Гидродинамическое кумулятивное устройство

 

Использование: устройства для безвзрывного демонтажа взрывных устройств и для разрушения преград. Сущность изобретения: гидродинамическое кумулятивное устройство включает затвор и ствол, в котором последовательно размещены аккумулятор давления в виде порохового заряда со средством его инициирования и поршень. На дульной части ствола крепится камера с размещенной в ней метаемой жидкостью, в которой с помощью конической вставки образована кумулятивная выемка. Объем жидкости отделен от предпоршневой полости мембраной. При инициировании порохового заряда происходит разгон поршня по ведущей части канала. При взаимодействии через мембрану поршня с объемом жидкости в жидкости генерируется ударная волна, взаимодействие которой с конической выемкой приводит к образованию высокоскоростной струи жидкости, метаемой в направлении объекта. 3 з.п.ф-лы, 4 табл., 5 ил.

Изобретение относится к разработке устройств, предназначенных для безвзрывного демонтажа взрывных устройств, а также для разрушения преград.

Известно гидродинамическое устройство для получения импульсных струй жидкости, предназначенное для разрушения горных пород [1] Устройство содержит средство для изменения фронта ударной волны, выполненное в виде стакана, находящегося в стволе. Полость стакана заполняется водой. Причем стакан выполнен из материала, акустическая жесткость которого больше акустической жесткости жидкости. При разгоне сжатым газом штока последний ударяет по торцу стакана. При этом в стакане возникает ударная волна, распространяющаяся в сторону полости с жидкостью. Из-за отставания в воде ударная волна не будет плоской, и в конце концов сформируется импульсная кумулятивная струя.

Недостатком устройства является то, что разогнанный шток непосредственно не взаимодействует с жидкостью. Ударная волна прежде чем попасть в жидкость проходит через относительно протяженный стакан. Это ведет к существенной потере энергии ударной волны и, как следствие, к снижению мощности устройства.

В качестве прототипа выбрано устройство, обеспечивающее получение высокоскоростной кумулятивной струи. По этой схеме поршень, разгоняемый в ствол сжатым газом, ударяет по плоскому торцу столба жидкости, генерируя ударную волну. На другом торце в воде имеется коническая выемка. Ударная волна, дойдя до этой выемки, взаимодействует с ней, вызывая стекание жидкости к оси симметрии [2] Недостатком данного устройства является отсутствие совместного оптимизированного технического решения жидкостного гидродинамического контура и баллистического решения метательного устройства. Здесь и в дальнейшем в качестве критерия оптимизации принимается максимизация мощности гидродинамического устройства при заданных ограничениях на массовые и габаритные характеристики устройства. В свою очередь критерий "мощность" (численное значение энергии в единицу времени подводимое к разрушаемому предмету или преграде) может быть подменен скоростью истечения жидкости из гидродинамического устройства при фиксированном объеме жидкости в гидрокумулятивном узле. Повышение уровня мощности при заданных ограничениях на массо-габаритные характеристики метательного устройства позволяет поднять уровень пробития твердых гомогенных и гетерогенных преград.

Таким образом, задачей, на решение которой направлено данное изобретения является совместная оптимизация систем "ствол-аккумулятор давления-поршень" и "жидкостной контур", заключающаяся в создании гидродинамического устройства при минимизации массо-габаритных характеристик ствольной группы при заданном уровне мощности, подводимой к разрушаемой преграде, либо заключающаяся в максимизации мощности, подводимой к преграде при заданных ограничениях на массо-габаритных характеристик разрушительного устройства.

Технический результат достигается тем, что гидродинамическое кумулятивное устройство содержит ствол с поршнем, аккумулятором давления в запоршневой полости ствола и емкость с объемом рабочей жидкости в предпоршневой полости, на торце которой в направлении метания сформирована коническая кумулятивная выемка с углом раствора 20-60 град. а второй обращенный к поршню торец выполнен плоским, при этом расстояние от вершины выемки до плоского торца емкости, обращенного в сторону поршня составляет 0,5-2 калибра емкости. Объем предпоршневой полости в 2,5-5,5 раз превышает объем запоршневой полости, а отношение массы поршня к кубу калибра составляет 1-2 кг/дм³. Емкость с рабочей жидкостью выполнена в виде камеры, закрепленной на дульной части ствола, плоский торец которой образован мембраной, а коническая кумулятивная выемка образована вставкой. Причем аккумулятор давления выполнен в виде порохового заряда со средством его инициирования.

Заявляемая совокупность допустимых диапазонов изменения основных проектных параметров установлена экспериментальным путем. В табл. 1,2,3,4 приведены результаты экспериментов, по установлению совокупности основных проектных параметров, обеспечивающих минимизацию массово-габаритных характеристик при заданном уровне энергии поршня.

Дальнейшие результаты были получены после экспериментов, которые проводились при угле раствора выемки 30 градусов, при диаметре гидрокамеры 30 мм. Заявляемое техническое решение поясняется графическими материалами. На фиг. показан общий вид гидродинамического кумулятивного устройства. На фиг. 2-5 показаны результаты взаимодействия жидкости, метаемой из гидродинамического устройства калибра 30 мм по металлическим преградам: на фиг.2 сталь 45 толщиной 5 мм, вид спереди, на фиг. 3 то же, вид сбоку, на фиг, 4 алюминиевый сплав Д16Т толщиной 10 мм, вид спереди, на фиг. 5 то же, вид сбоку.

Гидродинамическое кумулятивное устройство включает ствол 1 с затвором 2. В стволе последовательно размещены аккумулятор давления (пороховой заряд со средством его инициирования) 3 и поршень 4. На дульной части ствола крепится камера 5, в которой размещена метаемая жидкость 6. В объеме жидкости с помощью конической вставки 7 образована кумулятивная выемка. С позиций обеспечения требуемых эксплуатационных требований объем жидкости отделен от предпоршневой полости ствола плоской мембраной 8.

Функционирует описанное устройство следующим образом. При инициировании порохового заряда происходит форсирование поршня 4 и его разгон по ведущей части канала ствола 1. В момент взаимодействия поршня с объемом жидкости 6 через мембрану 8 в жидкости генерируется ударная волна, распространяющаяся в направлении конической выемки. Взаимодействие ударной волны с выемкой приводит к образованию высокоскоростной струи жидкости, метаемой в направлении объекта, подлежащего разрушению. Как показали эксперименты, энергии струи жидкости после пробития указанного типа преград достаточно для разрушения цепей взрывных устройств и их демонтажа, но не достаточно для детонации заряда взрывчатого вещества.

Формула изобретения

1. Гидродинамическое кумулятивное устройство, содержащее ствол с поршнем и аккумулятором давления в запоршневой полости ствола и емкость с рабочей жидкостью в предпоршневой полости устройства, при этом на переднем торце емкости сформирована коническая кумулятивная выемка, отличающееся тем, что кумулятивная выемка выполнена с углом раствора 20 60^o, а расстояние от вершины выемки до заднего торца емкости составляет 0,5 2 калибра емкости.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что объем предпоршневой полости устройства, ограниченной задним торцом емкости с рабочей жидкостью, в 2,5 - 5,5 раз превышает объем запоршневой полости, а отношение массы поршня к кубу калибра ствола составляет 1 2 кг/дм³.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что емкость с рабочей жидкостью выполнена в виде камеры, закрепленной на дульной части ствола, задний торец которой выполнен в виде мембраны, а передний в виде вставки, образующей в объеме жидкости коническую кумулятивную выемку.

4. Устройство по любому из пп.1 3, отличающееся тем, что аккумулятор давления выполнен в виде порохового заряда со средством его инициирования.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7