PL193901B1

PL193901B1 - Sposób zapalania sprasowanego ładunku udarowego wspłonce, element inicjujący do stosowania w spłonce oraz spłonka

Info

Publication number: PL193901B1
Application number: PL00353828A
Authority: PL
Inventors: Viktor Dumenko; Ulf Borgstrom; Roger Holmberg
Original assignee: Dyno Nobel Sweden Ab
Priority date: 1999-09-06
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2007-03-30
Also published as: DE60021398T2; WO2001018482A1; CA2383873A1; EP1216394B1; TW466331B; CN1171073C; ATE300033T1; RU2246692C2; UA64034C2; ES2241648T3; NZ517495A; TR200200576T2; AU759627B2; BR0013770A; NO20021084L; SE9903139D0; MY122688A; ZA200201508B; CA2383873C; JP2003508721A

Abstract

1. Sposób zapalania sprasowanego ladunku udarowe- go w splonce, w którym ladunek udarowy doprowadza sie do detonacji za pomoca ladunku inicjujacego, znamienny tym, ze ladunek udarowy prasuje sie dalej do wiekszej gestosci pod dzialaniem cisnienia gazów spalinowych, które wytwarza sie spalajac ladunek inicjujacy (9, 10) w fazie inicjowania, przy czym cisnienie gazów spalinowych dzialajace na ladunek udarowy (2) wytwarza sie za pomoca elementu w ksztalcie tloka (7) do prasowania ladunku udaro- wego, umieszczonego pomiedzy ladunkiem inicjujacym (9, 10) i ladunkiem udarowym (2). 7. Element inicjujacy do stosowania w splonce do do- prowadzania do detonacji sprasowanego ladunku udaro- wego umieszczonego w splonce, przy czym element inicju- jacy zawiera dajacy sie zapalac ladunek inicjujacy, wytwa- rzajacy po zapaleniu gazy spalinowe, powodujace detona- cje ladunku udarowego, znamienny tym, ze element inicju- jacy (5) zawiera element w ksztalcie tloka (7) do prasowa- nia ladunku udarowego, który jest usytuowany z oparciem o ladunek udarowy (2) w splonce, . . . . . . . . 14. Splonka zawierajaca sprasowany ladunek udarowy wtórnego materialu wybuchowego i element inicjujacy do- prowadzajacy do detonacji sprasowanego ladunku udarowe- go, który to element inicjujacy zawiera dajacy sie zapalac ladunek inicjujacy, wytwarzajacy po zapaleniu gazy spalino- we powodujace detonacje ladunku udarowego, znamienna tym, ze element inicjujacy (5) zawiera element (7) w ksztal- cie tloka do prasowania ladunku udarowego, . . . . . . . PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób zapalania sprasowanego ładunku udarowego w spłonce, element inicjujący do stosowania w spłonce oraz spłonka.

Spłonki stosuje się jako materiał wybuchowy jako taki albo do odpalania innych materiałów wybuchowych.

W typowym rozwiązaniu spłonka zawiera osłonę, która ma zamknięty koniec, do którego ładuje się albo prasuje materiał udarowy. Na drugim końcu osłony umieszcza się środek zapłonowy, taki jak zapalnik pirotechniczny, zapłonnik NONEL^® albo głowica zapalnika elektrycznego. Pomiędzy środkiem zapłonowym i ładunkiem udarowym jest umieszczony ładunek inicjujący, który może być odpalony za pomocą środka zapłonowego. Spalanie ładunku inicjującego zapoczątkowuje detonację ładunku udarowego.

Materiały wybuchowe dzieli się z grubsza na materiały wybuchowe pierwotne i materiały wybuchowe wtórne. Materiały wybuchowe pierwotne charakteryzują się tym, że mogą dawać pełną detonację bez ogrzewania, gdy znajdują się w małych ilościach w wolnym stanie, to jest gdy nie są zamknięte. Natomiast materiały wybuchowe wtórne wymagają dla wywołania detonacji zamknięcia i większych ilości albo silnego uderzenia mechanicznego. Ze względów bezpieczeństwa często unika się stosowania pierwotnych materiałów wybuchowych i niniejszy wynalazek dotyczy tylko spłonek, które są wolne od pierwotnych materiałów wybuchowych. Jako wtórne materiały wybuchowe można wymienić PETN (czteroazotan pentaerytrytu, HMX (cykloczterometylenoczteronitroamina), RDX (flegmatyzowany heksogen, cyklotrójmetylenotrójnitroamina), TNT (trójnitrotoluen), tetryl (trójnitrofenylometylonitroamina) i mieszaniny jednego albo więcej z nich.

Pomiędzy szybkością detonacji materiału wybuchowego i energią fali uderzeniowej, która powstaje przy detonacji, istnieje zależność kwadratowa. W celu uzyskania największego możliwego efektu wybuchowego należy zatem zapewnić wysoką szybkość detonacji. Tak jest zwłaszcza w przypadku spłonek, które stosuje się do detonacji innych materiałów wybuchowych, ponieważ spłonki zawierają na ogół tylko małą ilość wtórnego materiału wybuchowego, który powinien zatem wybuchać z największą możliwą szybkością w celu uzyskania maksymalnego efektu wybuchowego.

Szybkość detonacji materiału wybuchowego wzrasta z gęstością ładowania materiału wybuchowego. Szybkość detonacji flegmatyzowanego heksogenu (RDX) wynosi na przykład 8,7 km/sek przy gęstości ładowania 1,8 g/cm³ i tylko 7,6 km/sek przy gęstości ładowania 1,5 g/cm³, co odpowiada zmniejszeniu energii fali uderzeniowej prawie o 30%.

Spłonki według dotychczasowego stanu techniki są wyposażone w ładunek udarowy, który jest zwykle sprasowany do gęstości około 1,5-1,55 g/cm³. Gdyby nawet była wymagana większa gęstość, to w praktyce nie jest to wykonalne.

Głównym celem wynalazku jest opracowanie spłonki, która przy danej pewnej ilości materiału wybuchowego w ładunku udarowym zapewnia większą energię fali uderzeniowej niż było to możliwe w dotychczasowym stanie techniki.

Bardziej konkretnym celem wynalazku jest zapewnienie dalszego zwiększenia gęstości w ładunku udarowym sprasowanym w spłonce, zapewniając w ten sposób większą szybkość detonacji, a zatem zwiększony efekt wybuchu ładunku wybuchowego.

Innym celem wynalazku jest opracowanie elementu inicjującego do stosowania w spłonce, umożliwiającego dalsze zwiększenie gęstości nadawanej ładunkowi udarowemu sprasowanemu w spłonce, przy czym gęstość utrzymuje się aż do spowodowania wybuchu ładunku podstawowego.

Sposób zapalania sprasowanego ładunku udarowego w spłonce, w którym ładunek udarowy doprowadza się do detonacji za pomocą ładunku inicjującego, odznacza się według wynalazku tym, że ładunek udarowy prasuje się dalej do większej gęstości pod działaniem ciśnienia gazów spalinowych, które wytwarza się spalając ładunek inicjujący w fazie inicjowania, przy czym ciśnienie gazów spalinowych działające na ładunek udarowy wytwarza się za pomocą elementu w kształcie tłoka do prasowania ładunku udarowego, umieszczonego pomiędzy ładunkiem inicjującym i ładunkiem udarowym.

Korzystnie wtórny materiał wybuchowy umieszczony pomiędzy ładunkiem inicjującym i ładunkiem udarowym doprowadza się do detonacji po zapewnieniu większej gęstości ładunku udarowego, przy czym ładunek udarowy zapala się drogą detonacji wtórnego materiału wybuchowego.

Korzystnie wtórny materiał wybuchowy znajduje się w luźno sprasowanym albo niezamkniętym stanie, a gazy spalinowe ładunku inicjującego wykorzystuje się dalej do ogrzewania aż do zapłonu i do sprasowania luźno sprasowanego albo niezamkniętego wtórnego materiału wybuchowego, doprowadzając do jego detonacji.

PL 193 901 B1

Korzystnie ciśnienie spowodowane przez spalanie ładunku inicjującego prasuje luźno sprasowany albo niezamknięty wtórny materiał wybuchowy bezpośrednio drogą przekazywania siły poprzez element prasujący wtórny materiał wybuchowy, umieszczony pomiędzy ładunkiem inicjującym i wtórnym ładunkiem wybuchowym.

Korzystnie luźno sprasowany albo niezamknięty wtórny materiał wybuchowy najpierw ogrzewa się do czasu zapłonu za pomocą gazów spalinowych z ładunku inicjującego płynących do wtórnego materiału wybuchowego, a następnie poddaje się go prasowaniu.

Korzystnie dalsze prasowanie ładunku udarowego, które wykonuje się w fazie inicjowania, daje w wyniku przynajmniej część ładunku udarowego, która osiągnęła w zasadzie stan krystaliczny.

Element inicjujący do stosowania w spłonce do doprowadzania do detonacji sprasowanego ładunku udarowego umieszczonego w spłonce, przy czym element inicjujący zawiera dający się zapalać ładunek inicjujący, wytwarzający po zapaleniu gazy spalinowe, powodujące detonacje ładunku udarowego, charakteryzuje się według wynalazku tym, że element inicjujący zawiera element w kształcie tłoka do prasowania ładunku udarowego, który jest usytuowany z oparciem o ładunek udarowy w spłonce, i tak, że podlega działaniu gazów spalinowych z przesuwem w kierunku ładunku udarowego dla dalszego sprasowania ładunku udarowego przed spowodowaniem jego detonacji.

Korzystnie zawiera wtórny materiał wybuchowy, umieszczony pomiędzy ładunkiem inicjującym i ładunkiem udarowym i przystosowany do jego detonacji za pomocą gazów spalinowych, a następnie do spowodowania detonacji ładunku udarowego.

Korzystnie wtórny materiał wybuchowy znajduje się w luźno sprasowanym albo niezamkniętym stanie.

Korzystnie zawiera elementy do ogrzewania do czasu zapłonu i sprasowania luźno sprasowanego albo niezamkniętego wtórnego materiału wybuchowego przez działanie gazów spalinowych, zwiększające energię luźno sprasowanego albo niezamkniętego wtórnego materiału wybuchowego do poziomu jego detonacji.

Korzystnie luźno sprasowany albo niezamknięty wtórny materiał wybuchowy umieszczony jest w kanale wewnątrz albo alternatywnie dookoła elementu do prasowania ładunku udarowego, a element do prasowania wtórnego materiału wybuchowego jest umieszczony ruchomo w kanale dla doprowadzania do prasowania wtórnego materiału wybuchowego pod działaniem ciśnienia gazów spalinowych.

Korzystnie długość kanału jest większa niż jego średnica i mniejsza niż dziesięć jego średnic.

Korzystnie element do prasowania ładunku udarowego stanowi pierwszy tłok, a element do prasowania wtórnego materiału wybuchowego stanowi ruchomo umieszczony drugi tłok, przy czym średnica zewnętrzna pierwszego tłoka wynosi korzystnie od 1,1 do 5,0 średnic ruchomo umieszczonego drugiego tłoka.

Spłonka zawierająca sprasowany ładunek udarowy wtórnego materiału wybuchowego i element inicjujący doprowadzający do detonacji sprasowanego ładunku udarowego, który to element inicjujący zawiera dający się zapalać ładunek inicjujący, wytwarzający po zapaleniu gazy spalinowe powodujące detonację ładunku udarowego, odznacza się według wynalazku tym, że element inicjujący zawiera element w kształcie tłoka do prasowania ładunku udarowego, który element jest usytuowany z oparciem o ładunek udarowy w spłonce i tak, że podlega działaniu gazów spalinowych z przesuwem w kierunku ładunku udarowego przed spowodowaniem jego detonacji.

Korzystnie element inicjujący zawiera wtórny materiał wybuchowy, umieszczony pomiędzy ładunkiem inicjującym i ładunkiem udarowym i przystosowany do jego detonacji za pomocą gazów spalinowych, a następnie do spowodowania detonacji ładunku udarowego.

Korzystnie element inicjujący zawiera elementy do ogrzewania do czasu zapłonu i sprasowania luźno sprasowanego albo niezamkniętego wtórnego materiału wybuchowego przez działanie gazów spalinowych, zwiększające energię luźno sprasowanego albo niezamkniętego wtórnego materiału wybuchowego do poziomu jego detonacji.

PL 193 901 B1

Wynalazek opiera się na wiedzy, że spłonka może dawać zwiększony efekt wybuchu, przy danej pewnej ilości środka wybuchowego w ładunku udarowym, jeżeli temu ładunkowi udarowemu zwiększona gęstość została nadana w zasadzie w chwili detonacji. Jeżeli ładunek udarowy sprasuje się do takiego stopnia, że przynajmniej jego część osiąga w zasadzie stan krystaliczny bezpośrednio przed i w czasie detonacji, to zapewnia się znacznie zwiększony efekt wybuchu.

Zgodnie z jednym z aspektów wynalazku wykorzystuje się ciśnienie, które podnosi się przy spalaniu ładunku inicjującego zwiększając dalej gęstość już sprasowanego ładunku udarowego i zachowując wysoką gęstość aż do wywołania detonacji ładunku udarowego, co daje w wyniku zwiększoną szybkość detonacji, a zatem zwiększony efekt wybuchu. Korzystnie zapewnia się tak wysoką gęstość ładunku udarowego, że osiąga on, przynajmniej częściowo, w zasadzie stan krystaliczny.

Zgodnie z innym aspektem wynalazku gazy spalinowe z ładunku inicjującego wykorzystuje się do ogrzania aż do zapłonu i do sprężania luźno upakowanego albo niezamkniętego wtórnego materiału wybuchowego, którego energia w ten sposób zwiększa się, co ostatecznie daje w wyniku detonację tego wtórnego materiału wybuchowego i powoduje, że ładunek udarowy, który jest sprasowany do większej gęstości, wybucha.

Zgodnie z jeszcze innym aspektem wynalazku zapewnia się element inicjujący do stosowania w spłonce w celu wywołania detonacji sprasowanego ładunku udarowego, który jest umieszczony w spłonce.

Element inicjujący według wynalazku zawiera element prasujący, który jest umieszczony tak, że działają na niego gazy spalinowe, wywiązujące się przy spalaniu ładunku inicjującego, w celu dalszego sprasowania ładunku udarowego.

Zgodnie z wynalazkiem zapewnia się także element inicjujący, który umożliwia gorącym gazom spalinowym ze spalania ładunku inicjującego przechodzenie do przestrzeni, która znajduje się w elemencie inicjującym i która sąsiaduje z ładunkiem udarowym umieszczonym poza elementem inicjującym. W tej przestrzeni jest korzystnie umieszczony luźno sprasowany albo niezamknięty wtórny materiał wybuchowy, który ma być ogrzewany przez wchodzące gazy spalinowe aż do zapalenia, przez co wywołuje się wybuch wymienionego ładunku udarowego.

Według wynalazku opracowano także element inicjujący, w którym wyżej wspomniane gazy spalinowe wykorzystuje się do ogrzewania i prasowania luźno sprasowanego wtórnego materiału wybuchowego w celu spowodowania jego detonacji, a jednocześnie, gdy sprasowany ładunek udarowy jest wystawiony na działanie siły, która pochodzi z palącego się ładunku inicjującego, i która to siła zwiększa dalej gęstość ładunku udarowego, przynajmniej pewna część ładunku udarowego osiąga w zasadzie stan krystaliczny. Korzystnie luźno sprasowany wtórny materiał wybuchowy ogrzewa się aż do zapłonu, gdy jego prasowanie zaczyna dawać skutek.

Zgodnie z wynalazkiem ładunek udarowy w spłonce, który jest sprasowany przy wytwarzaniu spłonki, doprowadza się zatem do detonacji za pomocą ładunku inicjującego sposobem, w którym ciśnienie, które wytwarza się przy spalaniu ładunku inicjującego, wykorzystuje się do dalszego prasowania ładunku udarowego przed jego detonacją.

Zgodnie z korzystnym ukształtowaniem wynalazku element inicjujący zawiera wtórny materiał wybuchowy, który jest umieszczony w celu wywołania detonacji ładunku udarowego w spłonce.

W szczególnie korzystnym rozwiązaniu elementu inicjującego według wynalazku wtórny materiał wybuchowy elementu inicjującego wywołuje detonację ładunku udarowego za pomocą wymienionego wtórnego materiału wybuchowego ogrzewanego aż do zapalenia i prasowanego za pomocą gazów spalinowych, które wydzielają się przy spalaniu ładunku inicjującego umieszczonego w elemencie inicjującym.

Jedno z ukształtowań spłonki według wynalazku obejmuje zatem element inicjujący, który ma przestrzeń, która jest połączona z ładunkiem udarowym, przy czym przestrzeń zawiera stosunkowo luźno sprasowany albo niezamknięty wtórny materiał wybuchowy. W czasie fazy inicjowania, to jest przy spalaniu ładunku inicjującego, objętość przestrzeni zmniejsza się, co daje w wyniku wzrost ciśnienia w tej przestrzeni. W tym samym czasie spalanie ładunku inicjującego powoduje dalsze prasowanie ładunku udarowego, który w ten sposób osiąga w zasadzie stan krystaliczny albo co najmniej stan bardzo sprasowany.

PL 193 901 B1

Zapłon ładunku udarowego jest zapewniony przez palące się gazy w ładunku inicjującym, przechodzące do wymienionej przestrzeni, przez co materiał wybuchowy w tej przestrzeni ogrzewa się aż do zapalenia. Gdy materiał wybuchowy w przestrzeni został już ogrzany do zapalenia, to ciśnienie, a zatem i energia w tej przestrzeni wzrasta, tak że ostatecznie dochodzi do detonacji tego materiału wybuchowego, co powoduje z kolei detonację ładunku udarowego.

W korzystnych ukształtowaniach wzrost ciśnienia w przestrzeni zapewnia się drogą wyższego ciśnienia, które jest spowodowane przez ładunek inicjujący popychający ruchomo umieszczony tłok do przestrzeni, tak że jej objętość zmniejsza się. Grubość tłoka jest korzystnie większa niż 0,15 mm i mniejsza niż 1,0 mm.

Średnica wyżej wspomnianej przestrzeni jest korzystnie większa niż krytyczna średnica detonacji materiału wybuchowego, który ma być umieszczony w przestrzeni. Krytyczna średnica detonacji dla PETN (czteroazotan pentaerytrytu) wynosi na przykład około 1 mm. Ponadto ustalono, że długość przestrzeni (jej rozciągłość osiowa) jest korzystnie większa niż jej średnica, lecz mniejsza niż około 10 jej średnic.

Ponadto w korzystnych ukształtowaniach stosuje się odpowiedni element prasujący w kształcie tłoka w celu zapewnienia dalszego prasowania ładunku udarowego, przy czym wyżej wspomniana przestrzeń znajduje się w elemencie prasującym w postaci korzystnie osiowego kanału. Ustalono, że średnica elementu prasującego jest korzystnie co najmniej 1,1 razy większa niż średnica takiego kanału. Jeszcze korzystniej średnica jest co najmniej 1,5 razy większa, a zwłaszcza około dwa razy większa niż średnica kanału.

Niniejszy wynalazek umożliwia wytwarzanie elementów inicjujących o całkowitej długości 9-10 mm, co jest porównywalne z pierwotnym ładunkiem wybuchowym w spłonkach według dotychczasowego stanu techniki, w których długość kolumienki pierwotnego materiału wybuchowego w ładunku inicjującym wynosi typowo około 6-7 mm.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładach wynalazku na rysunku na którym fig. 1 przedstawia schematycznie w przekroju spłonkę według wynalazku, fig. 2 - schematycznie w przekroju spłonkę według wynalazku w fazie inicjowania, a fig. 3 - 9 przedstawiają schematycznie różne ukształtowania elementów inicjujących według wynalazku.

Należy nadmienić, że elementy albo części, które mają taki sam albo podobny wygląd albo działanie, są zaopatrzone na figurach w takie same odnośniki liczbowe.

Na fig. 1 przedstawiono bardziej szczegółowo korzystne ukształtowanie spłonki według wynalazku. Zgodnie z tym ukształtowaniem wynalazku spłonka składa się z osłony 1, która ma koniec otwarty i koniec zamknięty, przy czym zewnętrzna średnica osłony wynosi około 6,5 mm. Ładunek udarowy 2 wtórnego materiału wybuchowego jest sprasowany w zamkniętym końcu osłony (do gęstości około 1,5-1,55 g/cm³), a przy otwartym końcu osłony środek zapłonowy 3, w tym przypadku zapłonnik NONEL^®, jest umieszczony za pomocą uszczelki 4. Wewnątrz osłony 1, w sąsiedztwie wymienionego ładunku udarowego 2, umieszczony jest element inicjujący 5, który przenosi impuls zapalający ze środka zapłonowego 3 w postaci zapłonnika NONEL^® do ładunku udarowego 2 powodując jego detonację. Element inicjujący 5 ma w zasadzie kształt cylindryczny, jeden z jego końców jest skierowany do środka zapłonowego 3 w postaci zapłonnika NONEL^®, a drugi koniec jest skierowany do ładunku udarowego 2. Na końcu elementu inicjującego 5 skierowanego do zapłonnika NONEL^® jest wykonany otwór 6. W elemencie inicjującym 5, przyległe do wymienionego otworu 6, jest umieszczony ładunek pirotechniczny 9 szeregowo z wtórnym materiałem wybuchowym 10. Ładunek pirotechniczny 9i wtórny materiał wybuchowy 10 tworzą razem ładunek inicjujący. Ładunek pirotechniczny 9 jest opisany bardziej szczegółowo niżej. Wtórny materiał wybuchowy 10 jest umieszczony przyległe do inicjatora, który zawiera pierwszy i drugi tłok, odpowiednio 7 i 8. Jedna końcowa powierzchnia czołowa pierwszego tłoka 7 spoczywa na sprasowanym ładunku udarowym 2 i może zatem poruszać się z trudem i dlatego ten pierwszy tłok jest nazywany tłokiem statycznym. Rozumie się jednak, że statyczny tłok 7 w większości przypadków porusza się w fazie inicjowania na krótkiej odległości d w kierunku ładunku udarowego. W tym tłoku 7 jest utworzony środkowy cylindryczny kanał 11, który rozciąga się wzdłuż centralnej wzdłużnej osi statycznego tłoka 7 i znajduje się na jednym końcu w połączeniu ze sprasowanym ładunkiem udarowym 2, a na drugim końcu jest ograniczony przez umieszczony ruchomo drugi tłok 8. Ponieważ drugi tłok 8 może poruszać się znacznie łatwiej niż pierwszy, statyczny tłok, to ten tłok 8 jest nazywany tłokiem dynamicznym. Kanał 11 zawiera wtórny materiał wybuchowy 12, którym w tym przypadku jest PETN (czteroazotan pentaerytrytu), HMX (cykloczterometylenoczteronitroamina), RDX (flegmatyzowany heksogen, cyklotrójmetylenotrójnitroamina) albo mieszanina jednego albo więcej tych wtórnych mate6

PL 193 901 B1 riałów wybuchowych w niezamkniętym albo luźno sprasowanym stanie (o gęstości około 0,8-1,4 g/cm³). Kanał 11 zawiera zatem pewną ilość powietrza (albo ewentualnie mieszaninę jakiegoś innego gazu).

Typowa spłonka ma średnicę zewnętrzną 7,5 mm i długość około 65 mm. Osłona spłonki ma grubość ścianki około 0,8 mm, a osłonka cylindrycznego elementu inicjującego ma średnicę zewnętrzną około 5,5 mm i grubość ścianki około 0,4 mm. Cylindryczny, statyczny tłok umieszczony w elemencie inicjującym ma zewnętrzną średnicę około 5,1 mm i długość około 5 mm. Kanał, który jest wykonany w statycznym tłoku, jest w zasadzie także cylindryczny i ma średnicę około 3 mm i długość około 5 mm. Element inicjujący zawiera zatem statyczny tłok o średnicy zewnętrznej, która jest około 1,7 razy większa niż średnica kanału, który jest utworzony w tłoku statycznym. Kanał stanowi zatem około 35% całego poprzecznego pola powierzchni przekroju statycznego tłoka. W tym przypadku tłok dynamiczny 8 ma grubość około 0,4 mm i średnicę, która w zasadzie odpowiada średnicy kanału.

Całkowita długość elementu inicjującego wynosi około 10 mm.

W oparciu o fig. 2, zostanie opisany proces odpalania spłonki według wynalazku. Gdy impuls zapłonowy jest wysyłany przez środek zapłonowy 3, który jest w tym przypadku zapłonnikiem NONEL^®, to zapala się ładunek pirotechniczny 9, po którym z krótkim okresem indukcji zapala się wtórny materiał wybuchowy 10. Spalanie ładunku inicjującego wytwarza wysokie ciśnienie działające na tłoki 7 i 8. Tłok statyczny 7 wywiera wtedy wielki nacisk na ładunek udarowy 2, przy czym wymieniony ładunek udarowy osiąga w zasadzie stan krystaliczny albo stan bardzo sprasowany, o wysokiej gęstości przynajmniej w sąsiedztwie tłoka. Tak zwany tłok statyczny przesunie się wtedy na krótkiej odległości d w kierunku ładunku udarowego, nawet jeśli pozostaje w zasadzie statyczny. Konstrukcja inicjatora jest tego rodzaju, że gazy spalinowe ładunku inicjującego wnikają do kanału 11 za tłokiem dynamicznym 8, co daje w wyniku ogrzewanie się materiału wybuchowego 12 w kanału aż do zapalenia. Tłok 8 jest wciskany w kanał 11 statycznego tłoka, co prowadzi do wzrostu ciśnienia w tym kanale. Tłok dynamiczny 8, na skutek tarcia o ścianki kanału i ewentualnie jego masy, to jest jego bezwładności, jest zabezpieczony przed poruszaniem się tak szybko jak gazy spalinowe, a zatem materiał wybuchowy 12 w kanale 11 ogrzewa się już aż do zapalenia zanim wzrosło znacząco ciśnienie w kanale. Energia w kanale wzrasta w miarę wzrostu temperatury i ciśnienia w kanale 11, a gdy energia osiągnęła już pewną wartość, to wtórny materiał wybuchowy 12 w kanale 11 wybucha w zasadzie natychmiast w całym kanale dzięki temu, że wtórny materiał wybuchowy jest luźno sprasowany, a zatem osiąga energię krytyczną w zasadzie w tym samym czasie w całym kanale. Ten proces zapalania daje porównywalnie szybką detonację, która rozchodzi się do ładunku udarowego 2, który dzięki swojemu silnemu sprasowaniu jest poddawany bardzo szybkiemu procesowi detonacji.

Wyżej opisany proces zapłonu umożliwia w zasadzie krystaliczny stan ładunku udarowego, to jest jego bardzo wysoką gęstość, w chwili detonacji. Przez wybór odpowiedniej masy i wielkości tłoków oraz przez wybór odpowiednich rozmiarów kanału 11 i odpowiedniej gęstości umieszczonego wnim materiału wybuchowego 12 można zapewnić w ładunku udarowym spłonki detonację o największej możliwej szybkości w przypadku każdego danego materiału wybuchowego.

Specjalista w tej dziedzinie ustali takie odpowiednie wybory drogą konwencjonalnych testów iprób wybuchów.

Nie ma potrzeby mówić, że nawet jeżeli na fig. 1 i 2 przedstawiono spłonkę, w której środek zapłonowy 3 jest zapłonnikiem NONEL^®, to można stosować także i inne środki zapłonowe, takie jak elektryczna głowica zapalnika.

Na fig. 3-9 przedstawiono przykłady różnych ukształtowań elementów inicjujących 5 według wynalazku. Osłonka elementów inicjujących 5 może być wykonana praktycznie z każdego materiału, chociaż stosuje się korzystnie materiał mocny, taki jak stal, brąz albo mosiądz. Przy stosowaniu mocnego materiału ścianki osłonki mogą być cienkie, umożliwiając przez to średnicę inicjatora, która jest prawie równa wewnętrznej średnicy osłony 1, a zatem także średnicy ładunku udarowego 2, dzięki czemu w fazie inicjowania zapewnia się efekt prasowania na dużej części powierzchni przekroju poprzecznego ładunku udarowego 2.

Układ tłoków 7, 8, 13 - 18, elementu inicjującego może zawierać wiele tłoków albo może być uformowany początkowo w postaci jednego elementu. Jednak w fazie inicjowania istnieje albo pojawia się co najmniej jeden tłok statyczny, który zwiększa prasowanie w ładunku udarowym, i co najmniej jeden tłok dynamiczny, który zapewnia prasowanie luźno upakowanego materiału wybuchowego 12 w przestrzeni kanału 11. W przypadku, gdy układ tłoków jest uformowany w postaci jednego elementu, istotne jest to, że tłok dynamiczny powinien być w fazie inicjowania oddzielony od tego elementu (na przykład za pomocą ciśnienia ze spalania ładunku inicjującego), przy czym tłok dynamiczny staje

PL 193 901 B1 się zatem ruchomy w kanale tłoka statycznego. Materiał tłoków może zmieniać się od przypadku do przypadku, przy czym jednak ustalono, że materiał ma korzystnie taki sam lub większy od modułu sprężystości sprasowanego ładunku udarowego.

W niektórych korzystnych ukształtowaniach tłok statyczny 7 ma kształt zewnętrzny, który jest nieco stożkowy, przy czym jego wąski koniec jest skierowany do ładunku inicjującego, a zatem w fazie inicjowania łatwo odchodzi od osłony elementu inicjującego, na przykład przez osłonę elementu inicjującego rozszerzającą się nieznacznie pod ciśnieniem. Jednocześnie stożkowy kształt ułatwia wciskanie tłoka statycznego 7 w osłonę elementu inicjującego. Gdy tylko tłok statyczny uwolni się od wewnętrznej ścianki osłony elementu inicjującego, to wykorzystuje się większą siłę prasującą dla sprasowania ładunku udarowego.

Na fig. 3 pokazany jest ten sam rodzaj elementu inicjującego, co i element stosowany w spłonce pokazanej na fig. 1. Wtym przypadku tłok dynamiczny 8 i tłok statyczny 7 są jednostkami oddzielnymi. Przekrój tłoka dynamicznego, który w tym przypadku ma kształt kołowy, jest w zasadzie dopełnieniem do przekroju kanału 11, który jest wykonany w tłoku statycznym. Kanał 11 ma średnicę 3 mm i długość 5 mm. Średnica zewnętrzna tłoka statycznego 7 jest około 1,7 razy większa niż średnica tłoka dynamicznego 8 (a zatem także około 1,7 razy większa niż średnica kanału 11).

Na fig. 4 przedstawiono element inicjujący, który zawiera dwa tłoki statyczne 13, 14, natomiast na fig. 5 pokazano element inicjujący, w którym układ tłoków ma dwa tłoki dynamiczne 8, 15.

Na fig. 6 przedstawiono element inicjujący, w którym układ tłoków składa się początkowo z jednostki 7, 16. W fazie inicjowania ciśnienie spowodowane przez spalanie ładunku inicjującego daje w wyniku oddzielenie części 16 od jednostki, przy czym część będzie stanowić tłok dynamiczny, zgodnie z dynamicznym tłokiem 8 pokazanym na fig. 3.

Wynalazek obejmuje także i inne ukształtowania układów tłoczków. Na fig. 7 przedstawiono na przykład element inicjujący z inicjatorem, który składa się z dwóch części, z których jedna część jest tłokiem statycznym zgodnym ze statycznym tłokiem 7 pokazanym na fig. 3, a druga część ma kształt tarczy 17, która znajduje się z przodu tłoka statycznego 7, a zatem zakrywa kanał 11 tłoka statycznego. Zgodnie z tym, co powiedziano wyżej, część tarczy 17 będzie oddzielana w fazie inicjowania i będzie działać jako tłok dynamiczny. W celu zapewnienia właściwego oddzielenia części w układzie tłoków, która ma stanowić tłok dynamiczny, zgodnie z ukształtowaniem opisanym w odniesieniu do fig. 6 i 7 można umieścić wgłębienia albo linie przerwania 19 w obszarach, w których przewiduje się, że będzie mieć miejsce oddzielenie, i jest to pokazane przykładowo na fig. 8. Na fig. 8 wymiary wymienionych wgłębień albo linii przerwania są wybrane tylko dla celów ilustracyjnych. W rzeczywistych elementach inicjujących według wynalazku te wgłębienia albo linie przerwania będą mieć oczywiście wymiary związane z resztą elementu inicjującego, który różni się od elementu pokazanego na figurze.

Na fig. 9 przedstawiono jeszcze inne ukształtowanie elementu inicjującego według wynalazku. W tym przypadku część statyczna układu tłoków składa się z dwóch tłoków, które mają tę samą średnicę zewnętrzną i tę samą średnicę kanału 11. Pomiędzy tymi częściami tłokowymi jest umieszczona tarcza, od której w fazie inicjowania tłok dynamiczny oddziela się w wyżej opisany sposób.

Inicjator może być umieszczony całkowicie wewnątrz osłony elementu inicjującego 5 (takiego jak pokazano na fig. 3-6), częściowo wewnątrz osłony (fig. 7) albo może tylko spoczywać (albo być zaciśnięty) na osłonie (fig. 8, 9).

Kanał 11, a zatem i tłok dynamiczny 8, ma kołowy przekrój poprzeczny, przy czym jednak wynalazek nie jest ograniczony do jakiejś szczególnej geometrii kanału. Wybór konstrukcji geometrycznej jest w pewnym przypadku sprawą wygody, o której decyduje specjalista w tej dziedzinie i którą można swobodnie wybierać w zakresie wynalazku iidei wynalazku.

Ładunek pirotechniczny 9 ładunku inicjującego ma korzystnie szybkość palenia, która jest większa niż 5 m/sek, jeszcze korzystniej większa niż 10 m/sek, a zwłaszcza większa niż20 m/sek. Przejście od deflagracji do detonacji w elemencie inicjującym nie powinno zajmować więcej niż około 0,5 m/sek, a zatem szybkość palenia ładunku pirotechnicznego nie może być zbyt niska. Jednocześnie jest bardzo pożądane, aby wtórny materiał wybuchowy ładunku inicjującego miał w zasadzie płaskie czoło spalania, co umożliwia synchroniczną pracę tłoków układu tłoków. Dalej, okres indukcji wymienionego wtórnego materiału wybuchowego powinien być taki, aby odchylenie spłonek z zerowym przedziałem czasowym nie przekraczało +0,1 ms. Działanie inicjatora według niniejszego wynalazku zależy od wytwarzania dostatecznie wysokiego ciśnienia przy spalaniu ładunku inicjującego. W praktyce oznacza to, że temperatura w palącym się ładunku pirotechnicznym jest korzystnie wyższa niż 2000°C, jeszcze korzystniej wyższa niż 2500°C, a zwłaszcza wyższa niż 3300°C. Dzięki wysokiej temperaturze

PL 193 901 B1 spalania ładunku pirotechnicznego zapewnia się także szybkie i niezawodne zapalenie wtórnego materiału wybuchowego ładunku inicjującego. Do materiałów pirotechnicznych odpowiednich do tego celu należą tak zwane „termity”, które zawierają metal w proszku (na przykład Mg, Al, Ti, Zr), który służy jako paliwo, a tlenki metali służą jako utleniacze. Stosować można na przykład mieszaniny pirotechniczne, takie jak (30-40)% Al + (70-60)% Fe2O3 i (20-40)% Ti + (80-60)% Bi2O3, które wywołują detonację w ładunku udarowym w ciągu 0,1 - 0,5 ms. Czas przejścia od deflagracji do detonacji jest zatem równoważny czasowi w spłonkach, w których stosuje się pierwotny materiał wybuchowy.

Niżej będą opisane dwie różne próby, w których wykazuje się wysoką szybkość detonacji w spłonkach według niniejszego wynalazku.

P r z y k ł a d 1

Przeprowadzono porównanie pomiędzy szybkościami detonacji w trzech różnych rodzajach spłonek. Szybkość detonacji (to jest efekt wybuchu) porównywano za pomocą ogólnie akceptowanego sposobu, w którym spłonkę opiera się swoim końcem o płytkę ołowianą o grubości 5 mm, przy czym średnicę otworu, który wytwarza się przy detonacji spłonki przyjmuje się jako miarę efektu wybuchu (szybkość detonacji).

Odpalano dziesięć spłonek trzech różnych rodzajów, przy czym do pierwszego rodzaju należą spłonki z pierwotnym materiałem wybuchowym według dotychczasowego stanu techniki, do drugiego rodzaju - spłonki bez jakiegokolwiek pierwotnego materiału wybuchowego według dotychczasowego stanu techniki i do trzeciego rodzaju - spłonki według niniejszego wynalazku. Wszystkie spłonki zawierały równą ilość materiału wybuchowego, a mianowicie 470 mg RDX i 180 mg PETN. Spłonki według dotychczasowego stanu techniki, niezależnie od tego czy zawierały, czy nie zawierały pierwotnego materiału wybuchowego, dawały w zasadzie ten sam wynik. Średnica otworów po otwartym przebiciu wynosiła 9-10 mm. Spłonki według niniejszego wynalazku miały znacznie wyższą szybkość detonacji i dawały otwory o średnicach od 12,0 do 12,1 mm.

P r z y k ł a d 2

Porównywano te same trzy rodzaje spłonek, co i w przykładzie 1, przy czym porównanie prowadzono zgodnie z ogólnie przyjętym sposobem nazywanym „sposobem dotychczasowym”. Próby wykazały, że obydwa rodzaje spłonek według dotychczasowego stanu techniki odpowiadały spłonce nr 11, natomiast spłonki według niniejszego wynalazku odpowiadały spłonce nr 13.5.

Wyżej opisane przykłady pokazują, że zgodnie z niniejszym wynalazkiem zapewniono znacznie większą szybkość detonacji w spłonkach w porównaniu ze spłonkami według dotychczasowego stanu techniki. Dzięki zastosowaniu elementu inicjującego i sposobu zapłonu według wynalazku można było uzyskać większy efekt wybuchu bez zwiększania ilości materiału wybuchowego w ładunku udarowym.

Claims

1. Sposób zapalania sprasowanego ładunku udarowego w spłonce, w którym ładunek udarowy doprowadza się do detonacji za pomocą ładunku inicjującego, znamienny tym, że ładunek udarowy prasuje się dalej do większej gęstości pod działaniem ciśnienia gazów spalinowych, które wytwarza się spalając ładunek inicjujący (9, 10) w fazie inicjowania, przy czym ciśnienie gazów spalinowych działające na ładunek udarowy (2) wytwarza się za pomocą elementu w kształcie tłoka (7) do prasowania ładunku udarowego, umieszczonego pomiędzy ładunkiem inicjującym (9, 10) i ładunkiem udarowym (2).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wtórny materiał wybuchowy (12) umieszczony pomiędzy ładunkiem inicjującym (9, 10) i ładunkiem udarowym (2) doprowadza się do detonacji po zapewnieniu większej gęstości ładunku udarowego (2), przy czym ładunek udarowy (2) zapala się drogą detonacji wtórnego materiału wybuchowego (12).

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że wtórny materiał wybuchowy (12) znajduje się w luźno sprasowanym albo niezamkniętym stanie, a gazy spalinowe ładunku inicjującego(9,10) wykorzystuje się dalej do ogrzewania aż do zapłonu i do sprasowania luźno sprasowanego albo niezamkniętego wtórnego materiału wybuchowego (12), doprowadzając do jego detonacji.

4. Sposób według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że ciśnienie spowodowane przez spalanie ładunku inicjującego (9, 10) prasuje luźno sprasowany albo niezamknięty wtórny materiał wybuchowy (12) bezpośrednio drogą przekazywania siły poprzez element prasujący wtórny materiał wybuchowy, umieszczony pomiędzy ładunkiem inicjującym (9, 10) i wtórnym ładunkiem wybuchowym (12).

PL 193 901 B1

5. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że luźno sprasowany albo niezamknięty wtórny materiał wybuchowy (12) najpierw ogrzewa się do czasu zapłonu za pomocą gazów spalinowych z ładunku inicjującego (9, 10) płynących do wtórnego materiału wybuchowego (12), a następnie poddaje się go prasowaniu.

6. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 5, znamienny tym, że dalsze prasowanie ładunku udarowego, które wykonuje się w fazie inicjowania, daje w wyniku przynajmniej część ładunku udarowego, która osiągnęła w zasadzie stan krystaliczny.

7. Element inicjujący do stosowania w spłonce do doprowadzania do detonacji sprasowanego ładunku udarowego umieszczonego w spłonce, przy czym element inicjujący zawiera dający się zapalać ładunek inicjujący, wytwarzający po zapaleniu gazy spalinowe, powodujące detonacje ładunku udarowego, znamienny tym, że element inicjujący (5) zawiera element w kształcie tłoka (7) do prasowania ładunku udarowego, który jest usytuowany z oparciem o ładunek udarowy (2) w spłonce, i tak, że podlega działaniu gazów spalinowych z przesuwem w kierunku ładunku udarowego (2) dla dalszego sprasowania ładunku udarowego (2) przed spowodowaniem jego detonacji.

8. Element według zastrz. 7, znamienny tym, że zawiera wtórny materiał wybuchowy (12), umieszczony pomiędzy ładunkiem inicjującym (9, 10) i ładunkiem udarowym (2) i przystosowany do jego detonacji za pomocą gazów spalinowych, a następnie do spowodowania detonacji ładunku udarowego (12).

9. Element według zastrz. 8, znamienny tym, że wtórny materiał wybuchowy (12) znajduje się w luźno sprasowanym albo niezamkniętym stanie.

10. Element według zastrz. 9, znamienny tym, że zawiera elementy (8) do ogrzewania do czasu zapłonu i sprasowania luźno sprasowanego albo niezamkniętego wtórnego materiału wybuchowego (12) przez działanie gazów spalinowych, zwiększające energię luźno sprasowanego albo niezamkniętego wtórnego materiału wybuchowego (12) do poziomu jego detonacji.

11. Element według zastrz. 10, znamienny tym, że luźno sprasowany albo niezamknięty wtórny materiał wybuchowy (12) umieszczony jest w kanale (11) wewnątrz albo alternatywnie dookoła elementu (7) do prasowania ładunku udarowego, a element do prasowania wtórnego materiału wybuchowego jest umieszczony ruchomo w kanale (11) dla doprowadzania do prasowania wtórnego materiału wybuchowego (12) pod działaniem ciśnienia gazów spalinowych.

12. Element według zastrz. 11, znamienny tym, że długość kanału (11) jest większa niż jego średnica i mniejsza niż dziesięć jego średnic.

13. Element według zastrz. 11 albo 12, znamienny tym, że element do prasowania ładunku udarowego stanowi pierwszy tłok (7), a element do prasowania wtórnego materiału wybuchowego stanowi ruchomo umieszczony drugi tłok (8), przy czym średnica zewnętrzna pierwszego tłoka (7) wynosi korzystnie od 1,1 do 5,0 średnic ruchomo umieszczonego drugiego tłoka (8).

14. Spłonka zawierająca sprasowany ładunek udarowy wtórnego materiału wybuchowego i element inicjujący doprowadzający do detonacji sprasowanego ładunku udarowego, który to element inicjujący zawiera dający się zapalać ładunek inicjujący, wytwarzający po zapaleniu gazy spalinowe powodujące detonację ładunku udarowego, znamienna tym, że element inicjujący (5) zawiera element (7) w kształcie tłoka do prasowania ładunku udarowego, który element (7) jest usytuowany z oparciem o ładunek udarowy (2) w spłonce i tak, że podlega działaniu gazów spalinowych z przesuwem w kierunku ładunku udarowego (2) przed spowodowaniem jego detonacji.

15. Spłonka według zastrz. 14, znamienna tym, że element inicjujący zawiera wtórny materiał wybuchowy (12), umieszczony pomiędzy ładunkiem inicjującym (9, 10) i ładunkiem udarowym (2) i przystosowany do jego detonacji za pomocą gazów spalinowych, a następnie do spowodowania detonacji ładunku udarowego (12).

16. Spłonka według zastrz. 15, znamienna tym, że wtórny materiał wybuchowy (12) znajduje się w luźno sprasowanym albo niezamkniętym stanie.

17. Spłonka według zastrz. 15 albo 16, znamienna tym, że element inicjujący zawiera elementy do ogrzewania do czasu zapłonu i sprasowania luźno sprasowanego albo niezamkniętego wtórnego materiału wybuchowego (12) przez działanie gazów spalinowych, zwiększające energię luźno sprasowanego albo niezamkniętego wtórnego materiału wybuchowego (12) do poziomu jego detonacji.

18. Spłonka według zastrz. 16, znamienna tym, że luźno sprasowany albo niezamknięty wtórny materiał wybuchowy (12) umieszczony jest w kanale (11) wewnątrz albo alternatywnie dookoła elementu (7) do prasowania ładunku udarowego, a element do prasowania wtórnego materiału wybu10

PL 193 901 B1 chowego jest umieszczony ruchomo w kanale (11) dla doprowadzania do prasowania wtórnego materiału wybuchowego (12) pod działaniem ciśnienia gazów spalinowych.

19. Spłonka według zastrz. 18, znamienna tym, że długość kanału (11) jest większa niż jego średnica i mniejsza niż dziesięć jego średnic.

20. Spłonka według zastrz. 18 albo 19, znamienna tym, że element do prasowania ładunku udarowego stanowi pierwszy tłok (7), a element do prasowania wtórnego materiału wybuchowego stanowi ruchomo umieszczony drugi tłok (8), przy czym średnica zewnętrzna pierwszego tłoka (7) wynosi korzystnie od 1,1 do 5,0 średnic ruchomo umieszczonego drugiego tłoka (8).