ЛОКАЛИЗУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ БЫСТРОПРОТЕКАЮЩИХ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Полезная модель относится к области техники взрывных работ и исследования быстропротекающих гидродинамических процессов, в частности, к проведению исследований физических и механических свойств материалов при интенсивных динамических нагрузках, создаваемых нагружающими устройствами, с использованием взрывчатых веществ (ВВ). В этих исследованиях для защиты окружающей среды и оборудования от воздействия продуктов взрыва и осколков применяются локализующие устройства и взрывные камеры.
Задачей рассматриваемой области техники является создание устройства широкого диапазона применения, обеспечивающего проведение исследований физических и механических свойств материалов при интенсивных динамических нагрузках, создаваемых нагружающими устройствами, с использованием ВВ.
Известно «Локализующее устройство для радиографических исследований взрывных процессов», патент РФ №2455614 С1, МПК F42D 5/04 (опубликовано 10.07.2012). Указанное устройство содержит взрывную камеру, корпус которой состоит из центральной части и двух выпуклых днищ, укрепленных изнутри противоосколочиыми элементами и скрепленных между собой кольцевыми фланцами при помощи шпилек. Шпильки равномерно попарно распределены по радиусу фланцев с интервалом для прохождения потока радиографического излучения. При этом центральная часть выполнена в виде полой слоеной цилиндрической вставки с фланцами, герметично соединенными с фланцами днищ при помощи прижимных колец.
Недостатками устройства являются существенное ослабление и рассеяние многослойной стенкой центральной вставки камеры потока рентгеновского излучения, распространяющегося от источника через образец исследования к регистрирующей системе, что снижает качество регистрируемого изображения исследуемых взрывных процессов.
Наиболее близким к изобретению техническим решением (прототипом) является устройство для проведения исследований физических и механических свойств материалов при интенсивных динамических нагрузках, создаваемых нагружающими устройствами, с использованием ВВ (патент RU 2548462, «Локализующее устройство для исследований быстропротекающих гидродинамических процессов», МПК: F42D 5/04, опублик. 20.04.2015). Устройство содержит наружную герметичную взрывозащитную камеру, внутрь которой помещена измерительная сборка, включающая капсулу, в которой последовательно размещены нагружающее устройство, содержащее заряд ВВ, задействуемый генератором ударной волны, и исследуемый образец, крышка и днище капсулы выполнены с возможностью разрушения при динамическом нагружении исследуемого образца, а капсула соединена трубопроводом с системой газонаполнения или вакуумирования и снабжена средствами измерительной и технологической оснастки. В наружной камере размещены датчики давления и температуры, а при исследовании радиоактивных материалов - детекторы для измерения радиоактивности. В днищах установлены гермопереходы для подрывной линии и соответствующих измерительных датчиков.
Недостатком устройства является невозможность в одном эксперименте исследовать несколько материалов, осуществлять вариации параметров ударной нагрузки или изменять состав окружающей среды (газ, вакуум и т.п.), что увеличивает стоимость и трудоемкость исследований.
Техническим результатом является повышение информативности получаемых результатов исследований за один эксперимент.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в локализующем устройстве для исследования быстропротекающих гидродинамических процессов, содержащем наружную герметичную взрывозащитную камеру, внутрь которой помещена измерительная сборка, включающая капсулу, в которой последовательно размещены нагружающее устройство, задействуемое генератором ударной волны, и исследуемый образец, крышка и днище капсулы выполнены с возможностью разрушения при динамическом нагружении исследуемого образца, а капсула соединена трубопроводом с системой газонаполнения или вакуумирования и снабжена средствами измерительной и технологической оснастки, новым является то, что измерительная сборка выполнена в виде набора отделенных друг от друга капсул, расположенных в несколько рядов вдоль оси локализующего устройства и закрепленных на общем каркасе, установленном в центральной части герметичной взрывозащитной камеры, при этом днища камеры, а также ее центральная часть снабжены противоосколочной защитой, капсулы одного ряда размещены на общей оси попарно, а капсулы в паре обращены друг к другу со стороны установки нагружающих устройств, причем капсулы одного ряда снабжены либо индивидуальными фильтрами для соединения с системой газонаполнения, либо с системой вакуумирования, а генераторы ударной волны объединены в единую систему одновременного подрыва.
Противоосколочная защита центральной части может быть выполнена в виде пакета металлической сетки, а днищ - также или в виде набора стальных дисков.
Капсулы могут быть снабжены взрывными нагружающими устройствами, отличающимися по амплитуде и длительности нагружающего импульса, а также заполняться газом при определенном давлении или вакуумироваться.
Выполнение измерительной сборки в виде набора отделенных друг от друга капсул, расположенных в несколько рядов вдоль оси локализующего устройства и закрепленных на общем каркасе, установленном в центральной части герметичной взрывозащитной камеры, позволяет повысить информативность проводимого эксперимента за счет увеличения в нем количества исследуемых образцов, обеспечить выбор большого количества вариантов применения различных образцов, уровней динамических нагрузок и изменение среды в полостях капсул, что также увеличивает объем статистических данных при меньшем количестве испытаний (снижение физических и материальных затрат).
Снабжение центральной части и днищ камеры противоосколочной защитой позволяет использовать несущую способность цилиндрической оболочки на длине центральной части при более равномерном распределении нагрузок по ее длине и в сумме существенно снизить осколочное и импульсное воздействие.
Размещение капсул одного ряда на общей оси попарно, а капсул в паре обращенными друг к другу со стороны установки нагружающих устройств, позволяет использовать эффект снижения и перераспределения нагрузок на камеру в осевом направлении за счет направленного движения расширяющихся продуктов взрыва от каждого нагружающего устройства навстречу друг другу (снижение уровней давления в осевом направлении и перераспределение давления в радиальном направлении).
Снабжение капсул одного ряда либо индивидуальными фильтрами для соединения с системой газонаполнения, либо с системой вакуумирования, позволяет расширить вариации исследований в одном эксперименте.
Объединение генераторов ударной волны в единую систему одновременного подрыва позволяет синхронизировать воздействие, чтобы обеспечить направленное движение расширяющихся продуктов взрыва от каждого нагружающего устройства навстречу друг другу.
На фиг. изображена схема локализующего устройства, в состав которого входит измерительная сборка, поясняющая заявляемую полезную модель, где:
1 - наружная герметичная взрывозащитная камера; 2 - противоосколочная защита; 3 - каркас; 4 - подвесы; 5 - капсулы; 6 - нагружающие устройства; 7 - фильтры; 8 - трубопроводы.
Примером конкретного выполнения заявляемой полезной модели может служить устройство для исследования динамических свойств конструкционных материалов (в том числе, радиоактивных и токсичных) с использованием ВВ в качестве нагружающих устройств, создающих импульс давления с амплитудой до ~50 Гпа. Во внутреннюю полость цилиндрической наружной герметичной взрывозащитной камеры 1 на два подвеса 4 подвешивается металлический каркас 3, на котором установлена сборка, включающая восемь стальных герметичных капсул 5, расположенных в два ряда, с нагружающими устройствами и фильтрами с трубопроводами. Капсулы снабжены различными образцами и разными нагружающими устройствами 6, создающими ударно-волновой воздействие в образце при уровнях давления от ~15 ГПа до ~50 ГПа. Капсулы разнесены на определенное расстояние друг от друга в двух плоскостях относительно оси взрывозащитной камеры. В верхнем ряду расположены капсулы, которые при сборке с помощью системы газового наполнения заполняют газовой смесью. Каждая капсула через трубопровод 8 соединена с индивидуальным фильтром 7, через который производят наполнение полости газом. В нижнем ряду расположены капсулы с вакуумной средой. На каждую капсулу установлен генератор ударной волны, которые объединены в систему одновременного подрыва. Взрывозащитная камера 1 в центральной части оснащена противоосколочной защитой, которая снижает осколочное воздействие и общую ударную волну от нагружающих устройств на стенки взрывозащитной камеры в зоне расположения капсул при проведении эксперимента. Кроме того, днища камеры также снабжены противоосколочной защитой. Противоосколочная защита центральной части выполнена в виде пакета металлической сетки, а днищ - в виде набора стальных дисков.
Работа заявляемого устройства заключается в следующем.
Взрывозащитную камеру 1 предварительно устанавливают на рабочем поле (на землю) испытательного полигона. Проводится последовательная сборка устройства с установкой капсул 5 на каркас 3 и снаряжение нагружающих устройств, содержащих ВВ. Выполняется вакуумирование полостей капсул 5 нижнего ряда и заполнение газовой средой полостей капсул 5 верхнего ряда. Устройство подвешивают, в геометрический центр взрывозащитной камеры, после чего камера герметично закрывается и осуществляется одновременный подрыв нагружающих устройств, содержащих заряды ВВ.
При взрыве зарядов ВВ в полости взрывозащитной камеры 1 происходит динамическое нагружение противоосколочной защиты 2. на которую действует суммарный импульс давления воздушной ударной волны, газообразных и твердых (осколков) ПВ. Вследствие этого противоосколочная защита деформируется, и на ее поверхности появляются повреждения от осколочного воздействия. При этом за счет применения противоосколочной защиты 2 снижается общее воздействие суммарного импульса давления воздушной ударной волны и минимизируется (возможно, исключается) осколочное воздействие на взрывозащитную камеру 1.
При столкновении ударных волн от противоположно направленных нагружающих устройств капсул 5, происходит перераспределение импульса нагрузки на взрывозащитную камеру 1.
На действующем экспериментальном образце показана возможность реализации заявленной полезной модели. Проведенные взрывные эксперименты подтвердили достижение заявленного технического результата. Т.о., заявляемая полезная модель обеспечивает повышение информативности получаемых результатов исследований за один эксперимент, т.к. позволяет проводить эксперимент с устройством, которое содержит несколько капсул и одновременно исследовать динамические свойства различных материалов в широком диапазоне давлений ударно-волновым воздействием методами, основанными на разных физических принципах, с возможностью вакуумирования или заполнение газом полостей капсул.