Узел разделения малоразмерных объектов "Пироман"
UNIT FOR SEPARATION OF SMALL OBJECTS "PYROMAN"

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к обработке металлов давлением энергией взрыва для разделения тонкостенных металлических конструкций круглой или овальной формы сечения, к системам разделения ракетно-космической техники для разъединения топливных магистралей и прочих трубопроводов, а также для разрушения строп и проводов, в том числе уложенных в теплозащитные кожухи или металлические плетенки.
Типичная конструкция пирорезака (фиг. 1) [1], который используется в авиационной технике и служит для перерубания парашютных строп, электропроводки и стальных проводов, представляет собой корпус 1, в камере 2 которого при срабатывании пиропатрона 3 образуется повышенное давление, под действием которого поршень с резаком 4 перемещаются в сторону наковальни 5 и разрубают кабель 6. Некоторые зарубежные аналоги, например резак 3620 фирмы «Маккормик селф ассошиэйтс», США, имеют клапан-предохранитель, который, находясь в невзведенном положении, при случайном срабатывании пиропатрона через пламегаситель отводит образовавшиеся газы в сторону, тем самым не допуская срабатывания резака. Кроме того, благодаря наличию двух пиропатронов, надежность срабатывания устройства значительно повышается.
К недостаткам подобных изделий относится невозможность их использования для деления связки большого количества многожильных проводов, а также их неэффективность при разделении различного рода металлических труб и магистралей. Также наличие в механизме подвижного элемента (поршня) уменьшает надежность всей системы.
Помимо пирорезака для разделения преград используются детонирующие удлиненные заряды (ДУЗ), которые получили широкое распространение в ракетно-космической технике в качестве систем разделения благодаря своим малым габаритам, быстродействию, высокой надежности, малым энергетическим затратам, простоте в эксплуатации.
Типичная конструкция ДУЗ (фиг. 2а) представляет собой заряд взрывчатого вещества (ВВ) 7, заключенного с большой плотностью в металлическую оболочку 8. В зависимости от поставленных задач используют ДУЗ двух типов: круглые (в поперечном сечении окружность) и кумулятивные (с кумулятивной выемкой в сечении). Существуют ДУЗ с разными вариантами геометрии кумулятивной канавки: с клиновидной (V-образной), полуцилиндрической (U-образной) или серповидной облицовками. Концы зарядов закрыты герметизирующими колпачками, надетыми на компаунде. Для защиты от коррозии и обеспечения гарантийных сроков хранения, заряд покрывают эмалью.
При подрыве ДУЗ элементы облицовки 9 кумулятивной канавки, обжимаясь, движутся к центру. При их соударении образуется кумулятивная струя 10 (фиг. 2б, в), обладающая высокой скоростью и температурой, которая, в результате ее взаимодействия с поверхностью преграды 11, разрезает ее (фиг. 2в, г).
Мощность ДУЗ может варьироваться материалом трубы, диаметром заряда и массой ВВ в зависимости от толщины и материала перерезаемой преграды.
Недостатком при использовании вышеуказанных изделий является то, что в процессе их подрыва образуется большое количество высокоэнергетических осколков оболочки ДУЗ, которые могут повредить или вывести из строя различное оборудование и механизмы, находящиеся в непосредственной близости от заряда, а также представлять угрозу жизни человека, его здоровью и окружающей среде. Кроме того, с целью получения максимального эффекта, кумулятивный заряд необходимо устанавливать на определенном (фокусном) расстоянии от преграды, что, несмотря на наличие металлической оболочки у заряда, которая обеспечивает ему некоторую собственную жесткость, невозможно без использования дополнительных креплений его в посадочном месте. Использование ДУЗ, повторяющего геометрию посадочного места радиусом менее 100 мм, невозможно [3], поскольку при свертывании ДУЗ до мелких размеров происходит нарушение формы кумулятивной канавки, возникают разрывы оболочки, нарушается сплошность ВВ внутри заряда, а при использовании прямых ДУЗ в процессе их установки в посадочное место при невнимательности или недостаточной квалификации сотрудников возможна неправильная ориентация кумулятивной канавки ДУЗ (в сторону от перерезаемой преграды). Такое нарушение направления кумулятивной канавки возможно также при воздействии на изделие различных механических нагрузок и виброударов, что отрицательно влияет на эффективность заряда. Кроме того, для разделения труб малых радиусов, но большой толщины, использование одного или двух, расположенных по обе стороны от преграды, прямых зарядов может быть недостаточным, так как кумулятивная струя, предназначенная для разрезания боковых стенок, будет вынуждена разделять материал относительно большей толщины, нежели в верхней или нижней точках стенок (фиг. 3).
Наиболее близким к предлагаемому узлу разделения является удлиненный кумулятивный заряд (УКЗ) с повышенной эффективностью действия (фиг. 4) [2]. Данный УКЗ, содержащий заряд ВВ 7 в канавке клиновидной формы 12 и металлическую облицовку кумулятивной выемки 13, снабжен неразрушаемым при подрыве металлическим корпусом 14 произвольной геометрической формы. Наличие жесткого корпуса позволяет выставить заряд на фокусное расстояние без использования дополнительного оборудования и предотвращает разлет продуктов детонации в окружающее пространство. Однако металлическая облицовка и корпус УКЗ, между которыми запрессовано ВВ, не являются единым целым - при их некачественном монтаже возможно смещение оболочки от номинального положения, в результате чего может быть нарушена целостность всей конструкции заряда, влияющая на эффективность. Также их изготовление является технологически возможным только для УКЗ прямой формы или с большим радиусом изгиба, в то время как для разрушения мелкоразмерных объектов требуются заряды малых диаметров, возможность изготовления которых является маловероятной или чересчур трудоемкой для подобных конструкций.
Таким образом, задачей предлагаемого изобретения является создание надежного узла разделения малоразмерных объектов с повышенной эффективностью действия ДУЗ и с обеспечением высокой безопасности при его срабатывании.
Поставленная задача решается тем, что предлагаемый узел разделения малоразмерных объектов (фиг. 5) состоит из неразрушаемого при подрыве корпуса произвольной формы в виде двух скрепленных между собой болтами сегментов 15, каждый из которых имеет загнутую параболическую в сечении выемку 16 под ДУЗ 17 и служит в качестве защитного кожуха, предотвращающего разлет продуктов детонации в окружающее пространство и придания конструкции жесткости. Посадочное место спроектировано таким образом, чтобы исключить возможность неправильной установки ДУЗ и нарушения ориентации кумулятивной канавки в процессе его эксплуатации. В сегмент заряд установлен на компаунд или клей.
Также данная конструкция подходит для разделения труб малых радиусов (менее 100 мм), но большой толщины, благодаря использованию двух сегментов с зарядами, каждый из которых имеет минимально возможный для конкретного типа ДУЗ радиус скругления, что увеличивает режущую способность кумулятивной струи по сравнению с прямыми зарядами за счет приближения направления движения струи к нормали от боковых точек объекта.
Использование одного электродетонатора (ЭД) для задействования сразу нескольких ДУЗ достигается формой корпуса устройства, обеспечивающей непосредственную близость нахождения зарядов друг к другу, что значительно уменьшает стоимость всего узла. Существует возможность отсрочки срабатывания на 3-8 с при использовании ЭД с замедлением типа ЭД-ЗД-3, -4, -8.
Источники информации
[1] Вспомогательные системы ракетно-космической техники. М.: Мир, 1970.
[2] Патент РФ 2107885, РФЯЦВНИИТФ, 1998.
[3] ГОСТ В 22920-78.