КУМУЛЯТИВНЫЙ ЗАРЯД
SHAPED CHARGE

Изобретение относится к взрывным устройствам, в частности к конструкции сосредоточенных (осесимметричных) кумулятивных зарядов, которые могут быть использованы в различных областях промышленности при проведении взрывных работ, связанных с пробитием преград.
Задачами, на решение которых направлено заявляемое изобретение, являются: повышение эффективности действия, а конкретно повышение пробивной способности кумулятивного заряда, выполненного с конусной облицовкой, угол раствора которой находится в диапазоне 45-75°, и оптимизация массогабаритных характеристик.
Из предшествующего уровня техники известны решения данной задачи, например из описания к европейскому патенту ЕР №0254800, которое опубликовано 03.02.88 г. и в котором описана конструкция кумулятивного заряда (КЗ). Данная конструкция представляет собой корпус, в котором помещены основной и промежуточный заряды взрывчатого вещества (ВВ), разделенные многослойной инертной линзой, формирующей кольцеобразную зону инициирования. Основной заряд (ОЗ) выполнен с конусной облицовкой. Промежуточный заряд (ПЗ) выполнен в виде тонкого слоя.
Недостатком известного решения является следующее. Поскольку ОЗ изготавливают из мощного ВВ с большим критическим диаметром детонации, а П3 - тонким, расположенным таким образом, что возможна скользящая детонация ВВ ПЗ относительно ВВ ОЗ. Это может привести к неустойчивой передаче детонационного импульса и искажению фронта детонационной волны (ДВ) в ВВ ОЗ, приводящим к снижению эффективности работы КЗ (снижению пробивного действия или разрушению ОЗ без его детонации).
Известно другое решение, частично устраняющее недостатки предыдущего, это конструкция КЗ из описания к патенту RU №2110037, опубликованному 27.04.98 г. Данная конструкция выбрана в качестве прототипа заявляемого изобретения. Известная конструкция содержит корпус, в котором помещены ОЗ с конусной облицовкой, инертная линза и ПЗ, выполненный из пластичного ВВ с расширяющимся концевым участком. Расширение выполнено таким образом, что концевой участок в радиальном сечении представляет собой прямоугольник. При этом ширина концевого участка ПЗ в зоне соприкосновения с ОЗ выбрана в пределах величин от критического до предельного диаметров детонации ВВ ОЗ включительно, концевой участок в зоне соприкосновения с ОЗ выполнен равнотолщинным и его толщина выбрана в пределах величин от половины критического диаметра ВВ ОЗ до толщины инертной линзы. Толщина ПЗ на других участках выбрана в пределах величин от предельного диаметра детонации ПЗ до 0,04 диаметра ОЗ.
Недостатком известного решения может быть снижение эффективности действия кумулятивной струи (КС) по преграде из-за неоптимального выбора расстояния от торца облицовки до зоны соприкосновения промежуточного и основного зарядов из-за следующего обстоятельства. При передаче инициирующего импульса от ПЗ к ВВ ОЗ с помощью специальной профилированной инертной линзы формируется определенный профиль фронта ДВ: кольцевой формы в зоне линзы, конически сходящийся к вершине облицовки кумулятивной выемки и расходящийся к торцу облицовки. Взрывное обжатие облицовки приводит к течению материала внутренних слоев облицовки и формированию КС. Для повышения эффективности действия фронта ДВ на процесс обжатия облицовки немаловажно, чтобы его пространственная ориентация у вершины облицовки была ортогональна (перпендикулярна) к образующей конической поверхности облицовки. Для выполнения данного условия необходим оптимальный выбор расстояния от торца облицовки до зоны соприкосновения промежуточного и основного зарядов. Именно это расстояние является решающим в выборе необходимого количества ВВ в зоне соприкосновения промежуточного и основного зарядов. Уменьшение расстояния от торца облицовки до зоны соприкосновения промежуточного и основного зарядов, а следовательно, и от вершины облицовки до этой же зоны, примерно до уровня вершины облицовки или ниже, уменьшит количество ВВ в ОЗ, а это в свою очередь скажется на уменьшении скорости метания облицовки, что не позволит обеспечить максимально допустимых скоростей головных элементов КС и, как следствие, уменьшит ее пробивное действие. Кроме того, уменьшение данного расстояния не позволит скомпенсировать начальное искажение симметрии фронта ДВ (разновременности инициирования ВВ ОЗ), что может привести к искривлению кумулятивной струи. Изменение данного расстояния в большую сторону приводит к увеличению массогабаритных характеристик КЗ и снижению технологичности его изготовления. Кроме этого увеличение данного расстояния нарушает условие ортогональности, при котором уменьшается угол подхода фронта ДВ к вершине облицовки и, начиная с некоторых расстояний, приводит к уменьшению скорости метания облицовки и снижению пробивного действия.
Техническим результатом заявляемого решения является повышение эффективности действия кумулятивного заряда за счет оптимизации условий подхода фронта ДВ в ОЗ к поверхности облицовки.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в КЗ, включающем корпус, в который помещены ОЗ ВВ с конусной облицовкой, выполненной раствором 45-75°, инертная линза и ПЗ из пластичного ВВ с расширяющимся в сторону ОЗ концевым участком, ширина которого по зоне соприкосновения с ОЗ выбрана в пределах величин от критического до предельного диаметров детонации ВВ ОЗ включительно, поверхность расширяющейся части концевого участка ПЗ выполнена частично или полностью конической, а расстояние Н от торца облицовки до зоны соприкосновения основного и промежуточного зарядов выбрано из следующего соотношения:
2
Н=(D+dtgαК)/2tgα,
где D - диаметр окружности, образованный пересечением плоскости, проходящей по торцу облицовки, и внешней поверхности облицовки, мм;
d - наибольший диаметр промежуточного заряда, мм;
α - угол между образующей внешней поверхности облицовки и ее осью;
К - коэффициент определен экспериментальным путем и находится в пределах от 0,75 до 1,25.
Внешняя поверхность ОЗ может быть выполнена конусной.
Выполнение поверхности расширяющейся части концевого участка ПЗ частично или полностью конической и выполнение внешней поверхности ОЗ конусной позволяет минимизировать массу ВВ и улучшить массогабаритные характеристики КЗ, не ухудшая условий формирования и распространения фронта ДВ.
Выбор расстояния Н от торца облицовки до зоны соприкосновения основного и промежуточного зарядов указанным выше образом позволяет обеспечить оптимальные условия для формирования фронта ДВ и его воздействия на облицовку, с последующим формированием КС и эффективного действия КС по преграде. Данные условия, а именно ортогональная к образующей конической поверхности облицовки пространственная ориентация фронта ДВ у вершины облицовки, обеспечиваются за счет выбранного по формуле расстояния Н, что позволяет обеспечить максимально допустимые скорости головных элементов КС.
На фиг.1 изображена схема заявляемого устройства, на фиг.2 и 3 показана зона соприкосновения основного и промежуточного зарядов у разных вариантов выполнения конструкции ПЗ и его концевого участка, на фиг.4 представлена расчетная модель расположения элементов КЗ, использованная при выведении соотношения, указанного в патентной формуле данного предлагаемого изобретения, где:
1 - корпус;
2 - основной заряд;
3 - инертная линза;
4 - промежуточный заряд;
5 - концевой участок промежуточного заряда;
6 - крышка;
7 - облицовка.
Примером конкретного выполнения заявляемого устройства может служить КЗ для пробития преград из стали, включающий корпус 1, изготовленный из алюминиевого сплава, в котором размещены ОЗ 2 и ПЗ 4. ОЗ 2 снаряжается ВВ на основе октогена. В качестве облицовки 7 ОЗ 2 используется разнотолщинная по высоте медная воронка с диаметром окружности, образованным пересечением плоскости, проходящей по торцу облицовки 7 и образующей внешнего конуса облицовки D=151 мм, и углом между образующей внешнего конуса облицовки и ее осью α=31,2°. ПЗ 4 выполнен из пластичного ВВ на основе ТЭНа. Толщина ПЗ 4 со стороны инертной линзы составляет от 2 до 6 мм. Толщина концевого участка 5 ПЗ 4 в зоне соприкосновения с ОЗ 2 изменяется от 2 до 10 мм, а его ширина в зоне соприкосновения с ОЗ 2 составляет 11 мм. Наибольший диаметр ПЗ 4 составляет d=124 мм. Закрывается ПЗ 4 крышкой 6. Инертная линза 3 и крышка 6 изготавливаются из пенопласта.
Таким образом, расстояние от торца облицовки 7 до зоны соприкосновения ОЗ 2 и концевого участка 5 ПЗ 4 с коэффициентом К=0,996 составляет:
2
Н=(151+124tg31,2°0,996)/2tg31,2°=162 мм.
Работа КЗ осуществляется следующим образом. От подрыва средства инициирования, например электродетонатора (на фиг.1-3 не показан), который устанавливается в гнездо корпуса 1 и крышки 6, детонационный импульс распространяется по ПЗ 4, расположенному между крышкой 6 и инертной линзой 3, до концевого участка 5, позволяющего за счет своей формы и габаритов обеспечить стабильность передачи детонационного импульса ВВ ОЗ 2. Далее в ОЗ 2 формируется симметричная детонационная волна, фронт которой распространяется по ОЗ 2 от зоны соприкосновения ОЗ 2 и ПЗ 4 к облицовке 7. Из облицовки 7 формируется КС, обеспечивающая пробивную способность КЗ. Испытания данного образца показали требуемую эффективность пробития стальной преграды.
Таким образом, по сравнению с имеющимися аналогами данное решение позволяет оптимизировать компоновку ПЗ и ОЗ в КЗ, обеспечив максимальную эффективность действия КЗ за счет улучшения основной характеристики КЗ - пробивной способности, без увеличения габаритов устройства.