Устройство взрывное
Владельцы патента RU 2524409:
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"-Госкорпорация "Росатом" (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр-Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики-ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" (RU)
Изобретение относится к области взрывной техники и может быть использовано в разработке боеприпасов военного назначения, взрывных устройств для применения в хозяйственной и научно-исследовательской деятельности. В устройстве взрывном содержится основной заряд ВВ, детонационный волновой генератор в виде матрицы из инертного материала с сетью каналов и отверстий с общим приемным участком, заполненных ВВ и покрытых оболочкой, источник инициирования, инициирующий общий приемный участок. Матрица детонационного волнового генератора выполнена из открытопористого термостойкого материала, обладающего свойством сорбирования расплава ВВ и свободного отвода газообразных продуктов разложения ВВ. Матрица детонационного волнового генератора может быть выполнена из открытопористого технического углеродного материала с нанопорами, либо из открытопористого алюминия с пористостью от 20 до 50%. Материал матрицы содержит химически активный по отношению к расплаву и/или газообразным продуктам разложения ВВ реагент, способный снижать скорость разложения ВВ и его тепловой эффект. Достигается повышение пожаро- и взрывобезопасности взрывных устройств с детонационный волновым генератором; предотвращение нежелательного распространения расплава ВВ за пределы взрывного устройства; обеспечение термического разложения ВВ без ускорения, приводящего к вспышке, с отводом газообразных продуктов разложения за пределы детонационного волнового генератора. 6 з. п. ф., 4 ил.
Изобретение относится к области взрывной техники, содержащей в своем составе детонационный волновой генератор, снаряженный плавким взрывчатым веществом, температура плавления которого ниже температуры начала интенсивного разложения. Изобретение может быть использовано в разработке боеприпасов военного назначения, взрывных устройств для применения в хозяйственной деятельности (инженерные заряды, добыча полезных ископаемых, машиностроение и др.) и научно-исследовательской деятельности.
Для реализации взрывных технологий требуется применение различных форм детонационных волн, которые обычно получаются с использованием дискретных детонационных волновых генераторов (ДВГ) (Селиванов В.В., Кобылкин И.Ф., Новиков С.А. Взрывные технологии: Учебник для вузов / Под общей ред. В.В. Селиванова. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. - 648 с.: ил., с.67-70). Детонационный волновой генератор представляет собой сеть каналов и отверстий, заполненных ВВ. Сеть каналов и отверстий выполнена в специальной матрице, изготовленной из материала, инертного к ВВ. Как правило, в качестве материала матрицы для детонационного волнового генератора используют металлы и пластмассы.
Взрывчатые вещества (ВВ), которые входят в состав ДВГ, являются источником повышенной опасности, особенно при аварийных ситуациях, сопровождающихся нагреванием конструкции. Как правило, при нагревании взрывчатых веществ происходит их разложение с выделением большого количества газов. Опасность представленной ситуации усугубляется тем, что разложение и горение ВВ в замкнутых объемах приводит к повышению давления внутри матрицы ДВГ и, как следствие, к переходу режима горения ВВ в режим взрывчатого превращения. При плавлении ВВ возможно его истечение за пределы ДВГ и попадание расплава на горячие элементы конструкции или очаг нагревания, что также может привести к возгоранию расплавленного ВВ.
Известно устройство для формирования взрывной волны (патент США №3430563, МПК F42B 3/093, опубликовано 04.03.1969), содержащее основной заряд ВВ, узел электрического инициирования и узел инициирования, представляющий собой матрицу из пластичного ВВ с разветвленными концевыми участками, расположенную в листе инертного полимера таким образом, что взрывная волна, расходящаяся от узла электрического инициирования, пересекает множество одинаковой длины полос с ВВ и подходит к множеству концевых участков ВВ, разнесенных равномерно по поверхности листа полимера. Тем самым основной заряд ВВ инициируется одновременно в точках, соответствующих концевым участкам, находящихся с ним в контакте.
Недостатком данного устройства является то, что при воздействии на него аварийного термического нагружения в узле инициирования, представляющем собой матрицу из пластичного ВВ с разветвленными концевыми участками, расположенную в листе инертного полимера, в составе конструкции будет происходить рост давления газообразных продуктов разложения ВВ. Кроме того, вследствие размягчения и деформирования листа инертного полимера возможно образование локальных зон скопления расплавленного ВВ и продуктов его разложения, что, в свою очередь, может привести к возгоранию и последующему взрыву ВВ. Также, при деформации листа полимера возможно образование зазоров в конструкции, через которые расплавленное ВВ может истекать и попадать на горячие участки конструкции, что также может привести к возгоранию расплава ВВ и всей конструкции в целом.
Наиболее близким аналогом является устройство взрывное (патент РФ №2282818; МПК F42B 3/10; опубл. в бюл. №24 27.08.2006 г.), содержащее основной заряд ВВ и матрицу из инертного материала с сеткой каналов и отверстий, заполненных с образованием выступающих элементов над матрицей ВВ, и задействуемую от источника инициирования. Матрица со стороны каналов и отверстий покрыта оболочкой со сквозными отверстиями над выступающими элементами ВВ, толщина которой превышает величину выступания ВВ над матрицей.
Недостатком данного устройства является то, что предложенная оболочка со сквозными отверстиями над выступающими элементами ВВ не обеспечивает возможность оттока газов при разложении ВВ в зонах конструкции устройства с плотным поджатием оболочки элементами корпуса устройства, например, крышкой, что может привести к повышению давления внутри загерметизированных объемов и взрыву ВВ. В зонах без поджатия оболочки наличие отверстий в оболочке может способствовать истечению расплавившегося ВВ за пределы конструкции и возгоранию расплавленного ВВ при контакте с горячими элементами или очагом пожара.
При использовании предлагаемого технического решения решается задача безопасной эксплуатации конструкций и устройств, содержащих взрывоопасные высокоэнергетические материалы (взрывчатые вещества), за счет локализации расплава ВВ в зоне его расположения и отвода газообразных продуктов разложения ВВ из конструктивной зоны детонационного волнового генератора.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение пожаро- и взрывобезопасности взрывных устройств с детонационный волновым генератором; предотвращение нежелательного распространения расплава ВВ за пределы взрывного устройства; обеспечение термического разложения ВВ без ускорения, приводящего к вспышке, с отводом газообразных продуктов разложения за пределы детонационного волнового генератора.
Технический результат достигается тем, что в устройстве взрывном, содержащем основной заряд ВВ, детонационный волновой генератор в виде матрицы из инертного материала с сетью каналов и отверстий с общим приемным участком, заполненных ВВ и покрытых оболочкой, источник инициирования, инициирующий общий приемный участок, матрица детонационного волнового генератора выполнена из открытопористого термостойкого материала, обладающего свойством сорбирования расплава ВВ и свободного отвода газообразных продуктов разложения. Суммарная поглощающая способность материала матрицы выбирается из условия сорбирования, как минимум, всей массы ВВ, входящей в конструкцию детонационного волнового генератора. Матрица детонационного волнового генератора может быть выполнена из открытопористого технического углеродного материала с нанопорами. Матрица детонационного волнового генератора также может быть выполнена из открытопористого алюминия с пористостью от 20 до 50%. Материал матрицы содержит химически активный по отношению к расплаву и/или газообразным продуктам реагент, способный снижать скорость разложения и его тепловой эффект. Оболочка детонационного волнового генератора выполнена из открытопористого термостойкого технического углеродного материала с нанопорами. Оболочка детонационного волнового генератора выполнена из открытопористого алюминия с пористостью от 20 до 50%.
Применение открытопористого термостойкого материала в качестве матрицы детонационного волнового генератора позволяет обеспечить свободный отток газов, образующихся при термодеструкции ВВ, за пределы ДВР, исключая возможность образования герметичных объемов и опасность повышения давления в зоне размещения ВВ. Термостойкость материала матрицы должна обеспечивать сохранение свойств матрицы при температурах, значения которых выше температуры плавления и терморазложения ВВ.
Сорбирование расплава ВВ обеспечивается лиофильными свойствами материала матрицы, т.е. способностью смачивания материала матрицы расплавом ВВ. При нагреве ДВР до температуры, превышающей температуру плавления ВВ, образовавшийся расплав, смачивая материал матрицы, впитывается внутрь ее объема, исключая опасность истечения расплава за пределы детонационного волнового генератора. При этом объем матрицы ДВР должен обеспечивать сорбирование, как минимум, всей массы ВВ, заполняющей сеть каналов и отверстий ДВР.
При введении в состав пористой матрицы детонационного волнового генератора химически активных по отношению к расплаву ВВ реагентов обеспечивается снижение скорости разложения ВВ, впитавшегося в материал матрицы ДВР, и его теплового эффекта.
При выполнении материала матрицы из материала, имеющего относительно высокие теплоемкость и теплопроводность, будет происходить быстрый отвод тепла от разлагающегося в порах матрицы расплава ВВ, обеспечивающее снижение скорости разложения и исключение вспышки.
Заявленное устройство взрывное поясняется рисунками, представленными на фиг.1, фиг.2, фиг.3 и фиг.4, где 1 - основной заряд ВВ; 2 - детонационный волновой генератор из открытопористого термостойкого материала с сетью каналов и отверстий; 3 - плавкое взрывчатое вещество, заполняющее сеть каналов и отверстий ДВР; 4 - источник инициирования; 5 - общий приемный участок; 6 - оболочка, закрывающая сеть каналов и отверстий ДВР; 7 - реагент, химически активный к расплаву ВВ, 8 - поры.
На фиг.1 представлено состояние конструкции устройства взрывного в нормальных условиях эксплуатации. На фиг.2 - состояние конструкции устройства взрывного после термического воздействия, приводящего к расплавлению плавкого ВВ, расположенного в каналах ДВР.
Устройство взрывное работает следующим образом. При нормальных условиях эксплуатации детонационный импульс от источника инициирования 4 передается через общий приемный участок 5 на взрывчатое вещество 3, заполняющее сеть каналов и отверстий детонационного волнового генератора 2. Взрывчатое вещество 3 через сеть каналов и отверстий инициирует основной заряд ВВ 1, обеспечивая необходимую форму фронта инициирования основного заряда ВВ. Оболочка 6, закрывающая сеть каналов и отверстий ДВР, обеспечивает защиту взрывчатого вещества 3 от внешних воздействий.
При возникновении аварийной ситуации, связанной с термическим воздействием, происходит нагревание всей конструкции взрывного устройства. После достижения температуры плавления взрывчатого вещества 3 материал матрицы детонационного волнового генератора 2 начинает впитывать расплав взрывчатого вещества 3. Далее взрывчатое вещество 3 в порах 8 начинает разлагаться и газообразные продукты отводятся через открытопористую структуру за пределы детонационного волнового генератора 2 в зоны конструкции, имеющей сообщение с внешней средой. Это исключает повышение давления продуктов разложения и накопление расплава ВВ в полостях конструкции. Выделяемое при разложении ВВ 3 тепло отводится за счет высокой теплоемкости и теплопроводности материала ДВР 2, снижая скорость разложения и исключая опасность вспышки ВВ. Реагент 7, химически активный к расплаву взрывчатого вещества 3, также снижает скорость и тепловой эффект при разложения ВВ. При выполнении оболочки 6 из открытопористого материала, аналогичного материалу матрицы ДВР, обеспечивается дополнительный отток газов.
Таким образом, заявленное устройство взрывное, за счет примененных технических решений обеспечивает повышение безопасности эксплуатации конструкций и устройств, содержащих в составе детонационный волновой генератор с взрывчатым веществом, температура плавления которого ниже температуры начала интенсивного разложения.
Пример конкретного исполнения устройства взрывного представлен на фиг.3 (поперечный разрез) и фиг.4 (вид сверху).
Основной заряд ВВ 1 изготовлен из термостойкого взрывчатого состава на основе октогена. Матрица детонационного волнового генератора 2 изготовлена из открытопористого технического углеродного материала с нанопорами (ТУМаН) с сетью каналов и равномерно расположенными отверстиями. Сеть каналов и отверстий ДВР 2 заполнена пластичным взрывчатым веществом 3 из материала ПТ83 (83% - ТЭН, 17% - полиизобутилен). В качестве источника инициирования 4 используется электродетонатор, установленный на общий приемный участок 5, состоящий из приемного отверстия и канала соединенного с сетью каналов ДВР, приемное отверстие и канал также заполнены материалом ПТ83. Оболочка 6 из открытопористого алюминия, закрывающая сеть каналов и отверстий ДВР 2, установлена на поверхности ДВР с помощью эпоксидного клея ЭЛ20. В качестве химически активного к расплаву ВВ реагента 7 использован дифениламин, который предварительно введен в материал матрицы детонационного волнового генератора в виде раствора.
Устройство взрывное работает следующим образом. При задействовании электродетонатора инициируется пластичное взрывчатое вещество ПТ83, снаряженное в каналы и отверстия общего приемного участка и сети каналов и отверстий детонационного волнового генератора. Детонационный импульс, проходя через сеть каналов и отверстий ДВР, инициирует основной заряд ВВ из термостойкого взрывчатого состава с обеспечением необходимого фронта детонации устройства взрывного. Оболочка 6 из открытопористого алюминия защищает сеть каналов и отверстий ДВР от внешних воздействий.
При термическом воздействии на устройство взрывное происходит разогрев конструкции в целом и конструкции детонационного волнового генератора в частности. Взрывчатое вещество ТЭН, входящее в состав пластичного ВВ ПТ83, при температурах до 139…141°C интенсивно разлагается с образованием большого количества газов. Образовавшиеся газы, свободно проходя через поры материала ТУМаН, удаляются за пределы конструкции детонационного волнового генератора. При достижении температуры 139…141°C ТЭН переходит в расплав и поглощается порами материала ТУМаН, обладающего свойством лиофильности (смачивания) по отношению к расплаву ТЭНа. При взаимодействии расплава ТЭНа с дифениламином, ранее введенным в материал матрицы детонационного волнового генератора, ТЭН под воздействием температуры разлагается с меньшей скоростью и меньшим тепловым эффектом, что обеспечивает отсутствие вспышки ВВ и повышает безопасность при термических аварийных воздействиях.
Эффективность предлагаемого технического решения подтверждена рядом экспериментальных исследований, проведенных с натурными взрывными устройствами в реальных условиях термического воздействия.
Предлагаемое устройство взрывное обеспечивает взрывобезопасность конструкций, содержащих в себе детонационный волновой генератор.
1. Устройство взрывное, содержащее основной заряд ВВ, детонационный волновой генератор в виде матрицы из инертного материала с сетью каналов и отверстий с общим приемным участком, заполненных ВВ и покрытых оболочкой, источник инициирования, инициирующий общий приемный участок, отличающееся тем, что матрица детонационного волнового генератора выполнена из открытопористого термостойкого материала, обладающего свойством сорбирования расплава ВВ и свободного отвода газообразных продуктов разложения ВВ.
2. Устройство взрывное по п.1, отличающееся тем, что суммарная поглощающая способность материала матрицы выбирается из условия сорбирования, как минимум, всей массы ВВ, входящей в конструкцию детонационного волнового генератора.
3. Устройство взрывное по п.1, отличающееся тем, что матрица детонационного волнового генератора выполнена из открытопористого технического углеродного материала с нанопорами.
4. Устройство взрывное по п.1, отличающееся тем, что матрица детонационного волнового генератора выполнена из открытопористого алюминия с пористостью от 20 до 50%.
5. Устройство взрывное по п.1, отличающееся тем, что материал матрицы содержит химически активный по отношению к расплаву и/или газообразным продуктам разложения ВВ реагент, способный снижать скорость разложения ВВ и его тепловой эффект.
6. Устройство взрывное по п.1, отличающееся тем, что оболочка детонационного волнового генератора выполнена из открытопористого термостойкого технического углеродного материала с нанопорами.
7. Устройство взрывное по п.1, отличающееся тем, что оболочка детонационного волнового генератора выполнена из открытопористого алюминия с пористостью от 20 до 50%.
