ПЛОСКОВОЛНОВОЕ НАГРУЖАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
PLANE WAVE LOADING DEVICE

Изобретение относится к области проведения экспериментов для исследования свойств материалов под воздействием плоских ударных волн, конкретно к плосковолновому нагружающему устройству, которое может найти применение в газодинамических исследованиях, проводимых в научных институтах. В частности, оно может быть использовано для исследования процессов выброса потоков частиц и диспергирования металлов при выходе нестационарной ударной волны на свободную поверхность с применением широкого диапазона регистрирующих методик.
Известна конструкция устройства нагружения по заявке WO 9416283 (публик. 1.07.1994), способного создавать более плоский фронт детонационной волны, чем это возможно в соответствии с предшествующим уровнем техники. Устройство содержит средство инициирования - слой взрывчатого вещества (ВВ), который разгоняет металлический лайнер в форме конуса. Слой ВВ инициируется средством инициирования в вершине конуса. Угол раствора конуса подобран так, чтобы лайнер подлетал к определенной базе одновременно.
Недостатком устройства является наличие особой точки на оси, которая не позволяет добиться одновременного удара лайнера по всей плоскости нагружения. Кроме этого, при разгоне конического лайнера его поверхность уменьшается, что приводит к утолщению лайнера к центру - к оси симметрии. Это также приводит к разнодинамичности нагружения.
Известна конструкция устройства нагружения, с помощью которого осуществляют формирование взрывной волны заданной формы в зарядах ВВ по патенту RU 2628115 (публик. 15.08.2017). Устройство включает источник инициирования и средство инициирования основного заряда ВВ, представляющее собой двухслойную инертную матрицу с детонационной разводкой в виде заполненных ВВ сети каналов, верхний слой которой включает общий входной участок детонационной разводки, а нижний - концевые участки, расположенные в сквозных отверстиях, выполненных в этом слое, кроме того верхний слой включает участки, расположенные вдоль поверхности слоя, и участки, расположенные в сквозных отверстиях, выполненных в нем, а нижний слой матрицы также включает участки детонационной разводки, расположенные вдоль его поверхности, при этом к нижнему слою матрицы примыкает подслой из ВВ, контактирующий с поверхностью ВВ концевых участков детонационной разводки, причем сквозные отверстия нижнего слоя выполнены с определенным шагом, который выбран экспериментально. Изобретение позволяет повысить синхронность срабатывания устройства при повышении технологичности изготовления.
Главным недостатком данного устройства является то, что в процессе инициирования детонационной волны в точках формируется трехмерная картина, как детонационного фронта, так и течения продуктов взрыва за фронтом. Сформированные возмущения не затухают длительное время и не позволяют добиться плоского и одномерного нагружения исследуемых образцов.
Из описания к патенту RU 2722192 (публик. 28.05.2020) известно плосковолновое нагружающее устройство, используемое в радиографических экспериментах по исследованию ударно волнового выброса частиц со свободной поверхности и диспергирования металлов. Устройство выбрано в качестве ближайшего и включает источник инициирования, средство инициирования и основной заряд ВВ, при этом на нагружаемой поверхности основного заряда ВВ размещен слой пластического ВВ, а средство инициирования выполнено двухкаскадным, каждый каскад которого содержит разгоняемую своим слоем пластического ВВ фольгу, причем слой с фольгой верхнего каскада установлен под углом α к нагружаемой поверхности второго каскада с возможностью инициирования в режиме скользящей детонации установленным со стороны приподнятого торца средством инициирования, и слой с фольгой второго каскада установлен под углом β к нагружаемой поверхности основного заряда ВВ с возможностью инициирования в режиме скользящей детонации, углы α и β подобраны из условия одновременности подлета к нагружаемым поверхностям.
Недостатком ближайшего аналога является то, что двухкаскадная конструкция может привести к нестабильности работы из-за разнодинамичности, вклад в которую вносит каждый каскад и разновременности.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение стабильности работы путем уменьшения разновременности и разнодинамичности.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в конструкции плосковолнового нагружающего устройства, включающего основной заряд ВВ с размещенным на его нагружаемой поверхности слоем пластического ВВ, источник инициирования и средство инициирования, включающее в себя инертную подложку со слоем пластического ВВ, состоящего из принимающего детонационный импульс участка, проходящего по торцу подложки, и соединенного с ним участка, разгоняющего фольгу, которая примыкает к нему, последние установлены по отношению к нагружаемой поверхности под углом, подобранным из условия одновременности подлета и инициирования в режиме скользящей детонации, новым является то, что средство инициирования выполнено однокаскадным в виде составной подложки с внутренней полостью, в которой размещена демпфирующая вставка с формированием затора между ней и нижней частью подложки, при этом торец подложки с принимающим детонационный импульс участком пластического взрывчатого вещества выполнен по цилиндрической поверхности, причем на наружной поверхности подложки дополнительно размещен слой пластического взрывчатого вещества в виде сектора, исходящего от источника инициирования до соединения со слоем принимающего детонационный импульс участка.
Выполнение средства инициирования однокаскадным, который содержит разгоняемую слоем пластического ВВ фольгу, позволяет за счет геометрической формы корпуса преобразовать инициирование из точки в инициирование по площади при использовании малого количества ВВ, уменьшает разнодинамичность.
Конструкция средства инициирования позволяет осуществить инициирование из точки в режиме скользящей детонации и одновременный подлет фольги по всей плоскости нагружения слоя пластического ВВ. При такой конструкции осуществляется разворот фронта расходящейся детонационной волны от точечного инициирования слоя пластического взрывчотого вещества в линию, что позволяет компенсировать разницу длин путей от точки инициирования до места на нижнем слое пластического взрывчатого вещества, на котором расположена фольга под углом к нагружаемой поверхности основного заряда.
На фигурах 1, 2 представлено в общем виде заявляемое изобретение - плосковолновое нагружающее устройство, где:
1 - точка инициирования (место под ЭД);
2 - столбик из пластического ВВ на основе ТЭНа для точечного инициирования;
3 - подложка из оргстекла;
4 - листы из пластического ВВ на основе ТЭНа;
5 - фольга медная;
6 - заряд ВВ на основе октогена;
7 - проставка из пенопласта.
Примером конкретного выполнения заявляемого устройства может служить плосковолновое нагружающее устройство, используемое при исследовании радиографическим методом процессов диспергирования и выброса потока частиц металла при выходе нестационарной ударной на свободную поверхность с возмущениями.
Нагружающее устройство состоит заряда на основе октогена 6, источника инициирования, установленного в точке инициирования 1, однокаскадного средства инициирования в виде составной из 2 частей подложки 3 с внутренней полостью, в которую помещена демпфирующая проставка из пенопласта 7 с формированием зазора между ней и нижней частью подложки. Слои пластического ВВ 4 на основе ТЭНа толщиной 2 мм размещены на поверхностях подложки и основного заряда. Слой пластического ВВ, размещенный на подложке 3 состоит из принимающего детонационный импульс участка, проходящего по торцу подложки, и соединенного с ним участка, разгоняющего медную фольгу толщиной 0,2 мм, которая примыкает к нему, последние установлены по отношению к нагружаемой поверхности под углом α=14,9° и подобран так, чтобы фольга, разогнанная до скорости 2 км/с, одновременно и по всей плоскости подлетала к слою пластического ВВ на основе ТЭНа, расположенного на поверхности заряда из октогена. Торец подложки с принимающим детонационный импульс участком пластического ВВ выполнен по цилиндрической поверхности, причем принимающий детонационный импульс участок соединен с дополнительным слоем пластического ВВ в виде сектора, исходящего от источника инициирования вдоль поверхности подложки до соединения с торцевой частью.
Работа устройства заключается в следующем.
При задействовании ЭД в точке инициирования 1, детонационный импульс по прутку 2 передается на слой пластического ВВ 4, инициируя в нем детонацию в одной точке. Форма подложки 3 позволяет преобразовать расходящейся фронт детонации в плоский фронт. Далее разгон фольги 5 осуществляется продуктами взрыва скользящей детонации. Размещение на нагружаемой поверхности основного зарядам слоя более чувствительного пластического ВВ позволяет после удара фольги по слою пластического ВВ инициировать основной заряд по всей поверхности без задержки. Давление, создаваемое при ударе фольга 5 по слою пластического ВВ 4 основного заряда из октогена, составляет Р=14 ГПа, что достаточно для его инициирования без задержки.
Заявляемая конструкция была опробована. Выбор именно такой конструкции обусловлен минимальным количеством ВВ в сборке, позволяет использовать тонкие защитные экраны, как на системе регистрации, так и на защите источника излучения и получать максимально качественное изображение взрывного процесса, например, радиографическим методом.