Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИНИЦИИРОВАНИЯ ДЕТОНАЦИИ ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА (ВВ)

Изобретение относится к способам инициирования детонации зарядов ВВ управляемым электромагнитным излучением. Изобретение может быть использовано при разработке способов задействования газодинамических импульсных устройств.

Задачей, стоящей в рассматриваемой области техники, является обеспечение стабильности инициирования самораспространяющейся химической реакции в энергетических конденсированных средах и формирование интенсивных предсказуемых и управляемых волновых процессов.

Известны из предшествующего уровня техники способы инициирования самораспространяющейся химической реакции в энергетических конденсированных средах, например способ воспламенения метательного заряда по патенту RU 2348004 /опубликован 27.02.2009/. Способ заключается в том, что в метательном заряде размещают электропроводящие тела - металлические инициаторы и облучают их электромагнитным полем СВЧ-диапазона с раскаливанием до температуры воспламенения метательного заряда, при этом металлические инициаторы выполняют либо из нитей, имеющих длину, равную половине длины волны излучения, либо из резонансных кольцевых элементов с разрывом и размещают в метательном заряде пучками с распределением их по всему объему заряда, а облучение пучков металлических инициаторов электромагнитным полем СВЧ-диапазона производят одновременно посредством стоячей электромагнитной волны.

Данный способ позволяет обеспечить надежное воспламенение метательного заряда, но не позволяет реализовать инициирование детонации.

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату от его использования является известный способ инициирования детонации ВВ по патенту RU 2461790 /опубликован 20.09.2012/, включающий формирование электромагнитного импульса, которым воздействуют на электропроводящие тела, размещенные по всему объему инициируемого ВВ, вызывая их нагрев и детонацию ВВ. В качестве электропроводящих тел используют равномерно распределенное по объему дискретное электропроводящее вещество - алюминиевую пудру, угольную крошку, рубленое углеволокно. В качестве источника электромагнитного излучения используют генератор электромагнитного излучения на основе ВВ, который располагают рядом с инициируемым ВВ. В качестве средства задействования такого генератора может быть применен малый генератор электромагнитного излучения, импульсом которого можно воздействовать на ВВ основного генератора электромагнитного излучения, повышая эффективность последнего. Под действием сформированного электромагнитного импульса электропроводящие тела разогреются по всему объему ВВ и, дойдя до необходимой температуры, вызывают детонацию ВВ. Электропроводящего вещества не должно быть много, иначе энергии импульса не хватит, чтобы прогреть его до нужной температуры. Достаточно одной частицы на 1 куб.мм.

Недостатком ближайшего аналога является низкий КПД использования генерируемой энергии электромагнитного импульса, т.к. генератор электромагнитного излучения является точечным источником и распространяющееся электромагнитное поле имеет сферически симметричную форму, которая не может охватить полностью весь объем инициируемого ВВ. Кроме того, использование в качестве дискретного электропроводящего вещества алюминиевой пудры, угольной крошки, рубленого углеволокна, обладающих недостаточно высокой проводимостью, требует больших затрат энергии для нагрева. Расчеты показывают, что для нагрева такого вещества до температуры (несколько тысяч градусов), при которой задержка детонации сводится к приемлемому минимуму, генератор электромагнитного излучения должен индуцировать ток с амплитудой импульса не менее 1000 А.

Т.о., целесообразность применения известного способа может быть рассмотрена только для больших объемов инициируемого ВВ, а для небольших средств инициирования такой способ неэффективен.

Технический результат, получаемый в результате реализации предлагаемого изобретения, состоит в повышении эффективности способа при использовании средств инициирования небольших габаритов и имеющих малое время срабатывания. Дополнительным техническим результатом, который может быть получен при использовании заявляемого изобретения является повышение стойкости такого средства инициирования к ударным нагрузкам.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе инициирования детонации взрывчатого вещества (ВВ), включающем формирование генератором электромагнитного излучения импульса, воздействующего на восприимчивые к такому излучению тела, которые выполнены на основе углерода и размещены по всему объему ВВ, и вызывающего их нагрев и горение ВВ по всему объему, приводящее к формированию высокоскоростной детонационной волны, в качестве тел, восприимчивых к электромагнитному излучению, используют тонкодисперсный порошок графита в количестве (3-10)% мас., запрессованный в ВВ до относительной плотности смеси не менее 0,7, при этом формирование электромагнитного импульса осуществляют в СВЧ-диапазоне с частотой 100-300 ГГц, причем импульс от генератора электромагнитного излучения к смеси передают с помощью волновода.

Формирование электромагнитного импульса в СВЧ-диапазоне с частотой 100-300 ГГц позволяет увеличить темп нагрева тел, восприимчивых к электромагнитному излучению, и создать условия возникновения режима взрывной реакции в субмиллисекундном диапазоне.

Использование волновода для передачи импульса от генератора электромагнитного излучения к электропроводящим телам позволяет свести до минимума потери энергии.

Применение тонкодисперсного порошка графита в качестве тел, восприимчивых к электромагнитному излучению, позволяет снизить потребляемую мощность генератора электромагнитного излучения за счет способности поглощать энергию, а также повысить стойкость средства инициирования с такой смесью к ударным нагрузкам из-за его смазочных свойств. Использование тонкодисперсного порошка графита позволяет увеличить количество очагов химического разложения ВВ - концентрацию «горячих точек».

Использование в качестве тел, восприимчивых к электромагнитному излучению, тонкодисперсного порошка графита в количестве (3-10)% мас. позволяет снизить потребляемую мощность генератора электромагнитного излучения при формировании очагов химического разложения ВВ. Массовая доля порошка графита в пределах (3-10)% выбрана, исходя из следующих условий: при массовой доле менее 3% концентрация «горячих точек» недостаточна для возникновения химической реакции по всему объему, а при массовой доле более 10% поверхностные слои экранируют более глубокие слои, что не позволяет сформировать режим взрывной реакции по всему объему.

Запрессовка тонкодисперсного порошка графита в ВВ до относительной плотности смеси не менее 0,7 позволяет снизить диссипативные потери тепла от разогретых частиц графита - очагов химического разложения ВВ.

Заявляемый способ можно осуществить следующим образом.

Рассмотрим в качестве примера конкретного исполнения способ инициирования ВВ, запрессованного вместе с тонкодисперсным порошком графита в гильзу капсюля-детонатора, который имеет небольшие габариты и является средством инициирования с малым временем срабатывания. Тонкодисперсный порошок графита в количестве 5% мас. запрессовывают по всему объему ВВ в гильзу до относительной плотности смеси 0,7. Масса смеси в гильзе составляет 1 г. Свойство графита поглощать радиоволны используют при конструировании неотражающих нагрузок, аттенюаторов и т.д. (Физическая энциклопедия, т.4 с. 69. Из-во «С.Э.» М. 1965). Использование тонкодисперсного порошка графита в смеси с ВВ в качестве инициаторов химической реакции способствует снижению потерь тепла при формировании детонационной волны в инициируемом ВВ гильзы. Наличие у графита смазочных свойств делает его флегматизатором и способствует повышению стойкости капсюля-детонатора к механическим нагрузкам (удару). Для инициирования детонационной волны в ВВ капсюля-детонатора формируют с помощью генератора электромагнитного излучения воздействующий внешний импульс в СВЧ-диапазоне с частотой 100 ГГц. Для формирования электромагнитного поля сверхвысокой частоты в качестве генератора СВЧ-излучения используют магнетрон, который располагают рядом с капсюлем-детонатором и от которого импульс передают с помощью волновода. Магнетрон, выполненный, например, по патенту RU 2334301 (опубл. 20.09.2008) включает размещенную в системе осевого магнитного поля вакуумную камеру. В вакуумной камере расположены запредельный волновод, подключенный к внешнему источнику питания, диод, состоящий из катода и анода с резонаторами в форме пазов, средство вывода сверхвысокочастотного излучения в виде волновода. Пазы резонаторов анода выполнены вдоль винтовой линии с переменным шагом, увеличивающимся от запредельного волновода в сторону средства вывода излучения.

Для достижения мощности магнетрона в 1 кВ и длительности импульса не более 0,1 мс выходная энергия составляет 0,2 Дж. Для нагрева 5% тонкодисперсного порошка графита в 1 г смеси до температуры 2000°С, при которой время задержки взрывной реакции находится в субмиллисекундном диапазоне, достаточно 0,05 Дж. Воздействуя импульсом на частицы графита, которые размещены по объему ВВ, создают требуемое температурное поле путем их нагрева и формирования «горячих точек» - очагов химического разложения ВВ, в результате чего горение ВВ осуществляется в режиме взрывной реакции по всему объему и инициируется устойчивая высокоскоростная детонационная волна.

Т.о., заявляемый способ инициирования детонации взрывчатого вещества при использовании средств инициирования небольших габаритов и имеющих малое время срабатывания является эффективным и надежным. Кроме того, обеспечивается повышенная безопасность при обращении с такими средствами инициирования.