ПЛОСКОВОЛНОВОЕ НАГРУЖАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
PLANE WAVE LOADING DEVICE

Изобретение относится к области проведения испытаний для изучения свойств образца под воздействием плоских ударных волн, конкретно к плосковолновому нагружающему устройству, которое может найти применение в целом ряде газодинамических исследований, проводимых в научных институтах. В частности, оно может быть использовано для исследования процессов диспергирования металлов при выходе нестационарной ударной волны на свободную поверхность с применением широкого диапазона регистрирующих методик.
Известна конструкция устройства нагружения по заявке WO 9416283 (публик. 1.07.1994), способного создавать более плоский фронт детонационной волны, чем это возможно в соответствии с предшествующим уровнем техники. Устройство содержит средство инициирования - слой взрывчатого вещества (ВВ), который разгоняет металлический лайнер в форме конуса. Слой ВВ инициируется средством инициирования в вершине конуса. Угол раствора конуса подобран так, чтобы лайнер подлетал к определенной базе одновременно.
Недостатком устройства является наличие особой точки на оси, которая не позволяет добиться одновременного удара лайнера по всей плоскости нагружения. Кроме, этого, при разгоне конического лайнера его поверхность уменьшается, что приводит к утолщению лайнера к центру - к оси симметрии. Это также приводит к разнодинамичности нагружения.
Известна конструкция устройства нагружения, с помощью которого осуществляют формирование взрывной волны заданной формы в зарядах ВВ по патенту RU 2628115 (публик. 15.08.2017). Устройство включает источник инициирования и средство инициирования основного заряда ВВ, представляющее собой двухслойную инертную матрицу с детонационной разводкой в виде заполненных ВВ сети каналов, верхний слой которой включает общий входной участок детонационной разводки, а нижний - концевые участки, расположенные в сквозных отверстиях, выполненных в этом слое, кроме того верхний слой включает участки, расположенные вдоль поверхности слоя, и участки, расположенные в сквозных отверстиях, выполненных в нем, а нижний слой матрицы также включает участки детонационной разводки, расположенные вдоль его поверхности, при этом к нижнему слою матрицы примыкает подслой из ВВ, контактирующий с поверхностью ВВ концевых участков детонационной разводки, причем сквозные отверстия нижнего слоя выполнены с определенным шагом, который выбран экспериментально. Изобретение позволяет повысить синхронность срабатывания устройства при повышении технологичности изготовления.
Главным недостатком данного устройства является то, что в процессе инициирования детонационной волны в точках формируется трехмерная картина, как детонационного фронта, так и течения продуктов взрыва за фронтом. Сформированные возмущения не затухают длительное время и не позволяют добиться плоского и одномерного нагружения исследуемых образцов.
Из описания к патенту RU 2364834 (публик. 20.08.2009) известно плосковолновое нагружающее устройство, используемое в экспериментах по определению скорости и асимметрии движущейся поверхности. Устройство выбрано в качестве ближайшего аналога и включает источник инициирования - электродетонатор (ЭД), средство инициирования - коническую линзу из ВВ, скорость детонации которого больше, чем основного заряда, и основной заряд ВВ, в котором формируется плоская детонационная волна. Коническая линза инициируется ЭД в одной точке в вершине и предназначена для выравнивания фронта детонационной волны в основном заряде ВВ. Продукты взрыва основного заряда разгоняют ударник, взаимодействующий с экраном, под которым размещают приемник с датчиками.
Недостатком ближайшего аналога является то, что такая конструкция может привести к разному профилю волны и, как следствие, к разнодинамичности нагружения. Кроме этого, взрывная линза содержит в своем составе большую массу взрывчатого вещества, что ограничивает ее применение, например, в радиографических экспериментах, т.к. влияет на качество регистрации.
Техническим результатом заявляемого изобретения является уменьшение разнодинамичности нагружения при уменьшении используемого количества ВВ.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в конструкции плосковолнового нагружающего устройства, включающей источник инициирования, средство инициирования и основной заряд ВВ, новым является то, что на нагружаемой поверхности основного заряда размещен слой пластического ВВ, а средство инициирования выполнено двухкаскадным, каждый каскад которого содержит разгоняемую своим слоем пластического ВВ фольгу, при этом слой с фольгой верхнего каскада установлен под углом α к нагружаемой поверхности второго каскада с возможностью точечного инициирования в режиме скользящей детонации установленным со стороны приподнятого торца средством инициирования, а слой с фольгой второго каскада установлен под углом β к нагружаемой поверхности основного заряда с возможностью инициирования по линии в режиме скользящей детонации, углыα и β подобраны из условия одновременности подлета к нагружаемым поверхностям.
Размещение на нагружаемой поверхности основного заряда слоя пластического ВВ позволяет после удара фольги по слою пластического ВВ инициировать основной заряд по всей поверхности без задержки.
Выполнение средства инициирования двухкаскадным, каждый каскад которого содержит разгоняемую своим слоем пластического ВВ фольгу, позволяет преобразовать инициирование из точки в инициирование по площади при использование малого количества ВВ.
Установка слоя с фольгой верхнего каскада под углом а к нагружаемой линии второго каскада с возможностью его инициирования в точке в режиме скользящей детонации установленным со стороны приподнятого торца средством инициирования, позволяет осуществить одновременный подлет фольги к приемной линии второго каскада, в котором в режиме скользящей детонации разгоняется фольга второго каскада.
Установка слоя с фольгой второго каскада под углом α к нагружаемой поверхности основного заряда с возможностью инициирования по линии в режиме скользящей детонации, позволяет осуществить одновременный подлет фольги по всей плоскости нагружения слоя пластического взрывчатого вещества на основе ТЭНа со скоростью 2 км/с. Давление, создаваемое при ударе фольги по слою пластического взрывчатого вещества основного заряда, составляет Р=14 ГПа, что достаточно для его инициирования без задержки.
Выбор углов α и β из условия одновременности подлета к нагружаемым поверхностям позволяет осуществить плоское инициирование пластического взрывчатого вещества на основе ТЭНа и основного заряда по всей поверхности без задержки.
На чертеже представлено в общем виде плосковолновое нагружающее устройство, где:
1 - ЭД;
2÷7, 13 - корпус из оргстекла;
8 - фольга первого каскада;
9 - слой пластического ВВ на основе ТЭНа первого каскада;
10 - пруток из пластического ВВ;
11 - слой пластического ВВ на основе ТЭНа второго каскада;
12 - заряд ВВ на основе октогена;
14 - подслой из пластического ВВ;
15 - фольга второго каскада.
Примером конкретного выполнения заявляемого устройства может служить плосковолновое нагружающее устройство, используемое при исследование процессов диспергирования металлов при выходе нестационарной ударной на свободную поверхность с возмущениями радиографическим методом.
Нагружающее устройство состоит из заряда на основе октогена (12), и слоя пластического взрывчатого вещества на основе ТЭНа толщиной 2 мм на инициируемой поверхности (14) и двух каскадов системы инициирования. В обоих каскадах для разгона медной фольги толщиной 0,19 мм используются листы из пластического взрывчатого вещества на основе ТЭНа толщиной 2 мм (9, 11). В первом (верхнем) каскаде разгон фольги (8) проводился скользящей детонацией, которая инициировалась в одной точке прутком пластического ВВ (10). Угол установки фольги первого каскада составил α=15,6° и подобран так, что фольга первого каскада подлетает одновременно к приемной линии второго каскада, в котором в режиме скользящей детонации разгоняется фольга (15) второго каскада. Угол второго каскада составлял β=14,9° и подобран так, чтобы фольга одновременно и по всей плоскости со скоростью 2 км/с подлетала к слою пластического ВВ на основе ТЭНа.
Работа устройства заключается в следующем.
При задействовании ЭД 1, детонационный импульс по прутку 10 передается на слой пластического ВВ 9 первого каскада, инициируя в одной точке. Далее разгон фольги 8 первого каскада осуществляется в режиме скользящей детонации. При этом фольга летит не плоско, а в форме полуцилиндра. Угол установки фольги первого каскада обеспечивает одновременность подлета фольги 8 к приемной линии второго каскада, в котором в режиме скользящей детонации разгоняется фольга 15 второго каскада. Давление, создаваемое при ударе фольги 15 по слою пластического ВВ 14 основного заряда, составляет Р=14 ГПа, что достаточно для его инициирования практически без задержки.
Заявляемая конструкция была опробована. Выбор именно такой конструкции обусловлен минимальным количеством ВВ в сборке позволяет использовать тонкие защитные экраны, как на системе регистрации, так и на защите источника излучения и получать максимально качественное изображение взрывного процесса, например, радиографическим методом.