Результат интеллектуальной деятельности: ЛЕНТОЧНЫЙ ЗАРЯД ИЗ ЛИСТОВОГО ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА

Изобретение относится к технике взрыва площадных зарядов из листовых взрывчатых веществ (ВВ) и может быть использовано в практике динамических испытаний преград (материалов и конструкций), а также в ряде импульсных технологических операций (соединение и упрочнение слоев взрывом).

Известно устройство для формирования взрывной волны методом скользящей детонации тонкослойного листового заряда ВВ, нанесенного на поверхность преграды и обладающего детонационной способностью в толщинах детонации более 0,3 мм [1]. При создании распределенной нагрузки листы ВВ наклеивают на поверхность преграды слоями различной толщины, а для снижения воспроизводимого импульса давления выполняют перфорацию (выштамповку отверстий в листах ВВ). Однако это не позволяет получить малые импульсы давления при использовании листового ВВ для испытаний преград, имеющих низкую механическую прочность.

Известно так же устройство для формирования взрывной волны [2], в котором для многоточечного инициирования заряда из листового ВВ используется детонационная разводка с разветвленными концевыми участками, расположенными на основном заряде ВВ или на дополнительном слое гибкого ВВ, выполняющего роль промежуточного заряда. С использованием детонационной разводки формируется не скользящая детонационная волна, а многоточечная детонация площадного заряда, что не исключает взаимодействия детонационных волн, приходящих из различных точек инициирования, и возникновения «ножевого эффекта» на поверхности преграды (разрушений преграды в местах схождения сильных детонационных волн).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению (прототипом) является контактно-секторный заряд из листового ВВ по патенту №2498200 от 08.08.2012 г., содержащий секции, каждая из которых разбита на секторы с зазорами между ними, исключающими взаимодействие детонационных волн, приходящих от различных точек при одновременном многоточечном инициировании, при этом система детонационной разводки выполнена в виде полосок одинаковой длины и минимально возможной для устойчивой детонации ширины, которые собираются в пучки и инициируются быстродействующими детонаторами. Недостатки прототипа:

1. Ступенчатый профиль воспроизводимой ударной волны при требуемом плавном распределении давления на преграде, приводящий в местах перепада значений импульсов давления к появлению сдвиговых напряжений в материале преграды.

2. Бризантное действие контактного подрыва заряда, что приводит к локальному разрушению наружных слоев преграды, при этом достигается воспроизведение общего импульса силы, а импульс давления в слоях с перфорацией ВВ усредняется.

3. Узкий диапазон воспроизведения импульсов давления, так как контактный подрыв листов ВВ имеет ограничения для создания низкоинтенсивных импульсных нагрузок из-за критической толщины детонации более 0,3 мм.

Разработка отнесенного профилированного заряда из листового ВВ устраняет эти недостатки и позволяет воспроизвести плавное распределение давления по угловой координате преграды.

Технический результат изобретения заключается в воспроизведении плавного профиля давления на цилиндрической поверхности преграды и расширении диапазона создания малых и сверхмалых импульсов давления при формировании заряда из лент листового ВВ, располагаемых равноудалено от поверхности преграды на трубках круглого сечения.

Технический результат достигается тем, что заряд содержит секции из лент листового ВВ, наклеенных на внешние полуокружности трубок и расположенных эквидистантно (равноудалено) от преграды. Воспроизведение разных по величине импульсов давления на элементах преграды создается за счет изменения толщины и ширины лент ВВ (варьирования импульсного давления) и расстояния до преграды (варьирования длительности импульса). Профилирование (распределение) нагрузки по площади нагружения достигается раскладкой лент и изменением расстояния между ними. Для практически одновременного начала детонации заряда используется многоточечная лучевая система инициирования с торцов лент ВВ, которые имеют поперечный зазор, исключающий взаимодействие детонационных волн в лентах заряда.

Новый технический результат изобретения заключается в расположении лент, вырезанных из листов ВВ, на трубках круглого сечения, равноудаленных от поверхности нагружения, что обеспечивает расширение диапазона воспроизведения импульсов давления, а также использование лучевой детонационной разводки для многоточечного инициирования заряда с формированием невзаимодействующих детонационных волн в лентах ВВ.

Схема реализации предлагаемого ленточного заряда представлена на рисунках 1-3, где показаны: 1 - секции листового заряда ВВ; 2 - трубки круглого сечения; 3 - ленты ВВ, расположенные на полуокружностях трубок; 4 - преграда; 5 - детонационная разводка; 6 - электродетонаторы; 7 - зазор в лентах ВВ.

Устройство работает следующим образом: ленточный заряд располагается на заданном расстоянии от преграды 4 и образует равноудаленную (эквидистантную) поверхность к нагружаемому участку преграды, при этом электродетонаторы 6 относятся от поверхности преграды 4 и не создают дополнительный импульс давления (рисунок 1). Схема раскладки лент 3 и их ширина выбираются из условий наилучшего воспроизведения распределения импульсной нагрузки на поверхности преграды. Снижение импульса давления достигается разрезанием листа ВВ на узкие ленты с последующим нанесением их на трубки. Ленты ВВ закрепляют снаружи на полуокружностях трубок 2 с помощью клея или скотча (в процессе внутрь трубок может вставляться стержень, например электрод). После наклеивания лент и высыхания клея стержень вынимают. Натягивают равноудаленно от поверхности преграды без провисания трубки с лентами ВВ с помощью силовых кнопок (фиксаторов). Для минимальных искажений прочностных характеристик преграды бандаж для крепления ленточного заряда изготавливается из легкоразрушаемого материала (пенопласта). Ленты ВВ, наклеенные на полуокружностях трубок, могут иметь различный угол закрепления из-за кривизны трубок (рисунок 2) и содержат зазоры 7 для исключения схождения детонационных волн, приходящих от различных точек детонационной разводки 5 (рисунок 3). Зазор в лентах заряда составляет 1-3 мм и не изменяет общего характера деформирования преграды. Затем собирают из сформированных лент, наклеенных на трубки, секции заряда над элементами преграды для воспроизведения различных по величине импульсов давления (величины импульсов определяются из предварительного расчета). Одновременность нагружения преграды обеспечивается за счет синхронного подрыва секций заряда. Подрыв ленточного заряда производят от системы инициирования, состоящей из детонационной разводки 5 и быстродействующих электродетонаторов 6. Выдается команда на срабатывание электродетонаторов, инициирование лент ВВ, заполнение свободных промежутков между лентами ударными волнами и размытие ударной волны от ленточного заряда за счет кривизны трубок.

Реализация изобретения проводилась на взрывном комплексе «Бронекамера» и позволила получить ударно-волновое нагружение преград с длительностью 10-50 мкс, при этом от одного детонатора инициировалось 10 лент с шириной 4 мм и толщиной 0,5 мм, согнутых по радиусу кривизны полиэтиленовых трубок (использовался кембрик диаметром 4 мм). Для получения плавного профиля ударных волн расстояние между лентами ВВ выбиралось равным 40 мм при расположении от поверхности преграды на 15 мм. Использование ленточного заряда из ВВ марки ЭВВ-8Т позволило снизить величину воспроизводимого импульса давления в несколько раз по сравнению с контактно-секторным зарядом при одинаковой плотности заряжания (массе ВВ, приходящей на единицу площади нагружения) и воспроизвести сверхнизкий импульс давления, равный 50 Па·с (контактный подрыв листа ВВ марки ЭВВ-8Т толщиной 0,3 мм воспроизводит импульс давления 1000 Па·с).

При использовании профилированных зарядов поверхность материала преграды нагружается более равномерно и меньшим по амплитуде давлением. Использование полиэтиленовых трубок круглого сечения позволяет получить профиль ударной волны без скачков между лентами заряда и уменьшить максимальное давление под лентой в 1,5 раза по сравнению с расположением ленты на плоской подложке. Применение лучевой схемы инициирования заряда с торцов лент обеспечивает надежную передачу детонации при многоточечном инициировании и позволяет уменьшить динамическое воздействие на преграду от ее подрыва.

Изобретение позволяет изготовлять взрывные генераторы ударных волн сложной конфигурации, работающие с высокой надежностью для нагружения криволинейной поверхности преград большой площади. Взрывные генераторы с изменяемой воздействующей нагрузкой дают возможность тонкой регулировки импульса давления, что необходимо для оценки прочности конструкционных материалов в условиях, максимально приближенных к экстремальным. Для крупногабаритных преград более предпочтительным является использование ленточного заряда из листового ВВ, т.к. в этом случае существенно ниже расход листового ВВ на единицу площади нагружения (при перфорации ВВ в контактно-секторном заряде выштампованное ВВ идет в отходы). Ленточный заряд выполняется равноудаленным по форме нагружаемой поверхности, что обеспечивает нагружение конструкций сложной конфигурации (наличие выступающих элементов, шпангоутов, пазов).

Источники информации

1. Физика взрыва / Под ред. Орленко Л.П., Т.2, М. Физматлит, 2002. С.536-541.

2. Патент на изобретение «Устройство для формирования взрывной волны» №2135935 от 5 августа 1997 г.