ДЕТОНАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к боеприпасам и может быть использована при изготовлении детонационных двигателей к артиллерийским снарядам и ракетам.
Полезная модель наиболее эффективно может быть использована в детонационных двигателях для артиллерийских бетонобойных и бронебойных снарядов, когда требуется увеличить проникающую способность, но может использоваться также в других типах снарядов, например, в ракетах и их боевых частях, или для коррекции их полета.
Основным недостатком, например, бетонобойных снарядов является значительная потеря эффективности, в частности, проникающей способности вследствие увеличения сопротивления при внедрении в бетонные перекрытия.
При внедрении в преграду проникающее действие боеприпаса усугубляется за счет трения корпуса о частицы преграды.
При совершенствовании снарядов большое внимание уделяется повышению эффективности за счет увеличения скорости при встрече с преградой. С учетом того, что возможность изменения баллистических характеристик за счет изменения традиционных аэродинамических характеристик является ограниченной, весьма актуальной является проблема повышения эффективности при встрече с преградой.
Известен ракетный двигатель на твердом топливе, выполненный в виде открытого заряда [1]. Он состоит из слоев топлива, расположенных в поперечном по отношению к оси заряда направлении и снабжен системой инициирования, обеспечивающей поочередную детонацию слоев вещества.
Слои топлива с высокой детонационной способностью, толщина которых значительно больше критической толщины детонации топлива перемежаются с другими слоями топлива из вещества с невысокой
детонационной способностью, толщина которых значительно меньше его критической толщины детонации.
Двигатель обеспечивает возможность в широких пределах изменять тягу, многократно возобновлять и прекращать работу.
Повышение эффективности, а именно, скорости ракеты, как пишут авторы, достигается за счет увеличения импульса тяги при срабатывании слоев топлива, однако, конструкция двигателя не обеспечивает разлета подавляющей части газа перпендикулярно поверхности торца заряда и тем самым значительное увеличение тяги из-за наличия толщины слоя топлива с невысокой детонационной способностью, который при взрыве основного слоя за счет тепловых реакций может сам сдетонировать.
Кроме того, наличие такого фактора, как критическая толщина детонации слоя топлива с невысокой детонационной способностью, не дает возможности для использования таких конструкций меньшего диаметра, чем критическая.
Еще следует отметить тот факт, что при использовании открытого заряда размещение системы инициирования, описанной в патенте, физически невозможно из-за ее крепления в пустоте.
Известен пульсирующий детонационный двигатель с последовательно срабатывающими кассетами [2]. Способ работы такого двигателя включает в каждом цикле инициирование заряда взрывчатого вещества, расширение продуктов детонации и их взаимодействие с отражателем последующей кассеты, обеспечивающее создание единичного тягового импульса.
Повышение эффективности данного двигателя обеспечивается за счет применения отражателей с кумулятивной выемкой, что значительно увеличивает коэффициент полезного действия.
Однако, данный двигатель, будучи первоначально задействован, включает последовательно все кассеты, причем время включения
кассеты является функцией времени истечения продуктов детонации от предыдущей кассеты.
Остановка работы двигателя и его последующее включение практически невозможно.
Известно, взятое за прототип, детонационное устройство с соосноразмещенными в его корпусе последовательно срабатывающими микродвигателями, каждый из которых содержит расположенные в поперечном по отношению к оси корпуса направлении слой взрывчатого вещества и слой вещества, препятствующего распространению детонации взрывчатого вещества, и снабженный системой инициирования, обеспечивающей поочередную детонацию слоев взрывчатого вещества в каждом микродвигателе [3].
Недостатками прототипа является наличие детонационного шнура, проходящего через все микродвигатели, и при первичном инициировании его будут поочередно включаться все микродвигатели.
В основу настоящей полезной модели положена задача создания детонационного устройства повышенной эффективности и надежности работы для использования в снарядах, ракетах для увеличения их скорости.
Технический результат от использования детонационного устройства, обеспечиваемый полезной моделью, выражается в повышении эффективности его использования в снарядах, ракетах при встрече их с преградой за счет увеличения скорости внедрения.
Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата, в известном детонационном устройстве, содержащем соосноразмещенные в его корпусе последовательно срабатывающие микродвигатели, каждый из которых содержит расположенные в поперечном по отношению к оси корпуса направлении слой взрывчатого вещества и слой вещества, препятствующего распространению детонации взрывчатого вещества, и снабженным
системой инициирования, обеспечивающей поочередную детонацию слоев взрывчатого вещества в каждом микродвигателе, согласно полезной модели, система инициирования обеспечивает поочередную детонацию слоев взрывчатого вещества в микродвигателях с постоянной или переменной частотой через определенные промежутки времени, при этом слой вещества, препятствующий распространению детонации взрывчатого вещества, выполнен из материала на основе кевларосодержащих композиций.
Экспериментальным путем установлено, что использование системы инициирования, обеспечивающей поочередную детонацию слоев взрывчатого вещества в микродвигателях с постоянной или переменной частотой через определенные промежутки времени и выполнение слоя вещества, препятствующего распространению детонации взрывчатого вещества, из материала на основе кевларосодержащих композиций, обеспечивают в совокупности с другими признаками формулы получение указанного выше технического результата.
В преимущественном варианте исполнения в детонационном устройстве установлена активная система инициирования, состоящая из набора электрических детонаторов мгновенного действия и программируемого блока электрического инициирования, при этом электродетонатор размещен в каждом микродвигателе, а в передней части корпуса размещено пьезоэлектрическое устройство для выработки электрического тока при создании инерционных нагрузок, например, при встрече с преградой.
Блок электрического инициирования с программным обеспечением для временного инициирования микродвигателей позволяет регулировать подаваемые детонационные импульсы в зависимости от поставленной для боеприпаса задачи.
На фиг.1 представлено детонационное устройство.
На фиг.2 представлено устройство для испытаний.
Детонационное устройство (фиг.1) содержит: корпус (1), микродвигатели, каждый из которых включает слой взрывчатого вещества (2) и слой вещества, препятствующего распространению детонации взрывчатого вещества (3), нанесенного на инертную подложку (4), системы инициирования, состоящей из набора электрических детонаторов мгновенного действия (5), и программируемого блока электрического инициирования (6).
Работа детонационного устройства (фиг.1) осуществляется следующим образом. При встрече снаряда (боевой части ракеты) происходит детонация заряда взрывчатого вещества первого микродвигателя от электродетонатора мгновенного действия 5, например, капсюля-детонатора. При детонации потенциальная энергия переходит в кинетическую энергию вылета газов. За счет этой энергии возникает импульс давления, который обеспечивает увеличение кинетической энергии головной части изделий, и повышает глубину ее проникновения в преграду. Часть энергии, попадая на слой вещества, препятствующего распространению детонации взрывчатого вещества - слой из материала на основе кевларосодержащих композиций, деформирует его. Материал на основе кевларосодержащих композиций является наряду с пористыми градиентными материалами, резиной и др. энергодиссипирующим материалом. Очевидно, он относится к тем энергодиссипирующим материалам, которые способны эффективно преобразовывать волновые фронты, что открывает путь к управлению волновыми процессами в нужном режиме (4). Как и аналогичный материал прототипа, он преобразует энергию ударной волны в тепловую и деформационную. Но в сочетании с активной системой инициирования детонации в каждом микродвигателе по определенной программе он позволяет достичь результата, невозможного в прототипе, где для инициирования применяется детонационный шнур. Следующим этапом работы устройства является инициирование детонации во втором микродвигателе. Для схемы с применением
электрических капсюлей-детонаторов (фиг.1), их инициирование происходит от блока подрыва по заданной программе.
Эффективность предложенного технического решения подтверждена натурными испытаниями модельных образцов в стендовых условиях в детонационной установке (фиг.2).
Устройство для испытаний содержит: корпус (7), в центре которого помещено инициирующее устройство (8), в котором установлен заряд взрывчатого вещества (9) и электродетонатор (10), в одной из втулок корпуса помещен энергодиссипирующий материал (11). В каждой из втулок размещены датчики давления (12).
При подаче электрического тока на электродетонатор происходит подрыв заряда взрывчатого вещества. Образующаяся детонационная волна, распространяясь во все стороны, достигает образца энергодиссипирующего материала и воздействует на него. При испытаниях производится регистрация давлений с учетом преграды из материала и без нее.
В таблице приведены результаты испытаний некоторых образцов энергодиссипирующих материалов на основе кевларосодержащих композиций.
№№п/п
Давление в 1-ой секции, МПа
Давление во 2-ой секции, МПа
Время нарастания фронта волны, мс
Снижение уровня давления, раз
1
8,8
0,9
0,3
9,8
2
9,5
1,3
0,129
7,3
3
19,4
4,0
0,059
4,9
4
23,6
19,3*
0,059
-
Примечание: * испытание без использования энергодиссипирующего материала.
Как видно из таблицы, применение энергодиссипирующих материалов снижает уровень давления детонационной волны от 5 до 10 раз.
Стрельбовые испытания проводились с использованием 30 мм бронебойных снарядов в штатном исполнении и, с размещенными в хвостовой части, детонационными двигателями с КД накольного типа. Испытания проводились стрельбой по бронеплитам толщиной 60 мм в одинаковых условиях. Результаты испытаний представлены в таблице 2.
Таблица 2
№№п/п
Конструкция снаряда
Глубина пробития, мм
1
Штатный
21÷23
2
С одним микродвигателем
30÷32
3
С двумя микродвигателями
36÷37
Как видно из таблицы, эффективность действия за счет применения микродвигателей возросла в 1,3÷1,7 раза.
Источники информации
1. Патент RU №2200243, С2, 7 F02K 9/12, оп. 2003.
2. Патент RU №2245449, C1, 5 F02K 9/08, oп. 1994.
3. Патент USA №3,889,462, F02K 9/04, oп. 1975. (прототип)
4. А.В.Герасимов, Р.А.Кректулева. Математическое моделирование воздействия ударных волн на образцы различной геометрии из градиентных материалов. НИИ прикладной математики и механики при томском университете. Томск. 2001 г.