Детонационный диод-разветвитель (варианты)
DETONATION DIODE-SPLITTER (VERSIONS)

Изобретение относится к устройствам, передающим детонацию, а именно к логическим детонирующим устройствам, предназначенным для направленной передачи детонации с целью инициирования одного или нескольких взрывных зарядов либо нескольких мест одного заряда от одного инициатора. Может быть использовано в различных областях взрывной техники, например, для снижения последствий аварийного взрыва одной из частей заряда взрывчатого вещества (ВВ), а также в качестве элемента для построения взрывных логических цепей (ВЛЦ), способных передавать детонацию инициируемым зарядам или частям одного заряда только при определенных условиях с целью получения различных режимов срабатывания взрывных изделий.
Известно устройство для формирования взрывной волны (патент РФ №2415370; МПК F42B 3/10, опубл. 27.03.2011 г.), содержащее матрицу с каналами, отходящими от начальной шашки и заполненными ВВ, средство для инициирования шашки и основной заряд ВВ. Начальная шашка разделена перегородками из инертного материала на части, число которых равно числу отходящих от нее каналов. Средство для подрыва шашки установлено с зазором по отношению к ее поверхности. Такое устройство представляет собой многоканальный детонационный диод-разветвитель (ДД), поскольку препятствует обратной передаче детонации и передаче детонации между каналами, отходящими от начальной шашки.
Недостаток такого устройства для ряда применений заключается в значительных габаритах по сравнению с толщиной инициируемой матрицы с детонационными каналами, повышенном количестве применяемого ВВ, замедлении процесса передачи детонации, необходимости контроля отсутствия в полости зазора посторонних предметов.
Данное устройство является наиболее близким аналогом.
Задачей изобретения является разработка детонационного диода-разветвителя с уменьшенными габаритами, массой ВВ и временем работы, предотвращающего нештатное распространение детонации между выходами с применением различных физических эффектов распространения детонации:
- углового эффекта;
- эффекта инициирования ВВ через инертную преграду ударной волной, возникающей при встречном столкновении скользящих вдоль преграды детонационных волн.
Угловой эффект при распространении детонации по удлиненным каналам ВВ шириной больше характерного размера критического сечения ВВ заключается в образовании зоны непрореагировавшего ВВ за незакругленным поворотом детонационного канала. Если ширина канала за поворотом меньше критического размера зоны углового эффекта, 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. Сам массив непрореагировавшего ВВ имеет минимальную толщину в центральной области 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 зоны углового эффекта. На экспериментальных металлических пластинах-свидетелях, прилегающих к плоскости, на которой были выполнены сработавшие детонационные каналы с углом поворота 90°, остается отпечаток зоны непрореагировавшего 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).
Эффект инициирования ВВ через инертную преграду ударной волной, возникающей при встречном столкновении детонационных волн перед преградой, применен во взрывном логическом элементе И (А.С. №1778491; МПК F42B 3/10, F42C 15/00, опубл. в бюл. №44 от 30.11.1992 г.). Данный эффект также возникает из-за наличия в детонирующих удлиненных зарядах ВВ слоя Харитона, вследствие чего боковое действие детонации таких зарядов значительно меньше, чем прямое или боковое при встречном столкновении детонационных волн.
Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемых вариантов детонационного диода-разветвителя, выражается в следующем:
- повышается надежность и безопасность взрывных изделий с детонационным диодом-разветвителем;
- уменьшаются габариты, масса ВВ и время работы диода;
- снижается вредное действие взрыва ВВ ДД на изделие.
Указанный технический результат достигается в трех вариантах ДЦ.
Технический результат в первом варианте исполнения изобретения достигается тем, что детонационный диод-разветвитель состоит из системы детонационных каналов (ДК) с входом и, по крайней мере, с одним выходом, каждый из детонационных каналов выполнен Z-образной формы из трех участков. Первый участок идет радиально от входа до второго участка, идущего дугой вокруг входа. Третий участок идет от второго участка к выходу. Ширина первого участка на 20±5% меньше критического размера зоны углового эффекта. Второй и третий участки выполнены одинаковой ширины, превышающей критический размер зоны углового эффекта. Точка поворота детонационного канала между вторым и третьим участками лежит от входа не далее перпендикуляра к первому участку, исходящего из точки поворота между первым и вторым участками детонационного канала.
Выполнение участков ДК ДД в указанной конфигурации не препятствует прохождению детонации от входа к выходу каждого ДК и сохраняет компактность ДД в пределах инициируемой матрицы по сравнению с аналогом. Переход с поворотом от узкого радиального первого участка шириной на 20±5% меньше критического размера зоны углового эффекта к широкому дуговому второму участку шириной, превышающей критический размер зоны углового эффекта, с длиной, позволяющей точке поворота между вторым и третьим участками не выходить за пределы перпендикуляра к первому участку, исходящего из точки поворота между первым и вторым участками, позволяет детонации проходить только в направлении от входа к выходу, но не в обратном направлении. При нештатном распространении детонации в обратном направлении по каналу с описанной конфигурацией за поворотом от второго участка к первому образуется зона углового эффекта, полностью перекрывающая проходное сечение канала, что обеспечивает затухание детонации.
Технический результат во втором варианте исполнения изобретения достигается тем, что детонационный диод-разветвитель состоит из системы детонационных каналов с входом и, по крайней мере, с одним выходом. Каждый из детонационных каналов состоит из двух участков. Первый участок раздвоен у входа, далее смыкается и переходит во второй участок, ведущий к выходу. Ширина первого участка на 20±5% меньше критического размера зоны углового эффекта, а ширина второго участка превышает критический размер зоны углового эффекта.
Первый участок ДК раздвоен у входа и смыкается так, что образует вначале условный равнобедренный треугольник с вершиной во входе и с закругленными углами при остальных вершинах, а посередине противоположного входу прямого основания треугольника или основания дугообразного, соосного с входом, имеет Т-образное сочленение с ответвлением ко второму участку. Ширина канальцев, образующих стороны треугольника и ответвление, выполнена меньше критического размера зоны углового эффекта на 20±5%, но при этом превышает размер критического сечения применяемого ВВ в выбранной конфигурации сечения канальцев. Ответвление первого участка переходит во второй участок, ведущий к выходу.
Симметричность раздвоенной части первого участка позволяет детонации подходить синхронно от входа к ответвлению в Т-образном сочленении и инициировать в нем детонацию, которая проходит далее ко второму участку и к выходу. При нештатном распространении детонации в обратном направлении от ответвления в стороны по основанию треугольной части первого участка за поворотами образуются зоны углового эффекта, полностью перекрывающие проходные сечения канальцев, что обеспечивает затухание детонации. Таким образом, описанная конфигурация ДД позволяет детонации проходить только в направлении от входа к выходу, но не в обратном направлении.
6
2
Технический результат в третьем варианте исполнения изобретения достигается тем, что детонационный диод-разветвитель состоит из системы детонационных каналов с входом и, по крайней мере, с одним выходом. Каждый из детонационных каналов состоит из двух участков. Первый участок раздвоен у входа, сомкнут и отделен от второго участка инертной перегородкой. Инертная перегородка выполнена из материала, акустическая жесткость которого не менее 2,3⋅10 кг/(м⋅с). При более чем одном выходе первые участки каналов частично объединены между собой.
6
2
Первый участок раздвоен у входа и сомкнут так, что имеет кольцевую конфигурацию и в месте смыкания отделен от второго участка инертной перегородкой. Инертная перегородка может быть выполнена из материала с акустической жесткостью не менее 2,3⋅10 кг/(м⋅с), что повышает стабильность параметров работы ДД. Для компактности выполнения ДД с более чем одним выходом первые участки каналов частично объединены между собой.
Симметричность раздвоенной части первого участка приводит к тому, что детонация от входа синхронно подходит к месту смыкания и при столкновении детонационных волн генерирует в инертной перегородке ударную волну с интенсивностью, достаточной для инициирования детонации в примыкающем к ней втором участке детонационного канала. Далее детонация распространяется к выходу. При нештатном распространении детонации в обратном направлении действие взрыва второго участка канала недостаточно для инициирования детонации в первом участке через инертную перегородку. Таким образом, описанная конфигурация ДД позволяет детонации проходить только в направлении от входа к выходу, но не в обратном направлении.
Предложенные варианты конструкций ДД, в отличие от аналога, имеют уменьшенные общие габариты, размещаются в пределах инициируемой матрицы и позволяют устройству, инициирующему детонацию в ДД, примыкать непосредственно к входу ДД. Одновременно обеспечивается надежная передача детонации от входа к выходам и исключается обратная передача детонации по каналам при нештатном инициировании какого-либо из выходов.
На фиг. 1 изображена схема зоны углового эффекта за поворотом в широком канале с ВВ с заштрихованной массой непрореагировавшего ВВ. На фиг. 2 изображен разрез А-А зоны углового эффекта за поворотом в широком канале с ВВ. На фиг. 3 изображена схема зоны углового эффекта за поворотом в узком канале с ВВ. На фиг. 4 показана схема геометрических ограничений при формировании конфигурации детонационного канала в первом варианте исполнения ДД.
На фиг. 5, 7, 9 показаны примеры исполнения ДД с Z-образными каналами с двумя, тремя и четырьмя выходами соответственно. На фиг. 6, 8, 10 показаны соответственно разрезы Б-Б, В-В, Г-Г примеров исполнения ДД с Z-образными каналами с двумя, тремя и четырьмя выходами.
На фиг. 11, 13, 15 показаны примеры исполнения ДД с Δ-образными каналами и Т-образными сочленениями с двумя, тремя и четырьмя выходами соответственно. На фиг. 12, 14, 16 показаны соответственно разрезы Д-Д, Е-Е, Ж-Ж примеров исполнения ДД с Δ-образными каналами и Т-образными сочленениями с двумя, тремя и четырьмя выходами.
На фиг. 17, 19, 21 показаны примеры исполнения ДД с кольцевыми каналами и инертными перегородками с двумя, тремя и четырьмя выходами соответственно. На фиг. 18, 20, 22 показаны соответственно разрезы И-И, К-К, Л-Л примеров исполнения ДД с кольцевыми каналами и инертными перегородками с двумя, тремя и четырьмя выходами.
На фиг. 1…22: 1 - зона углового эффекта, 2 - вход, 3 - первый участок, 4 - второй участок, 5 - третий участок, 6 - выход, 7 - инертная перегородка, М - критический размер зоны углового эффекта, Н - перпендикуляр, П, Р - точки поворота между участками канала, С - дуга из допустимых вариантов размещения точки Р для показанной на фиг. 5, 7, 9 конфигурации второго участка 4 детонационного канала. Стрелки на фиг. 1 и 3 показывают направление распространения детонации.
ДД по первому варианту с Z-образными каналами (фиг. 5, 7, 9) состоит из входа 2, отходящих от него детонационных каналов с радиальным первым 3, концентричным входу вторым 4 и радиальным третьим 5 участками, заканчивающимися выходами 6.
ДД по второму варианту с Δ-образными каналами и Т-образными сочленениями (фиг. 11, 13, 15) состоит из входа 2, отходящих от него детонационных каналов с раздвоенным и смыкающимся первым участком 3 и радиальным вторым участком 4, заканчивающихся выходами 6.
ДД по третьему варианту с кольцевыми каналами и инертными перегородками (фиг. 17, 19, 21) состоит из входа 2, отходящих от него детонационных каналов с раздвоенными и смыкающимися первыми участками 3, объединенными у входа 2 и окруженными инертной перегородкой 7, к которой примыкают вторые участки 4, заканчивающиеся с другой стороны выходами 6.
Во всех вариантах ДД вся система детонационных каналов размещена в пазах матрицы из полимерного материала, заполненных пластическим ВВ на основе тэна.
Участки 3, 4, 5 детонационных каналов 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.
Работают варианты ДД следующим образом.
При инициировании детонации во входе 2 первого варианта исполнения ДД детонационные волны беспрепятственно и последовательно распространяются по первому 3, второму 4 и третьему 5 участкам каждого канала к выходам 6. ДД срабатывает в штатном режиме.
При инициировании любого из выходов 6 (или одновременно всех выходов 6) детонация распространяется по третьему 5 и второму 4 участкам детонационного канала, а за поворотом к первому участку 3 образуется зона углового эффекта 1, препятствующая распространению детонации по первому участку 3 к входу 2 и далее. Т.е. ДД не проводит детонацию в обратном направлении.
При инициировании детонации во входе 2 второго варианта исполнения ДД детонационные волны синхронно распространяются по раздвоенному первому участку 3, сталкиваются в месте смыкания (Т-образном сочленении) и инициируют ответвление ко второму участку 4. Далее детонация по второму участку 4 распространяется к выходу 6. ДД срабатывает в штатном режиме.
При инициировании любого из выходов 6 (или одновременно всех выходов 6) детонация последовательно распространяется по второму 4 и первому 3 участкам к Т-образному сочленению первого участка 3. За поворотами сочленения образуются зоны углового эффекта 1, препятствующие распространению детонации по первому участку 3 к входу 2 и далее. Т.е. ДД не проводит детонацию в обратном направлении.
При инициировании детонации во входе 2 третьего варианта исполнения ДД детонационные волны синхронно распространяются по раздвоенному первому участку 3, сталкиваются в месте смыкания напротив начала второго участка 4 и генерируют интенсивную ударную волну в материале инертной перегородки 7, которая инициируют детонацию во втором участке 4. Далее детонация по второму участку 4 распространяется к выходу 6. ДД срабатывает в штатном режиме.
При инициировании любого из выходов 6 (или одновременно всех выходов 6) детонация распространяется по второму участку 4 к инертной перегородке 7, формирует в ней ударную волну, интенсивность которой недостаточна для инициирования детонации в первом участке 3. Т.е. ДД не проводит детонацию в обратном направлении.
Расчетная оценка и экспериментальная проверка работоспособности вариантов ДД в обоих режимах - прямой и обратной передачи детонации - показали, что при инициировании входа ДД детонация беспрепятственно проходит к выходам, а при инициировании выхода детонация затухает в пределах ДД.
Таким образом, предложенные варианты детонационного диода-разветвителя обеспечили выполнение функции по направленной передаче детонации для повышения безопасности взрывных изделий при уменьшенных габаритах конструкции ДД и повышенной надежности. Проведенные эксперименты подтвердили заявленный технический результат.