Результат интеллектуальной деятельности: ДЕТОНИРУЮЩИЙ ШНУР

Заявляемое изобретение может быть использовано в разработке боеприпасов военного назначения, взрывных устройств для применения в хозяйственной деятельности (инженерные заряды, добыча полезных ископаемых, машиностроение и др.), научно-исследовательской деятельности (обеспечение передачи детонационного импульса, взрывная логика и т.д.).

Известен детонирующий шнур (ДШ) (патент РФ №2081101; МПК С06С 5/00, С06С 5/04, опубл. 10.06.1997), содержащий взрывчатую сердцевину, защитную полимерную оболочку, непосредственно окружающую сердцевину, и внешнюю оболочку из полимерных нитей. ДШ снабжен упрочняющей оболочкой, защитная полимерная оболочка армирована нитями, выполнена из двух слоев лака, причем нити расположены на поверхности первого слоя лака и закреплены на ней с помощью второго слоя лака, а упрочняющая оболочка выполнена из пластичного полимера, армирована нитями, расположенными параллельно оси шнура, и размещена на защитной оболочке, при этом взрывчатая сердцевина выполнена из пластичного взрывчатого вещества.

Так же известен ДШ (патент РФ №2154623; МПК С06С 5/04, F42B 1/04, опубл. 20.08.2000), содержащий взрывчатое вещество (ВВ) и выполненный переменным сечением. Участок с переменным сечением расположен на конце детонирующего шнура и выполнен с расширением.

Недостатком известных аналогов является:

- опасность бризантного действия продуктов взрыва и оболочки ДШ на окружающую среду;

- низкая стойкость к внешним механическим воздействиям;

- сложность конструкции.

Наиболее близким аналогом является ДШ (патент РФ №2090547; МПК С06С 5/04, опубл. 20.09.1997), содержащий взрывчатую сердцевину и армированную нитями полимерную оболочку, выполненную из двух слоев лака, один из которых нанесен на наружную поверхность взрывчатой сердцевины, а армирующие нити расположены на поверхности первого слоя лака и закреплены на ней с помощью второго укрепляющего слоя лака, при этом сердцевина выполнена из пластичного взрывчатого вещества, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости к потоку рентгеновского излучения, он снабжен установленной с зазором по отношению к слою лака, удерживающему нитяную оболочку, металлической оболочкой с отверстиями и закрепленными в отверстиях столбиками из полимерного материала, контактирующими со слоем лака.

Недостатком наиболее близкого аналога являются: опасность бризантного действия, сложность конструкции, наличие отверстий в металлической оболочке (выполняющей роль экрана), ослабляющих защитные свойства защитной оболочки, наличие полимерных столбиков, что осложняет монтаж (гибку ДШ).

Задачей изобретения является разработка детонирующего шнура, обеспечивающего надежную и безопасную передачу детонационного импульса и сохранность детонирующего шнура при действии внешних воздействий.

Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого изобретения, следующий:

- обеспечение отсутствия воздействия поражающих факторов на окружающие объекты со стороны ДШ при его детонации;

- обеспечение сохранности и стойкости ДШ к внешним воздействиям (ударным воздействиям, воздействиям открытого пламени, резким температурным перепадам, рентгеновскому излучению и др.);

- простой и безопасный монтаж на месте использования;

- при монтаже возможность использования простейшего инструмента и усилий, прилагаемых от руки.

Технический результат достигается тем, что детонирующий шнур состоит из сердцевины из взрывчатого вещества и внутренней металлической оболочки, прилегающей непосредственно к сердцевине. Сердцевина изготовлена из вторичного взрывчатого вещества. Количество вторичного взрывчатого вещества в сердцевине не превышает 1 г/погонный метр. Диаметр сердцевины (D_вв) должен быть не меньше критического диаметра детонации вторичного взрывчатого вещества. Толщина стенки внутренней металлической оболочки составляет 0,2…0,5 мм. Между наружной поверхностью внутренней металлической оболочки и внутренней поверхностью внешней металлической оболочки имеется зазор не более 0,25 мм, а сама внешняя металлическая оболочка выполнена из пластичного металла или сплава и имеет площадь поперечного сечения исходя из соотношения: , где S_во - площадь поперечного сечения внешней металлической оболочки (м²), S_серд - площадь поперечного сечения сердцевины из ВВ (м²), δ - относительное удлинение материала внешней металлической оболочки (%), Е - модуль упругости материала внешней металлической оболочки (Па). На концах детонирующего шнура на внутренней металлической оболочке намотан бандаж из нити, пропитанный клеем, обеспечивающий фиксацию с внешней металлической оболочкой.

Сердцевина детонирующего шнура выполнена из вторичного (бризантного) взрывчатого вещества, что существенно повышает безопасность работ по сравнению с применением первичных (инициирующих) взрывчатых веществ. В качестве вторичного взрывчатого вещества могут быть использованы взрывчатые составы на основе ТЭНа или гексогена (до 80%…90% массовой доли), смешанных со связующими веществами, являющимися одновременно пластификатором, например полиизобутиленом (до 10%…20% массовой доли), позволяющим формировать сердцевину детонирующего шнура. Примерами таких взрывчатых веществ являются состав ПТ-83, состоящий из не менее, чем 82,5% массовой доли ТЭНа, 16±1,5% массовой доли полиизобутилена, или состав ПВВ-5А, состоящий из 85% массовой доли гексогена, 5% массовой доли полиизобутилена и 10% массовой доли минерального масла.

Взрывчатые характеристики промышленно изготавливаемых взрывчатых веществ ТЭН и гексоген практически идентичны, так критический диаметр детонации для обоих взрывчатых веществ составляет 1…1,5 мм [Дубнов Л.В. и др. Промышленные взрывчатые вещества] скорость детонации при плотности 1,6 г/см³ составляет соответственно 7850 м/с и 8030 м/с [Дубнов Л.В. и др. Промышленные взрывчатые вещества].Тротиловый эквивалент обоих ВВ - 1,37 [Фомичева Л.В. и др. Взрывчатые вещества. Том 2].

Изготовление сердцевины из вторичного ВВ позволило снизить чувствительность ДШ к механическим воздействиям и повысить взрывобезопасность конструкции. Количество вторичного ВВ в сердцевине не превышает 1 г/погонный метр, что позволяет сократить до минимума бризантное действие при прохождении детонации по ДШ. Диаметр сердцевины должен быть не меньше критического диаметра детонации вторичного взрывчатого вещества в оболочке для того, чтобы надежно передать детонацию по ДШ. Следует отметить, что критический диаметр детонации характеризует минимальный размер сердцевины взрывчатого вещества или взрывчатого состава, при котором происходит стабильная передача детонации. Наличие оболочки существенно снижает значение критического диаметра детонации [Фомичева Л.В. и др. Взрывчатые вещества. Том 2], и для каждого конструктивного исполнения определяется экспериментально.

Толщина стенки внутренней металлической оболочки, составляющая 0,2…0,5 мм, обеспечивает фиксацию вторичного взрывчатого вещества, снижает значение критического диаметра и уменьшает разрушающее воздействие на внешнюю металлическую оболочку при прохождении детонации по ДШ.

Между наружной поверхностью внутренней металлической оболочки и внутренней поверхностью внешней металлической оболочки имеется зазор не более 0,25 мм, не позволяющий осколкам внутренней металлической оболочки, образующимся после прохождения детонации, достичь скорости, при которой возможны сквозные повреждения внешней металлической оболочки.

Внешняя металлическая оболочка выполнена из пластичного металла или сплава, что обеспечивает удобство и технологичность изготовления и монтажа на месте применения (гибку экранированного ДШ усилием от руки).

Площадь поперечного сечения внешней металлической оболочки выбрано исходя из соотношения: , где S_во - площадь поперечного сечения внешней металлической оболочки (м²), S_серд - площадь поперечного сечения сердцевины ВВ (м²), δ - относительное удлинение материала внешней металлической оболочки (%), Е - модуль упругости материала внешней металлической оболочки (Па), которое обеспечивает проведение экспериментов с отстрелами ДШ без разрушения внешней металлической оболочки.

На внутреннюю металлическую оболочку ДШ намотан бандаж из нити для обеспечения гарантированного зазора, необходимого для установки внутренней металлической оболочки во внешнюю металлическую оболочку. Нить пропитана клеевым составом и обеспечивает фиксацию внутренней металлической оболочки во внешней металлической оболочке.

На чертеже представлен ДШ; где 1 - сердцевина из взрывчатого вещества, 2 - внутренняя металлическая оболочка, 3 - внешняя металлическая оболочка, 4 - бандаж из нити.

При прохождении детонационного импульса по сердцевине из взрывчатого вещества 1, внутренняя металлическая оболочка 2 разрушается, и ее осколки с определенной начальной скоростью начинают движение в сторону внешней металлической оболочки 3, выполняющей роль экрана. Материал внешней оболочки 3, а также ее толщина подобраны таким образом, чтобы исключить дальнейший разлет осколков внутренней металлической оболочки 2 за пределы внешней металлической оболочки 3, при этом сама внешняя металлическая оболочка 3 сохраняет свою прочность, что обеспечивает безопасность применения ДШ.

Пример конкретного исполнения.

Для отработки конструкции были изготовлены несколько вариантов ДШ с разными сечениями и материалами. Вариант №1: взрывчатая сердцевина 1 изготовлена из состава ПТ-83, состоящего из 83% взрывчатого вещества ТЭН и 17% полиизобутилена, внутренняя металлическая оболочка 2 - из алюминиевого сплава АД1, с наружным диаметром 1,6 мм (D_нар). Диаметр сердцевины из взрывчатого состава 1-0,8 мм (D_вв). Масса вторичного взрывчатого вещества составляет 0,8 грамм на погонный метр. Толщина внутренней металлической оболочки составляет 0,3-0,4 мм. С двух концов ДШ на внутренней металлической оболочке 2 намотан бандаж из нити марки «Экстра» 4, высота намотки составила 0,1…0,2 мм. Нить пропитана клеем ЭЛ-20. Далее ДШ был вставлен во внешнюю металлическую оболочку 3, изготовленную из стали марки 12ХН10Т, наружным радиусом 4 мм, внутренним - 2 мм.

Вариант №2: взрывчатая сердцевина 1 изготовлена из состава ПТ-83, состоящего из 83% взрывчатого вещества ТЭН и 17% полиизобутилена, внутренняя металлическая оболочка 2 - из алюминиевого сплава АД1, с наружным диаметром 1,6 мм. Диаметр сердцевины из взрывчатого состава 1-0,85 мм (D_вв). Масса вторичного взрывчатого вещества оставляет 0,9 грамм на погонный метр. Толщина внутренней металлической оболочки составляет 0,3-0,375 мм. С двух концов ДШ на внутренней металлической оболочке 2 намотан бандаж из нити марки «Экстра» 4, высота намотки составила 0,1…0,2 мм. Нить пропитана клеем ЭЛ-20. Далее ДШ был вставлен во внешнюю металлическую оболочку 3, изготовленную из стали марки 12ХН10Т, наружным радиусом 4 мм, внутренним - 2 мм.

Вариант №3: взрывчатая сердцевина 1 изготовлена из состава ПТ-83, состоящего из 83% взрывчатого вещества ТЭН и 17% полиизобутилена, внутренняя металлическая оболочка 2 - из алюминиевого сплава АД1, с наружным диаметром 1,0 мм (D_нар). Диаметр сердцевины из взрывчатого состава 1- 0,4 мм (D_вв). Масса вторичного взрывчатого вещества составляет 0,2 грамма на погонный метр. Толщина внутренней металлической оболочки составляет 0,3 мм. С двух концов ДШ на внутренней металлической оболочке 2 намотан бандаж из нити марки «Экстра» 4, высота намотки составила 0,1…0,25 мм. Нить пропитана клеем ЭЛ-20. Далее ДШ был вставлен во внешнюю металлическую оболочку 3, изготовленную из стали марки 12ХН10Т, наружным радиусом 4,3 мм, внутренним - 1,5 мм.

Вариант №4: взрывчатая сердцевина 1 изготовлена из состава ПТ-83, состоящего из 83% взрывчатого вещества ТЭН и 17% полиизобутилена, внутренняя металлическая оболочка 2 - из алюминиевого сплава АД1, с наружным диаметром 1-0,6 мм (D_нар). Диаметр сердцевины из взрывчатого состава 1-0,6 мм (D_вв). Масса вторичного взрывчатого вещества составляет 0,45 грамма на погонный метр. Толщина внутренней металлической оболочки составляет 0,2 мм. С двух концов ДШ на внутренней металлической оболочке 2 намотан бандаж из нити марки «Экстра» 4, высота намотки составила 0,2…0,35 мм. Нить пропитана клеем ЭЛ-20. Далее ДШ был вставлен во внешнюю металлическую оболочку 3, изготовленную из стали марки 12ХН10Т, наружным радиусом 4 мм, внутренним - 2 мм.

Пример расчета необходимой площади сечения металлической оболочки и сравнения полученных данных с результатами отработки по вариантам №1, №2, №3, №4:

Расчетное соотношение , ,

где D - диаметр сердечника из ВВ.

,

где d_внеш - внешний диаметр внешней металлической оболочки; d_внутр - внутренний диаметр внешней металлической оболочки.

Вариант №1. ДШ с S_серд=5,024·10^-7 м² (D=0,8); материал внешней металлической оболочки - сталь 12Х18Н10Т; Е=180 Гпа (1,8·10¹¹ Па); δ=53; d_внеш=4 мм; d_внутр=2 мм. ,

.

Соотношение выполняется.

Экспериментальные данные с отстрелами ДШ с параметрами, приведенными в примере №1, показали, что ни в одном из случаев не произошло разрыва внешней металлической оболочки 3 при прохождении детонации по ДШ. При этом стабильность передачи детонации при диаметре сердцевины взрывчатого вещества равной 0,8 мм подтверждает условие сравнения с критическим диаметром детонации.

Вариант №2. ДШ S_серд=5,67·10^-7 м² (D=0,85); материал внешней металлической оболочки - сталь 12Х18Н10Т; Е=180 Гпа (1,8·10¹¹ Па); δ=53%; d_внеш=4 мм; d_внутр=2 мм.

,

.

Соотношение не выполняется.

Экспериментальные данные с отстрелами ДШ с параметрами внешней металлической оболочки 3, приведенными в варианте №2, показали, что в нескольких случаях произошел разрыв внешней металлической оболочки 3 при прохождении детонации по ДШ. При этом стабильность передачи детонации при диаметре сердцевины взрывчатого вещества равной 0,85 мм подтверждает условие сравнения с критическим диаметром детонации.

Пример 3. ДШ с S_серд=1,257·10^-7 м² (D=0,4); материал внешней металлической оболочки - алюминий АД1; Е=70 Гпа (7·10⁹ Па); δ=25%; d_внеш=4,3 мм; d_внутр=1,5 мм.

,

.

Соотношение выполняется.

Экспериментальные данные с отстрелами ДШ с параметрами внешней металлической оболочки 3, приведенными в варианте №3, показали, что внешняя металлическая оболочка 3 при прохождении детонации по ДШ сохраняет прочность. При этом стабильность передачи детонации при диаметре сердцевины взрывчатого вещества равной 0,4 мм подтверждает условие сравнения с критическим диаметром детонации.

Пример 4. ДШ с S_серд=2,826·10^-7 м² (D=0,6); материал внешней металлической оболочки - сталь 12Х18Н10Т; Е=180 Гпа (1,8·10¹¹ Па); δ=53% d_ынеш=4 мм; d_внутр=2 мм.

,

.

Соотношение выполняется.

Экспериментальные данные с отстрелами ДШ с параметрами внешней металлической оболочки 3, приведенными в примере №4, показали, что ни в одном из случаев не произошло разрыва внешней металлической оболочки 3 при прохождении детонации по ДШ. При этом стабильность передачи детонации при диаметре сердцевины взрывчатого вещества равной 0,6 мм подтверждает условие сравнения с критическим диаметром детонации