ЛОКАЛИЗАТОР ВЗРЫВА С ЗАЩИТНОЙ ОБОЛОЧКОЙ
EXPLOSION LOCALIZER WITH PROTECTIVE SHELL

Изобретение относится к средствам подавления поражающих факторов взрыва и может быть использовано для изолирования взрывоопасных или подозрительных предметов.
Уровень техники
Известны взрывозащитные контейнеры и взрывозащитные урны, используемые для локализации, транспортировки и испытаний взрывчатых веществ и изделий. Недостатком упомянутых устройств является то, что они рассчитаны на определенную массу заряда взрывчатого вещества. При мощности заряда взрывчатого вещества, превосходящей запас прочности таких устройств, происходит разрушение конструкции с образованием вторичных поражающих осколков. При этом масса вторичных осколков может в десятки раз превосходить массу самого взрывного устройства.
Специфика применения локализаторов подозрительных взрывоопасных предметов заключается в том, что масса заряда такого взрывоопасного предмета неизвестна. Поэтому локализатор не должен создавать дополнительных угроз даже в том случае, когда масса заряда многократного превышает заявленный для локализатора уровень.
Этому условию удовлетворяют разрушаемые при взрыве устройства защиты. Создание таких устройств базируется на размещение на пути ударной волны материала или среды, обладающего демпфирующими свойствами и отбирающего часть энергии волны. При этом не должно образовываться дополнительных поражающих факторов, например вторичных осколков.
Для снижения фугасного действия взрыва в разрушаемых устройствах защиты от взрыва используются негорючие жидкости, в частности вода, пена, газожидкостные диспергенты, песчаноцементные смеси и даже вакуумированные полости.
Устройство по патенту РФ 2080553 C1, F42D 5/04, опубликовано 27.05.1997 г. содержит экран, образованный одним или более резервуарами с вакуумированной полостью, выполненными из металла, в форме, обеспечивающей охват взрывоопасного предмета и снабженный емкостью с жидкостью. Недостатком устройства является возможность подъема устройства над землей под действием образовавшихся при взрыве продуктов детонации с последующим разрушением и образованием вторичных металлических осколков.
В патенте РФ №2266515 C1, F42D 5/045, опубликовано 20.12.2005, защитная оболочка выполнена бескорпусной из разрушающейся при взрыве песчано-цементной смеси. При взрыве оболочка разрушается с образованием мелкодисперсного потока частиц песчано-цементной смеси, поглощая при этом определенную часть энергии взрыва.
Недостатком устройства является невысокая эффективность снижения фугасного действия взрыва, по крайней мере меньшая, чем при использовании воды той же массы, а также образование при взрыве большого пылевого облака, могущего нанести вред окружающим предметам и требующего в дальнейшем проведения специальной процедуры очистки.
Известно, что воздушные ударные волны ослабляются при прохождении через газовоздушные среды, такие как водяной туман или пена (Гельфанд Б.Е., Сильников М.В. Фугасное действие взрывов. СПб, Астерион, 2007, 252 с.). Для практического использования этого эффекта необходимо преодолеть нестабильность, присущую газовоздушным средам.
Водяной туман имеет малую плотность, близкую к плотности воздуха, и относительно стабилен только в спокойной атмосфере. Для достижения заметного ослабляющего эффекта ударной волне необходимо пройти в газовоздушной среде большое расстояние. Поэтому практическая реализация способа ослабления ударных волн с использованием водяного тумана возможна только в специфических условиях, например в шахтах и тоннелях.
Использование пены в качестве защитной среды также требует обеспечения стабилизации большого объема среды. Примеры соответствующих технических решений приведены в патенте US 6439120 B1, F42D 5/045, опубликовано 27.08.2002 и патенте СА 2314245 С, F42D 5/045, опубликовано 03.04.2007. Взрывное устройство накрывается полусферической палаткой, объем которой заполняется пеной с помощью пеногенератора. Материал палатки обеспечивает изоляцию пены от атмосферы и служит противоосколочным экраном, а пена, заполняющая палатку ослабляет фугасное действие взрыва.
Недостатком предложенного технического решения является отсутствие оперативность при применении устройства, вызванное необходимостью генерации большого объема пены. Кроме того, становятся затруднены дальнейшие действия с взрывным устройством, будь то экспертиза, эвакуация или уничтожение на месте.
Известно устройство (бомбовый ингибитор) по патенту США №4836079, МКИ F42B 33/00, С06В 21/00, опубликовано 06.06.89 г. Ингибитор включает закрытый контейнер, заполненный негорючей жидкостью, накрывающий бомбу определенного размера так, что жидкость находится между бомбой и окружающим открытым пространством.
В патенте РФ №2125232, МКИ F42B 39/00, F42B 33/00, опубликованном 20.01.99 г. описывается устройство, которое содержит одну или более емкостей, ограниченных оболочкой из эластичного материала, заполненных жидкостным диспергентом. В нижней части емкости выполнена полость, куда помещают взрывное устройство. При взрыве оболочка разрушается, происходит диспергирование содержавшейся в ней жидкости, приводящее к снижению поражающих факторов взрыва.
Недостатком предложенных технических решений является уязвимость заполненной жидкостью эластичной оболочки при транспортировке, хранении и эксплуатации. При возможном повреждения оболочки, происходит разгерметизация, жидкость вытекает из оболочки и устройство теряет защитные свойства.
Предложен ряд технических решений, основанных на идее доставки компактно сложенных пустых емкостей из гибкого материала к месту обнаружения взрывного устройства с их размещением вблизи ВУ и последующим заполнением водой.
В патенте WO 2005/040714 A1, F42D 5/045, опубликовано 06.05.2005 описана конструкция защитного тоннеля, стенки и торцы которого образованны арочными секциями с размещенными в них легко разрушаемыми емкостями с жидкостью. В тоннеле размещается подозрительный объект, например автомобиль. При взрыве происходит разрушение наполненных водой емкостей, сопровождаемое взрывным диспергированием воды, что в свою очередь снижает фугасное действие взрыва.
В патенте US №7213494 В2, Е04Н 9/04, опубликовано 08.05.2007, предлагается конструктивный элемент защиты от взрыва, содержащий один или несколько разрушаемых пакетов из гибкого материала с заливным отверстием и крышкой так, что жидкость может быть залита в пакет и закрыта в нем с приданием пакету существенной жесткости. Это позволяет собирать наполненные жидкостью пакеты в различные конфигурации, например защитные стены или закрытые со всех сторон купола, возведенные над взрывным устройством.
Основным недостатком предложенных технических решений является длительное время, требуемое для того, чтобы собрать защитную конструкцию вблизи взрывного устройства и наполнить ее водой. Следует подчеркнуть, что эти работы проводятся людьми в непосредственной близости от взрывного устройства, которое может быть инициировано в любой момент. Также требуется обеспечение источника воды, что не всегда легко осуществимо. Наконец, оболочка наполненных водой конструктивных элементов может быть повреждена при хранении, транспортировке и при установке.
В качестве прототипа, не имеющего недостатков перечисленных выше аналогов, выбран ЛОКАЛИЗАТОР ВЗРЫВА С МНОГОСЛОЙНОЙ ОБОЛОЧКОЙ по патенту РФ №2204801, МПК F42D 5/04, F42B 33/00, опубликованному 20.05.2003. Локализатор взрыва содержит одну или более заполненных диспергентом емкостей, ограниченных оболочкой из эластичного материала. Оболочка емкости выполнена многослойной с воздушным зазором между слоями толщиной, в 2-10 раз превышающей толщину слоя оболочки. При повреждении одного слоя оболочки (проколе, порезе и т.п.) воздушный зазор значительно снижает вероятность повреждения остальных слоев, которые предохраняют от вытекания диспергента. Тем самым изобретение сохраняет защитные свойства при повреждении оболочки.
Недостатком прототипа является уязвимость наружного слоя защитной оболочки локализатора при механических воздействиях и нестабильность во времени ширины воздушного зазора.
Многослойная оболочка выполнена из эластичного материала, и статическом нагружении или ударе в области контакта с индентором слои эластичной наполненной воздухом оболочки будут деформироваться и зазор между слоями оболочки может уменьшиться вплоть до касания слоев оболочки. В этом случае преимущества многослойной оболочки теряются. Тоже самое произойдет и при случайном повреждении наружного слоя оболочки.
Для поддержания воздушного зазора между слоями оболочки требуется наличие избыточного давления воздуха в зазорах между слоями оболочки. Однако, с течением времени это давление будет неизбежно уменьшаться из-за диффузии молекул атмосферных газов через эластичный материал оболочки, что приведет к соприкосновению слоев оболочки и, как следствие, снижению защитных свойств.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно создание локализатора, обеспечивающего сохранение высоких защитных свойств при хранении, транспортировке и использовании, в том числе при повреждении оболочки.
Указанный технический результат достигается тем, что локализатор взрыва содержит множество заполненных диспергентом герметичных емкостей из эластичного материала, ограниченных двухслойной замкнутой оболочкой с зазором между слоями, заполненным пористым закрытоячеистым полимерным материалом.
Выбор пористого полимерного материала обусловлен оптимизацией баланса требований к защитной оболочке, таких как:
1. минимальный вес
2. уровень механической прочности, достаточный для сохранения формы защитной оболочки при хранении, транспортировке и использовании
3. отсутствие опасных вторичных осколков при взрыве ВУ внутри локализатора
4. сохранение герметичности при несквозных проколах и порезах
5. теплоизоляционные свойства
6. выполнение требований по пожарной безопасности при хранении, транспортировке и использовании
7. выполнение экологических требований
В качестве материала для заполнения межслоевого пространства защитной оболочки предлагается использовать вспененный закрытоячеистый полимерный материал типа вспененного полиуретана.
Для выбранного типа материала заполнения заявленные требования по пунктам 2-7 выполняются в широком интервале плотностей и марок материалов. Поэтому выбор конкретного материала заполнения основывается на определении минимального значения кажущейся плотности, обеспечивающего приемлемый уровень механических свойств защитной оболочки.
d
d
d
Эксперименты показали, что достаточным можно считать уровень прочности на сжатие материала заполнения защитной оболочки не менее 50 кПа по ГОСТ EN 826-2011. Дальнейшее повышение прочности материала заполнения повышает механические свойства локализатора, но одновременно с этим увеличивает его вес. Поскольку защитные свойства локализатора определяются массой диспергента, любое повышение массы защитной оболочки снижает эффективность локализатора. Для распространенных вспененных закрытоячеистых полимерных материалов необходимому уровню прочности соответствуют кажущиеся плотности материала в интервале 10-300 кг/м куб. При рассмотрении поперечного сечения двухслойной защитной оболочки ширина зазора вспененного полимерного материала должна быть соразмерна ширине промежутка, заполненного емкостями с диспергентом L. При ширине зазора более  от L доля диспергента становится меньше половины общего объема материалов локализатора, что приводит к снижению его защитных свойств. При ширине зазора менее 0,1 L механическая прочность защитного слоя не обеспечивает целостность локализатора как целого при транспортировке и эксплуатации.
Авторам неизвестны технические решения с указанной в формуле изобретения совокупностью признаков, направленные на достижение той же цели, что и в заявляемом в качестве изобретения объекте, поэтому предлагаемое техническое решение отвечает критерию "существенные отличия", а сама совокупность отличительных признаков указывает на соответствие критерию «изобретательский уровень».
Осуществление изобретения
Для проверки реализуемости изобретения был изготовлен образец локализатора и проведены его испытания.
3
Локализатор имеет форму половины куба с центральной полостью для размещения взрывного устройства, причем все стенки имеют равную толщину. Наружные габаритные размеры локализатора 780×780×480 мм, Размеры внутренней полости 520×520×340 мм, ее объем - 90 дм.
3
3
Замкнутая двухслойная защитная оболочка выполнена из плотной ткани. К наружному слою защитной оболочки прикреплены две ручки для переноски локализатора в виде петель из текстильного материала, обеспечивающие удобную переноску локализатора двумя человеками. Промежуток между слоями оболочки шириной 2,5 см, заполнен закрытоячеистым пенополиэтиленом с кажущейся плотностью 10 кг/м. Замкнутое внутреннее пространство защитной двухслойной оболочки толщиной 5 см заполнено герметично закрытыми емкостями из полиэтиленовой пленки объемом 2 дм, уложенными плотно друг к другу и содержащими газожидкостный диспергент по патенту РФ 2226668.
Слой ткани и слой пенополиэтилена толщиной 2,5 см образуют эффективную наружную защиту размешенных за ними емкостей с диспергентом. Для подтверждения защитных свойств проводили испытания на внешние механические воздействия. Испытания показали, образец предлагаемого локализатора выдерживает падение с высоты 1 метр на бетонное основание и установку на фрагмент заграждения из колючей проволоки.
Для оценки эргономических и защитных свойств локализатора были проведены сравнительные испытания по подрыву заряда ТНТ массой 2 кг, размещенного как в открытом поле, так и в рабочей полости локализатора, установленного на поверхность бронеплиты. Заряд ТНТ размещался в обоих случаях на высоте 10 см над поверхностью.
Установка локализатора силами двух человек, включая перемещение локализатора на расстояние 10 метров, накрытие им заряда и отход людей на безопасное расстояние потребовал около 20 секунд. Таким образом, установлено, что при использовании локализатора время пребывания людей в потенциально опасной зоне сводится к минимуму.
При проведении испытаний осуществлялась регистрация давления воздушной ударной волны с использованием пьезоэлектрических датчиков давления ПД-7-1,5М и цифрового многоканального осциллографа на базе персонального компьютера и платы сбора информации L-783. Датчики давления размещались на высоте 1 метр по двум направлениям с углом между направлениями 45° на расстояниях от 2,5 до 4 метров от локализатора. Результаты испытаний приведены в таблице.
В результате взрыва локализатор был разрушен полностью, включая защитные слои из пенеполиуретана и текстильную оболочку, без образования опасных вторичных осколков.
Приведенные экспериментальные данные свидетельствуют о высокой эффективности предложенного технического решения предлагаемого локализатора взрыва. Предлагаемый локализатор взрыва обеспечивает эффективную защиту людей и сооружений от воздействия взрывных устройств и сохраняет защитные свойства при повреждении оболочки.
На основании вышеизложенного предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом обеспечивает достижение положительного эффекта и обладает критерием "положительный эффект".