УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ФОРМОЙ ФРОНТА ДЕТОНАЦИОННОЙ ВОЛНЫ
DETONATION WAVE FRONT SHAPE CONTROL UNIT

Изобретение относится к конструкциям кумулятивных боевых частей боеприпасов, включая конструкции сдвоенных кумулятивных зарядов, к кумулятивным перфораторам, применяемых для перфорации нефтяных и газовых скважин, в частности к устройствам управления формой фронта детонационной волны.
Известны устройства управления формой фронта детонационной волны в кумулятивных зарядах, выполненные в виде специальных профилированных вставок (линз), выполненных из инертных или экзотермических реагирующих материалов, устанавливаемых в заряде взрывчатого вещества (ВВ) между инициатором и кумулятивной облицовкой по оси симметрии заряда. Геометрические параметры линзовых узлов определяются типом ВВ, материалом и формой линзы. Экранирующие линзы из инертных материалов изготавливают из пластмассы, пористых порошковых и керамических материалов, парафина, полиэтилена и металлов т.п. Активные линзы из экзотермических материалов изготавливаются из ВВ, скорость детонации которой меньше, чем скорость детонации основного заряда, пиротехнических составов, металлополимеров, содержащие в качестве порошкового наполнителя реакционноспособного металла - титана, магния, цинка и т.д. Линзовый узел выполняет функцию преобразования первоначально расходящийся детонационной волны в сходящуюся с тороидальной формой фронта. Процесс перехода ударной волны в детонацию через материал линзы является существенно нестационарным и даже малые изменения плотности, дисперсности у компонентного состава ВВ, пористых и керамических материалов, дефектности кристаллов ВВ и т.д. могут вызвать существенные искажения фронта генерируемой в конечном счете детонационной волны. Такие устройства управления формой фронта детонационной волны широко представлены в технической литературе [Физика взрыва/ Под ред. Л.П. Орленко. - М.: Физматлит, 2002. -т.2, - 656 с, с.296-299; Кобылкин И.Ф., Селиванов В.В., Сысоев Н.Н. Ударные и детонационные волны. Методы исследования. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. - 376 с. с.301; Физика быстро протекающих процессов/ под ред. Н.А. Златина М.: Мир, 1971, т.2, с.252, с.291-293].
Недостатком данных устройств является наличие в конструкции кумулятивных зарядов, линз, расположенных внутри основного заряда ВВ, снижающего эффективность кумулятивного заряда, а также наличие непосредственной связи промежуточного и основного зарядов ВВ.
Ближайшим техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство управления формой фронта детонационной волны, содержащее осесимметричные промежуточный заряд взрывчатого вещества с детонатором, с противоположной стороны которого примыкает инертная линза, выполненная из материала с низкой скоростью распространения звука, например из свинца или обедненного урана, имеющий в основном плоскую поверхность, расположенную в непосредственной близости от детонатора вещества, и выпуклую поверхность, противоположную упомянутой плоской поверхности или выпукло-выпуклую форму поверхности, основной заряд взрывчатого вещества с кумулятивной выемкой, примыкающий к линзе с обратной стороны, и расположенные в едином корпусе (патент РФ №2160880, кл. МПК F42B 1/00).
Недостатком такой конструкции является сложность ее изготовления, трудности обеспечения сносности отдельных компонентов кумулятивного заряда, т.к. конструкция не обеспечивает центровку узла управления детонационным фронтом, что приводит к существенному снижению кумулятивного действия. Наличие непосредственной связи промежуточного и основного зарядов ВВ. Наличие такой связи может усложнить как саму конструкцию изделия, так и сильно увеличить трудоемкость его изготовления. Кроме того, инертная линза должна иметь значительную толщину, чтобы обеспечить поглощение и задержку ударной волны от предварительного заряда к основному по оси симметрии заряда.
Задачей предлагаемого изобретения является создание устройства управления формой фронта детонационной волны, отличающегося простотой конструкции и повышенной эффективностью и надежностью действия.
Технический результат выражается в том, что в формировании тороидального фронта детонационной волны, с помощью металлической линзы стаканообразной формы, с размещением основного заряда ВВ с кумулятивной выемкой внутри цилиндрической части линзы и с внешним диаметром цилиндрической части линзы, равным внутреннему диаметру корпуса устройства, выполнение линзы и сплошного корпуса боеприпаса раздельными, исключив непосредственную связь промежуточного и основного заряда, тем самым упрощает устройство и повышает его надежность, улучшает качество сборки изделия в целом. А конструкция устройства управления формой детонационного фронта обладает повышенной центровкой и соосностью всех узлов, за счет его формы.
В ряде случаев при использовании чувствительных ВВ в качестве шашки основного заряда, например, ВВ на основе октогена или гексогена, с целью предотвращения преждевременного инициирования основного заряда ВВ и повышения надежности осуществления кольцевого инициирования на внутренней стенки дна линзы или на внешней стороне стенки дна линзы может размещаться прокладка из инертного материала с низкими значениями акустического импеданса, например из оргстекла, полистирола, полиэтилена и т.д.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве управления формой фронта детонационной волны, включающем осесимметричные промежуточный заряд взрывчатого вещества с детонатором, с противоположной стороны которого примыкает инертная линза, выполненная из материала с низкой скоростью распространения звука, основной заряд взрывчатого вещества с кумулятивной выемкой, примыкающий к линзе с обратной стороны, расположенные в едином корпусе, согласно изобретению линза выполнена из металла, имеет форму полого цилиндра с дном, с размещением основного заряда взрывчатого вещества с кумулятивной выемкой внутри цилиндра, внешний диаметр цилиндрической части линзы равен внутреннему диаметру корпуса устройства, линза и корпус выполнены раздельными. При этом на внутренней стенке дна линзы или на внешней стороне стенки дна линзы может размещаться прокладка из инертного материала с низкими значениями акустического импеданса, менее величины акустического импеданса материала линзы, для предотвращения преждевременного инициирования основного заряда ВВ, диаметр прокладки может быть равным или меньше диаметра дна линзы.
При использовании устройства управления детонационным фронтом в боеприпасах с толстым корпусом изделия возможны отказы в работе изделия. Такая ситуация возможна, если корпус и линза выполнены сплошными из одной детали. Это связано с тем, что при детонации предварительного заряда, расширяющийся корпус создает в материале линзы волны разрежения, уменьшающие давление в ударной волне. Это приводит к тому, что давление становится недостаточным для инициирования основного заряда ВВ. Применение отдельного корпуса основного заряда ВВ (цилиндрическая часть линзы) не допускает проникновение волн разрежения в дно линзы. Этим обеспечивается устойчивая кольцевая детонация основного заряда ВВ.
Наличие признаков, отличающих изобретение от прототипа, позволяет сделать вывод о соответствии его критерию «новизна».
На фиг.1 и фиг.2 представлен общий вид устройства, на фиг.3 - приведен пример процесса преобразования детонационной волны со сферически расходящимся волновым фронтом в тороидальную сходящуюся детонационную волну во времени. Устройство содержит (см. фиг. 1-2) инициатор 1, общий сплошной корпус боеприпаса 2, металлическая линза «стаканообразной» формы 3, промежуточный заряд ВВ 4, основной заряд ВВ 5 с кумулятивной выемкой 6, прокладка из инертного материала 7.
Работает устройство следующим образом. Инициатор 1 (электродетонатор, детонирующий шнур, капсюль детонатор) возбуждает симметричную детонационную волну в промежуточном заряде ВВ 4 с формой формы волны детонации близкой к сферически расходящейся. Детонационная волна падает на «стаканообразную» линзу 3, возбуждая тороидальную сходящуюся детонационную волну в основном заряде ВВ 5, за счет выполнения линзы 3 и общего сплошного корпуса изделия 2 раздельными. При этом инициирование основного заряда ВВ 5 в его центральной части исключается, т.к. на давление во фронте детонационной волны уменьшается ниже критического за счет уменьшения его в материале дна линзы 3 и прокладки из инертного материала 7. Под действием продуктов детонации промежуточного заряда ВВ, дно линзы 3 и прокладка 7 начинают выгибаться и сжиматься по оси симметрии устройства, подпрессовывая слой основного заряда ВВ 5. Но вследствие снижения амплитуды давления в ударной волне в этой слоистой системе, детонации по центру заряда 5 не происходит. Ударная волна распространяясь по материалу линзы 3 увеличивает свою амплитуду в угловой области линзы 3 и переходит в сжатое ВВ основного заряда 5, вызывая кольцевой нагрев ВВ основного заряда 5, повышению давления в этой области и детонацию заряда с тороидальным (кольцевым) волновым фронтом детонации. Далее волна детонации распространяется по основному заряду ВВ 5, обеспечивая тем самым требуемый режим нагружения кумулятивной облицовки. Подобрав параметры промежуточного заряда ВВ 4, основного заряда ВВ 5, линзы 3 (толщину стенки дна, материал), прокладки 7 (плотность и скорость звука материала, толщину и диаметр) можно получить симметричную тороидальную сходящуюся детонационную волну из сферической расходящейся детонационной волны.
Предлагаемое устройство управления детонационным фронтом прошло экспериментальную проверку и доступно для методов вычислительного эксперимента. Таким образом решается задача создания устройства управления формой фронта детонационной волны, с простой конструкцией и повышенной эффективностью и надежностью действия.