Удлиненный заряд взрывчатого вещества

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области взрывного дела и применима при разделке (резке) гомогенных и слоистых преград зарядами специальной конструкции.
Решаемая техническая проблема
Для разрушения (декомпозиции) различных конструкций в практике зачастую используют взрывные технологии. Одним из этапов разрушения является разрезание металлов, гомогенных и слоистых материалов. Такие технологии в стесненных условиях ограничиваются массой взрывчатых веществ (ВВ).
Уровень техники
Наиболее распространенным средством резки металлов и иных гомогенных и слоистых сред являются кумулятивные заряды, действие которых основано на разрушении преграды кумулятивной струей. Для резки особо толстых преград масса кумулятивного заряда значительно возрастает и препятствует их использованию из-за ограничений по опасному воздействию на среду и охраняемые объекты, а также по экономическим показателям.
Известен конкурентный кумулятивным зарядам «Способ резки металла» [1], предусматривающий предварительное выполнение надреза на поверхности металла и последующий подрыв заряда взрывчатого вещества специальной конструкции. В ряде случаев эффективность такого способа недостаточна из-за ограничений по побочному воздействию.
В современных условиях наиболее широко используется «Способ разрезания твердых материалов и устройство для его осуществления» [2], при котором реализуется режим ударно-волнового разрезания материала.
Практические и теоретические основы ударно-волнового течения при наличии инертного тела представлены в работах [3, 4].
При подрыве капсюль-детонатора по заряду ВВ распространяется детонационная волна. На первом этапе эта волна, огибая инертную вставку, на контакте с металлом (материалом) формирует струю из продуктов детонации ВВ. Параметры струи продуктов детонации близки по физической сути к параметрам струи, формируемой при взрыве кумулятивного заряда.
В последующем, на удалении от контакта в преграде благодаря конструкции заряда формируются две одинаковых симметрично сходящиеся синхронизированных ударных волны с конусоподобным фронтом. При взаимодействии волн разгрузки, распространяющихся за ударными волнами сжатия, в плоскости реза возникает область высоких отрицательных давлений (волна Маха), в которой и происходит разрушение твердого материала. Например, в сплавах на основе железа при давлениях более 13 ГПа в процессе разгрузки образуются ударные волны разрежения, что интенсифицирует процесс разрушения металла.
Устройство заряда по этому способу иногда приводит к срыву режима разрезания из-за сложности обеспечения синхронизации.
Аналог
В качестве аналога предлагаемого устройства рассматривается удлиненный заряд взрывчатого вещества [5], выполненный в виде эластичной ленты, включающий взрывчатое вещество, инертную вставку по центру заряда на всю длину и средство инициирования, размещенное, по меньшей мере, в одном гнезде, а само гнездо выполнено в навеске, размещенной со стороны заряда, противоположной инертной вставке.
К недостаткам устройства-прототипа следует отнести низкую надежность формирования волнового поля в разрезаемом материале из-за трудности обеспечения плотного прилегания заряда к материалу, недостаточную технологичность операций, особенно под водой, и перерасход ВВ.
Прототип
Прототипом предлагаемого устройства является заряд взрывчатого вещества [6], выполненный, так же как и устройство-аналог, в виде эластичного желоба. В полости желоба размещается инертная вставка, Со стороны, противоположной желобу, заряд выполнен с закруглением для снижения его массы за счет исключения «паразитного» вклада угловой доли ВВ.
В случае применения заряда-прототипа при его изгибах не обеспечивается надежность передачи детонации и плотность прилегания к разрезаемому материалу, т.е. возможен срыв процесса формирования волны Маха.
Технический результат
Техническим результатом предлагаемого решения является повышение надежности разрезания металлов и материалов за счет полноты и надежности детонации взрывчатого вещества.
Дополнительно предлагаемый заряд должен обеспечивать разрезание металлов и материалов сложной конструкции в атмосфере и под водой.
Достижение технического результата
Технический результат достигается усовершенствованием конструкции заряда.
Схематично разрез удлиненного заряда показан на рисунке (фиг. 1). Ударно-волновой заряд (фиг. 1), состоящий из эластичного ВВ (фиг. 1, поз. 1) и инертной вставки (фиг. 1, поз. 2), размещен на разрезаемом материале (фиг. 1, поз. 3). С противоположной стороны от инертной вставки (фиг. 1, поз. 2) для обеспечения надежного формирования волны Маха в материале (фиг. 1, поз. 3) при разрезании сложных конструкций выполнена канавка (фиг. 1, поз. 4) с закраинами (фиг. 1, поз. 5). Канавка (фиг. 1, поз. 4) служит для фиксации детонирующего шнура (фиг. 1, поз. 6). Кратчайшее расстояние между противоположными краями закраин (фиг. 1, поз. 5) выбирается меньше диаметра детонирующего шнура (фиг. 1, поз. 6), чем обеспечивается функция фиксации.
Полнота и надежность детонации взрывчатого вещества обеспечивается выбором расстояния между канавкой (фиг. 1, поз. 4) и инертной вставкой (фиг. 1, поз. 2). Это минимальное расстояние должно быть не менее величины критического диаметра взрывчатого вещества заряда. В противном случае может наблюдаться эффект затухания процесса детонации либо эффект дефлограции.
Сущность полезной модели
Эффективность разрезания металлов и материалов ударно-волновыми зарядами в значительной степени зависит от плотности прилегания взрывчатого вещества к поверхности этого материала в месте планируемого реза. Для повышения плотности прилегания и снижения, тем самым, вероятности наличия зазоров необходимо увеличивать усилия прижимания и исключать перегибы заряда.
Для усиления жесткости и одновременно обеспечения гибкости заряда (фиг. 1, поз. 1) в теле вставки (фиг. 1, поз. 2), размещается гибкая магнитная полоса (фиг. 1, поз. 7), например, из винилового магнита. В зависимости особенностей выполнения технологических операций и магнитных свойств разрезаемых материалов инертная вставка (фиг. 1, поз. 2) может полностью состоять из гибкой магнитной полосы (виниловый магнит) (фиг. 1, поз. 7).
Без полосы (фиг. 1, поз. 7) в случае крепления заряда на наклонной поверхности затрудняется технологическая работа с зарядом, что может привести к неплотному прилеганию основного заряда (фиг. 1, поз. 1) к материалу (фиг. 1, поз. 3), т.е. к неразрезанию его.
Пример размещения удлиненных зарядов при выполнении работ по резке сложных конструкций (швеллер, двутавр и др.) показан на рисунке (фиг. 2). Один удлиненный заряд (фиг. 2, поз. 1) размещен с одной стороны конструкции (фиг. 2, поз. 2), второй (фиг. 2, поз. 3) - с другой. Заряды (фиг. 2, поз. 1) и (фиг. 2, поз. 3) соединены между собой гибким детонирующим шнуром (фиг. 2, поз. 4). Такая схема передачи детонации наиболее надежна, поскольку угол изгиба детонирующего шнура не превышает 90°.
В процессе экспериментальных исследований по отработке оптимальной конструкции заряда (фиг. 1, поз. 1) установлено, что краевые (угловые) части прямоугольного заряда на эффективность формирования волны Маха в материале не влияют, но увеличивают его фугасное действие. Такой «паразитный» вклад в действие взрыва нивелируется путем закругления (8) заряда (1).
Кроме этих элементов конструкции следует учитывать, расстояние от края канавки (фиг. 2, поз. 4) до инертной вставки (фиг. 1, поз. 2) должно быть не менее величины критического диаметра для ВВ заряда (фиг. 1, поз. 1).
В комплект заряда так же включается щетка для зачистки поверхности, скребок для очистки от водорослей и склеивающие вещество. Эти элементы необходимы для комплексности решения поставленной задачи.
Обоснование соответствия критерию охраноспособности «новизна»
Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку в общедоступных источниках нет сведений об устройствах, аналогичных предлагаемой конструкции удлиненного заряда.
Обоснование соответствия критерию охраноспособности «приоритетный уровень»
Предлагаемое техническое решение охраноспособно, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заряд взрывчатого вещества должен выполняться по предлагаемой конструкции.
Обоснование соответствия критерию охраноспособности «промышленная применимость»
Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы стандартное оборудование, приспособления и материалы.
Результаты экспериментальной проверки реализации способа
Предлагаемая конструкция заряда многократно опробована при резке сложных преград в полевых условиях, под водой и при низких температурах на экспериментальных площадках ФГУП «СКТБ «Технолог» и на военных полигонах.
Обоснование технико-экономической эффективности изобретения
Предлагаемое устройство целесообразно использовать при проведении сложных взрывных работ по резке металлических и прочих конструкций в стесненных условиях и под водой.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Способ резки металла. А.С. СССР №1557786 от 30.05.1988 г.
2. Способ разрезания твердых материалов и устройство для его осуществления Патент РФ №2119398 от 29.07.1998 г.
3. Михайлов Н.П. Технологические основы управления ударно-волновыми процессами. Докторская диссертация, БГТУ «Военмех», 2001 г.
4. Чижова-Ноткина Е.А. Численное исследование динамического нагружения конденсированных сред. Кандидатская диссертация, БГТУ «Военмех», 2003 г.
5. Удлиненный заряд взрывчатого вещества. Патент РФ на полезную модель №169487 от 03.08.2016 г. БИПМ №9, 2017 г.
6. Заряд для разрезания твердых материалов (варианты). Патент РФ на изобретение №2701600 от 03.07.2017 г. БИПМ №1, 2019 г.