СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО КОМПАКТНОГО ЭЛЕМЕНТА
METHOD OF FORMING COMPACT METAL ELEMENT

Изобретение относится к области экспериментальной физики и могут быть использовано при исследовании высокоскоростного взаимодействия тел, например при моделировании воздействия метеоритно-техногенных частиц на конструктивные элементы защиты космических аппаратов.
Для моделирования требуется разработка метающих устройств, позволяющих разгонять металлические компактные элементы (КЭ), массы и скорости которых соответствуют диапазонам возможных условий столкновений. К таким устройствам относятся взрывные метающие устройства кумулятивного типа.
Известны способ и устройство двухступенчатого метания элемента (см. книгу под ред. Л.П. Орленко «Физика взрыва», т.2, изд-во «Физматлит», М., 2002 г., стр.40). Устройство состоит из баллистической установки (БУ) и кумулятивного заряда, который выстреливается из БУ. Сначала кумулятивный заряд с металлической облицовкой в поддоне разгоняется с помощью легкогазовой или пороховой баллистической установки, затем с помощью взрывательного устройства детонирует взрывчатое вещество (ВВ) кумулятивного заряда, в результате чего формируется компактный элемент.
Основным недостатком способа и устройства двухступенчатого метания элемента является сложная система подрыва заряда ВВ в полете.
12
Наиболее близкими к заявляемым способу и устройству являются кумулятивное устройство и способ его работы, описанные в патенте РФ №2383849, МПК F42B 1/028, опубл. 10.03.2010, Бюл. №7. Кумулятивное устройство содержит цилиндрический заряд взрывчатого вещества, выполненную в нем осевую кумулятивную выемку в форме полусферы-цилиндра с металлической облицовкой, детонационное устройство. В полости кумулятивной выемки заряда соосно с ней установлен вкладыш в виде металлического стакана с осевой кумулятивной выемкой в форме полусферы-цилиндра и с фланцем со ступенчатой торцевой поверхностью, обращенной к заряду. Вкладыш присоединен к торцевой поверхности облицовки торцевой поверхностью ступени фланца с меньшим диаметром наружной боковой поверхности, а ступень фланца с большим диаметром наружной боковой поверхности, равным или большим диаметра наружной боковой поверхности заряда, расположена с заданным зазором относительно ближе расположенного торца заряда.
При помощи детонационного устройства подрывается заряд ВВ. При схлопывании облицовки в определенный момент времени на ней образуется плоский участок, который при ударе о вкладыш генерирует в материале последнего мощную ударную волну, под действием которой полусферическая часть кумулятивной выемки вкладыша схлопывается, формируя высокоскоростную кумулятивную струю. Подобрав параметры кумулятивной выемки вкладыша (радиус полусферической части и высоту цилиндрического участка) и фланца со ступенчатой торцевой поверхностью, можно получить утолщенную безградиентную головную часть струи, которую можно рассматривать как компактный элемент. Данные способ и устройство выбраны в качестве прототипа для заявляемых способа и устройства соответственно.
Основным недостатком этого способа метания и устройства является относительно невысокая масса формируемого КЭ.
Решаемой технической задачей является создание способа и устройства, позволяющих сформировать металлический компактный элемент с повышенной по сравнению с прототипом массой элемента при относительно небольшом снижении его скорости.
Ожидаемый технический результат - расширение диапазона масс и скоростей КЭ.
Технический результат достигается за счет того, что в способе формирования металлического компактного элемента (КЭ), включающем инициирование осесимметричного основного заряда взрывчатого вещества (ВВ), снабженного кумулятивной выемкой с металлической облицовкой с соосно размещенным в выемке по крайней мере одним металлическим вкладышем, разгон металлической облицовки кумулятивной выемки под действием продуктов взрыва основного заряда, в отличие от прототипа, каждый металлический вкладыш выполняют в форме, аналогичной форме металлической облицовки. Со стороны облицовки вкладыш покрывают слоем дополнительного заряда ВВ, разогнанной металлической облицовкой производят ударное инициирование примыкающего к ней дополнительного заряда ВВ, размещенного на первом по направлению метания металлическом вкладыше, а формирование КЭ производят в результате схлопывания по крайней мере одного металлического вкладыша.
Инициирование основного заряда ВВ может быть осуществлено по его кольцевой поверхности.
Технический результат достигается за счет того, что в кумулятивном устройстве, содержащем осесимметричный основной цилиндрический заряд взрывчатого вещества (ВВ) с осевой кумулятивной выемкой с металлической облицовкой и по крайней мере одним металлическим вкладышем на одной торцевой поверхности основного заряда ВВ, устройство инициирования на другой его торцевой поверхности, в отличие от прототипа, каждый вкладыш имеет форму, аналогичную форме металлической облицовки, а также со стороны облицовки он покрыт слоем дополнительного заряда ВВ.
Точки инициирования устройства инициирования могут быть расположены по кольцу на другой торцевой или боковой поверхности основного заряда ВВ.
Выполнение каждого металлического вкладыша в форме, аналогичной форме металлической облицовки, снабжение вкладыша со стороны облицовки слоем дополнительного заряда ВВ, ударное инициирование разогнанной металлической облицовкой примыкающего к ней дополнительного заряда ВВ, размещенного на первом по направлению метания металлическом вкладыше, приводит к тому, что под действием давления продуктов взрыва дополнительного заряда ВВ происходит схлопывание металлического вкладыша аналогично схлопыванию металлической облицовки кумулятивной выемки основного заряда. При этом облицовка основного заряда продолжает свое движение в сторону металлического вкладыша и за счет идентичных форм металлической облицовки и вкладыша подпирает продукты взрыва дополнительного заряда и не дает им разлететься, увеличиваются время действия продуктов взрыва дополнительного заряда на вкладыш и масса вкладыша, вовлекаемая в процесс формирования КЭ.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображено заявляемое устройство в разрезе, на фиг.2 - рентгенограмма сформированного металлического компактного элемента.
Кумулятивное устройство (см. фиг.1) состоит из осесимметричного основного цилиндрического заряда взрывчатого вещества 1 с осевой кумулятивной выемкой с металлической облицовкой 2 и по крайней мере одним металлическим вкладышем 4 на одной торцевой поверхности основного заряда ВВ 1, устройства инициирования на другой его торцевой поверхности. Каждый вкладыш 4 имеет форму, аналогичную форме металлической облицовки 2, а также со стороны облицовки он покрыт слоем дополнительного заряда ВВ 3.
Точки инициирования устройства инициирования 5 расположены по кольцу на другой торцевой или боковой поверхности основного заряда ВВ 1.
Заявляемый способ реализуется с помощью указанного кумулятивного устройства следующим образом. При помощи устройства инициирования 5 по кольцевой поверхности инициируется основной заряд ВВ 1. Под действием давления продуктов взрыва основного заряда ВВ 1 металлическая облицовка 2 его кумулятивной выемки разгоняется и, набрав некоторую скорость, ударно инициирует примыкающий к ней дополнительный заряд ВВ 3, возбуждая в нем детонационную волну. Под действием давления продуктов взрыва дополнительного заряда ВВ 3 происходит схлопывание металлического вкладыша 4 аналогично схлопыванию металлической облицовки 2 кумулятивной выемки основного заряда 1. При этом облицовка 2 основного заряда 1 продолжает свое движение в сторону металлического вкладыша 4 и за счет идентичных форм металлической облицовки 2 и вкладыша 4 подпирает продукты взрыва дополнительного заряда 3 и не дает им разлететься (увеличиваются время действия продуктов взрыва дополнительного заряда 3 на вкладыш 4 и масса вкладыша 4, вовлекаемая в процесс формирования КЭ). Подобрав параметры вкладыша 4, можно получить утолщенную безградиентную головную часть струи, которую можно рассматривать как компактный элемент.
В зависимости от заданной скорости движения КЭ или его массы выбираются параметры и количество вкладышей, покрытых слоем дополнительного заряда ВВ и помещенных один в другой.
Так, при экспериментальной проверке заявляемых способа и устройства сформирован металлический компактный элемент, масса которого относительно компактного элемента, формируемого по способу и устройству прототипу, повышена более чем в 4 раза при одновременном уменьшении его скорости на величину ≈20%.
Таким образом, решается задача расширения диапазонов масс и скоростей компактных элементов.