Детонационный триод
DETONATION TRIODE

Изобретение относится к устройствам, передающим детонацию, а именно к логическим детонирующим устройствам, предназначенным для управляемой передачи детонации с целью инициирования взрывных зарядов от одного или более инициаторов. Может быть использовано в различных областях взрывной техники для снижения опасности подготовки к взрыву различных устройств с зарядами взрывчатого вещества (ВВ), а также для построения взрывных логических цепей (ВЛЦ), способных в различных сочетаниях передавать детонацию инициируемым зарядам или частям одного заряда для получения различных режимов срабатывания взрывных изделий.
Известен взрывной логический элемент И, имеющий два входа и один выход с приемным элементом, которые выполнены в виде детонационных каналов, разделенных перегородкой из инертного материала (А.С. №1778491; МПК F42B 3/10, F42C 15/00, опубл. в бюл. №44 от 30.11.1992 г.), представляющий собой детонационный триод (ДТ).
Недостаток такого устройства для ряда применений заключается в возможности передачи детонации между входами при случайном инициировании одного из входов, что повышает опасность изделия с таким устройством.
Известно взрывное логическое устройство (ВЛУ) (патент РФ №2335732; МПК F42B 3/10, F42D 1/04, опубл. 20.06.2006 г.) с цепями блокировки, снятия блокировки, узлом разветвления взрывных цепей и взрывными вентилями для перебивания взрывных цепей - детонационных каналов. Данное устройство построено на схеме детонационного выключателя, в котором блокирующие цепи представляют собой участки детонационного шнура (ДТП) в металлической оболочке. Отключающее перебивающее воздействие на детонационный канал возникает от бокового действия разлетающейся оболочки сработавшего ДШ, перекрещивающегося с каналом.
В отличие от взрывного логического элемента И, ВЛУ выполняет функцию логического суммирования только в случае, когда первым срабатывает блокирующий канал. ВЛУ имеет лишь одно ограничивающее условие срабатывания, определяемое наличием одного блокирующего канала. При срабатывании основного входа устройства происходит блокирование основного канала и наличие дополнительного перебивающего канала никак не влияет на функцию ВЛУ.
Основной недостаток такого устройства заключается в том, что при инициировании управляющего входа происходит переход ВЛУ в открытое для прохода детонации работоспособное состояние на бесконечный период времени, т.е. ВЛУ перестает выполнять логическую функцию - передавать детонацию только по определенному условию. Инициирование основного входа при сработавшем управляющем канале приводит к беспрепятственной передаче детонации к выходу. В этом устройстве отсутствует второе ограничивающее условие для реализации логической функции, нет конечного, ограниченного с двух сторон, временного диапазона работоспособности, который допускает лишь заданные отклонения от установленного порядка инициирования входов любого суммирующего логического устройства с конечной скоростью распространения сигнала. Чрезмерное опережение или запаздывание инициирования входов относительно друг друга должно приводить к затуханию детонации в пределах устройства.
Другой недостаток ВЛУ заключается в том, что управляющее разрушающее воздействие детонационного шнура на отключаемую линию медленнее, чем непосредственное влияние друг на друга смыкающихся детонационных каналов, как в других аналогах подобных устройств. Для обеспечения работоспособности такого устройства требуется увеличение времени его работы с введением в каналы детонационных линий задержки. Это влечет за собой увеличение габаритов устройства, что не всегда приемлемо.
Наиболее близким аналогом является детонационный элемент И (патент РФ №2128815, МПК F42B 3/10, F42D 1/04, опубл. 10.04.1999 г.) в ряде вариантов исполнения, построенный также на основе детонационного выключателя, дополненного введением в каналы линий задержки детонации путем увеличения, как вариант, длины каналов за счет образования петель. В детонационном элементе И для выполнения суммирующей логической функции предложено применить два места блокировки вместо трех.
Недостатком наиболее близкого аналога является сложность подбора и расчета работоспособного варианта схемы с соответствующим соотношением длин участков каналов, их конфигурацией и взаимной компоновкой. Кроме того, наличие линии задержки приводит к значительному увеличению времени работы и росту массы ВВ.
Задачей изобретения является разработка детонационного триода с предотвращением распространения нештатной детонации по инициирующей цепи между входами с возможностью выбора величины диапазона работоспособности, с простейшими элементами переключения, построенными, как вариант, на основе углового эффекта.
Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого детонационного триода, выражается в следующем:
- повышается надежность и безопасность взрывных изделий с детонационным триодом;
- уменьшаются габариты, масса BB и время работы ДТ;
- упрощается подбор, обеспечение и расчет главной характеристики суммирующих элементов ВЛЦ - диапазона работоспособности;
- конструкция ДТ унифицируется и может использоваться в качестве элементной базы для построения более сложных многокомпонентных ВЛЦ, что позволяет создать единую технологию изготовления, упростить отработку, повысить надежность и создавать различные новые типы ВЛЦ.
Технический результат достигается тем, что детонационный триод состоит из системы детонационных каналов с двумя входами и выходом. Детонационный канал, идущий от первого входа, разделяется на два канала - основной, идущий до выхода, и блокирующий, при этом блокирующий канал короче основного и сомкнут с ним. От второго входа идет управляющий канал, который пересекает блокирующий канал и смыкается с основным каналом. Длина блокирующего канала от входа до точки пересечения с управляющим каналом равна длине основного канала от входа до точки смыкания с управляющим каналом. Каналы выполнены шириной на 20±5% меньше критического размера зоны углового эффекта. Внутренние радиусы поворотов каналов превышают критический размер зоны углового эффекта, а в местах пересечения и смыкания каналов критический размер зон углового эффекта превышает ширину каналов.
Основной канал предназначен для передачи детонации к выходу ДТ при отключении блокирующего канала.
Блокирующий канал предназначен для отключения основного канала, для чего выполнен короче основного, чтобы детонация по нему быстрее подошла к точке их смыкания.
Управляющий канал предназначен для отключения блокирующего канала и получения возможности прохода детонации по основному каналу до момента прихода детонации к точке смыкания управляющего и основного каналов, когда от этого основной канал отключится.
Длина блокирующего канала от входа до точки пересечения с управляющим каналом равна длине основного канала от входа до точки смыкания с управляющим каналом для того, чтобы упростить подбор длины управляющего канала и синхронизацию момента прихода детонации к точкам пересечения и смыкания с моментом прихода детонации к середине участка управляющего канала между этими точками.
Каналы выполнены шириной на 20±5% меньше критического размера зоны углового эффекта, что обеспечивает затухание детонации на поворотах каналов под углом 80° и более.
Внутренние радиусы поворотов каналов превышают критический размер зоны углового эффекта, что позволяет детонации распространяться вдоль канала без задержки. В местах пересечения и смыкания каналов критический размер зон углового эффекта превышает ширину каналов, что с одной стороны приводит к затуханию детонации на повороте, а с другой стороны приводит к образованию полости в поперечном канале и потере им детонационной проводимости.
Предложенная конструкция ДТ позволяет обеспечить надежную передачу детонации при соблюдении условия одновременного инициирования входов ДТ. Исключается передача детонации при случайном инициировании одного из входов или неодновременном инициировании обоих входов ДТ с разновременностью более диапазона работоспособности. Случайное инициирование возможно при применении инициаторов (детонаторов), чувствительных к внешним аварийным (ударным, взрывным, пулевым или осколочным) или ошибочным воздействиям.
На фиг. 1 изображена схема зоны углового эффекта в широком канале с ВВ. На фиг. 2 изображен разрез А-А зоны углового эффекта в широком канале с ВВ. На фиг. 3 изображена схема зоны углового эффекта в узком канале с ВВ. На фиг. 4 изображена схема ДТ. На фиг. 5 показан пример исполнения детонационного триода. На фиг.6 показан разрез Б-Б с сечением канала. На фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6: 1 - зона углового эффекта, 2 - основной канал, 3 - блокирующий канал, 4 - первый вход, 5 - выход, 6 - управляющий канал, 7 - второй вход, В - критический размер зоны углового эффекта. Стрелки на фиг. 1 и на фиг. 4 у входов 4 и 7 и у выхода 5 показывают направление распространения детонации. Стрелки на фиг.4 на каналах 3 и 6 показывают места отключения каналов 2 и 3.
Угловой эффект при распространении детонации по удлиненным каналам с ВВ шириной больше характерного размера критического сечения ВВ заключается в образовании зоны непрореагировавшего ВВ за поворотом детонационного канала. Если ширина канала за поворотом меньше критического размера В зоны углового эффекта 1 (фиг. 1), то детонация затухает (А.В. Аттетков, М.М. Бойко. «Детонационные логические элементы», УДК 534.222.2, журнал «Физика горения и взрыва», 1994, том 30, №5). Угловой эффект затухания вызван наличием в детонирующих удлиненных зарядах ВВ слоя Харитона - поверхностного слоя ВВ со сниженным давлением протекания химической реакции из-за «разгрузки» в окружающий материал (Балаганский И.А., Мержиевский Л.А. Действие средств поражения и боеприпасов: Учебник. - Новосибирск: Изд-во НГТУ. - 2004, стр. 191). При этом боковое действие ВВ снижается до уровня, недостаточного для инициирования ВВ, расположенного непосредственно за поворотом детонационного канала. Поверхность массива непрореагировавшего ВВ достаточно сложна, динамична и имеет седловидную форму с минимальной толщиной по центру сечения канала. Соотношение ширины канала и минимальной толщины зоны углового эффекта определяет, пройдет ли детонация в боковое ответвление канала. Минимальную толщину зоны углового эффекта можно считать критическим размером В зоны углового эффекта 1. На экспериментальных металлических пластинах-свидетелях, прилегающих к плоскости, на которой были выполнены сработавшие детонационные каналы с углом поворота 90°, остается отпечаток зоны непрореагировавшего (несдетонировавшего) ВВ с формой, близкой к полукругу (С.А. Новиков, В.И. Шутов. О распространении детонации в полосе, имеющей углы поворота. - Физика горения и взрыва, 1980 г. - Т. 16, №3. - Изд-во «Наука». - Сибирское отделение, Новосибирск, с. 153; И.Ф. Кобылкин, Н.И. Носенко. Распространение детонационных волн в листовых зарядах ВВ с угловыми границами. - Химическая физика, 1998 г. - Т. 17, №1. - Изд-во «Наука». - Москва, с. 114; Физика взрыва / Под ред. Л.П. Орленко. - Изд. 3-е, переработанное. - В 2 т. Т. 1. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002, с. 280).
Схема ДТ (фиг. 4) максимально упрощена по сравнению с аналогами и состоит из основного канала 2, блокирующего канала 3, которые разветвляются от первого входа 4 и идут параллельно до поворота основного канала. За поворотом основного канала 2 с ним смыкается блокирующий канал 3 и далее основной канал заканчивается выходом 5. Основной канал 2 и блокирующий канал 3 пересекаются управляющим каналом 6, идущим от второго входа 7.
Пример детонационного триода (фиг. 5) построен с использованием углового эффекта затухания детонации за поворотом узкого канала из-за образования зоны непрореагировавшего ВВ. Предлагаемый ДТ состоит из основного канала 2 и блокирующего канала 3, отходящих от первого входа 4 и смыкающихся перед выходом 5, и управляющего канала 6, отходящего от второго входа 7. Пазы для детонационных каналов выполнены в матрице (каркасе) из полимерного материала (на фиг. не показан) и заполнены пластическим ВВ на основе тэна.
Каналы 2, 3 и 6 имеют минимальную глубину, превышающую характерный размер критического сечения для применяемого ВВ и определяемую технологическими ограничениями, и ширину, превышающую характерный размер критического сечения для применяемого ВВ, но гарантирующую затухание детонации на незакругленном повороте канала под углом не менее 80°.
Размеры ДТ связаны следующим образом - длины кратчайшего пути по основному и блокирующему каналам 2 и 3 от входа 4 до управляющего канала 6 равны длине пути от входа 7 до середины участка управляющего канала 6 между основным и блокирующим каналами 2 и 3. В этом случае синхронное инициирование входов 4 и 7 приведет к срабатыванию ДТ с детонацией выхода 5. Допустимая разновременность инициирования входов - диапазон работоспособности ДТ - определяется длиной участка управляющего канала 6 между основным и блокирующим каналами 2 и 3 и равна
УУ
где l - длина участка управляющего канала 6 между основным и блокирующим каналами 2 и 3;
U - скорость детонации ВВ, мм/мкс;
Крит
Δτ - критическая минимальная величина опережения подхода «блокирующей» детонации к месту смыкания или пересечения каналов, гарантирующая его штатное срабатывание.
крит
Для случаев применения инициаторов детонации во входах 4 и 7 ДТ с большей или меньшей разновременностью срабатывания диапазон работоспособности варианта исполнения ДТ можно изменять увеличением или уменьшением длины участка управляющего канала 6 между основным и блокирующим каналами 2 и 3 с учетом величины Δτ и возможных кумулятивных эффектов между каналами 2 и 3.
Работает устройство следующим образом.
При одновременном инициировании детонации во входах 4 и 7 детонационные волны распространяются по основному 2, блокирующему 3 и управляющему 6 каналам. Детонация в управляющем канале 6 первой пересекает точку пересечения с блокирующим каналом 3, отсекая его от точки смыкания с основным каналом 2. Детонация в основном канале 2 первой пересекает точку смыкания с управляющим каналом 6, проходя далее к выходу 5. ДТ срабатывает в штатном режиме.
При инициировании только входа 4 детонация распространяется по основному 2 и блокирующему 3 каналам. Так как блокирующий канал 3 короче основного канала 2, то к точке их смыкания детонация по блокирующему каналу 3 подойдет раньше. Тем самым основной канал 2 отсекается от выхода 5 и работа ДТ блокируется.
При инициировании только входа 7 детонация распространяется по управляющему каналу 6, пересекая вначале блокирующий канал 3, затем основной канал 2 и работа ДТ блокируется.
Таким образом, при инициировании одного из входов или запаздывающем инициировании одного входа по отношению к другому с разновременностью больше диапазона работоспособности детонация затухает в пределах детонационного триода.