Неразрушаемый транслятор детонации
NON-DESTRUCTIBLE DETONATION TRANSLATOR

Изобретение относится к бортовой пироавтоматике изделий ракетно-космической, авиационной, специальной техники и может быть использовано в системах разведения детонационных команд, а также в устройствах взрывной логики.
Решая свою основную задачу надежной передачи в заданном направлении по установленной циклограмме детонационных импульсов от инициирующих устройств к исполнительным устройствам (разрывным болтам, замкам, чекам и т.д.), трансляторы детонации (в специальной литературе часто называемые зарядами-трансляторами), должны удовлетворять ряду специфических требований, к числу которых помимо высоких значений восприимчивости к детонации и передаваемого инициирующего импульса относят минимальное негативное воздействие на конструкцию летательного аппарата (ЛА), его чувствительные узлы, агрегаты, служебную и научную аппаратуру. Для этого, при срабатывании транслятора, необходимо обеспечить минимальный уровень ударных и вибрационных нагрузок, отсутствие металлических и неметаллических высокоскоростных осколков, газообразных продуктов детонации взрывчатого вещества (ВВ) и конденсированной фазы в виде сажи (К-фазы), при этом транслятор должен иметь удовлетворительные габаритно-компоновочные и конструктивные характеристики.
Известны ударно-волновые трубки-волноводы, входящие в состав систем инициирования (СИН) с низкоэнергетическими проводниками импульсов: отечественных систем СИНВ, УНСИ, ЭДЕЛИН, шведской НОНЕЛЬ, немецкой ДИНАШОК и др. (Граевский М.М. Справочник по электрическому взрыванию зарядов ВВ. Изд. 2-е перераб. и доп. - М.: Рандеву - AM, 2000, с. 388-392). Трубка-волновод, например, для системы СИНВ представляет собой многослойную пластмассовую трубку с наружным диаметром, равным 3,5 мм. На внутренней поверхности напылено ВВ с навеской порядка 20 мг/м.
Недостатками данного типа трансляторов детонации являются: практическая невозможность контроля сплошности напыления ВВ на внутреннюю поверхность трубки по всей ее длине; применение специального взрывного прибора с высокоэнергетической искрой для задействования трубки-волновода; малая скорость передачи детонационного импульса (всего лишь порядка 2000 м/с) и, как результат, - очень низкий инициирующий импульс; невысокие радиационная и термическая стойкость полимерных трубок; недостаточно высокая жесткость устройства.
Известен детонирующий шнур, представляющий собой линейный заряд-транслятор детонационных команд кольцевого типа с малым побочным бризантным действием и с низкими массово-габаритными характеристиками (описание патента СН 520085, опубл. 28.04.1972). Заряд включает сердцевину из бризантного ВВ (гексогена, ТЭНа), размещенную между наружной и внутренней термопластичными полимерными оболочками, и сквозного воздушного канала, расположенного на оси заряда.
Недостатками трансляторов данной конструкции являются недостаточно высокий инициирующий импульс для надежного возбуждения детонации в штатных бризантных ВВ, низкие радиационная и термическая стойкость, невысокая жесткость устройства.
3
Недостатки, присущие данному аналогу, практически полностью устранены в линейном заряде-трансляторе детонационных команд, состоящем из наружной и внутренней металлических оболочек (выполнены из меди), заряда высокобризантного ВВ с плотностью не менее 1,5 г/см, размещенного между ними, и сквозного воздушного зазора на оси заряда, при соотношении толщин оболочек и диаметра воздушного канала 1:1:10 (заявка на изобретение RU №94022115, опубл. 10.04.1997). За счет опережающего воздействия на заряд ВВ ударных волн, распространяющихся по металлическим оболочкам, и воздушной ударной волны, возникающей в сквозном канале, в заряде поддерживается устойчивая детонация с повышенной скоростью (9000 м/с и больше). В результате этого существенно возрастает и инициирующий импульс, передаваемый зарядом-транслятором исполнительному устройству.
Недостатками данного аналога являются высокая сложность технологического процесса изготовления волочением зарядов со строго коаксиальным расположением оболочек, особенно - зарядов большой протяженности, а также невозможность гарантирования сохранения при этом сплошности снаряжения по всей длине заряда, отсутствия осколков, трещин в ВВ в местах гиба заряда-транслятора при раскладке его по сложному профилю на борту летательного аппарата при отсутствии надежных методов инструментального контроля качества таких зарядов.
Известен линейный заряд-транслятор детонационных команд кольцевого типа, являющийся дальнейшим конструктивным развитием предыдущего аналога (описание патента RU 2134254, приоритет от 05.02.1997). Сквозной канал, расположенный на оси заряда, заполнен малосжимаемой средой (например, инертной жидкостью). Для ампулизации среды в канале на торцах заряда-транслятора смонтированы уплотняющие колпачки. За счет инициирования кольцевого заряда ВВ с боковой его поверхности в заряде-трансляторе реализуется режим пульсирующей детонации со скоростью 12000 м/с и выше (зависит от природы среды, заполняющей сквозной канал). Инициирующий импульс при этом возрастает более чем на 30%. Однако в трансляторе данной конструкции ко всем недостаткам предыдущего аналога добавляется еще необходимость выполнения надежной герметизации торцов заряда, выдерживающей все условия старта, полета, посадки (действия у цели) летательного аппарата.
Наиболее близким аналогом к заявленному устройству, выбранным в качестве прототипа, является заряд-транслятор в условно неразрушаемой многослойной оболочке, включающий детонирующий удлиненный заряд (ДУЗ) круглого сечения кристаллического бризантного взрывчатого вещества в металлической оболочке с плотно посаженными (без воздушных зазоров) на него одним и/или несколькими слоями (оболочками) неметаллических материалов с более низкими по сравнению с металлом оболочки ДУЗ значениями акустической жесткости (импедансами) (патент РФ 2554166, приоритет от 28.03.2014). На торцы ДУЗ надеты металлические колпачки, снаряженные взрывчатым веществом и/или составом, и/или взрывчатой композицией из нескольких запрессовок разной плотности, причем запрессовки с наибольшей плотностью размещены в донной части колпачков. Колпачки выполняют роль передаточных и одновременно усилительных зарядов.
Устройство позволяет при весьма удовлетворительных массово-габаритных и эксплуатационных характеристиках надежно транслировать детонационный импульс от любого штатного инициирующего устройства (капсюля-детонатора, электродетонатора, электродетонирующего устройства, взрывателя или взрывательного устройства) к исполнительному устройству той или иной системы автоматики.
Недостатком данного устройства является то, что его можно считать неразрушаемым лишь условно. При сохранении сплошности металлической оболочки ДУЗ в процессе детонации ВВ и, как результат, исключении образования высокоскоростных металлических осколков и продуктов детонации ВВ внешние неметаллические слои-оболочки могут разрушаться с образованием крупных осколков «ремнеобразной» формы. Для исключения засорения ими внутреннего пространства летательного аппарата и ликвидации негативного воздействия их на чувствительное оборудование и приборы конструктивно должны быть предусмотрены перехватывающие экраны или ловушки, которые неминуемо повлекут за собой утяжеление конструкции и ухудшение габаритно-компоновочной схемы изделия в целом.
Кроме того, после срабатывания от таких зарядов-трансляторов исполнительных устройств, к примеру, систем разделения не исключается возможность затекания по сквозным каналам (образуются после взрыва снаряжения (ВВ) ДУЗ) внутрь ЛА сильно нагретых газообразных продуктов детонации или сгорания, содержащих при этом большое количество К-фазы.
Другим недостатком указанного устройства является избыточная мощность взрыва, вызванная необходимостью изготовления ДУЗ с диаметром снаряжения, превышающим значение его критического диаметра детонации. Для штатных индивидуальных кристаллических бризантных ВВ, применяемых для изготовления ДУЗ (гексогена, октогена, ГНС), критические диаметры детонации в зависимости от дисперсности и дефектности кристаллов, плотности заряда, начальной температуры, материала оболочки и ее толщины и т.д. находятся в пределах 0,7÷4,0 мм. В связи с этим диаметр ВВ в 1,0 мм принят в ДУЗ, снаряжаемых кристаллическим ВВ, минимально допустимым.
В результате этого заряд-транслятор имеет достаточно большие (особенно для космической техники) габариты и массы. Приведенный в описании патента в качестве примера заряд-транслятор в условно неразрушаемой трехслойной оболочке имеет наружный диаметр 8,4 мм; масса его составляет примерно 56 г/м.
Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является устранение указанных недостатков и достижение технического результата, включающего:
- исключение разрушения наружных слоев (оболочек) устройства с образованием любых осколков (обломков);
- снижение уровней ударно-волновых нагрузок при срабатывании устройства;
- улучшение массово-габаритных характеристик и компоновочной схемы как отдельно системы трансляции детонационных команд, так и изделия в целом;
- повышение технологичности монтажа устройства и раскладки его по сложному профилю;
- исключение возможности прорыва внутрь ЛА газообразных продуктов взрывчатого превращения в форме детонации или горения после срабатывания от транслятора детонации исполнительных устройств бортовых систем автоматики;
- повышение надежности и расширение функциональных возможностей устройства.
Указанная задача обеспечивается тем, что в отличие от известного неразрушаемого транслятора детонации, включающего детонирующий удлиненный заряд взрывчатого вещества в металлической оболочке, имеющей наружное покрытие из неметаллического материала с импедансом, существенно меньшим, чем у металла оболочки, и заряды-усилители, расположенные по торцам детонирующего удлиненного заряда и выполненные в виде тонкостенных металлических колпачков с размещенными внутри них комбинированным зарядом взрывчатого вещества, состоящим из двух запрессовок разной плотности, у которых высокоплотная часть заряда расположена в донной части колпачков, новым является то, что наружное покрытие металлической оболочки детонирующего заряда выполнено в виде нитяной обмотки из высокопрочных синтетических волокон сверхвысокомодульного материала, при этом детонирующий заряд помещен в тонкостенную металлическую трубку, плотно надетую на нитяную обмотку, а заряды-усилители установлены во внутренней полости наконечников, закрепленных на торцах трубки посредством резьбового соединения, причем донные части колпачков выступают за пределы наконечников, а донная часть внутренней полости наконечников, имеет конусообразное сужение, направленное вершиной в сторону металлической трубки, при этом во внутренней полости каждого наконечника размещено запорное устройство, выполненное в виде запирающего шарика и скользящей втулки, контактирующей основанием с колпачком со стороны его открытой части и обращенной своей носовой частью, выполненной в форме усеченного конуса, в сторону металлической трубки, при этом детонирующий удлиненный заряд взрывчатого вещества размещен в осевом канале, проходящем через конусообразное сужение и скользящую втулку, а каждый наконечник снабжен установочной гайкой с наружной резьбой, обеспечивающей фиксацию транслятора детонации в бортовой системе пироавтоматики.
Кроме того, снаряжением детонирующего удлиненного заряда является тонкий диаметром 0,5÷0,7 мм шнур высокочувствительного и высокобризантного эластичного взрывчатого вещества с малым, порядка 0,2 мм критическим диаметром детонации.
Выполнение наружного покрытия металлической оболочки детонирующего заряда в виде нитяной обмотки из высокопрочных синтетических волокон сверхвысокомодульного материала и помещение детонирующего заряда в тонкостенную металлическую трубку, плотно надетую на нитяную обмотку, способствует оптимизации процесса затухания радиальной ударной волны и снижению уровня ударно-волновых нагрузок, исключению разрушения всех слоев (оболочек) и образования каких-либо осколков (обломков), а также улучшению массово-габаритных характеристик изделия.
Размещение зарядов-усилителей во внутренней полости наконечников, закрепленных на торцах трубки посредством резьбового соединения, когда донные части колпачков выступают за пределы наконечников, повышает надежность функционирования предлагаемого устройства и всей системы трансляции детонационных команд, а также упрощает монтаж устройства на борту ЛА и улучшает его габаритно-компоновочные характеристики.
Снабжение наконечников установочными гайками с наружной резьбой, обеспечивает надежную фиксацию транслятора детонации в бортовой системе пироавтоматики и упрощает монтаж устройства на борту ЛА.
Наличие в донной части внутренней полости наконечников конусообразного сужения, направленного вершиной в сторону металлической трубки, а также наличие во внутренней полости каждого наконечника запорного устройства, выполненного в виде запирающего шарика и скользящей втулки, контактирующей основанием с колпачком со стороны его открытой части и обращенной своей носовой частью, выполненной в форме усеченного конуса, в сторону металлической трубки, а также размещение детонирующего удлиненного заряда в осевом канале, проходящем через конусообразное сужение и скользящую втулку, позволяет исключить возможность прорыва внутрь ЛА сильно нагретых газообразных продуктов взрывчатых превращений, образующихся при срабатывании исполнительных устройств и содержащих большое количество К-фазы, что способствует защите от разрушения оболочек детонирующего удлиненного заряда и повышает надежность устройства и всей системы трансляции детонационных команд.
Снаряжение детонирующего удлиненного заряда тонким диаметром 0,5÷0,7 мм шнуром высокочувствительного и высокобризантного эластичного взрывчатого вещества с малым, порядка 0,2 мм, критическим диаметром детонации способствует снижению уровней ударно-волновых нагрузок при их срабатывании, исключению разрушения всех слоев (оболочек) и образования каких-либо осколков (обломков), а также улучшению массово-габаритных характеристик изделия.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведен общий вид заявленного устройства в разрезе.
Неразрушаемый транслятор детонации включает детонирующий удлиненный заряд взрывчатого вещества 1 в металлической оболочке 2 (например, медной или латунной). Снаряжение (взрывчатая сердцевина) ДУЗ представляет собой тонкий (диаметр 0,5÷0,7 мм) шнур из эластичного взрывчатого вещества (ЭВВ), например высокодисперсного ТЭН или бензотрифуроксана, с очень малым критическим диаметром детонации, равным приблизительно 0,2 мм. Оболочка имеет наружное покрытие 3 из неметаллического материала и выполнена в виде нитяной обмотки из высокопрочных синтетических волокон сверхвысокомодульного материала, например кевлара, у которого импеданс существенно меньший, чем у металла оболочки. По торцам детонирующего удлиненного заряда 1 размещены заряды-усилители 4, выполненные в виде тонкостенных металлических колпачков 5 с комбинированным зарядом взрывчатого вещества, состоящим из двух запрессовок разной плотности 6, 7, у которых высокоплотная часть заряда расположена в донной части колпачков 5. Детонирующий заряд 1 помещен в тонкостенную металлическую трубку 8 (из алюминиевого сплава или нержавеющей стали), плотно, с обжатием надетую на нитяную обмотку 3. С обоих торцов металлической трубки 8 имеется наружная резьба, посредством которой к трубке крепятся наконечники 9 с установочными гайками 10, снабженными наружной резьбой, обеспечивающей надежную фиксацию транслятора детонации в бортовой системе пироавтоматики и удобный и быстрый монтаж устройства.
Заряды-усилители 4 размещаются во внутренней полости наконечников, причем донные части колпачков выступают за пределы наконечников, а донная часть внутренней полости наконечников 9 имеет конусообразное сужение, направленное вершиной в сторону металлической трубки 8. Для удержания продуктов детонации, образующихся при работе исполнительных устройств, во внутренней полости каждого наконечника 9 размещено запорное устройство, выполненное в виде запирающего шарика 11 и скользящей втулки 12, контактирующей основанием с колпачком 5 со стороны его открытой части и обращенной своей носовой частью, выполненной в форме усеченного конуса, в сторону металлической трубки 8. При этом детонирующий удлиненный заряд взрывчатого вещества размещен в осевом канале 13, проходящем через конусообразное сужение и скользящую втулку 12.
При срабатывании устройства детонационный импульс от инициирующего устройства (на чертеже не показано) передается размещенному в металлическом колпачке 5 составному комбинированному усилительному заряду 6, 7. Усилительный заряд инициирует детонирующий удлиненный заряд 1, по которому детонация транслируется к противоположному аналогичному усилительному заряду 4, размещенному в таком же колпачке 5, где импульс усиливается и возбуждает детонацию заряда ВВ исполнительного устройства или механизма (на чертеже не показано). Образующиеся продукты взрыва усилительного заряда приводят в движение скользящую втулку 12 с носовой частью, выполненной в форме усеченного конуса, которая толкает впереди себя шарик 11, и вместе они запирают канал 13 в наконечнике 9, образовавшийся после срабатывания детонирующего удлиненного заряда 1. Металлическая оболочка 2, наружная обмотка 3 и тонкостенная металлическая трубка 8 претерпевают при этом упругие (возможно - упругопластические) деформации, полностью сохраняя свою сплошность.
Предлагаемое изобретение позволяет снизить уровень ударно-волновых нагрузок, исключить возможность разрушения всех слоев (оболочек) и образования осколков, повысить надежность функционирования предлагаемого устройства и всей системы трансляции детонационных команд, а также улучшить массово-габаритные характеристики изделия и упростить монтаж устройства на борту ЛА. При этом, как показали проведенные исследования, в предлагаемой конструкции габариты и массу транслятора детонации можно обеспечить в пределах: наружный диаметр до 3,6÷4,8 мм; масса до 20÷40 г/м (без учета массы наконечников и гаек).