ЭКРАН ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ОСКОЛКОВ

Полезная модель относится к области техники обеспечения защиты от высокоскоростных осколков, образующихся при взрыве зарядов взрывчатого вещества (ВВ), имеющих металлические наружные корпуса и внутренние лайнеры.
При взрыве таких зарядов ВВ могут образовываться высокоскоростные осколки с большой пробивной способностью. Защититься от этих осколков можно, например, экранами из листовой стали. Однако такие экраны имеют ряд недостатков, связанных, в основном, с высокой акустической жесткостью стали, вследствие чего суммарный импульс давления взрыва практически без изменения передается на защищаемый объект (отсутствует демпфирование), могут образовываться вторичные осколки за счет развития в экране откольных явлений или разрушения экрана на фрагменты, которые также имеют большую пробивную способность. Указанных недостатков лишены противоосколочные экраны из металлической сетки.
Известна взрывозащитная камера по патенту RU №2228515, опубликованному 10.05.2004 бюл. №13. Взрывозащитная камера содержит цилиндрический металлический многослойный корпус с двумя днищами, одно из которых имеет загрузочное отверстие с горловиной, герметично закрытое снаружи крышкой, и противоосколочную защиту, выполненную в виде слоев металлической сетки, расположенную на внутренних поверхностях корпуса, днищ и силовой крышки.
Недостатком данного устройства является отсутствие соотношений, позволяющих подбирать количество слоев сетки, защищающих от поражающего действия осколков, образующихся при взрыве конкретного заряда ВВ, корпус и днища камеры, и формировать оптимальный по толщине (соответственно массе) защитный пакет. Также в описании
технического решения не приводится фактическая плотность слоистого пакета, которая в свою очередь существенно влияет на защитные свойства противоосколочной защиты.
Известна бронезащита от пуль со стальным сердечником по заявке RU 2001104691 от 19.02.2001, опубликованная 20.01.2003. Бронезащита выполнена из металлических сеток с величиной ячеек от половины до одного калибра пули, отличающаяся тем, что сетка выполнена из проволоки с твердостью не менее твердости сердечника пули.
Недостатком данного устройства является жесткое требование по величине твердости для проволоки, которое ограничивает выбор материала проволоки.
Наиболее близким аналогом является взрывозащитная подушка по патенту US 5576511, опубликованному 19.11.96. Взрывозащитная подушка содержит первый и второй слои стальных ячеек, расположенных на определенном расстоянии друг от друга, внутренний слой разрезанной металлической фольги и слой заполнителя толщиной не менее 10 см, выполненный из множества эллипсоидов из металлической сетки.
Недостатком указанного устройства является отсутствие упорядоченной структуры защитного слоя, что снижает эффективность защиты от высокоскоростных осколков.
Во всех аналогах не рассмотрены возможности применения предлагаемых бронезащит от высокоскоростных осколков.
Осколки, образующиеся при взрыве зарядов, имеющих металлические наружные корпуса и внутренние лайнеры, представляют наибольшую опасность для расположенных рядом объектов, так как могут вызвать их повреждения, а в случае, если объект содержит заряд взрывчатого вещества, то - его взрыв. В случае применения защитного устройства (взрывозащитной камеры) для снижения последствий или локализации взрыва внутри объема, ограниченного его стенками, эти факторы взрыва могут нанести повреждения стенкам этого устройства и
привести к потере его герметичности, или даже вызвать разрушение всего устройства на части, т.е. быть причиной невыполнения устройством защитных функций.
Решаемая техническая задача состоит в разработке экрана, обеспечивающего эффективную защиту объекта, либо стенок защитного устройства от высокоскоростных осколков, образующихся при взрыве зарядов ВВ с корпусом.
Ожидаемый технический результат от применения устройства - предотвращение повреждения стенок взрыволокализующего контейнера при взрыве в нем заряда ВВ с корпусом, а также предотвращение подрыва соседних зарядов ВВ при групповой перевозке или хранении в случае несанкционированного подрыва одного из них.
Указанная техническая задача решается с помощью экрана, представляющего собой n слоев металлической проволочной тканой сетки.
Новым является последовательное, вплотную друг к другу расположение слоев сетки и экспериментально установленная зависимость выбора параметров экрана для защиты от поля осколков, которые образуются при взрыве различных зарядов, наносящие повреждения в виде кратеров стенкам защитного сооружения (взрывозащитной камеры) или расположенным рядом объектам, в том числе взрывоопасным.
Число n слоев сетки, при заданной плотности пакета, выбирается из условия:
n=kΔ, где
Δ - максимальная глубина пробития экрана из листовой углеродистой стали в мм,
-1
k=8 - эмпирический коэффициент в мм, учитывающий факторы, влияющие на выбор экрана. Так, глубина пробития пакета сеток осколками естественного дробления зависит от подлетной скорости, материала (плотность, прочностные параметры) и размеров (масса, параметры
формы, сечение осколка, которым он взаимодействует с экраном) осколков, которые в свою очередь определяются конструкцией и массой зарядов взрывчатого вещества (ВВ), имеющих металлические наружные корпуса и внутренние лайнеры.
3
Экран представляет собой пакет из n слоев проволочной тканой сетки (ПТС), установленных вплотную друг к другу со средней заданной плотностью укладки ρ=1,2±0,3 г/см.
Образцы экрана из проволочной тканой сетки с размерами ячейки 2×2 мм и диаметром проволоки 0,5 мм были испытаны в опытах с зарядами ВВ в металлическом наружном корпусе, при взрыве которых образовывались высокоскоростные осколки, имевшие максимальную скорость до ~3 км/с. В аналогичных опытах, осколки, воздействуя на плоские экраны из листовой углеродистой стали, приводили к их повреждениям и появлению на их поверхности, обращенной к взрыву, кратеров различной глубины.
Поражающая способность осколков от зарядов ВВ с различными металлическими наружными корпусами и внутренними лайнерами характеризовалась величиной Δ - максимальной глубиной (в миллиметрах) кратеров, образующихся на плоском экране из листовой углеродистой стали.
Техническая осуществимость подтверждена следующими примерами.
1. Для защиты от осколков заряда ВВ с корпусом, вызывающего пробитие стального листового экрана на глубину Δ≤29 мм, требуется из заявленного соотношения использовать экран из сетки с количеством слоев n=8*29=232. Реально в опыте были установлены: экран из металлической сетки с количеством слоев n=80 и за ним дополнительный экран из листовой углеродистой стали. Получено сквозное пробитие 80 слоев сетки и повреждения на стальном экране, установленного за сеткой, с максимальной глубиной кратера 19 мм. Если заменить дополнительный
стальной экран экраном из сетки, выбрав количество ее слоев из условия n=8*А, получим, общее количество слоев сетки, необходимое для защиты от осколочного воздействия: 80+(8*19)=232, что соответствует экрану из сетки, выбранному по заявленному соотношению.
2. Для защиты от осколков заряда ВВ с корпусом, вызывающего пробитие стального листового экрана на глубину Δ≤40 мм, требуется по заявленному соотношению экран из металлической сетки с количеством слоев n=8*40=320.
В опыте было установлено 280 слоев сетки, из которых получили сквозное пробитие 240, остальные 40 слоев имели вмятины. Т.е. выбранный по заявленному соотношению экран из 320 слоев однозначно защитит объект от осколков данного заряда с корпусом.
3. Для защиты от осколков заряда ВВ с корпусом, вызывающего сквозное пробитие стального листового экрана Δ≈35 мм, требуется по заявленному соотношению экран из металлической сетки с количеством слоев n≈8*35=280.
В опыте был установлен экран из 280 слоев сетки, из которых все получили сквозное пробитие. Однако стальной листовой экран, установленный за сеткой, никаких повреждений не имел. Т.е. выбранный по заявленному соотношению экран из 280 слоев защитил объект от осколков данного заряда с корпусом.
Эффективное действие защиты из проволочной тканой сетки связано с демпфированием суммарного импульса давления взрыва и возможностью дробления (разрушения) осколков на более мелкие части при взаимодействии с отдельными слоями сетки по мере их внедрения в пакет и распределения на большую площадь их импульса в направлении, перпендикулярном направлению проникания.