Способ пробития преграды кумулятивным зарядом и устройство для его реализации

 

Изобретение относится к конструкциям и производству боевых частей боеприпасов с кумулятивными выемками, а также при перфорации нефтяных, газовых скважин. Сущность способа пробития преграды кумулятивным зарядом, включающего подрыв заряда взрывчатого вещества и нагрев облицовки кумулятивной выемки, состоит в том, что в нем нагрев облицовки кумулятивной выемки осуществляют перед подрывом заряда взрывчатого вещества до t ≅ t_пл - t_ocт, где t_пл - температура плавления материала облицовки, t_ocт - температура струи (без предварительного нагрева). Устройство представляет собой кумулятивный заряд, содержащий заряд взрывчатого вещества с кумулятивной выемкой, облицовку кумулятивной выемки, инициирующее устройство и генератор энергии в виде генератора тепловой энергии, в виде генератора горячих газов с газоотводом на внутреннюю поверхность кумулятивной облицовки и коллектором сброса во внешнюю среду отработанных газов, размещенный вне зоны формирования кумулятивной струи, для воздействия на кумулятивную облицовку. Изобретение позволяет увеличить глубину пробития преграды. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к военной технике, в частности к конструкциям и производству боевых частей боеприпасов с кумулятивными зарядами и зарядами, формирующими ударное ядро.

Изобретение может быть использовано также при перфорации нефтяных, газовых, нагнетательных и водозаборных скважин.

Бронебойное действие кумулятивных зарядов зависит от конфигурации облицовок кумулятивной выемки, точности линейно-угловых параметров элементов заряда и особенно от пластических свойств материала облицовки кумулятивной выемки.

Известен способ пробития преграды кумулятивным зарядом с облицовкой, заключающийся в размещении заряда вблизи преграды, подрыва заряда и формирования из облицовки кумулятивной струи в направлении к преграде. Этот способ пробития преград широко представлен в технической литературе (Ф.А.Баум, Л.П. Орленко и др. "Физика взрыва", М., 1975, 367-368; 379-386 - прототип; Л.Я. Фридляндер "Прострелочно-взрывная аппаратура и ее применение в скважинах", М. : Недра, 1985), а также в технической документации предприятия п/я А-3862 на средства ближнего боя, противотанковые авиабомбы и снаряды.

Недостатком этого способа является то, что материалы, используемые в этих изделиях в качестве облицовки кумулятивной выемки (медь, алюминиевые сплавы, малоуглеродистая сталь и др.), обладают существенной чувствительностью к факторам технологического процесса изготовления,а также то,что при формирование кумулятивной струи реализуются не все возможности управления физико-механическими характеристиками материала, например пластическими свойствами. В частности, пластичность материала облицовки существенно зависит от температуры нагрева, который является результатом экстремально высоких скоростей деформирования, релизуемых при ударно-волновом нагружении. Тепловой эффект ударного сжатия образцов из различных металлов приводит к нагреву до разных температур. Например, катастрофическое для свинца давление 20 ГПа, приводящее его к расплавлению, вызывает нагрев меди или вольфрама значительно ниже температуры рекристаллизации. Эта остаточная температура металла (t_ост) может быть определена экспериментально сразу после разгрузки при атмосферном давлении (см. , например, Г.Н. Эпштейн "Строение металлов, деформированных взрывом", М., "Металлургия", 1980).

Известно также, что у всех материалов, применяемых для облицовок, пластические свойства при нагреве (не в результате ударно-волнового нагружения) увеличиваются. Это увеличение происходит неравномерно, существуют температурные интервалы, в которых пластичность материала с увеличением температуры не повышается, а даже снижается (А.А.Пресняков "Сверхпластичность металлов и сплавов". "Наука", Алма-Ата, 1969). Это связано со структурными и химическими преобразованиями и перестройкой кристаллической решетки. Например, для меди MI в интервале температур 300...400^oC наблюдается провал пластичности (Б. А. Колачев, В. А. Ливанов и др. "Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов". М., "Металлургия", 1972, стр. 225).

Таким образом, при подрыве заряда ВВ и схлопывании облицовки при достижении материалов облицовки температуры, соответствующей провалу пластичности, ухудшаются условия формирования кумулятивной струи. При растяжении она частично разрушается, что приводит к снижению глубины пробития преграды.

Целью предполагаемого изобретения является увеличение глубины пробития преграды путем улучшения условий образования кумулятивной струи. При этом облицовку к моменту подрыва нагревают до температуры t ≅ t_пл - t_ост, где t_пл - температура плавления материала облицовки в 0^oC или К, t_ост -остаточная температура материала непосредственно после ударно-волнового нагружения (температура теплового эффекта адиабатического сжатия, т.е. температура струи).

Например, для меди различных марок в исследованном диапазоне типоразмеров кумулятивных зарядов t_ост составляет 400...600^oC (В.И.Васюков, Ю.М.Дильдин, С.В.Ладов, А.И.Колмаков "Оценка разогрева металла кольцевого элемента в результате пластической деформации" Труды МВТУ. - 1981. - N 358. - с. 54-63; Racah E. Shaped charge jet heating// Propellants explos. pyrotech. - Vol. 13. N, 6 - 1988 p. 178), что существенно ниже t_пл = 1083^oC.

Предварительный нагрев облицовки позволяет пройти интервал температур, соответствующий провалу пластичности до момента образования кумулятивной струи.

Струеобразование происходит в условиях повышенных пластических и других свойств материала, что предотвращает разрушение струи при ее растяжении.

Таким образом, температура материала в струе в этом случае складывается из температуры предварительного нагрева и приобретаемой температуры в условиях ударно-волнового нагружения. Если суммарная температура превысит температуру плавления материала облицовки, то кумулятивная струя, не обладая достаточной прочностью, распадается на отдельные элементы, и глубина пробития преграды резко снизится.

Для меди МI с учетом температуры струеобразования ~ 500^oC температура предварительного нагрева должна быть не ниже ~ 500^oC, но не превышать ~ 580^oC.

Для осуществления способа были изготовлены кумулятивные боевые части противотанковых гранат с облицовками из меди МI, запрессованными в корпус с обеспечением теплоизоляции между облицовкой и зарядом во избежание деструкции или инициирования ВВ.

Для подтверждения эффективности действия кумулятивной боевой части и надежности такой теплоизоляции предложен кумулятивный заряд, содержащий взрывчатое вещество с кумулятивной выемкой, облицовку кумулятивной выемки и инициирующее устройство, отличающихся тем, что с целью повышения эффективности действия за счет увеличения глубины пробития преграды он снабжен генератором тепловой энергии, размещенным вне зоны формирования кумулятивной струи с обеспечением передачи тепловой энергии облицовке кумулятивной выемки.

Кольцевой нагреватель контактировал с кумулятивной облицовкой, которая была снабжена термопарами для измерения температуры.

При помощи такой сборки была отработана схема подведения тепловой энергии, обеспечивающая относительно равномерный прогрев облицовки по длине образующей и толщине ее до температуры 200 ... 250^oC.

Результаты испытаний на бронепробиваемость кумулятивных боевых частей (КБЧ) с нагревом облицовки и без подогрева сведены в таблицу.

Предлагаемый способ и устройство позволяют повысить бронепробиваемость не менее чем на 18%.

Формула изобретения

1. Способ пробития преграды кумулятивным зарядом, включающий подрыв заряда взрывчатого вещества и нагрев облицовки кумулятивной выемки, отличающийся тем, что, с целью увеличения глубины пробития преграды путем улучшения условий образования кумулятивной струи, в нем нагрев облицовки кумулятивной выемки осуществляют перед подрывом заряда взрывчатого вещества до t ≅ t_пл - t_ост, где t_пл - температура плавления материала облицовки, t_ост - температура струи (без предварительного нагрева).

2. Кумулятивный заряд, содержащий заряд взрывчатого вещества с кумулятивной выемкой, облицовку кумулятивной выемки, инициирующее устройство и генератор энергии, размещенный вне зоны формирования кумулятивной струи, для воздействия на кумулятивную облицовку, отличающийся тем, что, с целью увеличения глубины пробития преграды путем улучшения условий образования кумулятивной струи, в нем генератор выполнен в виде генератора тепловой энергии.

3. Кумулятивный заряд по п.2, отличающийся тем, что генератор тепловой энергии выполнен в виде генератора горячих газов с газоотводом на внутреннюю поверхность кумулятивной облицовки и коллектором сброса во внешнюю среду отработанных газов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2