КУМУЛЯТИВНОЕ УСТРОЙСТВО
CUMULATIVE DEVICE

Изобретение относится к области экспериментальной физики и может быть использовано при исследовании высокоскоростного взаимодействия твердых тел, например, при моделировании воздействия космического мусора искусственного происхождения на защиту космических объектов.
Для решения данной задачи требуется разработка специальных метающих устройств, позволяющих получать металлические компактные высокоскоростные элементы (КЭ). К таким устройствам относятся взрывные метающие устройства кумулятивного типа.
Известно метательное устройство (см. книгу под ред. Л.П.Орленко «Физика взрыва», т.2, изд-во «Физматлит», М., 2002 г., стр.37), основанное на использовании кумулятивного заряда. Это метательное устройство состоит из детонационного устройства, взрывчатого вещества, выемки, кумулятивного конуса, вкладыша и отсекающего механизма, состоящего из металлической пластины, взрывчатого вещества, детонирующего шнура. При инициировании взрывчатого вещества и нагружении детонационной волной из части кумулятивного конуса образуется кумулятивная струя, от которой отсекается элемент с помощью метания пластины сбоку на струю, или же для отсекания струи используется детонация бокового заряда.
Экспериментальные данные по формированию КЭ показали, что сформированный элемент имеет малую массу. К тому же могут возникнуть трудности по определению времени запуска отсекающего устройства.
0
Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство, выбранное в качестве прототипа, используемое в схеме двухступенчатого разгона элемента, состоящей из баллистической установки (БУ) и кумулятивного заряда (КЗ), который выстреливается из БУ (см. книгу под ред. Л.П.Орленко «Физика взрыва», т.2, изд-во «Физматлит», М., 2002 г., стр.40). Сначала кумулятивный заряд, содержащий цилиндрический заряд ВВ с металлической облицовкой кумулятивной выемки в форме полусфера-цилиндр в поддоне, разгоняется с помощью легкогазовой или пороховой баллистической установки, затем, с помощью взрывательного устройства, детонирует ВВ кумулятивного заряда, в результате чего образуется компактный элемент, летящий со скоростью V.
Основными недостатками этого метающего устройства являются громоздкая экспериментальная отработка двухступенчатой схемы метания, возможная проблема с инициированием заряда в полете вследствие наличия отклонения кумулятивного устройства от оси полета на больших расстояниях и недостаточная скорость КЭ.
Хорошо известен способ генерирования мощной ударной волны при помощи предварительно разогнанной до высокой скорости металлической пластины.
Решаемой технической задачей является создание устройства, формирующего, при общем упрощении экспериментальной отработки, металлический компактный элемент с повышенной по сравнению с прототипом скоростью КЭ.
Ожидаемый технический результат - проведение экспериментальных исследований высокоскоростного взаимодействия КЭ с преградами в расширенном диапазоне скоростей.
Технический результат достигается путем использования кумулятивного метающего устройства, содержащего цилиндрический заряд ВВ, выполненную в нем осевую кумулятивную выемку в форме полусфера-цилиндр с металлической облицовкой, детонационное устройство. В устройстве, в отличие от прототипа, предложено в полости кумулятивной выемки в заряде соосно с ней установить вкладыш в виде металлического стакана с осевой кумулятивной выемкой в форме полусфера-цилиндр и с фланцем со ступенчатой торцевой поверхностью, обращенной к заряду. Вкладыш присоединен к торцевой поверхности облицовки торцевой поверхностью ступени фланца с меньшим диаметром наружной боковой поверхности, а ступень фланца с большим диаметром наружной боковой поверхности, равным или большим диаметра наружной боковой поверхности заряда, расположена с заданным зазором относительно ближе расположенного торца заряда.
При схлопывании облицовки в определенный момент времени на ней образуется плоский участок, который при ударе о вкладыш генерирует в материале последнего мощную ударную волну, под действием которой выемка вкладыша схлопывается, формируя высокоскоростную кумулятивную струю.
Установка металлического вкладыша в форме стакана с осевой кумулятивной выемкой в форме полусфера-цилиндр и с фланцем со ступенчатой торцевой поверхностью, обращенной к заряду, в полости кумулятивной выемки в заряде позволяет обеспечить формирование КЭ за счет ударной волны, возникающей при взаимодействии металлической облицовки и вкладыша, что минимизирует влияние погрешностей изготовления устройства, влияющих на результаты формирования КЭ при исследовании высокоскоростного взаимодействия твердых тел. Формирующийся из полусферической части кумулятивной выемки металлической облицовки в процессе ее нагружения детонационной волной плоский участок выступает в качестве генератора ударной волны и позволяет значительно повысить скорость компактного элемента.
Присоединение вкладыша к торцевой поверхности облицовки торцевой поверхностью ступени фланца с меньшим диаметром наружной боковой поверхности позволяет повысить технологичность стыковки (склейки) вкладыша к торцу цилиндрической части облицовки.
Выполнение фланца вкладыша сo ступенчатой торцевой поверхностью, обращенной к заряду, с высокой точностью центрирует вкладыш относительно облицовки. Расположение ступени фланца с большим диаметром наружной боковой поверхности с заданным зазором относительно ближе расположенного торца заряда определяет градиент скорости схождения к оси цилиндрической части облицовки и позволяет избежать взаимодействия цилиндрического участка металлической облицовки и боковой поверхности вкладыша, примыкающей к ступени фланца с меньшим диаметром, с формирующимся КЭ.
На фиг.1 изображено заявляемое кумулятивное устройство в разрезе, на фиг.2, 3 - процесс формирования компактного элемента во времени.
Кумулятивное устройство (см. фиг.1) состоит из цилиндрического заряда ВВ 1 с осевой кумулятивной выемкой в форме полусфера-цилиндр с металлической облицовкой 2, металлического вкладыша 3 в полости кумулятивной выемки в заряде соосно с облицовкой 2 в виде стакана с осевой кумулятивной выемкой в форме полусфера-цилиндр с фланцем 4 со ступенчатой торцевой поверхностью, обращенной к заряду 1, детонационного устройства 5 на свободном торце заряда 1. Вкладыш 3 присоединен к торцевой поверхности облицовки 2 торцевой поверхностью ступени фланца с меньшим диаметром наружной боковой поверхности. Ступень фланца 4 с большим диаметром наружной боковой поверхности, равным или большим диаметра наружной боковой поверхности заряда, расположена с заданным зазором δ относительно ближе расположенного торца заряда 1.
Кумулятивное устройство работает следующим образом. При помощи детонационного устройства 5 в виде капсюля-детонатора подрывается заряд ВВ 1. При схлопывании облицовки 2 в определенный момент времени на ней образуется плоский участок, который при ударе о вкладыш 3 генерирует в материале последнего мощную ударную волну, под действием которой полусферическая часть кумулятивной выемки вкладыша 3 схлопывается, формируя высокоскоростную кумулятивную струю. Подобрав параметры кумулятивной выемки вкладыша 3 (радиус полусферической части и высоту цилиндрического участка) и фланца со ступенчатой торцевой поверхностью 4, можно получить утолщенную безградиентную головную часть струи, которую можно рассматривать как компактный поражающий элемент.
Таким образом, решается задача формирования металлического КЭ с повышенным значением скорости элемента при общем упрощении экспериментальной отработки.