Устройство для перфорации защитных стенок

Изобретение относится к устройствам для перфорации защитных стенок, например, осколочным боеприпасам с оснащением поражающими элементами (далее ПЭ) рациональной формы. А более конкретно, к боевым зарядам, корпус которых имеет осколочную оболочку с наружной ослабляющей насечкой для формирования полуготовых ПЭ, или осколочную оболочку, содержащую готовые ПЭ предложенной рациональной формы. Устройство для перфорации защитных стенок состоит из взрывчатого вещества (далее ВВ), инициатора и осколочной оболочки, выполненной в виде набора готовых ПЭ, уложенных вокруг ВВ, или полуготовых ПЭ. Готовые или полуготовые ПЭ выполнены разнотолщинными для обеспечения возможности разворота ПЭ в процессе срабатывания устройства от меньшей толщины к большей и формирования осколочного поля требуемого направления в соответствии с направлением разворота, для чего разнотолщинность ПЭ сформирована по линейному закону при выполнении участка или части участка, обращенного к ВВ, квазиплоским, при этом длина ПЭ в направлении разнотолщинности не меньше максимальной толщины ПЭ, причем осколочная оболочка выполнена полностью или частично из разнотолщинных ПЭ. Технический результат изобретения заключается в улучшении перфорации защитных стенок и расширении области воздействия ПЭ. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для перфорации защитных стенок, например, осколочным боеприпасам с оснащением поражающими элементами (далее ПЭ) рациональной формы. А более конкретно, к боевым зарядам, корпус которых имеет осколочную оболочку с наружной ослабляющей насечкой для формирования полуготовых ПЭ, или осколочную оболочку, содержащую готовые ПЭ предложенной рациональной формы.

Задачей, стоящей в данной области техники, и на решение которой направлено изобретение, является достижение улучшенной перфорации защитных стенок и расширение области воздействия ПЭ.

Из существующего уровня техники известно множество аналогичных устройств, направленных на решение данной задачи, состоящих из размещенных в корпусе боевого заряда взрывчатого вещества (далее ВВ), инициатора и осколочной оболочки из полуготовых или готовых ПЭ. Некоторые из таких устройств рассмотрим ниже.

Из материалов описания к патенту RU 2267739 «Осколочная оболочка боеприпаса с заданной фрагментацией и способ ее изготовления» [ФГУП «Государственное научно-производственное предприятие «Базальт», Кореньков В.В., Смеликов В.Г. и др., публик.10.01.2006, бюл. №1] известны осколочные оболочки, имеющие гладкую или рифленую наружные или внутренние поверхности, а также оболочки в виде несоединенных между собой стержней, где каждый стержень разделен на фрагменты по поперечно расположенным и повернутым относительно друг друга поверхностям разрыва сплошности материала стержня для обеспечения заданной фрагментации. При этом стержни наружного ряда имеют треугольный, шестиугольный или ромбический профиль.

В патенте США №4216720, «Rod-fragmentcontrolIed-motionwarhead», [USNAVY, K. Marvin, публик. 12.08.80 г.] предложено применение стержневой оболочки, полученной установкой раздельных стержней, с образованием плотного ряда. При подрыве этого боевого заряда образуются удлиненные ПЭ с коэффициентом отношения длины к характерному диаметру 28:1.

В патенте RU 2148244 «Снаряд с готовыми поражающими элементами» [НИИ специального машиностроения МГТУ им. Н.Э. Баумана, Одинцов В.А., публик. 27.04.2000] готовые ПЭ выполнены из стали или тяжелого сплава, например, на основе вольфрама или урана, с формой, обеспечивающей их плотную укладку на поверхности разрывного блока боевого заряда. При этом предусматривается выполнение разрывного блока либо бочкообразной формы, либо в виде ряда сфер, соединенных цилиндрическими перемычками.

По патенту RU 2196294 «Корпус осколочного боеприпаса» [Серегин Н.А., публик.10.01.2003, бюл. №1] осколочная оболочка выполнена в виде сетки из полуготовых ПЭ в форме ромбических усеченных пирамид на внутренней поверхности, образованных двумя рядами равнораспределенных спиральных рифлей противоположного направления.

В патенте RU 2409803 «Корпус осколочного боеприпаса» [ГУП «Конструкторское бюро приборостроения», авторы: Брызжев А.В., Зеленко В.К., публик. 20.01.2011, бюл. №2] цилиндрическая осколочная оболочка выполнена из полуготовых ПЭ в форме усеченных ромбических пирамид, сопряженных своими ромбовидными основаниями. На оболочке выполнен ведущий поясок, в сужающемся коническом хвостовике сформирована камера разряжения посредством донной перемычки, в которой со стороны оболочки выполнен дополнительный слой полуготовых ПЭ с помощью углублений в форме многогранных пирамид, боковые грани которых наклонены относительно плоскости перемычки под углом.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является устройство для перфорации защитных стенок, описанное в патенте RU 2476813 «Осколочный заряд повышенной эффективности» [Староверов Н.Е., публик.27.02.2013, бюл. №6]. Устройство состоит из ВВ, инициатора и осколочной оболочки, выполненной в виде набора готовых ПЭ, уложенных вокруг ВВ, или полуготовых ПЭ. Представлены три варианта исполнения осколочной оболочки, выполненной из двух и более слоев с насечками или из двух и более слоев готовых ПЭ, где насечки или элементы сдвинуты друг от друга на полшага, а их форма выполнена в виде разных фигур.

Отмеченные технические решения, несмотря на различные конструктивные исполнения, имеют следующие общие недостатки. Во-первых, толщина образующихся ПЭ, соответствующая толщине осколочной оболочки, в процессе разгона ограничивает возможное пробивное действие, вследствие относительно малой концентрации удельной массы в направлении вектора скорости разлета. Во-вторых, ПЭ движутся вдоль нормали к поверхности ВВ по направлению к поверхности защитной стенки и обеспечивают поражение в ближней области ПЭ. При этом они не обеспечивают поражение в области, лежащей за пределами множества векторов-нормалей к поверхности ВВ. Имеющиеся решения, предусматривающие увеличение области разлета ПЭ путем выполнения боевого заряда либо бочкообразной формы, либо в виде ряда сфер, ведет к менее эффективному наполнению внутреннего объема корпуса боевого заряда ВВ и ПЭ.

Технический результат изобретения заключается в улучшении перфорации защитных стенок и расширении области воздействия ПЭ.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для перфорации защитных стенок, состоящем из ВВ, инициатора и осколочной оболочки, выполненной в виде набора готовых ПЭ, уложенных вокруг ВВ, или полуготовых ПЭ, новым является то, что готовые или полуготовые ПЭ выполнены разнотолщинными, что дает возможность разворота ПЭ в процессе срабатывания устройства в направлении от меньшей толщины к большей и формирования осколочного поля требуемого направления в соответствии с направлением разворота, для чего разнотолщинность ПЭ сформирована по линейному закону при выполнении участка или части участка, обращенного к ВВ, квазиплоским, при этом длина ПЭ в направлении разнотолщинности не меньше максимальной толщины ПЭ, причем осколочная оболочка выполнена полностью или частично из разнотолщинных ПЭ. Кроме этого, длина ПЭ в направлении разнотолщинности и угол наклона α разнотолщинного участка поверхности ПЭ, обращенной к ВВ, могут быть выбраны из следующих соотношений:, tg_α=0,008+0,58, где ρ - плотность материала ПЭ, а m - масса ПЭ.

Влияние отличительных признаков патентной формулы устройства на технический результат.

Выполнение готовых или полуготовых ПЭ разнотолщинными позволяет увеличить удельную массу ПЭ вдоль вектора скорости разлета для увеличения пробивного действия ПЭ на защитные стенки.

Возможность разворота ПЭ в процессе срабатывания устройства в направлении от меньшей толщины к большей и формирования осколочного поля требуемой направленности позволяет расширить область воздействия на защитную стенку.

Формирование разнотолщинности ПЭ по линейному закону при выполнении участка или части участка, обращенного к ВВ, квазиплоским, позволяет сохранить целостность ПЭ для обеспечения вышеуказанного технического результата.

Выполнение осколочной оболочки полностью или частично из разнотолщинных ПЭ позволяет, в зависимости от поставленной задачи, выбрать оптимальный вариант заполнения осколочной оболочки для осуществления максимального пробивного действия ПЭ на защитные стенки в требуемой области воздействия.

Выбор длины ПЭ в направлении разнотолщинности и угла наклона α разнотолщинного участка поверхности ПЭ, обращенной к ВВ, из условий: , tg_α=0,008+0,58, где ρ - плотность материала ПЭ, а m - масса ПЭ, позволяет найти оптимальный вариант формы ПЭ для достижения максимального пробивного действия ПЭ на защитную стенку и расширения области воздействия ПЭ.

Изобретение поясняется следующими чертежами, где схематично изображены:

Фиг. 1 - общий вид готового ПЭ;

Фиг. 2 - общий вид оболочки с полуготовыми ПЭ;

Фиг. 3 - схема разворота ПЭ;

Фиг. 4 - макетный образец осколочной оболочки с двумя рядами заявляемых готовых ПЭ;

Фиг. 5 - рентгенограмма ПЭ;

Фиг. 6 - защитная стенка с пробоинами.

Позициями на фигурах изображены:

1 - ВВ;

2 - осколочная оболочка из готовых ПЭ;

3 - ПЭ;

4 - центр тяжести ПЭ;

5 - осколочная оболочка из полуготовых ПЭ;

6 - конусная внутренняя поверхность осколочной оболочки;

7 - сквозные отверстия в стальной защитной стенке толщиной 20 мм;

b - ширина ПЭ;

- длина ПЭ в направлении его разнотолщинности;

h - толщина ПЭ;

α - угол наклона разнотолщинного участка поверхности ПЭ, обращенной к ВВ;

ω - скорость вращения ПЭ;

- вектор равнодействующей силы, разгоняющей ПЭ;

- составляющая проекции вектора равнодействующей силы в боковом направлении в сторону центра тяжести ПЭ;

- составляющая проекции вектора равнодействующей силы вдоль нормали к поверхности ВВ.

Рассмотрим вариант реализации предлагаемого устройства для перфорации защитных стенок, представленного на фигурах 1-4, состоящего из ВВ 1, инициатора и цилиндрической осколочной оболочки 2, выполненной из готовых ПЭ 3, уложенных вокруг ВВ, или оболочки 5 из полуготовых ПЭ 3. Полуготовые ПЭ 3 могут быть выполнены, например, в виде представленных на фигуре 2 фрагментируемых элементов концентрических колец, расположенных соосно вокруг ВВ и составляющих осколочную оболочку 5. Разнотолщинный участок полуготовых ПЭ в составе кольца формируется конусной внутренней поверхностью осколочной оболочки 6, а по ширине размер ПЭ определяется, исходя из выбранной массы ПЭ, расстоянием между выполняемой соосно кольцу наружной ослабляющей насечкой. Готовые или полуготовые ПЭ выполнены разнотолщинными с возможностью разворота ПЭ в процессе срабатывания устройства от меньшей толщины к большей и формирования осколочного поля требуемого направления в соответствии с направлением разворота. Разнотолщинность ПЭ сформирована по линейному закону при выполнении участка или части участка, обращенного к ВВ, квазиплоским. Осколочная оболочка выполнена полностью или частично из разнотолщинных ПЭ, как это представлено на фигуре 4. Максимальное количество ПЭ определяется их геометрически возможным размещением по ширине b и по длине в составе осколочной оболочки.

Длину ПЭ в направлении разнотолщинности и угол наклона α разнотолщинного участка поверхности ПЭ, обращенной к ВВ, выбирают из следующих соотношений:

, tg_α=0,008÷0,58.

При подрыве от инициатора ВВ давление на разнотолщинном участке поверхности ПЭ, обращенной к ВВ, определяет максимально возможную величину равнодействующей силы Р, разгоняющей ПЭ, как это представлено на фигуре 3. Вектор равнодействующей силы расположен эксцентрично в плоскости симметрии ПЭ и создает вращающий момент относительно точки вращения (центра тяжести 4) ПЭ. При этом возникает угловая скорость ω, происходит поворот ПЭ таким образом, что грань меньшей толщины разнотолщинного участка становится лидирующей, а площадь проекции ПЭ на плоскость, перпендикулярную вектору приобретаемой скорости ПЭ, уменьшается до минимального значения, соответствующего площади грани большей толщины ПЭ. Соответственно масса ПЭ концентрируется на уменьшающуюся площадь поперечного сечения вдоль вектора скорости, и пробивное действие ПЭ повышается. Под действием составляющей проекции вектора равнодействующей силы в боковом направлении в сторону центра тяжести ПЭ инициируется составляющая вектора скорости и перемещение ПЭ в этом боковом направлении. При этом область отклонений направления вектора скорости ПЭ от нормали к поверхности ВВ управляемо расширяется.

Например, в проведенном эксперименте реализованы условия по разгону готовых вольфрамовых ПЭ до скорости 1,45 км/с и перфорации стальной стенки 7 толщиной 20 мм. Готовые ПЭ выполнены разнотолщинными, как представлено на фигуре 1, с массой m ≈ 1,7 г, длиной =12 мм, толщиной h=3 мм, шириной b=3 мм и с тангенсом угла наклона α разнотолщиного участка поверхности ПЭ, обращенной к ВВ, tga=0,0083. На фото (фигура 4) в центральной части макетного образца показаны уложенные в один слой два ряда таких ПЭ. Копия ретгенограммы (фиг. 5) после подрыва ВВ свидетельствует о развороте ПЭ с ориентацией продольного размера преимущественно вдоль вектора скорости разлета на расстоянии от начального положения ПЭ, а также об отклонении векторов скоростей разлета ПЭ от первоначального направления (вдоль нормали к поверхности ВВ) на угол, тангенс которого ≈0,039, а фото (фиг. 6) иллюстрирует сквозную перфорацию стальной защитной стенки толщиной 20 мм на расстоянии .

Расчетные оценки с использованием описанной в статье журнала ФГВ, №3, т.31, 1995 г., на стр. 104-109 расчетной модели проникания стержневого ПЭ с углом атаки в металлическую защитную стенку, применительно к условиям проведенного эксперимента, показали, что перфорация такой защитной стенки происходит при углах атаки (между направлением разнотолщинности и вектором скорости ПЭ) от 0° до 40°. При поперечном положении ПЭ (угол атаки 90°) расчетная перфорация защитной стенки происходит на глубину ≈ 6 мм. В процессе конструкторской проработки боевого заряда с осколочной оболочкой из полуготовых ПЭ оценено, что в процессе разгона до скорости 1,45 км/с формируются разнотолщинные на участке длины 2,7 мм полуготовые ПЭ из вольфрама массой m ≈ 0,55 г, длиной =3 мм, толщиной h=3 мм, шириной b=3,8 мм и тангенсом угла наклона разнотолщинного участка поверхности ПЭ, обращенной к ВВ, tg_α=0,31. При развороте такого ПЭ в процессе разгона перфорация стальной защитной стенки:

- максимальна и составляет ≈7 мм в случае ориентации диагонали ПЭ, определяемой ее длиной [, вдоль вектора скорости разлета ПЭ;

- минимальна с величиной ≈ 5 мм в ситуации ориентации толщины h=3 мм вдоль вектора скорости разлета ПЭ.

При этом боковое отклонение расчетного вектора скорости ПЭ от первоначального направления (вдоль нормали к поверхности ВВ) оценивается величиной угла, тангенс которого ≈ 1,8.

Предлагаемое устройство для перфорации защитных стенок позволяет добиться улучшения перфорации защитных стенок и расширения области воздействия ПЭ, что подтверждено расчетными оценками и результатами полигонных испытаний.

1. Устройство для перфорации защитных стенок, состоящее из взрывчатого вещества, инициатора и осколочной оболочки, выполненной в виде набора готовых поражающих элементов, уложенных вокруг взрывчатого вещества, или полуготовых поражающих элементов, отличающееся тем, что готовые или полуготовые поражающие элементы выполнены разнотолщинными для обеспечения возможности разворота поражающих элементов в процессе срабатывания устройства от меньшей толщины к большей и формирования осколочного поля требуемого направления в соответствии с направлением разворота, для чего разнотолщинность поражающих элементов сформирована по линейному закону при выполнении участка или части участка, обращенного к взрывчатому веществу, квазиплоским, при этом длина поражающих элементов в направлении разнотолщинности не меньше максимальной толщины поражающих элементов, причем осколочная оболочка выполнена полностью или частично из разнотолщинных поражающих элементов.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что длину поражающих элементов в направлении разнотолщинности и угол наклона α разнотолщинного участка поверхности поражающих элементов, обращенной к взрывчатому веществу, выбирают из следующих соотношений: , tgα=0,008÷0,58, где ρ - плотность материала поражающих элементов, a m - масса поражающих элементов.