Устройство взрывного метания плоской металлической плиты

Изобретение предназначено для применения в промышленности и военной технике при метании плоских металлических плит взрывом зарядов взрывчатых веществ (ВВ). Устройство взрывного метания плоской металлической плиты содержит заряд ВВ, выполненный в виде прямоугольного параллелепипеда, примыкающую к одной из его боковых граней плиту-упор, также выполненную в виде прямоугольного параллелепипеда, и средство для инициирования по наиболее удаленному от метаемой плиты ребру указанной грани заряда ВВ, а от области инициирования над наиболее удаленной от метаемой плиты гранью заряда ВВ размещена стальная накладка, выполненная в виде прямоугольного параллелепипеда. Плита-упор выполнена из материала, акустическая жесткость (ρ·с) которого составляет 2≤ρ·с≤15, где ρ - плотность, (г/см³); с - скорость звука, (км/с), а длина стальной накладки равна ширине заряда ВВ, а ее ширина х и толщина у выбраны из соотношений

а≤х≤2·а; 0,5·b≤y≤1,5·b,

где а - толщина метаемой плиты; b - толщина заряда. Изобретение обеспечивает уменьшение амплитуды давления в продуктах взрыва одновременно с увеличением длительности импульса в зоне, примыкающей к плите-упору. 1 ил.

 

Предлагаемое устройство предназначено для применения в промышленности и военной технике, использующих в практике метание плоских металлических плит взрывом зарядов взрывчатых веществ (ВВ).

Широкое распространение получил взрывной разгон плоских металлических плит с помощью накладного заряда ВВ, детонирующего в "скользящем" или "переменном" (при инициировании с ребра заряда ВВ) по отношению к метаемой плите режимах, так как известно, что подрыв ВВ в этих режимах детонации обеспечивает сохранение большего размера плоской поверхности плиты по сравнению с "падающей" детонационной волной за счет более равномерного распределения кинематических параметров.

На этом принципе основана работа взрывного метающего устройства (ВМУ) для разгона металлических плит [Дерюгин Ю.Н., Ковалев Н.П., Тарасов И.Б. и др. Методы взрывного разгона тяжелых, крупногабаритных пластин с малыми искажениями плоской поверхности // Современные методы проектирования и отработки ракетно-артиллерийского вооружения. Саров: ВНИИЭФ, 2000, стр.238, рис.1, ВМУ "Плоскость"], которое взято за прототип. С целью ослабления влияния волны разрежения в продуктах взрыва (ПВ), распространяющейся от области инициирования за детонационной волной, на форму поверхности метаемой плиты, авторы прототипа использовали стальную плиту-упор. Стальной упор сдерживает разлет ПВ, и это позволяет увеличить размер плоского участка на поверхности метаемой плиты.

Недостаток этого решения заключается в том, что реализуемое у поверхности стального упора давление в ПВ избыточно (за счет уменьшения разгрузки со стороны упора и отраженных от него ударных волн (УВ)), что вызывает ранний срез метаемой плиты в зоне под упором. Это влечет за собой преждевременный прорыв ПВ в область перед метаемой плитой, что в ряде случаев не допускается.

Решаемая задача заключается в разработке конструкции устройства взрывного метания, которая обеспечит плоскую поверхность метаемой плиты размером не менее формируемой устройством-прототипом и позволит избавиться от указанного недостатка - преждевременного прорыва ПВ.

Технический результат, получаемый при реализации предлагаемого решения, состоит в уменьшении амплитуды давления в ПВ одновременно с увеличением длительности импульса давления ПВ в зоне, примыкающей к плите-упору.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве взрывного метания плоской металлической плиты, содержащем выполненные в виде прямоугольных параллелепипедов заряд ВВ и примыкающую к одной из его боковых граней плиту-упор, и средство для инициирования по наиболее удаленному от метаемой плиты ребру указанной грани заряда ВВ, новым является то, что плита-упор выполнена из материала, акустическая жесткость ρ·с которого

где ρ - плотность, ;

с - скорость звука, ,

при этом от области инициирования над наиболее удаленной от метаемой плиты гранью заряда ВВ размещена выполненная в виде прямоугольного параллелепипеда стальная накладка, длина которой равна ширине заряда ВВ, а ширина х и толщина у выбраны из соотношений

где α - толщина метаемой плиты, мм;

b - толщина заряда ВВ, мм.

Меньшая акустическая жесткость материала упора обеспечивает уменьшение амплитуды давления в отраженных УВ (например, ρ·с текстолита в 10 раз меньше ρ·с стали, что приводит к снижению давления в 2 раза). Однако только замена стального упора на упор с меньшей акустической жесткостью без дополнительных мер отрицательно отражается на форме метаемой плиты - размер плоского участка уменьшается. Именно для сохранения размера плоского участка и введена стальная накладка (за счет своей массы и низкой сжимаемости увеличивает длительность импульса давления ПВ). Рассмотренный в качестве примера упор из текстолита в совокупности со стальной накладкой оказывают действие на форму метаемой плиты, аналогичное влиянию стального упора, при этом не происходит прорыва ПВ.

Выбор размеров упора с низкой акустической жесткостью и стальной накладки обусловлен взаимодействием ударных волн и волн разрежения. Размеры зависят от совокупности физических (плотность и скорость звука) свойств материалов и геометрических параметров используемых элементов устройства.

Критерий определения размеров упора не отличается от принятого для устройства-прототипа: волна разрежения, идущая по толщине упора, должна приходить на границу ПВ-метаемая плита не ранее волны разрежения от области инициирования заряда ВВ. Высота упора должна быть не ниже расположения области инициирования. В поперечном направлении длины упора и стальной накладки выбираются не менее размера заряда ВВ в этом направлении.

Диапазоны изменения акустической жесткости упора и размеров стальной накладки, в которых удается обеспечить решение поставленной задачи, определены расчетно-экспериментальным путем. Указанные для соотношения 1) размерности приняты для получения удобного в пользовании математического соотношения. Применение упора из материала, акустическая жесткость которого находится вне обозначенного интервала, приведет, при ρ·с<2, к преобладающей роли волны разрежения, идущей со стороны упора, над сдерживающим разлет ПВ влиянием накладки, что уменьшит размер плоского участка на поверхности метаемой плиты. При ρ·с>15 возрастает значение давления в отраженных от упора УВ, появляются условия для преждевременного среза метаемой плиты.

В интервале изменения ширины накладки (соотношение 2)) плите передаются близкие по величине импульсы давления в зоне под накладкой и в зоне открытого заряда ВВ, что сохраняет однородность распределения импульса вдоль всей плиты и, следовательно, размер ее плоского участка. Вне указанного диапазона импульс распределяется неоднородно.

Использование толщины накладки (см. соотношение 3)) меньше 0,5·b приводит к недостатку импульса давления в зоне под накладкой, а толщина больше 1,5·b - к избытку импульса давления, что в обоих случаях приводит к уменьшению размера плоского участка поверхности метаемой плиты (искривлению ее профиля).

На чертеже схематично изображено заявленное устройство. Устройство взрывного метания плоской металлической плиты 1 содержит выполненные в виде прямоугольных параллелепипедов заряд ВВ 2, плиту-упор 3 из материала с низкой акустической жесткостью (выбранного в соответствии с соотношением 1), например полиэтилена, текстолита, бетона и т.д.), стальную накладку 4, размещенную от области инициирования над наиболее удаленной от метаемой плиты гранью заряда ВВ. Средство инициирования на чертеже не показано, так как в общем случае может быть расположено вне устройства, а позицией 5 обозначена область инициирования (наиболее удаленное от метаемой плиты 1 ребро грани заряда ВВ 2, примыкающей к плите-упору 3). Ширина и толщина стальной накладки 4 выполнены с учетом соотношений 2) и 3).

В общем случае в заявляемом устройстве между метаемой плитой 1 и зарядом ВВ 2 может быть выполнен противооткольный зазор 6 для предотвращения разрушения метаемой плиты, что известно, например, из [Канель Г.И., Молодец A.M., Воробьев А.А. О метании пластин взрывом // Физика горения и взрыва, №6 (10), 1974, стр.884-891; Огородников В.А., Пинчуков С.Ю., Шемякин В.Ю. и др. Экспериментально-расчетное исследование разгона пластин продуктами взрыва через зазор // Физика горения и взрыва, №1 (17), 1981, стр.133-136]. Наличие зазора 6 зависит от толщины заряда ВВ 2 (при большой толщине заряда ВВ зазор может отсутствовать, как у прототипа).

Заявленное устройство работает следующим образом. Заряд ВВ 2 инициируется по наиболее удаленному от метаемой плиты 1 ребру грани заряда ВВ, примыкающей к плите-упору 3 (на чертеже область инициирования обозначена 5). Разгон метаемой плиты 1 осуществляется продуктами взрыва заряда ВВ. При распространении детонационной волны происходит ее отражение в виде ударных волн от упора 3, накладки 4 и от метаемой плиты 1. Отраженная от метаемой плиты 1 ударная волна повторно отражается от упора 3 и накладки 4. Возникшее в результате взаимодействия этих УВ давление в ПВ регулируется (амплитуда - акустической жесткостью упора 3, длительность - размерами накладки 4) таким образом, что импульсы давления под накладкой 4 и в открытой части заряда ВВ 2 равны, что обеспечивает плоскую поверхность метаемой плиты 1 в процессе и по завершении разгона. При этом снижение амплитуды давления предотвращает ранний срез плиты 1 в зоне под упором 3 (плита долго "тянется" с уменьшением толщины в этой зоне).

Устройство взрывного метания плоской металлической плиты, содержащее выполненные в виде прямоугольных параллелепипедов заряд ВВ и примыкающую к одной из его боковых граней плиту-упор, и средство для инициирования по наиболее удаленному от метаемой плиты ребру указанной грани заряда ВВ, отличающееся тем, что плита-упор выполнена из материала, акустическая жесткость (ρ·с) которого 2≤ρ·с≤15,

где ρ - плотность, ;

с - скорость звука, ,

при этом от области инициирования над наиболее удаленной от метаемой плиты гранью заряда ВВ размещена выполненная в виде прямоугольного параллелепипеда стальная накладка, длина которой равна ширине заряда ВВ, а ширина х и толщина у выбраны из соотношений

а≤х≤2·а;

0,5·b≤y≤1,5·b,

где а - толщина метаемой плиты;

b - толщина заряда ВВ.