СПОСОБ ОТСЕЧКИ ФРАГМЕНТОВ КУМУЛЯТИВНОЙ СТРУИ
METHOD FOR ISOLATION OF FRAGMENTS OF CUMULATIVE JET

Изобретение относится к области экспериментальной физики и может использоваться совместно с метающими устройствами кумулятивного типа (КМУ) при исследовании высокоскоростного взаимодействия тел, например, при моделировании воздействия метеоритно-техногенных частиц на защиту космических аппаратов.
Для моделирования требуется обеспечить отсечку сопутствующих металлических фрагментов кумулятивной струи позади сформированного при помощи метающего устройства компактного элемента (КЭ).
Известен способ выделения (отсечки) КЭ из головной части кумулятивной струи (КС) (см. книгу под ред. Л.П. Орленко «Физика взрыва», т. 2, изд-во «Физматлит», М., 2002 г., с. 37). Реализующий этот способ отсекающий механизм состоит из металлической пластины, взрывчатого вещества» детонирующего шнура. Выделение (отсечка) КЭ из головной части КС происходит при метании взрывом металлической пластины сбоку на струю или же для отсекания используется детонация бокового заряда отсекающего механизма.
Основным недостатком способа является сложность синхронизации запуска отсекающего механизма.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ отсечки фрагментов кумулятивной струи, описанный в патенте РФ №53429 «Кумулятивное метающее устройство», МПК F42B 12/10 (2006.01), опубл. 10.05.2006, Бюл. №13. Устройство отсечки представляет собой расширение на выходном участке сужающегося канала металлической плиты с открытой кумулятивной полостью, установленной сплошным торцом к заряду взрывчатого вещества (ВВ). Форма расширения может быть выполнена асимметричной относительно оси.
При детонации заряда ВВ в материале плиты на выходе из КМУ генерируется мощная асимметричная ударная волна (УВ). Расширяющийся выходной участок канала асимметричной формы при схлопывании под действием этой УВ уводит в сторону растягивающуюся "хвостовую" часть струи и, в итоге, по предполагаемой траектории полета движется одиночный высокоскоростной КЭ. Данный способ выбран в качестве прототипа для заявляемого способа.
Основным недостатком этого способа отсечки, выявленным в ходе экспериментальной проверки, является нестабильность формы КЭ. По-видимому, причиной этого является преждевременное воздействие материала асимметричного участка устройства отсечки на выделяемый из головной части кумулятивной струи КЭ.
Решаемой технической задачей является создание способа отсечки фрагментов кумулятивной струи, позволяющего выделить одиночный стабильный по форме металлический КЭ.
Ожидаемый технический результат - проведение экспериментальных исследований высокоскоростного взаимодействия одиночного стабильного по форме КЭ с преградами.
Технический результат достигается за счет того, что в заявляемом способе отсечки фрагментов кумулятивной струи, следующей за сформированным с помощью кумулятивного метающего устройства компактным элементом, включающем генерирование на выходе из КМУ асимметричной ударной волны, уводящей в сторону фрагменты кумулятивной струи, в отличие от прототипа, асимметричную ударную волну формируют при помощи закрепленного снаружи КМУ соосно кумулятивной выемке с заданным зазором относительно его торца отсекающего устройства в виде снабженного асимметричным выступом со стороны КМУ сплошного металлического цилиндра с продольным сквозным каналом с выполненным внутри канала уступом, при этом цилиндр со стороны КМУ снабжают асимметричным выступом, а диаметр канала со стороны ближнего к КМУ торца выполняют больше диаметра канала со стороны дальнего торца.
Установка снаружи КМУ соосно кумулятивной выемке с заданным зазором относительно его торца отсекающего устройства в виде снабженного асимметричным выступом со стороны КМУ сплошного металлического цилиндра с продольным сквозным каналом с выполненным внутри канала уступом, при этом снабжение цилиндра со стороны КМУ асимметричным выступом, выполнение диаметра канала со стороны ближнего к КМУ торца больше диаметра канала со стороны дальнего торца приводит к тому, что исключается непосредственное распространение ударной волны от КМУ к отсекающему устройству. При выходе УВ на свободную поверхность КМУ, в котором выполнена кумулятивная выемка, начинается его движение в сторону асимметричного выступа отсекающего устройства, в результате взаимодействия с которым генерируется асимметричная УВ, приводящая к асимметричному течению материала элемента КМУ, в котором выполнена кумулятивная выемка, и уводу в сторону фрагментов кумулятивной струи, следующих за КЭ. За счет появления боковой составляющей скорости фрагменты кумулятивной струи тормозятся о стенки сквозного канала отсекающего устройства. Для большей эффективности торможения фрагментов КС диаметр сквозного канала со стороны дальнего по отношению к КМУ торца выполняют больше диаметра канала со стороны дальнего торца.
Изобретение поясняется чентежами. На фиг. 1 изображено КМУ совместно с отсекающим устройством, поясняющее осуществление способа, на фиг. 2 полями распределения плотности на моменты времени t=10 мкс и t=11 мкс проиллюстрирован процесс взаимодействия кумулятивной струи и асимметричного выступа отсекающего устройства.
Заявляемый способ осуществляется при работе КМУ совместно с отсекающим устройством следующим образом.
Кумулятивное метающее устройство содержит в данном примере выполнения заряд ВВ 1, систему инициирования 2 и металлическую плиту 3 с кумулятивной выемкой 4. Снаружи КМУ соосно кумулятивной выемке 4 с заданным зазором 5 относительно его торца закрепляют отсекающее устройство в виде сплошного металлического цилиндра 6 с продольным сквозным каналом 7 с выполненным внутри канала уступом 8, при этом цилиндр со стороны КМУ снабжают асимметричным выступом 9, а диаметр канала 7 со стороны ближнего к КМУ торца выполняют больше диаметра канала со стороны дальнего торца.
В данном примере выполнения зазор 5 между отсекающим устройством и КМУ образован при помощи тонкой стенки 10 сплошного металлического цилиндра 6.
При срабатывании системы инициирования 2 подрывается заряд ВВ 1. В результате схлопывания кумулятивной выемки 4 в металлической плите 3 формируют высокоскоростную кумулятивную струю. При выходе УВ на свободную поверхность торца КМУ (в данном примере на свободную поверхность металлического диска 3) начинается движение диска в сторону асимметричного выступа 9 отсекающего устройства, в результате взаимодействия с которым генерируется асимметричная УВ, приводящая к асимметричному течению материала элемента КМУ, в котором выполнена кумулятивная выемка (металлического диска 3), и уводу в сторону фрагментов кумулятивной струи, следующих за КЭ. За счет появления радиальной составляющей скорости фрагменты кумулятивной струи тормозятся о стенки сквозного канала 7 отсекающего устройства. Для большей эффективности торможения фрагментов КС, диаметр сквозного канала 7 со стороны дальнего по отношению к КМУ торца выполняют больше диаметра канала со стороны дальнего торца.
Заявляемый способ позволяет обеспечить удар с преградами стабильного по форме одиночного компактного элемента.
Таким образом, решается задача проведения исследований высокоскоростного взаимодействия КЭ с преградами.