Плоскосимметричный кумулятивный заряд

Полезная модель относится к удлиненным кумулятивным зарядам (УКЗ) взрывчатого вещества (ВВ) с продольной кумулятивной выемкой и может быть использовано при проведения горных выработок, а так же выполнении технологических задач, сопряженных с необходимостью разделения громоздких металлических конструкций, например, для резки утилизируемых элементов трубопроводов, железнодорожных вагонов, разрушения железобетонных блоков и т.д.
Общеизвестно [Резка металлов взрывом / А.В. Аттетков, A.M. Гнускин, В.А. Пырьев, Г.Г. Сагидуллин. - М.: СИП РИА, 2000. - с. 131-142.] использование удлиненных кумулятивных зарядов для решения задач разделения различных и, прежде всего, металлических преград. При многообразии названий (УКЗ, ДУЗ, ТСн, КУЗ, ЛКЗ, УКЗ- Л, ШКЗ, КУКЗ, УЖЗ, ЗК-Л, ЗКЛБ, УККЗ и др.) и конструкций общим для них всех является наличие профилированного и распределенного по длине заряда взрывчатого вещества (ВВ). Использование кумулятивной выемки позволяет концентрировать энергию взрыва в нужных направлениях (местах), повышая КПД взрыва.
Известны (ТУ 3-2650-92. Удлиненные кумулятивные заряды прокатанные. Технические условия, Сам ПИ, 1992) удлиненные кумулятивные заряды, прокатанные - УКЗ-П, представляющие собой линейный заряд высокобризантного кристаллического ВВ (гексогена) в металлической оболочке (медной, алюминиевой, латунной) с профилированной вдоль образующей кумулятивной выемкой.
Известен линейный кумулятивный заряд, в котором заряд взрывчатого вещества (ВВ) заключен в бумажную оболочку и имеет различные геометрические формы поперечного сечения кумулятивной выемки, облицованную металлом: сферическую, параболическую, полусферическую, под углом 60°, под углом 90°, под углом 120° [Демидюк Г.П., Ведутин В. Ф. Эффективность взрыва при проведении выработок. М.: Недра, 1973. -152 с.].
Известен [В.И. Колпаков, Г.Г. Савенков, А.С. Мазур, К.А. Рудометкин. Численное моделирование функционирования удлиненного кумулятивного заряда по железобетонной преграде // Журнал технической физики, 2015, т. 85, № 1, с. 3-9] удлиненный кумулятивный заряд, состоящий из заряда взрывчатого вещества с кумулятивной выемкой клиновидной формы с углом раствора 90°, облицовки из пластичного металла, корпуса в котором размещен заряд и инициатора.
Известен (патент РФ №2091697, 27.09.97) линейный кумулятивный заряд (ЛКЗ), реализующий заявленный в этом же патенте способ взрывной резки конструкций. Линейный кумулятивный заряд представляет собой заряд ВВ в виде эластичного профилированного прутка с продольной кумулятивной выемкой с облицовкой кумулятивной выемки. Поперечное сечение заряда имеет вид симметричной трапеции с кумулятивной выемкой со стороны большего основания, представляющей в сечении треугольник с высотой h=(0,45-0,55)В, где В - основание треугольника (ширина кумулятивной выемки). Облицовка выполнена из тяжелого пластичного материала (мягкая листовая сталь или оцинкованное железо) с профилем, соответствующим профилю кумулятивной выемки.
Недостатками таких зарядов являются малая скорость формируемой кумулятивной струи и не достаточно большая толщина перерезаемой преграды.
В качестве прототипа выбран плоскосимметричный кумулятивный заряд, состоящий из корпуса в котором размещен заряд взрывчатого вещества с конической кумулятивной выемкой на его боковой поверхности, расположенной по нормали к этой поверхности, облицованный тонким пластичным металлом и инициирующее устройство, расположенное на оси симметрии заряда [В.И. Комащенко, Ю.Н. Малышев, Б.И. Федунец. Основы горного дела: проведение горно-разведочных выработок – Москва: Изд-во Юрайт, 2020. – 668 с., с. 180-181].
Недостатками такого заряда являются малая скорость формируемой кумулятивной струи и не достаточно большая толщина перерезаемой преграды.
Задача данной полезной модели является устранение указанных недостатков, а именно разработать плоскосимметричный кумулятивный заряд формирующий кумулятивную струю (кумулятивный нож) с высокой максимальной скоростью и обеспечивающий большую толщину перерезаемой преграды.
Указанная задача достигается тем, что плоскосимметричный кумулятивный заряд, состоящий из корпуса, в котором размещен заряд взрывчатого вещества с продольными кумулятивными выемками на его боковой поверхности, облицованными пластичным металлом, и инициирующее устройство, расположенное на оси симметрии заряда, а новым является то, что облицовка кумулятивных выемок в поперечном сечении имеет вид трапеции, обращенной меньшим основанием к инициатору, и выполнена составной, включающей основную облицовку в виде боковых граней трапеции из алюминия толщиной 1 мм, и дополнительную облицовку - донышко из стали 45 толщиной 1,5 мм, размещенную на меньшем основании трапеции, шириной более ширины меньшего основания трапеции.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 приведена схема устройства.
На фиг.2 приведены изображения прототипа плоскосимметричного кумулятивного заряда и предлагаемого заряда.
На фиг.1 обозначены: 1 – инициирующее устройство; 2 – взрывчатое вещество; 3 – корпус; 4 – основная кумулятивная облицовка; 5 – дополнительная облицовка - «донышко».
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Инициирующее устройство (детонатор) 1 инициирует взрывчатое вещество 2. Заряд взрывчатого вещества 2 находится в корпусе 3, например, выполненном из картона или полимера. Детонационная волна сначала воздействует на поверхность дополнительной облицовки 5, придавая ей начальную скорость метания и деформируя ее, «донышко» 5 выгибается. Основная облицовка кумулятивная облицовка 4 начинает схлопываться, при этом материал вершины основной облицовки 4 скользит по теневой поверхности дополнительной облицовки 5, приобретая дополнительную осевую скорость метания с увеличением угла схождения материала основной облицовки 4 на ось, где происходит схлопывание материала с формированием кумулятивной струи. Таким образом, повышается эффективность преобразования энергии взрыва в кинетическую энергию кумулятивной струи.
Основная облицовка 4 и дополнительная облицовка 5 выполнены раздельными. Материал дополнительной облицовки 5 отличается от материала основной облицовки 4 и имеет большую плотность. Этим обеспечивается условия скольжения материала основной облицовки 4 по материалу дополнительной облицовки 5.
Выполнение дополнительной облицовки 5 с диаметром более диаметра меньшего основания основной облицовки, обращенной к инициатору основанием с меньшим диаметром, и размещенной на меньшем основании основной облицовки обеспечивает условия не прохождения продуктов детонации вовнутрь основной облицовки 4 и разрушения формируемой кумулятивной струи.
В отличие от известного удлиненного кумулятивного заряда в предлагаемом заряде на основную облицовку оказывает действие продукты детонации заряда взрывчатого вещества и дополнительная облицовка. В результате этого действия увеличивается угол схождения материала основной облицовки на ось, где происходит формирование кумулятивной струи, обеспечивается более длительная передача кинетической энергии от дополнительной облицовки к основной облицовке, чем обеспечивается более высокая максимальная скорость формируемой кумулятивной струи и ее градиент вдоль струи, что обеспечивает большую длину формируемой кумулятивной струи, значит и большую глубину резки преграды.
В результате численного и экспериментального моделирований заряда с диаметром 40 мм, углом раствора конической облицовки 90°, материала основной облицовки – алюминий с толщина стенки 1 мм, длиной образующей стенки конической облицовки 10 мм, диаметр дополнительной облицовки – «донышко» 10 мм, что превышает диаметр усеченной части конической линейной облицовки на 2 мм, толщиной «донышка» 1,5 мм, выполненного из стали 45. В качестве инициирующего устройства использовался детонатор диаметром 6 мм. Корпус заряда был изготовлен из картона. В качестве взрывчатого вещества использовался материал со скоростью детонации 5,1 км/с.
В результате экспериментов было установлено, что максимальная скорость формируемой кумулятивной струи предложенного плоскосимметричного кумулятивного заряда (6,7 км/с) в 1,7 раз выше, чем у аналогичного заряда без дополнительной облицовки.  Несмотря на то, что длина стенки основной облицовки меньше на 20%, чем у прототипа, формируется более длинная массивная кумулятивная струя с большим градиентом скорости вдоль ее оси. В результате возрастает эффективность глубины проникновения кумулятивной струи в преграду на 70% больше, чем у прототипа.