Универсальный корпус для макетирования боевой части боеприпаса объемного взрыва
UNIVERSAL HOUSING FOR PROTOTYPING WARHEAD OF FUEL-AIR EXPLOSIVE AMMUNITION

Изобретение относится к области испытания боеприпасов, касается универсального корпуса, пригодного для использования при проведении натурных испытаний, связанных с изучением процесса объемно-детонирующего действия боеприпасов, работающих на принципе создания объемного взрыва, а конкретно, для макетирования боевой части (БЧ) боеприпасов объемного взрыва (БОВ) при проведении натурных стационарных испытаний.
Как известно, БОВ находят широкое применение в ходе боевых действий, так как обеспечивают высокую эффективность применения, вызванную возможностью создания взрыва в полузамкнутых объемах за счет способности облака горючевоздушной смеси, формируемого такими боеприпасами, проникать («затекать») в негерметичные укрытия и обволакивать складки местности (формироваться по профилю местности) с последующей детонацией (взрывным горением) облака.
В связи с этим, работы по созданию новых и модернизации штатных БОВ, а также совершенствованию защитных свойств образцов вооружения и военной техники и фортификационных сооружений от воздействия факторов объемного взрыва в настоящее время весьма актуальны. При выполнении таких работ требуется проведение натурных стационарных испытаний с определением (измерением) параметров объемного взрыва БОВ и подтверждением соответствия разрабатываемых образцов, предъявляемым требованиям. В частности, при проведении работ по изучению возможности переснаряжения штатных БОВ новыми горючими композициями (объемно-детонирующими смесями) - для определения параметров функционирования новых объемно-детонирующих смесей (ОДС) в условиях моделирования процесса объемного взрыва БОВ и подтверждения энергетических характеристик новых ОДС при взрыве смесей в больших объемах, соответствующих объемам ОДС штатных БОВ. Кроме того, проведение натурных стационарных испытаний с определением (измерением) параметров объемного взрыва требуется при изучении негативного влияния объемного взрыва на окружающую среду, (уточнении) безопасных расстояний при взрыве БОВ, а также в ходе изучения в натурных условиях физических явлений, проявляющихся при объемном взрыве.
Боеприпас объемного взрыва - вид боеприпаса, конструкция боевой части которого непосредственно обеспечивает формирование следующих последовательных процессов (процессов объемного взрыва):
- взрывное диспергирование в воздух ОДС;
- формирование облака горючевоздушной смеси;
- детонация или взрывное горение облака горючевоздушной смеси при достижении концентрации горючего в облаке, близкой к стехиометрической.
Типовая конструкция боевой части различных БОВ представляет собой цилиндрический пенал (зарядную камору) с центральным разрывным зарядом (ЦРЗ): диспергирующе-инициирующим зарядом для двухтактных боеприпасов или диспергирующим разрывным зарядом для однотактных боеприпасов. Зарядную камору заполняют горючей композицией: пастообразной или жидкой ОДС (Гельфанд Б.Е., Сильников М.В. Объемные взрывы, СПб: Астерион, 2008, С. 203-204, 310-312) [1]. При этом в различных тапах БОВ инициирование подрыва центрального разрывного заряда может осуществляться как сверху, так и снизу.
Типовая конструкция боевой части БОВ приведена и в патентной литературе. Так, например, известен боеприпас объемного взрыва для реактивной системы залпового огня (RU 2172924 С1, 11.09.2000) [2], содержащий взрыватель, корпус с доньями и стойкой, центральный стакан с диспергирующе-инициирующим зарядом, горючую композицию и тормозной парашют. Конструкция боеприпаса объемного взрыва обеспечивает повышение его надежности после длительного хранения, так как центральный стакан закреплен на одном из доньев, а его свободный конец снабжен съемным рассекателем, выполненным в виде двух колец разного диаметра, жестко скрепленных асимметрично расположенными ребрами пластинчатой формы.
Известна также объемодетонирующая боевая часть (RU 2293280 С1, 07.09.2005) [3], содержащая корпус, оболочку с горючей композицией, размещенную в корпусе с зазором (0,01-0,05)D, где D - диаметр корпуса, и метательный заряд с диаметром (0,3-0,6)D и длиной больше или равной длине оболочки. Конструкция позволяет повысить эффективность фугасного действия объемодетонирующей боевой части по цели за счет увеличения степени дробления горючей композиции.
В настоящее время испытания, связанные с изучением процесса объемно-детонирующего действия боеприпасов, проводят путем стационарного подрыва штатных боевых частей БОВ (при проведении испытаний головную и хвостовую части БОВ не используют) или макетов для взрывного диспергирования (для моделирования действия объемного взрыва штатных БОВ).
Однако использование в ходе испытаний штатных БЧ БОВ имеет ряд существенных недостатков. А именно, использование в ходе испытаний штатных БЧ БОВ (штатных корпусов БЧ БОВ, снаряженных новыми ОДС):
- усложняет проведение испытаний в связи с образованием металлических осколков корпуса БЧ БОВ, что может вызвать выход из строя измерительной аппаратуры и полигонного оборудования;
- требует конструирования, изготовления и монтажа дополнительных устройств (переходных втулок) для крепления к штатной БЧ БОВ детонирующих устройств (средств инициирования подрыва центрального разрывного заряда: детонатор, запальная трубка и пр.);
- требует значительных финансовых затрат на производство и доставку штатных БЧ БОВ (штатных корпусов БЧ БОВ) к месту проведения испытаний;
- требует дополнительных затрат сил и средств на разборку штатных БОВ и последующую утилизацию или передачу незадействованных в испытаниях головных и хвостовых частей БОВ;
- увеличивает время подготовки к проведению испытаний;
- требует соблюдения требований безопасности при обращении со взрывоопасными изделиями начиная с этапа снаряжения корпуса ОДС, поскольку конструктивные особенности и технология снаряжения штатной БЧ БОВ требует снаряжения корпуса ОДС только после установки центрального разрывного заряда.
При проведении испытаний, связанных с изучением процесса объемно-детонирующего действия боеприпасов, штатные корпуса БЧ БОВ, снаряженные новыми ОДС, могут замещаться макетами для взрывного диспергирования, содержащими типовые элементы БЧ БОВ:
- корпус макета БЧ БОВ;
- штатный центральный разрывной заряд, размещаемый в центре корпуса;
- горючую композицию (объемно-детонирующую смесь), заполняющую соответствующую полость корпуса;
- стандартное средство инициирования подрыва ЦРЗ (детонирующее устройство: детонатор, запальная трубка и пр.).
Наиболее близким к заявляемому устройству является корпус макета для взрывного диспергирования жидкости (Гельфанд Б.Е., Сильников М.В. Объемные взрывы, СПб: Астерион, 2008, С. 206-207) [1], используемого при проведении натурных испытаний для моделирования действия объемного взрыва, который, по сути, является макетом боевой части боеприпаса объемного взрыва. Корпус указанного макета (корпус-прототип) представляет собой тонкостенный полый стальной цилиндр со стальными днищем и крышкой. Макет снаряжен ОДС, которая находится в цилиндре, а по оси цилиндра размещены центральный разрывной заряд и инициатор подрыва ЦРЗ (детонирующее устройство). При этом ЦРЗ размещен в цилиндре по центру от крышки до днища. Крышка корпуса-прототипа выполнена с отверстием в центре, через которое вставляется детонирующее устройство. Днище и крышка имеют большую толщину, чем толщина боковой стенки корпуса-прототипа. Корпус-прототип снаряжен жидкой ОДС, в которую и помещен ЦРЗ. При этом крепление днища и крышки к цилиндру корпуса-прототипа осуществляется с помощью сварки.
Рассматриваемый макет для взрывного диспергирования жидкости в сравнении со штатными корпусами БЧ БОВ, используемыми для проведения испытаний, имеет ряд преимуществ, а именно: сокращает время подготовки к проведению испытаний, не требует дополнительных затрат сил и средств на разборку штатных БЧ БОВ и утилизацию их незадействованных частей, минимизирует воздействие осколков корпуса при подрыве, а также конструктивно предусматривает отверстие для детонирующего устройства.
Однако, корпус-прототип, используемый в макете для взрывного диспергирования, имеет ряд существенных недостатков, а именно: в связи с использованием стали в качестве материала корпуса-прототипа имеется опасность дополнительного воздействия осколками на измерительную аппаратуру и полигонное оборудование; изготовление корпуса-прототипа «в металле» требует значительных финансовых затрат, а способ крепления стальных днища и крышки требует больших трудозатрат на сварочные работы и задействования соответствующих квалифицированных специалистов; размещение в корпусе-прототипе центрального разрывного заряда в цилиндре по центру от крышки до днища не позволяет использовать такой макет для моделирования действия БОВ, конструкция которых предусматривает разницу высот ЦРЗ и зарядной каморы для ОДС; в связи с отсутствием в корпусе-прототипе герметичного закрывания отверстия под детонирующее устройство его невозможно использовать при инициировании подрыва ЦРЗ снизу в связи с возможностью вытекания жидких фракций ОДС через вышеуказанное отверстие, что не позволяет создать условия моделирования процесса объемного взрыва штатных БОВ с различными направлениями инициирования подрыва ЦРЗ; в связи с отсутствием разделения внутреннего объема корпуса-прототипа на отдельные полости для заполнения ОДС и размещения ЦРЗ снаряжение макета невозможно непосредственно на месте проведения испытаний (полевой площадке/пункте снаряжения макетов) в связи с технологической необходимостью установки ЦРЗ до снаряжения макета ОДС и, как следствие, требует соблюдения требований безопасности при обращении с макетом как со взрывоопасным изделием на этапах его снаряжения, последующего хранения и транспортировки к месту проведения испытаний.
Таким образом, существует необходимость в расширении арсенала имеющихся средств для проведения испытаний, связанных с изучением процесса объемно-детонирующего действия боеприпасов, а именно в создании универсального корпуса, пригодного для макетирования боевой части различных типов БОВ.
Цель изобретения заключается в создании универсального корпуса, пригодного для макетирования боевой части боеприпасов объемного взрыва различных типов и моделирования процесса объемного взрыва в натурных экспериментах при стационарном подрыве, обеспечивающего возможность инициирования подрыва макета как сверху, так и снизу, безопасного в обращении с ним, достаточно простого в изготовлении. Цель изобретения достигается за счет создания корпуса, в котором учтены конструктивные особенности боевых частей штатных БОВ различных типов, сохранены преимущества и устранены недостатки корпуса-прототипа, используемого в макете для взрывного диспергирования.
Технический результат обеспечивается за счет того, что в заявляемом универсальном корпусе для макетирования боевой части боеприпаса объемного взрыва, включающем полый цилиндр, предназначенный для заполнения объемно-детонирующей смесью и являющийся внешней оболочкой заявляемого корпуса, днище, выполненное при изготовлении монолитно с внешним цилиндром, и крышку с отверстием в центре, причем днище и крышка имеют большую толщину, чем толщина стенки внешнего цилиндра, по окружности торцевой стороны крышки выполнен паз, крышка снабжена бортом, заявляемый корпус дополнительно содержит внутренний полый цилиндр, предназначенный для размещения центрального разрывного заряда, с наружным диаметром, равным диаметру отверстия в крышке. Внутренний полый цилиндр соосно размещен внутри закрытого крышкой внешнего цилиндра от верхнего уровня крышки до днища, выполнен при изготовлении монолитно с днищем и укупорен упругим крепежно-прижимным кольцом. Также заявляемый корпус дополнительно содержит пластиковую пробку, вставленную поверх крепежно-прижимного кольца, и расположенную поверх крышки крепежную пластину с бортами с гребнями на их концах для соединения с крышкой в паз. При этом в центре крепежно-прижимного кольца, пластиковой пробки и крепежной пластины имеются соосные отверстия под детонирующее устройство, причем диаметр отверстия в крепежно-прижимном кольце меньше диаметра детонирующего устройства. Кроме того, заявляемый корпус выполнен из пластика методом 3D-печати.
Днище имеет толщину не менее 15,0 мм, соотношение толщины днища к толщине стенки внешнего цилиндра составляет не менее 1:3. При этом форма днища определяется типом макетируемой БЧ БОВ, а точнее - соотношением высот штатного ЦРЗ и зарядной каморы для объемно-детонирующей смеси. Днище имеет плоскую форму в случае равенства высот штатного ЦРЗ и зарядной каморы для ОДС, а также в случае, когда высота штатного ЦРЗ больше высоты зарядной каморы для ОДС. В случае же, когда высота штатного ЦРЗ меньше высоты зарядной каморы для ОДС, центральная область днища, ограниченная внутренним цилиндром, имеет утолщение в виде цилиндрического выступа.
Толщина крышки заявляемого корпуса имеет толщину не менее толщины днища заявляемого корпуса. При этом толщина крышки может превышать сумму толщин пластиковой пробки и крепежно-прижимного кольца в поджатом состоянии после размещения в корпусе штатного ЦРЗ в частном случае осуществления изобретения - когда в макетируемой БЧ БОВ высота штатного ЦРЗ больше зарядной каморы для ОДС.
Причем крышка скрепляется с внешним цилиндром с помощью клеевых соединений и самонарезающих шурупов (саморезов). При инициировании подрыва ЦРЗ снизу в перевернутом корпусе крышка является днищем.
Заявляемый корпус для макетирования БЧ БОВ поясняется фигурами 1, 2, 3, 4 и 5, на которых представлены:
- на фиг. 1 - продольный осевой разрез корпуса (в случае равенства высот штатного ЦРЗ и зарядной каморы для ОДС);
- на фиг. 2 - продольный осевой разрез корпуса (в случае, когда штатного ЦРЗ меньше высоты зарядной каморы для ОДС);
- на фиг. 3 - продольный осевой разрез корпуса (в случае, когда высота штатного ЦРЗ больше высоты зарядной каморы для ОДС);
- на фиг. 4 - продольный осевой разрез крышки корпуса и вид крышки сверху с поперечным полуразрезом;
- на фиг. 5 - прямоугольная изометрическая проекция корпуса (в случае, когда высота штатного ЦРЗ меньше высоты зарядной каморы для ОДС) с разрезом.
Заявляемый корпус содержит (фиг. 1, 2 и 3) полый внешний цилиндр 1, являющийся его внешней оболочкой; внутри внешнего цилиндра 1 соосно размещен полый внутренний цилиндр 2. Оба цилиндра 1 и 2 выполнены при изготовлении монолитно с днищем 3. Часть внутреннего цилиндра 2, ограниченная по высоте размерами штатного ЦРЗ, и днище 3 образуют полость 4, соответствующую по размерам штатному ЦРЗ и предназначенную для его размещения. Полость 5, образованная между внешним цилиндром 1, внутренним цилиндром 2 и днищем 3, предназначена для заполнения ОДС и соответственно выполняет роль зарядной каморы БЧ штатного БОВ. При этом, для обеспечения герметичности конструкции заявляемого корпуса, высота внутреннего цилиндра 2 превышает высоту внешнего цилиндра 1 на толщину крышки.
Заявляемый корпус снабжен крышкой 6, плотно прилегающей к внешнему цилиндру и скрепленной с ним, которая предназначена для герметичного закрывания полости 5 после ее заполнения объемно-детонирующей смесью. В центре крышки 6 (фиг. 4) расположено круглое отверстие 7, предназначенное для обеспечения возможности установки штатного ЦРЗ во внутренний цилиндр 2. Отверстие 7 имеет диаметр, равный наружному диаметру внутреннего цилиндра 2. Во внутренний цилиндр 2 через отверстие 7 вставлены крепежно-прижимное кольцо 8 и пластиковая пробка 9.
Крепежно-прижимное кольцо 8 предназначено для фиксации детонирующего устройства и поджатая штатного ЦРЗ к днищу 3. Изготавливается крепежно-прижимное кольцо 8 из вспененного полиэтилена (или иного упругого материала) и имеет форму цилиндра диаметром равным внутреннему диаметру внутреннего цилиндра 2. Крепежно-прижимное кольцо 8 имеет в центре соосное отверстие 10, предназначенное для размещения стандартного детонирующего устройства. Отверстие 10 имеет диаметр меньше диаметра стандартного детонирующего устройства.
Пластиковая пробка 9 выполнена в форме цилиндра с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру внутреннего цилиндра 2, и имеет в центре круглое соосное отверстие 11, предназначенное для размещения стандартного детонирующего устройства, с диаметром, превышающим диаметр стандартного детонирующего устройства. Пластиковая пробка 9 предназначена для закупоривания внутреннего цилиндра 2 после размещения в нем штатного ЦРЗ, прижатия крепежно-прижимного кольца 8 к штатному ЦРЗ и установки стандартного детонирующего устройства.
Для скрепления с внешним цилиндром 1 крышка 6 имеет наружный борт 12, выполненный по периметру окружности крышки 6. Крышку 6 и внешний цилиндр 1 скрепляют с помощью клеевых соединений и саморезов.
По центру торцевой стороны крышки 6 по всей ее окружности выполнен паз 13 квадратного сечения (фиг. 4), предназначен для крепления крепежной пластины 14.
Крепежная пластина 14 расположена поверх крышки 6 и представляет собой прямоугольную пластину с загнутыми концами, образующими два односторонних борта 15 (фиг. 4). На концах каждого из бортов 15 выполнен гребень 16, направленный к центру пластины, имеющий квадратное сечение для соединения в паз с крышкой 6. Ширина пластины 14 не менее чем в два раза превышает диаметр пластиковой пробки 9. В центре крепежной пластины 14 предусмотрено круглое отверстие 17 для установки детонирующего устройства с диаметром, равным 1,5 диаметра стандартного детонирующего устройства.
Крепежная пластина 14 предназначена для скрепления крышки 6 и пластиковой пробки 9, что:
- обеспечивает поджатие пластиковой пробки 9 к штатному ЦРЗ (через крепежно-прижимное кольцо 8);
- препятствует выпадению пластиковой пробки 9 и штатного ЦРЗ при необходимости инициирования подрыва ЦРЗ снизу;
- осложняет вырывание пластиковой пробки 9 при взрыве штатного ЦРЗ и позволяет достичь радиального формирования облака горючевоздушной смеси аналогично формированию облака, обеспечиваемого в случае использования штатных БЧ БОВ.
Таким образом, крепежная пластина 14, крышка 6, пластиковая пробка 9 и крепежно-прижимное кольцо 8 имеют соосные отверстия для установки стандартного детонирующего устройства. Причем диаметр отверстия 10 в крепежно-прижимном кольце 8 меньше диаметра стандартного детонирующего устройства.
Заявляемый корпус является универсальным устройством и может быть использован для макетирования и замещения различных типов штатных БЧ БОВ с различным соотношением высот штатного ЦРЗ и зарядной каморы для объемно-детонирующей смеси. При этом в частном случае осуществления изобретения - в заявляемом корпусе для макетирования БЧ БОВ, в котором высота полости 4 меньше высоты полости 5 (фиг. 2) или равна ей (фиг. 1), толщина крышки 6 равна суммарной толщине пластиковой пробки 9 и крепежно-прижимного кольца 8 в поджатом состоянии. При этом толщина крышки 6 равна толщине днища 3.
В случае исполнения заявляемого корпуса, в котором высота полости 4 больше высоты полости 5 (фиг. 3), толщина крышки 6 больше суммарной толщины пластиковой пробки 9 и крепежно-прижимного кольца 8 в поджатом состоянии.
Кроме того, в заявляемом корпусе для макетирования БЧ БОВ, в случае его исполнения, когда высота полости 4 меньше высоты полости 5 (фиг. 2 и 5), днище 3 в полости 4 имеет утолщение в виде цилиндрического выступа 18, выполняющего функцию опорной площадки. Цилиндрический выступ 18 предназначен для опирания штатного ЦРЗ и имеет высоту, равную разнице высот полостей 5 и 4. Наличие цилиндрического выступа 18 на днище 3 заявляемого корпуса обеспечивает контакт детонирующего устройства с верхним торцом штатного ЦРЗ.
Универсальность конструкции заявляемого корпуса обеспечивается, в том числе, и его изготовлением на 3D-принтере, что легко позволяет варьировать размеры заявляемого корпуса, например, высоту цилиндрического выступа 18, и обеспечить соответствие размеров полости 5, предназначенной для заполнения ОДС, размерам зарядной каморы макетируемой штатной БЧ БОВ, а также и соответствие размеров полости 4, предназначенной для размещения ЦРЗ, размерам штатного ЦРЗ, используемого в макетируемой БЧ БОВ.
Размеры элементов заявляемого корпуса для макетирования БЧ БОВ рассчитываются при проектировании корпуса. Толщины основных несущих нагрузку элементов заявляемого корпуса (днище 3, внешний цилиндр 1 и внутренний цилиндр 2) рассчитываются на прочность и устойчивость (жесткость) конструкции, исходя из первичных исходных данных для проектирования, которыми являются:
- размеры основных элементов штатной БЧ БОВ (штатного ЦРЗ и зарядной каморы для ОДС);
- объемно-массовые характеристики ОДС и штатного ЦРЗ;
- прочностные характеристики материала, из которого изготавливают элементы заявляемого корпуса (пластика).
Исходя из первичных исходных данных определяют внешнее избыточное давление ОДС на стенки внутреннего цилиндра 2 и внутреннее избыточное давление на стенки внешнего цилиндра 1 и днище 3 и рассчитывают толщину основных несущих нагрузку элементов заявляемого корпуса. За толщину основных несущих нагрузку элементов заявляемого корпуса для макетирования БЧ БОВ принимают ее минимально допустимую величину, рассчитанную по ГОСТ Р 52857.2-2007 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек» [4]. При этом толщина днища 3 должна быть более 15,0 мм и не менее 3-х толщин внешнего цилиндра 1, что позволяет достичь радиального формирования облака горючевоздушной смеси при срабатывании макетированной БЧ БОВ аналогично формированию облака штатных БЧ БОВ.
Исходя из толщины днища 3 определяют высоту внутреннего цилиндра 2, толщину крышки 6, толщины пластиковой пробки 9 и крепежно-прижимного кольца 8, а также размеры односторонних бортов 15, гребней 16 крепежной пластины и паза 13 крышки. А именно:
- высота внутреннего цилиндра 2 равна сумме высоты полости 5 (зарядной каморы штатной БЧ БОВ) и толщины крышки 6;
- толщина крышки 6 в случае исполнения заявляемого корпуса, в котором высота полости 4 меньше или равна высоте полости 5 (фиг. 1 и 2) равна толщине днища 3;
- толщина крышки 6 в случае исполнения заявляемого корпуса, в котором высота полости 4 больше высоты полости 5 (фиг. 3) равна разности между суммой высот элементов, вставляемых во внутренний цилиндр 2 (ЦРЗ, крепежно-прижимное кольцо 8 в поджатом состоянии и пластиковая пробка 9), и высотой полости 5;
- суммарная толщина пластиковой пробки 9 и крепежно-прижимного кольца 8 в поджатом состоянии равна толщине днища 3;
- паз 13 крышки 6 имеет квадратное сечение со стороной, равной  толщины днища 3;
- борта 15 крепежной пластины 14 имеют высоту  толщины днища 3;
- гребни 16 на бортах 15 крепежной пластины 14 имеют квадратное сечение со стороной, равной размеру паза 13 ( толщины днища 3).
Размеры элементов заявляемого корпуса, а также размеры отверстий 7, 10, 11 и 17, соответственно расположенных в крышке 6, крепежно-прижимном кольце 8, пластиковой пробке 9 и в крепежной пластине 14, рассчитывают с учетом технологических прибавок для компенсации допуска и погрешности изготовления элементов корпуса на 3D-принтере.
Порядок изготовления и снаряжения заявляемого корпуса при подготовке к подрыву.
Изготавливают заявляемый корпус из пластика с использованием технологий аддитивного производства методом 3D-печати. 3D-моделирование заявляемого корпуса проводят с помощью типовых CAD-редакторов. При этом 3D-модель устройства экспортируют в STL-формат, проводят компилирование модели на программном языке принтера (G-коде) с помощью программы-«слайсера», входящей в комплект 3D-принтера, и приступают к печати заявляемого корпуса.
В качестве материала изготовления заявляемого корпуса используют как водонепроницаемый пластик, что обеспечивает герметичность монолитных элементов заявляемого корпуса (например, РР-пластик), так и пластик, не обладающий свойствами водонепроницаемости (например, PLA-пластик). В случае использования водонепроницаемого пластика, после распечатки заявляемого корпуса на 3D-принтере перед снаряжением ОДС полость 5 и крышку 6 дополнительно обрабатывают водонепроницаемым лаком, после чего полость 5 проверяют на герметичность путем наполнения водой и отстаивания в течение нескольких часов.
Распечатанный на 3D-принтере заявляемый корпус снаряжают объемно-детонирующей смесью. Снаряжение проводят в стационарных условиях в оборудованных цехах (лабораториях, пунктах снаряжения) организаций-изготовителей боеприпасов. Для снаряжения может быть использована как пастообразная, так и жидкая объемно-детонирующая смесь.
Для снаряжения пастообразной объемно-детонирующей смесью заявляемый корпус устанавливают в вертикальном положении на днище и закрепляют на вибростоле. Закрепление заявляемого корпуса должно обеспечивать его фиксацию по высоте на расстояниях, равных 1-2 диаметрам внешнего цилиндра 1.
Полость 5 между внешним 1 и внутренним 2 цилиндрами заявляемого корпуса наполняют ОДС, после чего смесь трамбуют на вибростоле до достижения требуемой плотности. Заявляемый корпус, снаряженный ОДС, отстаивают в течение сроков, определяемых регламентом производства и техническими условиями на смесь, после чего излишнюю (отслоившуюся) жидкую фракцию сливают, добавляют недостающий объем ОДС и повторяют процесс трамбовки.
При снаряжении жидкой объемно-детонирующей смесью вышеуказанные операции не проводят, ОДС заливают в полость 5 между внешним 1 и внутренним 2 цилиндрами.
Последующие операции для пастообразных и жидких объемно-детонирующих смесей идентичны.
После размещения необходимого объема ОДС заявляемый корпус закрывают крышкой 6 и скрепляют быстротвердеющим клеем для склеивания пластмасс.
При этом клеем обрабатывают:
- внутреннюю поверхность наружного борта 12 крышки 6 и часть наружной поверхности внешнего цилиндра 1, соприкасаемую с бортом;
- внутреннюю поверхность отверстия 7 в крышке 6 и часть наружной поверхности внутреннего цилиндра 2, соприкасаемую с отверстием 7 в крышке 6.
После застывания клея наружный борт 12 крышки 6 скрепляют с внешним цилиндром 1 с помощью саморезов, а наружные швы соединений крышки 6 и внешнего цилиндра 1 дополнительно герметизируют клеем. Саморезы размещают по всему периметру наружного борта 12 крышки 6 по центру борта ( его высоты) с равным шагом (на равных расстояниях друг от друга).
После выполнения вышеуказанных операций заявляемый корпус, снаряженный ОДС, допускается хранить и транспортировать к месту проведения испытаний без предъявления требований безопасности по обращению со взрывоопасными изделиями, поскольку заявляемый корпус не содержит взрывчатых материалов или средств для инициирования их подрыва.
Непосредственно на месте проведения испытаний (экспериментальной площадке) оборудуют полевую площадку/пункт снаряжения взрывоопасных изделий, где заявляемый корпус устанавливают в вертикальном положении на днище 3 и в полость 4 внутреннего цилиндра 2 через отверстие 7 в крышке 6 устанавливают штатный ЦРЗ. С момента установки штатного ЦРЗ заявляемый корпус считается взрывоопасным изделием группы совместимости (опасности) Е [5].
Поверх штатного ЦРЗ во внутренний цилиндр 2 через отверстие 7 в крышке 6 устанавливают крепежно-прижимное кольцо 8 и закрывают отверстие пластиковой пробкой 9.
После установки пластиковой пробки 9 крепежную пластину 14 (фиг. 4) помещают на край крышки 6 заявляемого корпуса бортами 15 вниз. Гребни 16 крепежной пластины 14 совмещают с пазом 13 на крышке 6. После чего пластиковой пробкой 9 сжимают крепежно-прижимное кольцо 8 до совмещения поверхностей пробки 9 и крышки 6 и одновременно с этим смещают крепежную пластину 14 в горизонтальной плоскости до совпадения осей отверстия 17 в крепежной пластине 14 и отверстия 11 в пластиковой пробке 9.
Крепление пластиковой пробки 9 с крышкой 6 осуществляется за счет опирания пробки 9 на верхний торец штатного ЦРЗ (через крепежно-прижимное кольцо 8) и скрепления пластиковой пробки 9 и крышки 6 с помощью крепежной пластины 14, соединенной с крышкой 6 с помощью соединения «гребень-паз».
После вышеуказанных операций заявляемый корпус в зависимости от условий проведения испытаний опускают на поверхность грунта или закрепляют на испытательном стенде, опорной тумбе или столбе. При необходимости инициирования подрыва ЦРЗ снизу снаряженный корпус предварительно переворачивают отверстием для установки детонирующего устройства вниз, а при подрыве ЦРЗ «с поверхности» в грунте предусматривают технологическую выемку для обеспечения установки детонирующего устройства.
В соосные отверстия 17, 11 и 10, соответственно расположенные в крепежной пластине 14, пластиковой пробке 9 и крепежно-прижимном кольце 8, вставляют детонирующее устройство для инициирования подрыва штатного ЦРЗ.
С момента установки детонирующего устройства заявляемый корпус считается окончательно снаряженным и готовым к подрыву.
Макетируемая БЧ БОВ, снаряженная с использованием заявляемого универсального корпуса, работает следующим образом.
Детонирующее устройство подает взрывной импульс на центральный разрывной заряд и инициирует его подрыв, что последовательно обеспечивает:
- детонацию взрывчатого вещества штатного ЦРЗ и образование высокого давления продуктов взрыва;
- последовательное разрушение внутреннего цилиндра 2 и внешнего цилиндра 1 заявляемого корпуса;
- взрывное диспергирование объемно-детонирующей смеси в воздух;
- формирование облака горючевоздушной смеси с последующей его детонацией или взрывным горением.
Вышеуказанный процесс функционирования макетированной БЧ БОВ с использованием заявляемого универсального корпуса подтверждает полноту и точность моделирования процесса объемно-детонирующего действия штатных боевых частей боеприпасов объемного взрыва, указанных в известных источниках [1-3, 6], что свидетельствует о возможности использования для испытаний заявляемого корпуса с универсальной конструкцией.
Универсальность конструкции заявляемого корпуса подтверждается возможностью замещения штатных корпусов БЧ БОВ:
- различных калибров и с различными типами центрального разрывного заряда, поскольку конструкция заявляемого корпуса проектируется по чертежам замещаемой БЧ БОВ, а изготовление устройства на 3D-принтере позволяет легко варьировать его размеры, например диаметр внутреннего цилиндра 2 под установку разных штатных центральных разрывных зарядов или высоту цилиндрического выступа 18 в зависимости от высоты штатного ЦРЗ;
- с жидкими и пастообразными ОДС, поскольку днище 3 заявляемого корпуса выполнено при изготовлении монолитно с внешним 1 и внутренним 2 цилиндрами, а крышка 6 скреплена с цилиндрами 1 и 2 с помощью герметичных клеевых соединений и саморезов;
- с различным направлением инициирования подрыва ЦРЗ (сверху или снизу), поскольку герметичное соединение крышки 6 с цилиндрами 1 и 2 исключает вытекание жидких фракций ОДС, а крепежно-прижимное кольцо 8 позволяет фиксировать детонирующее устройство при его установке с нижней части заявляемого корпуса (в перевернутый днищем вверх корпус).
Технический результат обеспечивается за счет особенностей конструкции и материала изготовления заявляемого корпуса. Так, заявляемый корпус для макетирования БЧ БОВ выполнен в форме цилиндра, что соответствует форме каморы для размещения объемно-детонирующей смеси (зарядной каморы) штатных БЧ БОВ (с незначительными отклонениями некоторых типов боеприпасов, вызванными наличием сложной формы оживальной или донной части зарядной каморы). Изготовление заявляемого корпуса на 3D-принтере, прежде всего, позволяет выполнить днище с внешним и внутренним цилиндрами в виде монолита. Использование 3D-принтера также позволяет варьировать и, таким образом, соблюдать габаритные характеристики штатных БЧ БОВ в части сохранения размеров и объема полости, заполняемой ОДС, и наличия внутренней полости, соответствующей по размерам штатному центральному разрывному заряду БЧ БОВ. Такое решение позволяет: снаряжать заявляемый корпус ОДС в объеме, соответствующем объему штатного снаряжения БЧ БОВ, и моделировать процесс объемного взрыва при взрыве смесей в больших объемах, соответствующих объемам ОДС штатных БОВ; использовать при снаряжении заявляемого корпуса штатный ЦРЗ и, тем самым, замещать штатные БЧ БОВ, конструкция которых предусматривает разницу высот ЦРЗ и зарядной каморы для ОДС. При этом изготовление заявляемого корпуса из пластика не влияет на формирование процесса взрывного диспергирования, что подтверждено испытаниями с использованием заявляемого корпуса.
Заявляемый корпус успешно апробирован в ходе проведения натурных испытаний. Функционирование заявляемого корпуса при макетировании БЧ БОВ оценено в экспериментах по моделированию объемно-детонирующего действия штатных БЧ БОВ, результаты которых (включая результаты измерения параметров взрыва) свидетельствуют об обеспечении достижения срабатывания облака горючевоздушной смеси в заданном режиме. Сравнение результатов измерения параметров взрыва при испытаниях с использованием заявляемого корпуса с имеющимися данными по штатным БЧ БОВ показали полное соответствие размеров и темпа формирования облаков горючевоздушной смеси при взрывах макетированных и штатных БЧ БОВ, а также соответствие энергетических характеристик взрыва макетированных БЧ БОВ с имеющимися данными по штатным БЧ БОВ (с учетом коэффициента потери энергии на разрыв оборочки корпуса штатной БЧ БОВ).
Эксперименты подтвердили пригодность заявляемого универсального корпуса для макетирования и замещения боевых частей штатных БОВ различных типов при проведении натурных стационарных испытаний и свидетельствуют о достижении цели изобретения.
Таким образом, изобретение обеспечивает ряд преимуществ, связанных с изготовлением и функционированием заявляемого корпуса для макетирования БЧ БОВ. Особенности конструкции и материала изготовления заявляемого корпуса позволяют повысить достоверность, надежность и экономичность проведения натурных испытаний, а также снизить риски возникновения чрезвычайных ситуаций при обращении со взрывоопасными изделиями.
Повышение достоверности и надежности проведения натурных испытаний с использованием заявляемого корпуса достигается за счет сохранения габаритных характеристик штатных БЧ БОВ, возможности инициирования подрыва ЦРЗ снизу и при этом исключения возможности вытекания жидких ОДС.
Повышение экономичности проведения натурных испытаний достигается за счет значительного сокращения финансовых затрат, связанных с замещением дорогостоящих и технологически сложных штатных БЧ БОВ или их корпусов, простоты в изготовлении заявляемого корпуса и использовании в качестве материала его изготовления недорогого пластика, а также сокращением времени на подготовку к проведению натурных испытаний.
Изготовление заявляемого корпуса методом 3D-печати с послойным наплавлением с использованием в качестве материала пластика обеспечивает:
- достаточную прочность изделия, низкую степень деформации конструкций и высокую адгезию слоев;
- высокое разрешение печати, позволяющее создавать изделие достаточной геометрической сложности, и, прежде всего, изготавливать днища с внешним и внутренним цилиндрами в виде монолита;
- минимизацию воздействия осколков корпуса на измерительную аппаратуру и полигонное оборудование.
3
3
Минимизация воздействия осколков корпуса обеспечивается за счет того, что пластиковые осколки заявляемого корпуса, образующиеся после подрыва макетированной БЧ БОВ, либо сгорают в облаке горючевоздушной смеси, либо имеют незначительные баллистические характеристики. Такой процесс формирования осколочного поля вызван тем, что прочностные, массовые и температурные характеристики материала изготовления заявляемого корпуса существенно ниже характеристик материала изготовления корпуса-прототипа (прочность на разрыв: пластика - 35-65 МПа, стали - свыше 300 МПа; плотность: пластика - 0,9-1,3 г/см, стали - 7,70-7,90 г/см; температура плавления: пластика - 150-180°С, стали - 1300-1500°С).
В ходе экспериментальных работ установлено, что при подрыве макетированной БЧ БОВ, корпус которой изготовлен из пластика, образуются осколки с баллистическими характеристиками, не позволяющими нанести значительное повреждение измерительной аппаратуре и полигонному оборудованию за границей облака горючевоздушной смеси, что обеспечивает повышение безопасности, надежности и экономичности проведения натурных испытаний. Это подтверждается малым размером осколков - не более 1,0×1,0×1,0 мм и радиусом их разлета от точки подрыва, наносящим повреждение измерительной аппаратуре, - не далее двух радиусов облака горючевоздушной смеси.
Снижение рисков возникновения чрезвычайных ситуаций при обращении со взрывоопасными изделиями достигается за счет возможности снаряжения заявляемого корпуса при макетировании БЧ БОВ штатным центральным разрывным зарядом непосредственно на месте проведения натурных испытаний в отличие от испытаний с использованием штатных корпусов БЧ БОВ или корпуса-прототипа. Как следствие этого - отсутствие необходимости организации и соблюдения требований безопасности при работе со взрывоопасными изделиями на этапах:
- снаряжения заявляемого корпуса объемно-детонирующей смесью;
- хранения и транспортировки снаряженного ОДС заявляемого корпуса к месту проведения натурных испытаний.
Список литературы
1. Гельфанд Б.Е., Сильников М.В. Объемные взрывы. - СПб: Астерион, 2008.
2. RU 2172924 С1, 27.08.2001.
3. RU 2293280 С1, 07.09.2005.
4. ГОСТ Р 52857.2-2007 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек» - М: Изд-во стандартов, 2007.
5. «Правила безопасности при взрывных работах», утвержденные приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 16 декабря 2013 г. №605 / Бюллетень нормативных актов органов исполнительной власти №23 от 09.06.2014. - М: Из-во «Юридическая литература» Администрации Президента Российской Федерации, 2014.
6. Боеприпасы. Том 1 / Под общей редакцией В.В. Селиванова - М: МВТУ им. Н.Э. Баумана, 2016.