СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ КУМУЛЯТИВНЫХ СТРУЙ С УСТРАНЕНИЕМ ЭФФЕКТА ВРАЩЕНИЯ КУМУЛЯТИВНЫХ ЗАРЯДОВ
METHOD AND DEVICE FOR CREATING JET STREAMS WITH ELIMINATION OF HOLLOW CHARGE SPIN

Предлагаемое изобретение относится к взрывным устройствам, в частности к способам и устройствам формирования кумулятивных струй в кумулятивных зарядах, применяемых, например, в высокоскоростных боеприпасах стабилизируемых в полете вращением.
Известен способ и устройство формирования компактных кумулятивных струй для устройств, стабилизируемых в полете вращением [1], при котором производят инициирование расположенного в корпусе заряда взрывчатого вещества, с расположенном в торце заряда с противоположной стороны инициирования заряда металлической облицовки малого прогиба (конической или полусферической формы), метание облицовки под действием продуктов детонации заряда взрывчатого вещества, ее сжатие и выворачивание на оси симметрии заряда с образованием компактного высокоскоростного тела. и устройство, включающее профилированный корпус с размещенной в нем заряда взрывчатого вещества, имеющего кумулятивную выемку малого прогиба, покрытую металлической облицовкой для которой отношение высоты облицовки H к диаметру основания облицовки D: H/D<0.3, толщиной облицовки δ, изменяющейся в пределах 0.03D≤δ≤0.3D и блока инициирования (детонирующий шнур, взрывной патрон, электродетонатор и т.п.).
Достоинством способа и устройства является то, что масса кумулятивной струи достигает 80-95% от массы кумулятивной облицовки, формируемая кумулятивная струя большого диаметра устойчива к влиянию вращения.
К недостаткам способа и устройства, реализующего способ относится малая максимальная скорость формируемой кумулятивной струи, которая не превышает 4-5 км/с и низкая эффективность пробития преграды, не превышающей 1.5-2 диаметров высокоскоростного устройства.
Известен способ и устройство формирования кумулятивных струй с уменьшением эффекта вращения, при котором производят инициирование заряда взрывчатого вещества с выемкой облицованной металлической облицовкой специального вида с расположенной на ее внешней поверхности гофр, схлопывания ее на оси симметрии заряда с формированием кумулятивной струи и устройство, содержащего корпус с расположенным внутри его заряде взрывчатого вещества с кумулятивной выемкой, облицованной металлом со специальной формой кумулятивной конической облицовки с гофрами и инициирующего устройства [см., например, 2, 3 с.47-56].
В данном кумулятивном заряде удалось в некоторой степени уменьшить эффект вращения кумулятивного заряда. Однако эффективность таких зарядов составляла всего порядка двух калибров, и уменьшение эффекта вращения возможна в узком диапазоне угловых скоростей вращения. Вне этого диапазона угловых скоростей вращения кумулятивного заряда эффективность пробития преграды резко снижается. Кумулятивные заряды с такими облицовками позволят уменьшить эффект вращения при максимальных скоростях до 30-200 об/с [3, с.47-61], что недостаточно для стабилизации в полете высокоскоростного устройства. Известно, что, например, необходимая скорость вращения артиллерийских снарядов для их стабилизации в полете составляет порядка 20000 об/мин и увеличивается с уменьшением калибра снаряда [4, с.154-155].
Известен способ и устройство формирования кумулятивной струи с уменьшением эффекта вращения кумулятивных зарядов, заключающийся в изменении текстуры материала кумулятивной облицовки путем ее раскатки в сторону вращения [5], при этом кумулятивный заряд состоит из корпуса, кумулятивной облицовки, заряда взрывчатого вещества и инициирующего устройства.
Предложенный способ и устройство позволяет повысить пробитие для прецизионных кумулятивных зарядов на 15% на малых фокусных расстояниях и до 30% на больших.
Кумулятивные заряды с такими облицовками позволят уменьшить эффект вращения при максимальных скоростях до 10-20 об/с, что недостаточно для стабилизации в полете высокоскоростного устройства и эффективность таких зарядов составляла всего порядка двух-трех калибров в диапазоне угловых скоростей вращения кумулятивного заряда.
Кроме того, известен способ формирования кумулятивных струй [6, с.484-494, 499-510.], выбранный прототипом предлагаемого изобретения и заключающийся в инициировании расположенного в профилированном осесимметричном корпусе заряда взрывчатого вещества, с расположенном в торце заряда с противоположной стороны инициирования заряда выемкой, облицованной металлом, в метании, сжатии и соударения частей материала кумулятивной облицовки на оси симметрии заряда, с формированием кумулятивной струи из материала внутренней поверхности облицовки и направленной вдоль оси симметрии кумулятивной выемки и устройство, реализующее способ [7-9], содержащее корпус, с размещенной в нем профилированном заряде взрывчатого вещества, имеющего кумулятивную выемку в его торце, противоположном месту приложения инициатора (детонирующий шнур, взрывной патрон, электродетонатор и т.п.) и покрытую кумулятивной облицовкой из металла, выполненной в форме усеченного полого конуса и обращенной к инициатору основанием с меньшим или равным внешнему диаметру основания кумулятивной облицовки и дополнительного тела в виде дна, размещенного на меньшем или равном внешнему диаметру основания кумулятивной облицовки, ближайшего к инициатору и выполненного из пластины с плотностью материала не менее плотности материала кумулятивной облицовки, вспомогательной облицовки размещенной по оси симметрии и соосно с кумулятивной облицовкой, между инициатором и внешней поверхностью кумулятивной облицовки в форме осесимметричной усеченной оболочки с длиной образующей поверхности не более длины образующей поверхности кумулятивной облицовки, с плотностью материала менее плотности материала кумулятивной облицовки.
Применение способа и устройства формирования кумулятивной струи позволило получить максимальные скорости струи порядка 10-15 км/с и повысить эффективность пробивания преграды. При этом в кумулятивных зарядах используются преимущественно облицовки с углом раствора менее 70 градусов и выполненные из меди или сплавов меди. Однако в ряде случаев, эффективность способа и устройства, реализующего способ, оказывается недостаточной для достижения эффективного пробивания преграды в устройствах стабилизированных в полете вращением.
К недостаткам способа и устройства относится то, что скорость формируемой кумулятивной струи возрастает с уменьшением угла раскрытия кумулятивной облицовки и с одновременным увеличением размеров и массы песта и уменьшением массы струи. Во вращающемся кумулятивном заряде при образовании толстого песта и тонкой кумулятивной струи, в силу сохранения момента количества движения тонкая струя начинает вращаться с несравненно большей угловой скоростью, чем толстый пест, обладающий большим моментом инерции. Этот процесс возникает непосредственно вначале формирования кумулятивной струи. Разность угловых скоростей песта и основания струи создают крутящий момент, он не компенсируются прочностными свойствами материала тонкой струи и она разрушается.
Кроме того, даже небольшие погрешности изготовления кумулятивного заряда приводят к нарушению симметрии процесса формирования кумулятивной струи, что приводит к разрушению ее при вращении. В результате во вращающемся кумулятивном заряде эффективность пробития резко уменьшается по сравнению с не вращающимся кумулятивным зарядом.
Использование в кумулятивных зарядах кумулятивной облицовки из металла с однородной изотропной мелкозернистой (до 50 мкм) структурой [10] не увеличивает ее симметрии схлопывания и прочности материала при кручении в поперечном сечении формируемой кумулятивной струи и вследствие этого оказывается низкая эффективность пробития преграды вращающимся кумулятивным зарядом.
Для вращающегося кумулятивного заряда, формирующего высокоскоростную кумулятивную струю, с увеличением угловой скорости вращения, диаметра заряда и уменьшения угла раскрыва облицовки уменьшается эффективность пробивания преграды [6, с.535-543]. при этом пробивная способность снижается в несколько раз по сравнению с невращающимися кумулятивными зарядами. Поэтому такие заряды для высокоскоростных устройств, стабилизируемых в полете вращением в настоящее время не применяются.
Общим недостатком всех известных способов и устройств формирования кумулятивных струй для высокоскоростных устройств, стабилизируемых в полете вращением является малоэффективное действие по преграде.
Задачей предлагаемого изобретения является достижение технического результата - дальнейшее увеличение глубины пробития преграды вращающимся кумулятивным зарядом.
Поставленная задача достигается тем что, в известном способе формирования кумулятивных струй с.устранением эффекта вращения кумулятивных зарядов, заключающимся в том. что производят инициирование расположенного в профилированном осесимметричном корпусе заряда взрывчатого вещества, с расположенном в торце заряда с противоположной стороны инициирования заряда выемкой, облицованной металлом, в метании, сжатии и соударения частей материала кумулятивной облицовки на оси симметрии заряда, с формированием кумулятивной струи из материала внутренней поверхности облицовки и направленной вдоль оси симметрии кумулятивной выемки согласно изобретению, кумулятивную выемку выполняют в форме усеченной конической поверхности, покрывают ее вспомогательной облицовкой, с плотностью материала более плотности заряда взрывчатого вещества, в сжатии и метании ее продуктами детонации заряда на внешнюю поверхность кумулятивной облицовки, при этом кумулятивная облицовка изготавливается из меди или сплавов меди или рафинированного железа, при этом линейная скорость вращения внутренней поверхности облицовки не превышает 16-18 м/с, в зависимости от материала кумулятивной облицовки.
Кроме того, в качестве материала кумулятивной облицовки используют металл или сплавы металлов со сформированной преимущественно одинаковой кристаллографической направленностью кристаллов столбчатой структуры, расположенных по нормали к образующей поверхности кумулятивной облицовки, при этом преимущественно выбирают кристаллографическую направленность кристаллов, обладающих максимальной пластичностью.
1
2
3
Кроме того, в устройстве для формирования кумулятивных струй с устранением эффекта вращения кумулятивных зарядов, содержащем корпус, с размещенном в нем профилированном заряде взрывчатого вещества, имеющего кумулятивную выемку в его торце, противоположном месту приложения инициатора и покрытую кумулятивной облицовкой из металла, выполненной в форме усеченного полого конуса и обращенной к инициатору (детонирующий шнур, взрывной патрон, электродетонатор и т.п.) основанием с меньшим или равным внешнему диаметру основания кумулятивной облицовки и дополнительного тела в виде дна, размещенного на меньшем или равном внешнему диаметру основания кумулятивной облицовки, ближайшего к инициатору и выполненного из пластины с плотностью материала не менее плотности материала кумулятивной облицовки, вспомогательной облицовки размещенной по оси симметрии и соосно с кумулятивной облицовкой, между инициатором и внешней поверхностью кумулятивной облицовки в форме осесимметричной усеченной оболочки с длиной образующей поверхности не более длины образующей поверхности кумулятивной облицовки, с плотностью материала менее плотности материала кумулятивной облицовки, согласно изобретению, вспомогательная облицовка сопрягается одним концом со стороны ближайшей к инициатору с дополнительным телом и с внешним диаметром при вершине вспомогательной облицовки не менее 0.26D и диаметром основания не более 0.8D, диаметр дополнительного тела выбирается не менее внешнего диаметра вершины вспомогательной облицовки в месте их сопряжения, вспомогательная облицовка выполнена с внутренним углом полураствора β изменяющегося в пределах от 8 до 10 градусов и внешним углом полураствора β изменяющегося в пределах от 8 до 13 градусов, при этом внешний диаметр кумулятивной облицовки составляет не более 0.25D, и внутренним углом полураствора облицовки β изменяющийся в пределах от 0 до 10 градусов, внешним углом полураствора облицовки β изменяющийся в пределах от 0 до 12 градусов, где D внешний диаметр кумулятивного заряда, при этом основание вспомогательной облицовки сопряжено с внешним диаметром перфорированной диафрагмы, а внутренний диаметр перфорированной диафрагмы сопряжен с внешним диаметром облицовки со стороны ее основания, причем угол α между внешней поверхностью кумулятивной облицовки и перфорированной диафрагмой составляет не более 90 градусов, при этом кумулятивная облицовка, вспомогательная облицовка, дополнительное тело и перфорированная диафрагма выполнены разборными (составными).
Анализ всех возможных способов и устройств формирования кумулятивных струй с устранением эффекта вращения кумулятивных зарядов, показывает, что ни в одном из них не реализуются технические решения, составляющие суть заявленного изобретения.
Основой способа и устройства формирования кумулятивных струй с устранением эффекта вращения кумулятивных зарядов является экспериментально обнаруженная зависимость эффективности пробития преграды от скорости вращения кумулятивного заряда. До некоторых величин скорости вращения кумулятивного заряда эффективность пробивание преграды не меняется или может даже увеличиваться, а потом начинает резко уменьшаться. Была зафиксирована оптимальная линейная скорость вращения внутренней поверхности облицовки, в зависимости от материала облицовки, меди или сплавов меди или рафинированного железа, при которой начинается уменьшение эффективности пробивания преграды и основная облицовка в кумулятивном заряде с конической или цилиндрической внутренней поверхностью выбирается с линейной скоростью вращения внутренней поверхности не более максимальной оптимальной линейной скорости вращения.
Сущность изобретения заключается в том, что производят инициирование расположенного в профилированном осесимметричном корпусе заряда взрывчатого вещества (BB), с расположенном в торце заряда с противоположной стороны инициирования заряда выемкой, облицованной металлом.
При распространении детонационной волны по заряду ВВ происходит метание и сжатие материала вспомогательной облицовки на внешнюю поверхность облицовки, передавая ей импульс продуктов детонации. За счет более высокой плотности материала вспомогательной облицовки по сравнению с плотностью заряда ВВ нагружение основной облицовки происходит более длительное время. Более продолжительное время нагружения материала облицовки динамической нагрузкой, поддерживает более высокий уровень внутренней энергии материала. При этом плотность материала вспомогательной облицовки может быть как меньше, так и больше плотности материала кумулятивной облицовки. Например, при выполнении кумулятивной облицовки из меди, вспомогательная облицовка может изготавливаться из железа, молибдена, свинца, тантала, титана и т.п. При этом диаметр вспомогательной облицовки выбирается больше диаметра основной облицовки для уменьшения влияния вращения на эффективность пробития. Известно, что влияние вращения на эффективность пробития меньше для облицовок меньшего диаметра [6, с.536]. При дальнейшем сжатии и соударении частей материала кумулятивной облицовки на оси симметрии заряда происходит формирование кумулятивной струи из материала внутренней поверхности облицовки, направленной вдоль оси симметрии кумулятивной выемки. При изготовлении основной облицовки из меди или сплавов меди или рафинированного железа и линейной скорости вращения внутренней поверхности облицовки, не превышающей 16-18 м/с, в зависимости от материала кумулятивной облицовки обеспечивается формирование кумулятивной струи, не разрушающейся при вращении и не снижающей пробитие по сравнению с кумулятивным зарядом без вращения. Экспериментально установлено, что при увеличении указанной величины линейной скорости вращения внутренней поверхности облицовки происходит резкое уменьшение эффективности пробития преграды. При этом меньшая величина линейной скорости вращения соответствует материалу кумулятивной облицовки с меньшей плотностью и большая величина линейной скорости вращения соответствует материалу кумулятивной облицовки с большей плотностью.
Известно, что применение в качестве материала кумулятивной облицовки металла с однородной мелкозернистой структурой для повышения пробития преграды, обеспечивает «изотропные» механические свойства материала, но не позволяет использовать его предельные свойства. Это приводит к уменьшению предельной получаемой длины кумулятивной струи и ее прочности в поперечном сечении и как следствие уменьшает эффективность перфорации при вращении. Для обеспечения максимальной изотропности механических свойств материала, зерна применяемых в кумулятивных облицовках материалов делают максимально мелкими, до величины несколько микрон, что повышает сложность их изготовления и стоимость устройства.
Известно, что механические свойства материала (скорость звука, пластичность, прочность, модуль упругости и т.д.) различны для различных ориентации кристаллов ее составляющих. Под действием взрывного течения материала кумулятивной облицовки кристаллы превращаются в нитевидные, длина которых зависит от их размеров, а свойства от их кристаллографического направления.
С целью увеличения эффективности пробития преграды вращающимся кумулятивным зарядом и увеличения прочности материала кумулятивной струи при кручении, материал облицовки подвергают направленной кристаллизации. Например, для меди или сплавов меди или рафинированного железа, имеющих высокую плотность и широко используемых в кумулятивных зарядах необходимо, чтобы использовались материалы со сформированной преимущественно одинаковой кристаллографической направленностью кристаллов столбчатой структуры и расположенных по нормали к образующей поверхности облицовки. При этом преимущественно выбирают кристаллографическую направленность кристаллов, обладающих максимальной пластичностью.
2
2
Кумулятивный заряд с такой облицовкой отстреливался, а сформированные кумулятивная струя и пест улавливались. Материал кумулятивной струи и песта имеет анизотропное строение и состоит из длинных нитевидных кристаллов с одинаковыми свойствами, зависящими от первоначальной ориентации кристалла. Из осевой части песта был вырезан образец и испытан. Прочность материала кумулятивной струи на разрыв выросла с 23 кг/мм для меди изотропного строения, до 140 кг/мм для нитевидных кристаллов. Одновременно увеличилась пластичность материала кумулятивной струи с 50% до 70%.
Таким образом, выполняя облицовку из кристаллического материала с одинаковой направленностью зерен достигается максимальная симметрия при ее схлопывании, происходит формирование кумулятивной струи во вращающихся кумулятивных зарядах с длинными нитями кристаллитами повышенной прочностью в поперечном направлении по отношению к направлению движения кумулятивной струи и повышенной пластичностью в продольном направлении. Таким образом, кумулятивная струя не разрушается при ее вращении и увеличивается ее длина, что приводит к увеличению эффективности пробития преграды.
Для получения облицовки с кристаллами расположенными преимущественно перпендикулярными образующей облицовки и столбчатым строением крупных зерен, можно использовать известные способы. Например, способ резкого охлаждения жидкого металла-«жидкой штамповкой» с интенсивным охлаждением внутренней формы кристаллизатора жидкостью, способ перекристаллизации уже готовых механически обработанных облицовок, способ разогрева готовых облицовок в радиопрозрачной форме токами высокой частоты с интенсивным охлаждением внутреннего кристаллизатора [11-12] и др.
Экспериментально установлено, что вращающиеся кумулятивные заряды с металлическими облицовками с одинаковой кристаллографической направленностью зерен со столбчатой структурой расположенных по нормали к образующей облицовки, имеют более высокую эффективность, чем заряды с облицовкой с однородной мелкозернистой структурой.
Устройство для формирования кумулятивных струй с устранением эффекта вращения кумулятивных зарядов изображено на фиг.1. Кумулятивный заряд содержит корпус 2 с размещенном в нем заряде ВВ 3 с конической с усеченной формой поверхности выемкой, выполненной в его. торце, противоположном месту приложения инициатора 1. В качестве инициатора 1 может использоваться детонирующий шнур, взрывной патрон, электродетонатор и т.п. В кумулятивной выемке размещается кумулятивная облицовка 5, выполненная из металла, например, меди или сплавов меди или рафинированного железа (например, марки 005ЖР-ВП) в форме усеченного полого конуса. При этом кумулятивная облицовка 5 обращена к инициатору 1 основанием с меньшим или равным внешнему диаметру основания кумулятивной облицовки. На меньшем или равном внешнему диаметру основания кумулятивной облицовки 5, ближайшего к инициатору 1 размещается дополнительное тело в виде дна 6. Дно 6 выполняется из пластины и из материала с плотностью не менее плотности материала кумулятивной облицовки 5. Дно 6 предназначена увеличения начальных скоростей метания и сжатия вспомогательной облицовки 4 и кумулятивной облицовки 5. а так же для недопущения прорыва продуктов детонации заряда BB в, пространство между вспомогательной облицовкой 4 и кумулятивной облицовкой 5 и во внутреннее пространство кумулятивной облицовки 5 и нарушения режима струеобразования. При выполнении дна 6 из материала с плотностью менее плотности материала кумулятивной облицовки 5 происходит его разрушения в процессе струеобразования, что приводит к разрушению формируемой кумулятивной струи.
Диаметр дополнительного тела 6 выбирается не менее внешнего диаметра вершины вспомогательной облицовки 4 в месте их сопряжения. При выполнении диаметра дополнительного тела 6 менее внешнего диаметра вершины вспомогательной облицовки 4 в месте их сопряжения возможен прорыв продуктов детонации в пространство между вспомогательной облицовкой 4 и кумулятивной облицовкой 5, нарушаются условия нагружения кумулятивной облицовки 5, что приводит к разрушению формируемой кумулятивной струи.
Вспомогательная облицовка 4 размещается по оси симметрии и соосно с кумулятивной облицовкой 5, между инициатором 1 и внешней поверхностью кумулятивной облицовки 5 в форме осесимметричной усеченной оболочки с длиной образующей поверхности не более длины образующей поверхности кумулятивной облицовки 5. При выполнении вспомогательной облицовки 4 с длиной образующей поверхности более длины образующей поверхности кумулятивной облицовки 5 увеличиваются продольные габариты кумулятивного заряда за счет части материала вспомогательной облицовки 4, не участвующей в процессе струеобразования.
Вспомогательная облицовка 4 выполняется из металла, например из железа, с плотностью менее плотности материала облицовки 5, выполненной, например, из меди или сплавов меди. Для облицовки 5, выполненной из железа, вспомогательная облицовка выполняется, например, из цинка, титана и т.д.
Вспомогательная облицовка 4 сопрягается одним концом со стороны ближайшей к инициатору 1 с дополнительным телом 6 и с внешним диаметром при вершине вспомогательной облицовки 4 не менее 0.26D и диаметром основания не более 0.8D, где D- диаметр кумулятивного заряда.
При внешнем диаметре вершины вспомогательной облицовки 4 менее 0.26D не обеспечивается достаточная скорость ее метания на облицовку 5, что приводит к уменьшению максимальной скорости формируемой кумулятивной струи и длины, и как следствие,  к уменьшению эффективности пробития преграды. При диаметре основания вспомогательной облицовки более 0.8 D уменьшаются скорость ее метания на кумулятивную облицовку 5 и минимальная скорость формируемой кумулятивной струи с соответственным уменьшением эффективности пробития.
1,
Вспомогательная облицовка 4 выполнена с внутренним углом полураствора β, изменяющегося в пределах от 8 до 10 градусов, и внешним углом полураствора β изменяющегося в пределах от 8 до 13 градусов.
При угле полураствора вспомогательной облицовки 4 менее 8 градусов импульс передаваемой основной облицовки 5 становится большим и приводит к разрушению формируемой кумулятивной струи при соударении материала облицовки 5 на оси симметрии заряда. При угле полураствора вспомогательной облицовки 4 более 10 градусов уменьшаются длина вспомогательной облицовки 4 и импульс, передаваемый облицовке 5, что приводит к уменьшению максимальной скорости кумулятивной струи и ее эффективной длине. При внешнем угле вспомогательной облицовки 4 менее 8 и более 13 градусов формируется малый градиент скоростей кумулятивной струи из облицовки 6.
2,
3,
Кумулятивная облицовка 5 выполняется с внутренним углом полураствора облицовки β изменяющимся в пределах от 0 до 10 градусов, внешним углом полураствора облицовки β изменяющимся в пределах от 0 до 12 градусов. Внешний диаметр кумулятивной облицовки 5 выбирается не более 0.25D. С увеличением внутреннего угла полураствора облицовки 5 более 10 градусов уменьшаются максимальная скорость формируемой кумулятивной струи и ее эффективная длина, что приводит к уменьшению эффективности пробития преграды.
Экспериментально установлено, что кумулятивный заряд сохраняет свою работоспособность в указанном диапазоне углов, но максимальная эффективность заряда достигается при выполнении кумулятивной облицовки 5 с внутренней цилиндрической поверхностью. При внешнем диаметре облицовки 5 более 0.25D скорость метания материала облицовки 5 становится высокой, приводящая к разрушению формируемой кумулятивной струи и при этом увеличиваются габариты устройства.
Основание вспомогательной облицовки 4 сопряжено с внешним диаметром перфорированной диафрагмы 7, а внутренний диаметр перфорированной диафрагмы сопряжен с внешним диаметром кумулятивной облицовки 5 со стороны ее основания, причем угол α между внешней поверхностью кумулятивной облицовки 5 и перфорированной диафрагмой 7 составляет не более 90 градусов. При выполнении угла α более 90 градусов увеличиваются продольные габариты и вес заряда. Перфорированная диафрагма 7 служит для обеспечения выхода воздуха из пространства, расположенного между внешней поверхностью кумулятивной облицовки 5 и внутренней поверхностью вспомогательной облицовки 4, а также отсечки возникающих боковых кумулятивных струй, при соударении материала вспомогательной облицовки 4 с внешней поверхностью кумулятивной облицовки 5 и их влияния на основную кумулятивную струю. Экспериментально установлено, что введение перфорированной диафрагмы 7 увеличивает стабильность работы вращающегося кумулятивного заряда и увеличивает эффективность пробития преграды на 30-45%.
При изготовлении кумулятивной облицовки 5, дополнительного тела дна 6, вспомогательной облицовки 4 и перфорированной диафрагмы 7 разборными (составными) и выполнении вышеприведенных соотношений обеспечивается эффективное функционирование вращающегося кумулятивного заряда.
При срабатывании блока инициирования 1 (например, капсюля детонатора) детонационная волна распространяется по заряду BB 3. При взаимодействии дна 6 с продуктами детонации заряда BB 3, дно 6 ускоряется в падающей детонационной волне и приобретает осевую скорость в направлении формирования кумулятивной струи ранее, чем начнет вспомогательная облицовка 4 начнет приобретать осевую и радиальную скорости метания и сжатия. В процессе взаимодействия дна 6 и вспомогательной облицовки 4, вспомогательной облицовке 4 принудительно придается дополнительная осевая составляющая скорости метания. Вспомогательная облицовка 4 большого диаметра передает кумулятивной облицовке 5 меньшего диаметра, служащей для формирования кумулятивной струи, энергию заряда ВВ 3 в результате их соударения. Выполнение вспомогательной облицовки 4 из материала с плотностью менее плотности материала облицовки 5 позволяет эффективно передать импульс, полученный от продуктов детонации заряда ВВ 3 облицовки 5 и не разрушить ее. Одновременно в процессе взаимодействия дна 6 и кумулятивной облицовки 5, кумулятивной облицовке 5 принудительно придается дополнительная осевая составляющая скорости метания. Формирование высокоскоростной кумулятивной струи из внутренней кумулятивной облицовки 5 происходит по классической схеме [6, с.484-494, 499-517]. Кумулятивная облицовка 5 сжимается, материал облицовки 5 соударяется на оси симметрии заряда с формированием высокоскоростной струи из внутренней части облицовки 5 и песта из внешней части облицовки 5. Сжатый воздух сжимающийся вспомогательной облицовкой 4 и находящийся между вспомогательной облицовкой 4 и внешней поверхностью облицовки 5 выходит через отверстия перфорированной диафрагмы 7.
Во вращающемся кумулятивном заряде при образовании толстого песта и тонкой высокоскоростной кумулятивной струи, в силу сохранения момента количества движения струя начинает вращаться с большей угловой скоростью, чем толстый пест, обладающий большим моментом инерции. Этот процесс возникает непосредственно вначале образования кумулятивной струи. Разность угловых скоростей песта и струи создает крутящую нагрузку, действующую на тонкую кумулятивную струю и которая не компенсируются прочностными свойствами материала и струя разрушается. При этом эффективность пробития преграды уменьшается. При выполнении облицовки 5 с диаметром менее диаметра вспомогательной облицовки 4 в указанных пределах крутящий момент малой величины, действующий на кумулятивную струю компенсируются прочностью материала кумулятивной струи. При этом формируемая кумулятивная струя не разрушается при вращении и эффективность пробития преграды не снижается по сравнению со статическими условиями.
Пример выполнения кумулятивного заряда для вращающихся боеприпасов. В кумулятивном заряде диаметром 60 мм, вспомогательная облицовка 4 изготавливалась из мягкой стали, а кумулятивная облицовка 5 изготавливалась из меди. Корпус кумулятивного заряда 2 стальной с толщиной стенки 2.5 мм и углом раскрыва 2°30'. Внутренний угол полураствора кумулятивной облицовки 5 изменялся от 0 до 10 градусов. Вспомогательная облицовка 4 с углом полураствора, который изменялся от 8 до 10 градусов, а внешний угол изменялся от 8 до 13 градусов. Минимальная толщина стенки кумулятивной облицовки 5 равнялась 1 мм. Минимальная толщина стенки вспомогательной облицовки 4-0.88 мм, а внешний диаметр вершины 12.9 мм.
Было установлено, что для зарядов диаметром 30 мм вращающегося с угловой скоростью 60000 об/мин, диаметром 60 мм и вращающегося со скоростью 30000 об/мин, диаметром 120 мм и вращающегося со скоростью 15000 об/мин величина пробития не менялась по сравнению с невращающимися зарядами и превышала величину известных вращающихся кумулятивных зарядов в 1.5-2 раза При этом форма кратера аналогична форме кратера полученной от пробития не вращающимся зарядом, приведенной на фиг.2.
Таким образом, предлагаемый способ формирования кумулятивных струй с устранением эффекта вращения кумулятивных зарядов позволяет, в отличие от многих других методов формирования кумулятивных струй, осуществить формирование высокоскоростной кумулятивной струи, не разрушающейся при вращении и повысить эффективность пробития в 1.5-2 раза, по сравнению с известными способами.
Предложенное устройство для формирования кумулятивных струй с устранением эффекта вращения кумулятивных зарядов превосходит по эффективности пробития преграды в широком диапазоне скоростей вращения и диаметров зарядов все известные вращающиеся кумулятивные заряды, выполненных в том же калибре.
Предложенные способ и устройство для формирования кумулятивных струй с устранением эффекта вращения кумулятивных зарядов могут найти использование для решения разнообразных промышленных задач.
Источники информации
1. Патент Англии №1604010. Усовершенствования в кумулятивных боеприпасах, 1973 г.
2. Патент США №3726224 «Fluted liners for shaped charges», R.J. Eichelberger, et al.
3. Минин И.В., Минин О.В. Физические аспекты кумулятивных и осколочных боевых частей, Новосибирск, НГТУ, 2002, 84 с.
4. Балаганский И.А., Мержиевский Л.А. Действие средств поражения и боеприпасов: Учебник. - Новосибирск: Изд-во НГТУ. - 2004, с.155.
th
5. М. Held. Spinning jets from shaped charges with flow turned liners. Proc. of the 12 Int. Symp. on Ballistics, San Antonio, Texas, v.3, 1990, pp.1-7.
6. Баум Ф.А., Станюкович К.П., Шехтер Б.И. Физика взрыва. - М.: Наука, 1959, 800 с.
7. Патент РФ 2412338 кл. Е21В 43/117, F42B 1/02. Способ и устройство (варианты) формирования высокоскоростных кумулятивных струй для перфорации скважин с глубокими незапестованными каналами и с большим диаметром. Минин В.Ф., Минин И.В., Минин О.В.
8. Минин В.Ф., Минин И.В., Минин О.В. Физика гиперкумуляуции и комбинированных кумулятивных зарядов // Нефтегазовые технологии, 2011, N 12, с.37-44.
9. Computational fluid dynamics. Technologies and applications. Ed. By Igor V. Minin and Oleg V. Minin. Croatia: INTECH, 2011. - 396 p. V.F. Minin, I.V. Minin, O.V. Minin Calculation experiment technology, pp.3-28.
9. Computational fluid dynamics. Technologies and applications. Ed. By Igor V. Minin and Oleg V. Minin. Croatia: INTECH, 2011. - 396 p. V.F. Minin, I.V. Minin, O.V. Minin Calculation experiment technology, pp.3-28.
10. Гидродинамика высоких плотностей энергии - Новосибирск: Ин-т гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН, 2004. - 613 с. В.Г. Баранов, Е.Я. Брагунцов, А.В. Сотенко. Влияние фазового состава и чистоты металла облицовки на пробивное действие кумулятивных зарядов, с.520-527.
11. Баландин Г.Ф. Литье намораживанием. - М.: Машгиз, 1962. - 262 с.
12. Степанов Ю.А., Баландин Г.Ф., Рыбкин В.А. Технология литейного производства. Специальные виды литья. - М.: Машиностроение, 1983. - 286 с.