УПРАВЛЯЕМАЯ ДЕТОНАЦИОННАЯ ЛОГИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ
CONTROLLED DETONATION LOGIC CIRCUIT

Изобретение относится к взрывной технике - передатчикам детонации для взрывных устройств (ВУ), а именно - к управляемым цепям передачи и инициирования детонации с блокирующими свойствами, применяемым в горном деле и при строительных работах.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в обеспечении двухрежимности работы детонационной цепи при сохранении ее блокирующих свойств и высокой технической надежности, присущей управляемой детонационной логической цепи (УДЛЦ) за счет ее схемы (см. ниже).
Известно «Предохранительное устройство» (патент DE 3503013, приор. 30.01.1985, опубл. 26.06.1986, МПК F42C 15/18, F42C 15/34), содержащее для включения цепи воспламенения поворотный вал в корпусе, содержащий участки цепи воспламенения, которая должна восстанавливаться перед срабатыванием.
Известно устройство для инициирования заряда взрывчатого вещества (патент FR 2896577, приор. 24.01.2006, опубл. 27.07.2007, МПК F42B 1/02, F42C19/095) в двух режимах, переключение между которыми осуществляется также механически.
Недостатком конструкций известных устройств является то, что применяемые механизмы требуют тщательной отработки для подтверждения безопасности в окружении взрывчатых веществ и надежности в течение длительного срока хранения в различных климатических условиях.
Известна «Бинарная взрывная логическая сеть» (патент US 3768409 А, приор. 10.11.1972, опубл. 30.10.1973, МПК F42D 1/04), представляющая собой детонационную миллисхему с двумя входами и тремя выходами, управляемая выбором сочетаний инициирования входов. Из данных миллисхем предложена также интегральная миллисхема со множеством входов и выходов.
Известно также «Взрывное логическое предохранительное устройство» (патент US 4412493, приор. 04.11.1981, опубл. 01.11. 1983, МПК F42D 1/04), аналогичное предыдущему.
Недостатком этих известных схем является чрезмерная сложность для заявленной задачи, избыточная функциональность, большие габариты и время работы, необходимость сложной системы управления ее инициаторами. Выполнение в ней функции каждого логического элемента «И» не оптимально и обеспечивается сложной сетью каналов и узлами с функцией детонационного диода. Для такой сети расчет работоспособности и исключения ударно-волнового взаимовлияния участков достаточно сложен. Технологически обеспечить надежность таких многоэлементных устройств также достаточно сложно.
Наиболее близким аналогом является схема управляемой детонационной логической цепи (патент RU 2470256 С1, приор. 04.05.2011, МПК F42D 1/04, F42B 3/10, опубл. 20.12.2012, бюл, №35), которая имеет входы, разветвленную детонационную цепь, включающую логический элемент «И» (детонационный триод - ДТ), имеющий два входа для соединения с входами цепи и один выход для соединения с выходом цепи, а также средство предотвращения несанкционированного срабатывания объекта подрыва - отключаемый участок, функционирующий как управляемый канал ввода из строя (УКВС). Недостатком конструкции устройства, построенного по известной схеме, является то, что оно не допускает срабатывание более чем в одном активном режиме и функционально является только включателем детонационной цепи подрыва ВУ.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в расширении функциональных возможностей управляемой детонационной логической цепи за счет возможности реализации двух отличающихся режимов ее активной работы с сохранением блокирующего режима в исходном пассивном состоянии, который исключает в ВУ детонацию основного заряда взрывчатого вещества (или взрывчатого состава, далее - ВВ) от аварийного неодновременного инициирования входов от примыкающих внешних детонаторов, например, при пулевом, осколочном, ударно-волновом или электрическом воздействии на них.
Указанный технический результат достигается управляемой детонационной логической цепью, содержащей два основных участка равной длины, соединяющих первый и второй входы цепи с логическим элементом «И», и отключаемый участок меньшей длины, соединяющий первый вход с логическим элементом «И», за счет того, что в цепь включен дополнительный отключаемый участок, соединяющий имеющийся отключаемый участок со вторым входом цепи. При этом основной участок цепи, соединяющий первый вход цепи с логическим элементом «И», содержит дополнительный логический элемент «И». Логические элементы «И» могут быть соединены с общим выходом цепи, при этом одно из соединений содержит линию задержки. Входы цепи могут быть объединены дополнительным участком, содержащим общий вход, при этом данный вариант также может иметь общий выход, когда одно из подходящих к нему соединений содержит линию задержки.
После отключения основного отключаемого участка его сохранившаяся часть вместе с введенным дополнительным отключаемым участком выполняет функцию нового дополнительного основного участка цепи, который совместно с имеющимся основным участком позволяет инициировать дополнительный логический элемент «И» за счет образовавшейся равной длины кратчайших последовательностей участков от него до входов цепи. После отключения и дополнительного отключаемого участка появляется возможность инициировать основной логический элемент «И» по основным участкам. Поскольку логические элементы «И» соединены с отдельными выходами цепи, то обеспечивается возможность выбора между режимами инициирования детонации основного заряда ВВ ВУ, отличающимися местами его инициирования, путем отключения разных участков цепи.
Тем самым обеспечивается двухрежимность детонационной цепи предложенной схемы и ВУ в целом.
В варианте соединения логических элементов «И» с общим выходом участками разной длины за счет введения линии задержки в выходной участок основного или дополнительного ДТ и выбора ее длины обеспечивается возможность выбора длительности срабатывания цепи также путем выбора отключаемых участков.
В варианте исполнения цепи с объединением входов цепи дополнительным участком, содержащим общий вход, для инициирования детонационной цепи достаточно одного детонатора без жестких требований к времени, точности и стабильности его срабатывания, чего достаточно в ряде конструкций ВУ для обеспечения их работоспособности и безопасности. Т.е. возникает возможность применения в некоторых типах ВУ «непрецизионных» детонаторов с большим временем работы и большей чувствительностью их ВВ к аварийным воздействиям по сравнению с ВВ детонационной цепи и основного заряда ВВ ВУ.
Во всех вариантах исполнения цепи обеспечивается блокирование передачи детонации основному заряду ВВ наличием в цепи детонационных логических элементов «И», требующих для разблокировки одновременных детонационных сигналов на их входах, и расчетным подбором длин участков цепи для исключения этой одновременности.
Примеры конкретных исполнений конструктивных схем УДЛЦ показаны на фигурах.
Фиг. 1 - Схема УДЛЦ с двумя входами и двумя выходами.
Фиг. 2 - Схема УДЛЦ с общим выходом и длительностью работы первого активного режима больше, чем второго на величину Ах.
Фиг. 3 - Схема УДЛЦ с общим выходом и длительностью работы второго активного режима больше, чем первого на величину Ах.
Фиг. 4 - Схема УДЛЦ с одним входом и двумя выходами.
Фиг. 5 - Схема УДЛЦ с одним входом, с общим выходом и длительностью работы первого активного режима больше, чем второго на величину Ах.
Фиг. 6 - Схема УДЛЦ с одним входом, с общим выходом и длительностью работы второго активного режима больше, чем первого на величину Ах.
На фигурах позициями обозначены: 1 - вход, 2 - основной участок, 3 - логический элемент «И» (ДТ), 4 - отключаемый участок, 5 - дополнительный отключаемый участок, 6 - дополнительный логический элемент «И» (ДТ), 7 - выход, 8 - общий выход, 9 - дополнительный участок, 10 - общий вход, 11 - линия задержки, Ат - разница длительности работы активных режимов.
Маленькими стрелками на фигурах обозначены входящие и выходящие детонационные сигналы. Большими стрелками обозначены места управляющих (разрушающих) воздействий на отключаемые участки детонационной цепи.
УДЛЦ может быть разветвленной на поверхности дополнением зеркально симметричной частью относительно оси между детонаторами, либо разветвленной в пространстве дополнением множества таких же частей вокруг той же оси. При этом всего два места управляющего действия на оба УКВС остаются достаточными, что также способствует сохранению уровня надежности цепи.
УДЛЦ может размещаться на поверхностях любой формы при условии сохранения детонационной проводимости участков, сохранения длин участков и их пропорций и отсутствия существенного газодинамического влияния друг на друга.
В качестве логических элементов «И» в предложенной цепи целесообразно применять малогабаритные взрывные логические элементы «И» или детонационные триоды наиболее простой конструкции (Авторское свидетельство SU 1778491 А1, МПК F42B 3/10, F42C 15/00, опубликовано 30.11.1992, приоритет 05.11.1990; патент RU 2527818 С1, МПК F42B 3/10, F42C 19/00, опубликовано 10.09.2015, приоритет 11.04.2013), либо элемент на основе принципов миллисхем, описанных в том числе в упомянутом патенте US 3768409 А, МПК F42D 1/04, F42B 3/10, опубликовано 30.10.1973, приоритет 10.11.1972, но с оптимизированными схемой и конструкцией (патент RU 2616044 С1, МПК F42C 19/00, F42B 3/10, опубликовано 12.04.2017, приоритет 31.03.2016) и с внутренним участком, дополнительно соединяющим входы в каждом ДТ.
Устройство функционирует следующим образом.
Аварийное инициирование входов 1 (фиг. 1) приводит к распространению детонации по основным участкам 2 и неодновременному инициированию входов ДТ 3 и 6 за счет опережающего распространения детонации по основному УКВ С 4 и дополнительному УКВС 5. Происходит отказ УДЛЦ с пассивным взрывом ее ВВ без передачи детонации через ДТ 3 и 6 к выходам 7. Аналогичный отказ УДЛЦ происходит и во всех остальных вариантах исполнения схемы, показанных на фиг. 2...6.
После отключения УКВС 4 и инициирования входов 1 детонация подходит одновременно к ДТ 6, вызывает его срабатывание и передачу детонации на выход 7. Реализуется первый активный режим работы УДЛЦ.
После отключения УКВС 4 и 5 и инициирования входов 1 детонация подходит одновременно к ДТ 3, вызывает его срабатывание и передачу детонации на другой выход 7. Реализуется второй активный режим работы УДЛЦ.
При объединении выходов ДТ 3 и 6 общим выходом 8 с введением линии задержки 11 в участок между выходом ДТ 6 и общим выходом 8 (фиг. 2) после отключения УКВС 4 и инициирования входов 1 детонация подходит одновременно к ДТ 6, вызывает его срабатывание и передачу детонации через линию задержки 11 на общий выход 8. Реализуется первый активный режим работы УДЛЦ с  временем работы.
После отключения УКВС 4 и 5 и инициирования входов 1 детонация подходит одновременно к ДТ 3, вызывает его срабатывание и передачу детонации напрямую на общий выход 8. Реализуется второй активный режим работы УДЛЦ с меньшим временем работы.
Аналогично работает вариант схемы по фиг. 3, но первый активный режим реализуется с меньшим временем работы по сравнению со вторым.
Объединение входов 1 участком 9 с общим входом 10 (фиг. 4) позволяет применять для инициирования цепи один «непрецизионный» детонатор, требования к которому по точности и кратковременности работы могут быть снижены. В остальном работа схемы происходит аналогично схеме по фиг. 1. Остальные схемы с объединенным входом 10 по порядку работы активных режимов также аналогичны схемам с раздельными входами 1: вариант исполнения по фиг. 5 аналогичен варианту исполнения по фиг. 2, вариант исполнения по фиг. 6 аналогичен варианту исполнения по фиг. 3.
Описанные схемы УДЛЦ построены в том числе на основе ряда принципов. Как отмечено в описании изобретения «Отсекающий инициатор (варианты)» (патент RU 2754314 С1, приор. 14.12.2020, опубл. 01.09.2021, бюл. №25) в элементах детоники и миллидетоники, к которым относятся рассматриваемые схемы УДЛЦ, длина каналов и соотношения между ними играют определяющую роль. На принципиальных схемах детоники из-за немгновенной передачи детонационных сигналов необходимо отражать реальные пропорции длин участков детонационных каналов и их форму для подтверждения работоспособности той или иной конфигурации схемы геометрическим построением и расчетом. Приведенные на фигурах схемы удовлетворяют этому требованию и являются работоспособными.
Данные схемы, как и наиболее близкий аналог, реализуют принцип функционального разрыва (Осипцов А. П. Некоторые принципы обеспечения безопасности высокоэнергетичных технических систем при их проектировании // Промышленная безопасность и экология: сборник материалов XIX сессии отраслевой молодежной школы-семинара. - Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2020. - С. 57-63. - 187 с: ил. - ISBN 978-5-9515-0466-1), когда в исходном состоянии цепь схемно заблокирована за счет наличия УКВС, несмотря на стационарность, постоянную механическую цельность и беззазорность основных проводящих участков цепи и ее элементов во всех режимах работы. Для приведения детонационной цепи в рабочее состояние не требуется никаких механических перемещений ее частей. Тем самым гарантируется повышенная надежность и стабильность штатного срабатывания в рабочих режимах.
Также повышенной надежности УДЛЦ способствует реализация принципа применения отключения, а не включения соединений, и возможность применения для отключения максимально простых разрушающих устройств в соответствии с принципом простоты коммутирующих устройств (там же). Способ отключения УКВС может быть любым - механическим, термическим, химическим, миллидетонационным и т.п. При этом основные участки детонационной цепи, необходимые для штатных активных режимов работы устройства, не претерпевают никаких воздействий.
Разработана расчетно-теоретическая модель управляемой детонационной логической цепи и рабочие чертежи устройства с ней, по которым изготовлен опытный образец. Проведены испытания основных элементов цепи, подтверждающие ее работоспособность во всех режимах работы, включая исходное состояние.