Заряд-усилитель для трансляторов детонации бортовой автоматики летательных аппаратов
CHARGE-AMPLIFIER FOR DETONATION TRANSLATORS OF AIRCRAFT ON-BOARD AUTOMATION

Изобретение относится к бортовой автоматике изделий ракетной, ракетно-космической, авиационной, специальной техники, главным образом к агрегатам и системам стыковки и разделения частей летательных аппаратов (космических аппаратов, космических станций, ракетных и разгонных блоков, посадочных, орбитальных и спускаемых аппаратов, ракет, ракет-носителей, самолетов различных классов, и т.д.), в частности к системам разведения детонационных команд от инициирующих устройств к исполнительным узлам (устройствам), например системам разделения, а также к устройствам взрывной логики (пиротехническим временным устройствам).
Трансляторы детонации выполняют в системах пироавтоматики очень важную функцию - обеспечивают устойчивую и надежную передачу детонационных команд от инициирующих устройств (электродетонаторов, капсюлей-детонаторов) к исполнительным элементам, например, систем разделения - к детонационным и разрывным болтам, детонационным замкам, ножам, клапанам; их надежность должна стремиться к максимальному значению (для изделий ракетно-космической техники, например, показатель Р надежности таких устройств должен быть Р≥0,9999997), при этом транслятор должен оказывать при своем срабатывании минимальное негативное воздействие на конструкцию изделия, окружающие его чувствительные узлы, агрегаты, научную и служебную аппаратуру. В этой связи не допускается образование каких бы то ни было осколков, обломков с любыми скоростями движения, а также выброс внутрь летательного аппарата (ЛА) или в окружающее его пространство сильно нагретых продуктов детонации, содержащих к тому же значительное количество конденсированной фазы в виде сажи (К-фазы). Трансляторы детонации позволяют существенно уменьшить потребное количество инициирующих устройств (например, электродетонаторов) на борту ЛА, что заметно снижает энергопотребление, уменьшает емкости и массы бортовых источников питания. Кроме того, за счет применения трансляторов детонации упрощается и существенно облегчается бортовая кабельная сеть: уменьшается количество электрических связей, необходимых для задействования большого числа инициирующих устройств. Упрощается при этом и бортовая система управления, в частности конструкция ее пиротехнического блока (убираются несколько технологических ячеек по проверке целостности мостиков накаливания инициирующих устройств, снимаются телеметрические ячейки по контролю подачи команд на них), а значит, пироблок в частности и вся система управления в целом будут иметь большую надежность.
Основным элементом конструкции транслятора детонации является детонирующий удлиненный заряд (ДУЗ) высокобризантного взрывчатого вещества (ВВ), как правило, заключенный в тонкостенную металлическую (медную, алюминиевую) оболочку. Для этих целей могут быть применены штатные выпускаемые промышленностью ДУЗ, снаряженные такими кристаллическими ВВ, как октоген, гексоген или гексанитростильбен (ГНС), но с диаметром снаряжения, близким к критическому диаметру детонации данного ВВ (для минимизации побочного вредного воздействия на ЛА). Существенно уменьшить диаметр снаряжения (ВВ), а следовательно, и наружный диаметр (калибр) ДУЗ можно за счет применения указанных ВВ, но высокой дисперсности (с размерами кристаллов 1-10 мкм). Критические диаметры таких ВВ снижаются практически вдвое по сравнению даже с теми же веществами мелких (100÷315 мкм) фракций и составляют порядка 0,5 мм. В еще большей степени можно уменьшить калибр ДУЗ в трансляторе за счет замены кристаллических ВВ на высокочувствительные и высокобризантные эластичные ВВ (ЭВВ) на основе, например, бензотрифуроксана с критическим диаметром детонации около 0,2 мм. Помимо защиты торцов ДУЗ от механических повреждений и возможного при этом высыпания ВВ для надежного возбуждения и трансляции детонации должны быть предусмотрены также дополнительные меры по усилению инициирующего и детонационного импульсов ДУЗ.
Известны алюминиевые колпачки, надеваемые на торцы ДУЗ и закрепляемые круговой обжимкой глубиной не менее 1 мм или клеем БФ-2, БФ-4 (ТУ 84-07513406-033-94. Заряды ДУЗ. Технические условия. - М., Изд-во Госстандарт, 1994. - с. 5; 15). Аналогично и торцы удлиненных кумулятивных зарядов прокатанных закрываются колпачками или покрываются просто мастикой либо клеем БФ-4 (ТУ 3-2650-92. Заряды удлиненные кумулятивные прокатанные УКЗ-П. - М., Изд-во Госстандарт, 1992. - с. 27). Недостатком таких колпачков является то, что они выполняют только защитную функцию и не усиливают импульсы, что не может обеспечить требуемой надежности транслятора детонации. Слой же наносимой на торцы ДУЗ (а именно - УКЗ-П) мастики или клея не только не усиливает инициирующий и транслируемый детонационный импульсы, а, наоборот, снижает их ввиду того, что мастика или клей являются инертными материалами.
Известен линейный заряд-транслятор детонационных команд кольцевого типа, на торцах которого для ампулизации малосжимаемой среды (например, инертной жидкости), заполняющей осевой канал заряда, установлены уплотняющие колпачки (патент РФ 2134254, приоритет от 05.02.1997). Как и в приведенных выше устройствах, эти колпачки выполняют только защитную (герметизирующую) функцию.
Известно детонационное устройство поджига для пороховых генераторов давления, где вдоль оси канала дополнительного заряда размещен детонирующий удлиненный заряд высокобризантного взрывчатого вещества в металлической оболочке с плотно посаженными на его торцы герметизирующими и одновременно усилительными колпачками, снаряженными ВВ (патент РФ 2495015, приоритет от 25.05.2011).
Недостатком данного устройства является то, что колпачок содержит только одну навеску (массу) запрессованного в него ВВ одной плотности, что не обеспечивает требуемого уровня надежности возбуждения детонации в ДУЗ малого калибра и передачи ее от него исполнительным устройствам.
Наиболее близким аналогом к заявленному устройству, выбранным в качестве прототипа, является заряд-транслятор в условно неразрушаемой многослойной оболочке, содержащий ДУЗ круглого сечения с надетыми на торцы и обжатыми и/или посаженными на клей металлическими колпачками, снаряженными ВВ и/или составом и/или взрывчатой композицией из нескольких запрессовок, причем запрессовки с наибольшей плотностью размещены в донной части колпачков (патент РФ 2554166, приоритет от 28.03.2014).
В этом устройстве, по сравнению с предыдущими, достигается повышение надежности транслятора детонационных команд вследствие наличия в колпачке комбинированного заряда, состоящего из высокоплотной и низкоплотной части, размещенных одна над другой.
Однако данное повышение надежности является лишь частичным и не может обеспечить требуемого уровня (Р≥0,9999997), особенно при использовании для снаряжения ДУЗ шнуровых зарядов ЭВВ диаметром порядка 0,5÷0,7 мм.
Кроме того, при строго торцевом инициировании детонации в ДУЗ, как это следует из рассмотрения Фиг. 2 прототипа, для надежного возбуждения детонации в удлиненном заряде чрезвычайно малого калибра (с диаметром снаряжения, близким к его критическому диаметру детонации) требуются достаточно большие навески ВВ (массы зарядов высокой и низкой плотности) в колпачке, что неизбежно повышает импульсы ударно-волновых нагрузок при срабатывании таких зарядов.
Помимо этого, крепление колпачка на торец ДУЗ круговой обжимкой повышает опасность работ, снижает технологичность монтажа устройства и его надежность. Использование клея для установки колпачков на торцы ДУЗ не исключает вероятность попадания клея между ВВ ДУЗ и низкоплотного заряда колпачка, что либо существенно затруднит процесс инициирования детонации ДУЗ, либо даже приведет к отказу в его срабатывании.
Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение надежности инициирования детонации в ДУЗ чрезвычайно малого калибра, снижение уровня ударно-волновых нагрузок на элементы конструкции ЛА, служебную и научную аппаратуру, а также повышение технологичности и безопасности сборки и монтажа устройства.
Указанная задача обеспечивается тем, что в отличие от известного заряда-усилителя для трансляторов детонации бортовой автоматики летательных аппаратов, содержащего металлический корпус в виде тонкостенного металлического колпачка с размещенным внутри него комбинированным зарядом взрывчатого вещества, состоящим из двух запрессовок разной плотности, причем высокоплотная часть заряда расположена в донной части колпачка, новым является то, что заряд-усилитель дополнительно снабжен кольцевым зарядом, установленным заподлицо во втулке из инертного неметаллического материала и контактирующим с комбинированным зарядом со стороны его низкоплотной части, причем в заряде-усилителе со стороны открытого торца колпачка выполнен глухой осевой канал, у которого глубина доходит до половины длины низкоплотной части комбинированного заряда, а диаметр соответствует наружному диаметру транслятора детонации, при этом наружный диаметр кольцевого заряда не менее чем в три раза превышает диаметр транслятора детонации, а края колпачка со стороны его открытого торца закатаны вовнутрь к оси корпуса с образованием буртика, обеспечивающего плотный контакт всех частей заряда.
Кроме того, комбинированный и кольцевой заряды изготовлены из высокочувствительной и высокобризантной пресс-композиции и/или эластичного взрывчатого вещества на основе мелкокристаллического бризантного взрывчатого вещества с добавлением высокодисперсного металлического порошка и сополимеров.
Снабжение заряда-усилителя кольцевым зарядом, установленным заподлицо во втулке из инертного неметаллического материала и контактирующим с комбинированным зарядом со стороны его низкоплотной части, позволяет обеспечить высокую степень надежности инициирования детонации в ДУЗ транслятора, т.к. процесс осуществляется не только с торцевой части ДУЗ, сколько с его боковой поверхности через металлическую оболочку как в низкоплотной части комбинированного заряда, так и, главным образом, кольцевым зарядом из ЭВВ.
Наличие втулки, размещенной со стороны открытой части колпачка, способствует как поджиму и фиксации зарядов, обеспечивая осевое совмещение каналов в кольцевом заряде и в низкоплотной части комбинированного заряда, так и сдерживанию в начальный момент времени бокового разлета продуктов взрыва усилительных (комбинированного и кольцевого) зарядов, за счет чего повышается надежность инициирования детонации ДУЗ и всего транслятора детонации, а также повышается технологичность сборки устройства.
Выполнение в заряде-усилителе со стороны открытого торца колпачка глухого осевого канала, у которого глубина доходит до половины длины низкоплотной части комбинированного заряда, а диаметр соответствует наружному диаметру транслятора детонации, при этом наружный диаметр кольцевого заряда не менее чем в три раза превышает диаметр транслятора детонации, обеспечивает надежный контакт заряда-усилителя с транслятором детонации, повышает надежность инициирования детонации ДУЗ, а также упрощает проведение монтажных работ.
Закатка края колпачка со стороны его открытого торца вовнутрь к оси корпуса с образованием буртика обеспечивает надежное закрепление и плотный контакт всех частей заряда, что повышает надежность работы устройства.
Изготовление комбинированного и кольцевого заряда из высокочувствительной и высокобризантной пресс-композиции и/или эластичного взрывчатого вещества на основе мелкокристаллического бризантного взрывчатого вещества с добавлением высокодисперсного металлического порошка и сополимеров обеспечивает минимизацию массы ВВ в предлагаемой конструкции устройства, что приводит к снижению вредных ударно-волновых нагрузок при срабатывании устройства.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведен общий вид заявленного устройства в разрезе.
Заряд-усилитель для трансляторов детонации бортовой автоматики летательных аппаратов содержит металлический корпус в виде тонкостенного металлического колпачка (гильзы) 1 с размещенным внутри него комбинированным зарядом взрывчатого вещества, состоящим из двух запрессовок зарядов разной плотности 2, 3, причем высокоплотная часть заряда 2 расположена в донной части колпачка 1. Заряд-усилитель дополнительно снабжен кольцевым зарядом 4, установленным заподлицо во втулке из инертного неметаллического материала 5 и контактирующим с комбинированным зарядом со стороны его низкоплотной части 3. В заряде-усилителе со стороны открытого торца колпачка 1 выполнен глухой осевой канал 6 (для установки транслятора детонации), у которого глубина доходит до половины длины низкоплотной части 3 комбинированного заряда, а диаметр соответствует наружному диаметру транслятора детонации (не показан на чертеже), при этом наружный диаметр кольцевого заряда 4 не менее чем в три раза превышает диаметр транслятора детонации. Края колпачка 1 со стороны его открытого торца закатаны вовнутрь к оси корпуса с образованием буртика 7, обеспечивающего плотный контакт всех частей заряда. Комбинированный 2, 3 и кольцевой 4 заряды изготовлены из высокочувствительной и высокобризантной пресс-композиции и/или эластичного взрывчатого вещества на основе мелкокристаллического бризантного взрывчатого вещества с добавлением высокодисперсного металлического порошка и сополимеров, например из высокочувствительного и высокобризантного литьевого отверждаемого с хорошими реологическими свойствами эластичного взрывчатого состава на основе мелкокристаллического взрывчатого вещества (например, ТЭН’а - тетранитропентаэритрита) с добавлением высокодисперсного металлического порошка (например, вольфрама) и сополимеров.
Предлагаемое устройство при срабатывании инициирующего устройства осуществляет постепенную передачу детонационного импульса от инициирующего устройства к ДУЗ чрезвычайно малого калибра и включает четыре фазы инициирования детонации в ДУЗ:
- первая фаза - детонационный импульс от инициирующего устройства возбуждает детонацию высокоплотной части комбинированного заряда, а от нее - низкоплотной;
- вторая фаза - передача детонационного импульса от низкоплотной части комбинированного заряда к кольцевому заряду из ЭВВ;
- третья фаза - детонация кольцевого заряда из ЭВВ, расположенного во втулке устройства;
- четвертая фаза - передача детонационного импульса от кольцевого заряда к ДУЗ.
Проведенные расчеты, подтвержденные прямым экспериментом, показали, что для надежного инициирования детонации в ДУЗ калибром 1,7 мм, снаряженным шнуровым зарядом из ЭВВ диаметром 0,5÷0,7 мм, достаточными являются комбинированный заряд суммарной массой 0,15 г (высокоплотная часть - 0,08 г и низкоплотная часть - 0,07 г.) и кольцевой заряд массой всего 0,03 г.
Предлагаемое изобретение позволяет повысить надежность инициирования детонации в ДУЗ чрезвычайно малого калибра (диаметром порядка 0,5-0,7 мм), снизить уровень ударно-волновых нагрузок при срабатывании таких зарядов, улучшить технологичность и повысить безопасность работ с устройством.