СПОСОБ ОЦЕНКИ ПОЛНОТЫ ДЕТОНАЦИИ ЗАРЯДА ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD TO ESTIMATE COMPLETENESS OF EXPLOSIVE CHARGE DETONATION AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к области испытания боеприпасов и может быть использовано при определении инициирующей способности различных поражающих элементов, а также при определении стойкости боеприпасов к воздействию этих элементов.
Известен способ определения инициирующей способности осколков, заключающийся в определении критических скоростей осколков при которых наблюдается детонация заряда взрывчатого вещества (ВВ) в оболочке [1].
Известно устройство для определения инициирующей способности осколков, содержащее метательное устройство, заряд ВВ в оболочке, рам-мишень, плиту-свидетель, регистрирующую аппаратуру [1].
Недостатком данных способа и устройства является низкая точность, обусловленная тем, что они не позволяют измерить параметры детонации заряда ВВ в том случае, когда детонация заряда ВВ неполная, и не позволяют судить о степени полноты детонации заряда ВВ.
Наиболее близким к изобретению является способ определения критических параметров детонации пассивного заряда ВВ, заключающийся в создании сборки, состоящей из активного заряда ВВ, отделенного ослабителем и экраном от пассивного заряда ВВ, возбуждении в ослабителе ударной волны подрывом активного заряда ВВ, вызове детонации пассивного заряда ВВ при параметрах ударной волны не ниже критических путем подбора параметров ослабителя и активного заряда ВВ, подрыве активного заряда ВВ с данными параметрами без наличия в сборке пассивного заряда ВВ, фоторегистрации за данным ослабителем начальной скорости ударной волны в воздухе и определении критических параметров ударной волны [2].
Наиболее близким к изобретению является устройство для определения критических параметров детонации пассивного заряда ВВ, содержащее сборку, состоящую из активного заряда ВВ, отделенного ослабителем и экраном от пассивного заряда ВВ и сборку, состоящую из критического активного заряда ВВ и ослабителя с критическими параметрами, а также фоторегистратора, размещенного за ослабителем [2].
Недостатками данных способа и устройства является недостаточная точность определения критических параметров детонации, обусловленная их определением фотографическим методом с дальнейшим математическим расчетом. При этом фоторегистрацию производят путем фотографирования фронта воздушной ударной волны с последующей обработкой результатов линейным измерительным элементом, что вносит большие погрешности в дальнейшее определение величин параметров детонации. Кроме того, данный способ не позволяет измерить параметры детонации заряда ВВ, когда детонация неполная и не позволяет судить о степени полноты детонации. Данный способ также непригоден, когда ослабителем является замкнутая цилиндрическая оболочка, в которой размещен заряд ВВ, используемая в реальных условиях подрыва боеприпасов (бомб, ракет, снарядов и т.д.).
Технической задачей изобретения является повышение точности измерения параметров детонации за счет прямого, а не косвенного определения параметров детонации исследуемого заряда ВВ, заключенного в замкнутом ослабителе-оболочке, а также определение степени полноты его детонации. При этом определяются величины параметров детонации как при полной, так и при неполной детонации заряда ВВ.
Решение технической задачей достигается тем, что в способе измерения параметров детонации заряда ВВ, заключающемся в создании сборки, состоящей из активного заряда ВВ, отделенного ослабителем и экраном от пассивного заряда ВВ, возбуждении в ослабителе ударной волны подрывом активного заряда ВВ, вызове детонации пассивного заряда ВВ при параметрах инициирующей ударной волны не ниже критических путем подбора параметров ослабителя и активного заряда ВВ, подрыве активного заряда ВВ с данными параметрами без наличия в сборке пассивного заряда ВВ, фоторегистрации за данным ослабителем начальной скорости ударной волны в воздухе и определении критических параметров ударной волны, дополнительно заряд ВВ заключают в замкнутую оболочку-ослабитель, подрывают с помощью взрывателя, регистрируют критические параметры детонации данного заряда ВВ в данной оболочке-ослабителе, определяют величину показателя полноты инициирования данного заряда ВВ, вызывают детонацию подобного заряда ВВ путем воздействия на оболочку-ослабитель инициирующим элементом, регистрируют и измеряют параметры детонации подобного заряда ВВ, определяют величину показателя полноты инициирования подобного заряда ВВ, сравнивают величины показателя полноты инициирования для данного и подобного зарядов, по результатам сравнения судят о степени полноты инициирования подобного заряда ВВ в результате воздействия на него инициирующего элемента.
Заявляемый способ реализуется в устройстве для измерения параметров детонации заряда ВВ, содержащем заряд ВВ, ослабитель и устройство регистрации, размещенное за ослабителем, в котором дополнительно ослабитель выполнен в виде замкнутой оболочки, в которой размещен заряд ВВ, а устройство регистрации содержит первый и второй фотоприемник с узким полем зрения, расположенные друг от друга на фиксированном базовом расстоянии, оптические оси которых параллельны, причем оптическая ось первого фотоприемника оптически согласована с внешней поверхностью оболочки-ослабителя, элемент ИЛИ, триггер, генератор импульсов, элемент И, счетчик, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой умножители, квадратор, первый и второй делители, устройство вычитания и задатчик постоянных величин, причем выход первого фотоприемника соединен с первым входом триггера, второй вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, выход второго фотоприемника соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого является входом обнуления, выход триггера соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход - с первым входом счетчика, второй вход которого является входом обнуления, а группа выходов счетчика соединена с первой группой входов первого умножителя, вторая группа входов которого соединена с первой группой выходов задатчика постоянных величин, вторая группа выходов которого соединена со второй группой первого делителя, третья группа выходов - со второй группой входов второго делителя, четвертая группа выходов - со второй группой входов пятого умножителя и первой группой входов второго умножителя, пятая группа выходов - со второй группой входов второго умножителя, шестая группа выходов - со второй группой входов устройства вычитания, группа выходов первого умножителя соединена с первой группы входов первого делителя, группа выходов которого соединена с группой входов квадратора и второй группы входов шестого умножителя, выход квадратора соединен с первой группой входов второго делителя и второй группой входов четвертого умножителя, группа выходов второго делителя, соединен с первой группой входов устройства вычитания, группа выходов которого соединен с первыми группами входов третьего и пятого умножителя, вторая группа входов третьего умножителя соединена с группой выходов второго умножителя, а группа выходов третьего умножителя соединена с первой группой входов четвертого умножителя, группа выходов пятого умножителя соединен с первым входом шестого умножителя, группа выходов четвертого и шестого умножителей соединена с входом седьмого умножителя выход которого является выходом устройства регистрации.
Новыми признаками, обладающими существенными отличиями по способу, является следующая совокупность действий.
1. Заряд ВВ заключают в замкнутую оболочку-ослабитель.
2. Подрывают заряд ВВ с помощью взрывателя.
3. Регистрируют критические параметры детонации данного заряда ВВ в данной оболочке-ослабителе.
4. Определяют величину показателя полноты инициирования данного заряда ВВ.
5. Вызывают детонацию подобного заряда ВВ путем воздействия на оболочку-ослабитель инициирующим элементом.
6. Регистрируют критические параметры детонации подобного заряда ВВ в данной оболочке-ослабителе.
7. Определяют величину показателя полноты инициирования подобного заряда ВВ.
8. Сравнивают величины показателя полноты инициирования для данного и подобного зарядов ВВ.
9. По результатам сравнения судят о степени полноты инициирования подобного заряда ВВ в результате воздействия на него инициирующего элемента.
Новыми элементами, обладающими существенными отличиями по устройству, являются ослабитель, выполненный в виде замкнутой оболочки, в которой размещен заряд ВВ, устройство регистрации, содержащее первый и второй фотоприемником с узким полем зрения, расположенные друг от друга на фиксированном базовом расстоянии, оптические оси которых параллельны, причем оптическая ось первого фотоприемника оптически согласована с внешней поверхностью оболочки-ослабителя заряда ВВ, элемент ИЛИ, триггер, генератор импульсов, элемент И, счетчик, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой умножители, первый и второй делители, квадратор, устройство вычитания и задатчик постоянных величин, а также связи между известными и новыми элементами.
На чертеже изображена функциональная схема устройства. Устройство для оценки полноты детонации заряда ВВ содержит заряд ВВ1, ослабитель 2 и устройство 3 регистрации.
Устройство 3 регистрации содержит первый 4 и второй 5 фотоприемники, элемент ИЛИ 6, триггер 7, генератор 8 импульсов, элемент И 9, счетчик 10, первый 11, второй 12, третий 13, четвертый 14, пятый 15, шестой 16 и седьмой 22 умножители, квадратор 17, первый 18 и второй 19 делители, устройство 20 вычитания и задатчик 21 постоянных величин, причем выход первого 4 фотоприемника соединен с первым входом триггера 7, второй вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 6, выход второго 5 фотоприемника соединен с первым входом элемента ИЛИ 6, второй вход которого является входом обнуления, выход триггера 7 соединен с первым входом элемента И 9, второй вход которого соединен с выходом генератора 8 импульсов, а выход - с первым входом счетчика 10, второй вход которого является входом обнуления, а группа выходов счетчика 10 соединена с первой группой входов первого 11 умножителя, вторая группа входов которого соединена с первой группой выходов задатчика 21 постоянных величин, вторая группа выходов которого соединена со второй группой первого делителя 18, третья группа выходов - со второй группой входов второго 19 делителя, четвертая группа выходов - со второй группой входов пятого 15 умножителя и первой группой входов второго 12 умножителя, пятая группа выходов - со второй группой входов второго 12 умножителя, шестая группа выходов - со второй группой входов устройства 20 вычитания, группа выходов первого 11 умножителя соединена с первой группы входов первого 18 делителя, группа выходов которого соединена с группой входов квадратора 17 и второй группы входов шестого 16 умножителя, выход квадратора 17 соединен с первой группой входов второго 19 делителя и второй группой входов четвертого 14 умножителя, группа выходов второго 19 делителя соединена с первой группой входов устройства 20 вычитания, группа выходов которого соединена с первыми группами входов третьего 13 и пятого 15 умножителя, вторая группа входов третьего 13 умножителя соединена с группой выходов второго 12 умножителя, а группа выходов третьего 13 умножителя соединена с первой группой входов четвертого 14 умножителя, группа выходов пятого 15 умножителя соединен с первым входом шестого 16 умножителя, группа выходов четвертого 14 и шестого 16 умножителей соединена с входом седьмого 22 умножителя, выход которого является выходом устройства 3 регистрации.
0
0
Параметры c, k и ρ входят в математические зависимости, определяющие работу устройства 3 регистрации.
Способ осуществляется следующим образом.
Ослабитель 2 выполняют в виде замкнутой оболочки для обеспечения возможности исследования процесса инициирования зарядов ВВ, заключенных в корпусе боеприпаса (например, бомба, снаряд, ракета и т.п.), с целью приближения эксперимента к реальным условиям применения.
Фотоприемники 4 и 5 выбраны с узким полем зрения для более точного измерения времени прохождения ударной волны от оптической оси первого 4 до оптической оси второго 5 фотоприемников. Оптическая ось первого 4 фотоприемника оптически согласована с внешней поверхностью оболочки заряда ВВ, расстояние между оптическими осями первого 4 и второго 5 фотоприемников выбрано не более нескольких приведенных радиусов исследуемого заряда для обеспечения устойчивой регистрации фронта ударной волны в воздухе. Первый и второй входы счетчика 10 являются соответственно информационным входом и входом обнуления.
2
0
0
0
Задатчик 21 постоянных величин может быть выполнен в виде задатчика цифровых кодов, на выходах которого формируются цифровые коды: первый выход - период следования импульсов ГИ; второй выход - величина базового расстояния между оптическими осями ФП; третий выход - величина c  (квадрат скорости звука); четвертый выход - величина константы ; пятый выход - величина 2ρ (где ρ - плотность воздуха); шестой выход - кодовый сигнал, соответствующий единице.
Перед опытом устройство 3 регистрации через вход обнуления приводится в исходное состояние. Далее, заряд ВВ 1, заключенный в замкнутом ослабителе-оболочке (например, бомбу), подрывают с помощью взрывателя. Регистрируют первым фотоприемником 4, а затем и вторым фотоприемником 5 светящийся фронт воздушной ударной волны, образовавшейся в окружающей среде в результате подрыва заряда ВВ 1.
Сигнал с выхода первого фотоприемника 4 поступает на первый вход триггера 7, что приводит к появлению сигнала на первом входе элемента И 9. Это приводит к срабатыванию элемента И 9 и импульсы генератора 8 импульсов начинают поступать на информационный вход счетчика 10, где накапливаются.
Сигнал с выхода второго фотоприемника 5 поступает через элемент ИЛИ 6 на нулевой вход триггера 7, что приводит к его срабатыванию, а следовательно, к исчезновению сигнала на первом входе элемента И 9. Это, в свою очередь, препятствует прохождению импульсов генератора импульсов 8 на информационный вход счетчика 10.
Таким образом, в счетчике 10 оказывается накоплено число импульсов, пропорциональное временному интервалу прохождения воздушной ударной волны от оптической оси первого 4 фотоприемника до оптической оси второго 5 фотоприемника.
Далее устройство 3 регистрации реализует известные математические зависимости для определения параметров ударной волны в воздухе [3]:
где ΔP - давление на фронте ударной волны;
u - скорость среды на фронте ударной волны;
0
ρ - плотность воздуха;
D - скорость фронта ударной волны в воздухе;
c - скорость звука в воздухе;
- отношение теплоемкости при постоянном давлении к его теплоемкости при постоянном объеме.
Реализация приведенных выше математических зависимостей осуществляется следующим образом: на выходе первого умножителя 11 формируется сигнал, соответствующий времени движения фронта ударной волны от оптической оси первого 4 фотоприемника до оптической оси второго 5 фотоприемника. Этот сигнал поступает на вход первого 18 делителя, на второй вход которого со второго выхода задатчика 21 постоянных поступает кодовый сигнал, несущий информацию о базовом расстоянии между первым 4 и вторым 5 фотоприемником.
2
2
На выходе первого 18 делителя получается кодовый сигнал, соответствующий средней скорости D воздушной ударной волны в ближней зоне взрыва заряда ВВ 1. С выхода первого делителя 18 кодовый сигнал, соответствующий скорости D фронта воздушной ударной волны, поступает на вход квадратора 17 и на второй вход шестого умножителя 16. С выхода квадратора 17 кодовый сигнал, соответствующий D, поступает на первый вход второго 19 делителя, на второй вход которого поступает со второго выхода задатчика 21 постоянных величин кодовый сигнал, пропорциональный квадрату скорости звука c.
На выходе второго делителя 19 формируется кодовый сигнал, соответствующий отношению . Этот сигнал поступает на первый вход устройства 20 вычитания, на второй вход которого с шестого выхода задатчика 21 постоянных величин, поступает кодовый сигнал, соответствующий единице. На выходе устройства 20 вычитания формируется кодовый сигнал, соответствующий . Этот сигнал поступает на первые входы третьего 13 и пятого 15 умножителей. При этом на второй вход пятого умножителя 15 с четвертого выхода задатчика 21 постоянных величин поступает кодовый сигнал, соответствующий величине константы . Следует отметить, что этот же сигнал поступает на второй вход второго умножителя 12.
На выходе пятого умножителя 15 формируется кодовый сигнал, соответствующий  Этот сигнал поступает на первый вход шестого 16 умножителя, на второй вход которого поступает с выхода первого делителя 17 кодовый сигнал, соответствующий D.
0
2
На выходе шестого 16 умножителя формируется сигнал, соответствующий скорости среды на фронте ударной волны u. Кодовый сигнал, соответствующий плотности воздуха 2ρ, с пятого выхода задатчика 21 постоянных величин поступает на первый вход второго 12 умножителя. На второй вход этого умножителя поступает, как указывалось выше, кодовый сигнал, соответствующий . С выхода второго 12 умножителя сигнал, соответствующий , поступает на второй вход третьего умножителя 13. На выходе третьего 13 умножителя формируется сигнал, соответствующий  Этот сигнал поступает на первый вход четвертого 14 умножителя, на второй вход которого поступает кодовый сигнал, соответствующий D, с выхода квадратора 19.
На выходе четвертого 14 умножителя формируется сигнал, соответствующий давлению на фронте ударной волны ΔP.
Таким образом, устройство 3 регистрации регистрирует критические параметры детонации исходного заряда ВВ 1 в данной оболочке-ослабителе 2 - давление ΔP и скорость u. Далее сигналы, пропорциональные ΔP и u, поступают на вход седьмого умножителя, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный величине показателя полноты инициирования заряда ВВ 1.
Далее вызывают детонацию подобного заряда ВВ 1 путем воздействия на оболочку-ослабитель 2 инициирующим элементом и при этом регистрируют и измеряют параметры детонации этого заряда ВВ 1 с помощью устройства 3 регистрации, определяют величину показателя полноты инициирования подобного заряда ВВ 1, сравнивают измеренные величины показателей полноты инициирования детонации данного и подобного зарядов ВВ 1 и по результатам сравнения судят о степени полноты инициирования подобного заряда ВВ 1.
Источники информации
1. П.М.Хоув, Дж.Л.Уотсон, Р.Б.Фред. Чувствительность зарядов ВВ в оболочке к удару осколков. US Noval Acedemy, Annapolis, Maryland, июнь 16-19, 1981 г.
2. Физика взрыва Ф.А.Баум, Л.П.Орленко, К.П.Станюкович и др. М. Наука, 1975 г.
3. А.Н.Дорофеев, А.П.Морозов, Р.С.Саркисян. Авиационные боеприпасы. М, ВВИА им. проф. М.Е.Жуковского, 1978 г.