом ПВВ, находящимся в жидкотекучем состоянии, внутренней полости корпуса 1 осуществляют при вибрационном воздействии в течение не менее 10…15 минут, при частоте колебаний в диапазоне 25…50 Гц и амплитуде колебаний 0,3…1,5 мм, обеспечивая получение оптимальной плотности и отсутствие воздушных пустот и пористости. Далее корпус ВУ, наполненный ПВВ демонтируют с вибровакуумной установки. Производят выдержку снаряженного изделия до полного отверждения состава при температуре 40-60°С для формирования заряда ПВВ (2). После отверждения сформированный заряд ПВВ нагружают давлением не менее 0,1 МПа через крышку 4 посредством, например, пружинной системы температурной компенсации 5. Пружинная система температурной компенсации 5 связана с корпусом 1 через упорное резьбовое кольцо 6. Герметизацию внутренней полости корпуса 1 осуществляют через уплотнительное кольцо 7. Инициатор 3 устанавливают на заряд ПВВ на поверхность для установки инициатора 10. Точность установки обеспечивается путем механического удаления слоя ПВВ толщиной 5…10 мм для удаления легких фракций, образовавшихся после отверждения основного заряда 1 инициатором 3.
Таким образом, предлагаемый способ снаряжения ВУ ПВВ обеспечивает:
- сокращение времени технологического цикла изготовления изделия в 3…4 раза (до 4…6 часов);
- получение стабильного качества отвержденного заряда ПВВ, имеющего заданную плотность по всему объему заряда, при отсутствии седиментации твердых и экссудации жидких компонентов ПВВ;
- снижение напряженно-деформированного состояния конструкции за счет исключения адгезионной связи корпуса и заряда ПВВ путем введения между ними антиадгезионного слоя;
- сохранение боевых и эксплуатационных характеристик ВУ в течение установленного срока и повышение безопасности при хранении и эксплуатации за счет снижения экссудации жидких компонентов ПВВ; исключения появления зазоров в конструкции ВУ при пониженных температурах за счет введения постоянного давления на заряд ПВВ со стороны упругих элементов системы температурной компенсации; создания благоприятных условий существования заряда ПВВ в герметизированной полости корпуса ВУ, снижающей скорость естественного терморазложения ПВВ.
Возможность промышленного использования подтверждается следующими примерами.
Пример 1. В производственных условиях был опробован предлагаемый способ снаряжения опытного образца ВУ зарядом ПВВ, представленного на фиг.1.
Первоначально перед наполнением внутреннего объема ВУ массой ПВВ стенки внутренней полости корпуса 1 были покрыты слоем антиадгезива 8, в качестве которого был использован фторполимерный лак ФПР, затем был нанесен слой 9 антиадгезионной смазки ОКБ - 122-7. Корпус ВУ был установлен на стол вибровакуумной установки и отвакуумирован до давления не более 5 кПа. Наполнение вакуумированной внутренней полости корпуса 1 ПВВ 2 было произведено при вибрационном воздействии на корпус ВУ при частоте колебаний в диапазоне 25…50 Гц и амплитуде колебаний 0,3…1,5 мм в течение не менее 10…15 минут. Формирование заряда 2 в полости корпуса 1 проводилось до полного отверждения состава в течение 5…6 часов при температуре 45…60°С.
После отверждения сформированный заряд ПВВ нагружался давлением 0,8 МПа пружинной системой температурной компенсации 5 через крышку 4. Герметизация внутренней полости корпуса 1 осуществлялась уплотнительным кольцом 7. Инициатор 3 устанавливался на поверхность 10 заряда ПВВ.
Отсутствие взаимодействия фторполимерного лака ФПР и смазки ОКБ - 122-7 с ПВВ и сталью с материалом ОЛП-25Т и сталью 12Х18Н10Т подтверждено результатами лабораторных исследований. Отсутствие пор, неоднородностей, каверн, зазоров и других дефектов снаряжения подтверждено рентгенографическими и ультразвуковыми методами контроля.
Пример 2. В лабораторных условиях было опробовано снаряжение опытного образца ВУ, представленного на фиг.2.
Первоначально перед наполнением внутреннего объема ВУ массой ПВВ стенки внутренней полости корпуса 1 были покрыты слоем антиадгезионной смазки 8 (смазка ОКБ - 122-7 по ГОСТ 18179-72). Корпус ВУ был установлен на стол вибровакуумной установки и отвакуумирован до давления не более 5 кПа. Наполнение вакуумированной внутренней полости корпуса 1 ПВВ 2 было произведено при вибрационном воздействии на корпус ВУ при частоте колебаний в диапазоне 25…50 Гц и амплитуде колебаний 0,3…1,5 мм в течение не менее 10…15 минут. Формирование заряда 2 в полости корпуса 1 проводилось до полного отверждения состава в течение 5…6 часов при температуре 45…60°С.
После отверждения сформированный заряд ПВВ нагружался давлением 0,8 МПа пружинной системой температурной компенсации 5 через крышку 4. Герметизация внутренней полости корпуса 1 осуществлялась уплотнительным кольцом 7. Инициатор 3 устанавливался на поверхность 10 заряда ПВВ.
Отсутствие взаимодействия фторполимерного лака ФПР и смазки ОКБ - 122-7 с ПВВ и сталью с материалом ОЛП-25Т и сталью 12Х18Н10Т подтверждено результатами лабораторных исследований. Отсутствие пор, неоднородностей, каверн, зазоров и других дефектов снаряжения подтверждено рентгенографическими и ультразвуковыми методами контроля.
Таким образом, как это подтвердили результаты экспериментальных исследований и опыт практического снаряжения изделий, приведенных в качестве примеров, при использовании всех заявляемых операций и условий предлагаемого способа снаряжения взрывного устройства взрывчатым пластизольным веществом решена поставленная задача и достигнуты новые технические результаты.