Результат интеллектуальной деятельности: РАЗРЫВНОЙ ЗАРЯД ОБЫЧНЫХ СРЕДСТВ ПОРАЖЕНИЯ И БОЕПРИПАСОВ ОСНОВНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Изобретение относится к области военного дела и может быть использовано для повышения осколочного, метательного действия, эффекта кумуляции, бронепробивания (в общем случае - повышения могущества действия) в первую очередь обычных средств поражения (СП) и боеприпасов (БП) основного назначения, имеющих метаемую и метательные части, артиллерийских снарядов и мин к ствольным минометам, реактивных и винтовочных гранат, боевых частей управляемых и неуправляемых ракет всех типов, управляемых авиационных бомб, боевых зарядных отделений торпед и антиторпед и т.д, может быть применимо также для СП, не имеющих метательной части, таких, как, например, авиационные бомбы, морские мины, инженерные БП, устройства динамической защиты, ручные гранаты и т.д.

Известно, что могущество действия любого средства поражения (или боеприпасов основного назначения), в частности его осколочное (осколочно-фугасное) действие, определяется прежде всего детонационными характеристиками заряда взрывчатого вещества (ВВ), часто называемого в специальной литературе разрывным зарядом, иными словами - бризантным действием взрыва, и отношением массы корпуса метаемой части СП или БП к массе ВВ.

Согласно теории [1], бризантное действие взрыва, осуществляемое за время (10^-6…10^-5) с, пропорционально головной части импульса взрыва. Оно достаточно полно характеризуется начальным давлением продуктов взрыва или давлением p_H детонации (в специальной литературе часто называемым давлением Гюгонио или давлением в плоскости Чепмена-Жуге), равным , иными словами, скоростью D детонации, плотностью ρ₀ ВВ и показателем n политропы, а в целом - плотностью энергии во фронте детонационной волны.

Таким образом, показателями эффективности бризантного действия взрыва, а через него - фугасного, осколочного и бронепробивного действия боеприпасов являются в первую очередь скорость детонации и плотность ВВ. Особенно это актуально для осколочных и осколочно-фугасных БП с оболочками (корпусами) естественного дробления. По этим причинам для снаряжения современных метаемых частей СП и БП применяют высокобризантные и высокоплотные индивидуальные ВВ (гексоген, октоген, ТЭН) и смеси на их основе (литые и прессованные, двух-, трех- и более компонентные врывчатые составы). Дальнейшее повышение могущества боеприпасов требует применения новых более энергоемких ВВ и составов.

В справочнике [2] собрано и описано свыше 470 взрывчатых веществ (только индивидуальных!), для которых к середине прошлого века имелись опубликованные в открытой печати данные по взрывчатым и эксплуатационным характеристикам или которые были запатентованы как ВВ. К этому времени было известно и более сотни смесевых бризантных ВВ, описанных в доступной литературе. Многие из синтезированных и исследованных в те годы ВВ имеют более высокие по сравнению с гексогеном (или октогеном) скорости детонации и плотности. В последующие 60 лет как у нас в стране, так и за рубежом продолжились работы по синтезу, исследованию взрывчато-технических характеристик и отработке способов получения новых мощных ВВ. Однако дело дальше лабораторных исследований (в крайнем случае - организации опытного производства) не пошло. Для снаряжения применяемой сегодня в военном деле большой номенклатуры средств поражения и боеприпасов требуется промышленное крупнотоннажное производство взрывчатых веществ и взрывчатых составов. Разработка технологических процессов синтеза новых мощных ВВ и составов, организация их производства, отработка технологий снаряжения ими различных изделий - процесс чрезвычайно сложный, продолжительный и затратный. Поэтому на практике на сегодняшний день для снаряжения всех обычных средств поражения и боеприпасов используют не более двух десятков индивидуальных ВВ и взрывчатых составов. Скорость детонации их находится в пределах 6,5…9,0 км/с, а плотность - (1,65…1,90)×10³ кг/м³.

Альтернативным путем дальнейшего повышения могущества боеприпасов и средств поражения на основе штатных ВВ можно рассматривать воздействие на физику процесса детонации в плане достижения аномально высоких и стабильных скоростей детонации путем внесения конструктивных изменений в их снаряжение - собственно в заряд ВВ и систему его подрыва.

Снаряжение подавляющего большинства СП и БП представляет собой заряд ВВ (часто называемый разрывным или основным зарядом), формируемый методом либо заливки ВВ, либо порционного прессования, либо шнекования его во внутреннюю полость (камору) корпуса снаряда, мины, авиабомбы, боевой части ракеты или реактивного снаряда и т.п., либо раздельно-шашечным методом с использованием прессованных шашек (блоков), помещаемых в корпуса боеприпасов [3]. При подрыве таких разрывных зарядов реализуется штатный режим детонации со скоростью, характерной для данного типа ВВ при соответствующей его плотности.

Инициирование детонации в разрывном заряде осуществляют взрывательные устройства (взрыватели) либо простые средства взрывания (капсюли-детонаторы, электродетонаторы). Для улучшения процесса инициирования предусмотрены промежуточные детонаторы (прессованные шашки высокобризантных ВВ), помещаемые в специальные углубления («запальные гнезда») в заряде ВВ.

Известна конструкция зарядов ВВ ряда средств поражения и боеприпасов (например, заряда боевой части реактивного снаряда М-13 [3, С. 271, рис. 3.110]), в которой на оси заряда имеется глухой цилиндрический канал, глубина которого составляет не менее 2/3 высоты заряда. В канале размещается так называемый «запальный» стакан с дополнительными детонаторами - набором шашек более мощного и более чувствительного к начальному импульсу ВВ. Данное известное устройство наиболее близко к предлагаемому.

При срабатывании взрывателя боевой части от его детонатора задействуются дополнительные детонаторы, размещенные в «запальном» стакане. Последние надежно возбуждают детонацию в основном менее мощном заряде ВВ (например, в тротиле или суррогатном ВВ на его основе). Главное предназначение дополнительных детонаторов - повышение надежности инициирования детонации в разрывном заряде. Дополнительным положительным эффектом применения их является некоторое повышение суммарной мощности заряда ВВ за счет замены части основного заряда шашками из более мощного ВВ.

Недостатком известного, наиболее близкого к заявленному, устройства является то, что оно не позволяет получить заметного (существенного) повышения могущества СП и БП, так как и в основном заряде ВВ, и в дополнительных детонаторах реализуется стационарный режим детонации, и скорость процесса строго определяется природой ВВ и его плотностью.

Техническое решение по предлагаемому изобретению направлено на достижение технического результата, заключающегося:

- в повышении бризантного действия взрыва предлагаемого заряда ВВ и, как следствие, - в повышении могущества и эффективности СП и БП основного назначения;

- в расширении функциональных возможностей заявленного устройства.

Технический результат достигается тем, что в отличие от известного устройства, наиболее близкого к заявленному, в устройстве по предлагаемому изобретению канал в заряде ВВ выполнен полым (свободным от размещения в нем дополнительных детонаторов или каких-либо элементов конструкции). Над каналом на одной с ним оси размещена заглубленная полностью в заряд ВВ линза в форме диска диаметром, превышающем диаметр канала, выполненная из конструкционного материала с существенно большей акустической жесткостью, чем у ВВ (например, из стали, алюминиевого или медного сплава). Толщина слоя ВВ над линзой должна быть больше критической толщины его детонации. Над зарядом ВВ со стороны линзы вплотную к нему установлен соосно каналу и линзе генератор плоской ударной волны, к которому пристыковано средство инициирования детонации: детонатор взрывателя (взрывательного устройства) или простое средство взрывания (например, капсюль-детонатор или электродетонатор).

Изобретение иллюстрируется чертежом. На нем изображена принципиальная схема устройства, поясняющая суть заявленного решения, где:

1 - средство инициирования детонации;

2. - генератор плоской ударной волны;

3 - заряд ВВ;

4 - линза;

5 - канал.

Устройство работает следующим образом. При подаче сигнала (команды) на средство 1 инициирования детонации происходит его срабатывание и задействование от него генератора 2 плоской ударной волны. Генератор плоской ударной волны инициирует в заряде 3 взрывчатого вещества детонацию с практически плоским фронтом. Детонационная волна, огибая линзу 4, набегает на границу раздела «ВВ-канал», неизбежно вызывая образование так называемой маховской волны [1], которая опережающе воздействует на взрывчатое вещество заряда 3. При этом она способна возбуждать в нем самоподдерживающийся режим пересжатой детонации с повышенными (по сравнению с нормальной детонацией) скоростью и давлением - реализуется известный в физике взрыва «канальный эффект» [1]).

Проведенные нами прикидочные расчеты показывают, что только за счет «канального эффекта» можно достичь степени пересжатости по скорости детонации порядка 1,2…1,4. Помимо этого внутри канала будет формироваться высокоскоростной газовый поток продуктов детонации (схожий с газокумулятивной струей), движущийся в направлении от линзы 4 вглубь глухого канала. Скорость распространения этого потока может значительно превышать скорость детонации ВВ. В общем случае [1] , где u_n - скорость газового потока; λ - угол к направлению распространения плоской волны, скользящей вдоль границы раздела «ВВ-канал». Нетрудно видеть, что в предельном случае при λ→90° скорость потока будет стремиться к бесконечности. Высокоскоростной газовый поток, имея высокие значения плотности продуктов детонации, скорости распространения и температуры, расширяясь в канале, будет воздействовать на ВВ впереди фронта детонационной волны, создавать очаги интенсивных химических реакций, что приведет к дополнительному увеличению степени пересжатости детонации по давлению и скорости. Реально можно достичь повышения скорости детонации штатного ВВ в 1,50…1,75 раза. Высокоскоростной газовый поток, двигаясь по каналу 5, воздействует на слой ВВ, размещенный в донной части канала, и инициирует в нем детонацию. При этом фронт распространения этой детонационной волны будет направлен навстречу фронту, движущемуся со стороны линзы 4. В месте встречи этих фронтов будет иметь место «эффект схлопывания», который приведет к резкому локальному возрастанию действия взрыва в данной области заряда (к увеличению дробящего эффекта цельного металлического корпуса и повышению осколочности СП и БП или к значительному увеличению скорости метания готовых поражающих элементов). В результате протекания перечисленных выше процессов термодинамические процессы при взрыве заряда ВВ будут сведены к минимуму, а могущество действия средств поражения или боеприпасов существенно повышено.

Источники информации

1. Физика взрыва / Под ред. Л.П. Орленко. - Изд. 3-е, переработанное. - В 2 т. Т. 1. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002.

2. Хмельницкий Л.И.. Справочник по взрывчатым веществам: Учебное пособие. - Ч.II. / Под ред. С.С. Новикова. - М.: Изд-во Военной Артиллерийской инженерной академии им. Ф.Э. Дзержинского, 1961.

3. Средства поражения и боеприпасы: Учебник / А.В. Бабкин, В.А. Велданов, Е.Ф. Грязнов и др.; Под общ. ред. В.В. Селиванова. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008.