RU118736U1

RU118736U1 - DEVICE FOR REDUCING THE VALUE OF CRITICAL VOLUME AND ENERGY DENSITY OF LASER RADIATION INITIATION OF EXPLOSIVES

Info

Publication number: RU118736U1
Application number: RU2011130716/11U
Authority: RU
Inventors: Николай Илларионович Лаптев; Василий Иванович Мордасов; Вениамин Валентинович Пойлов; Андрей Евгеньевич Жеребятьев; Надежда Александровна Сазонникова
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2012-07-27

Abstract

Устройство снижения величины критического объема и плотности энергии лазерного излучения инициирования взрывчатых веществ, содержащее цилиндрическую емкость с относительным диаметром H0/D0>1.0 и размещенным в ней взрывчатым зарядом, с оптическим взрывателем, фокусирующим поток лазерного излучения с углом α=45…60°, связанным с лазерным источником через световод с импульсом воздействия менее 0,01 с, отличающееся тем, что на продольной оси внешней поверхности взрывчатого заряда имеется коническое углубленнее диаметром D0/d=2…3 и углом β/α=2…3, а заглубление фокусного пятна оптического взрывателя составляет ΔH=(0,1…0,2)d·arctg(β/2), где H0 - высота емкости, D0 - диаметр цилиндрической емкости, α - угол фокусирующего потока, d - диаметр углубления, β - угол конического заглубления взрывчатого заряда, ΔH - заглубление фокусного пятна оптического взрывателя. A device for reducing the critical volume and energy density of laser radiation for the initiation of explosives, containing a cylindrical container with a relative diameter H0 / D0> 1.0 and an explosive charge placed in it, with an optical fuse focusing the laser radiation flux with an angle α = 45 ... 60 ° with a laser source through a light guide with an impact pulse of less than 0.01 s, characterized in that on the longitudinal axis of the outer surface of the explosive charge there is a conical deeper with a diameter D0 / d = 2 ... 3 and an angle β / α = 2 ... 3, and the deepening of the focal spot of the optical fuse is ΔH = (0.1 ... 0.2) d · arctan (β / 2), where H0 is the height of the container, D0 is the diameter of the cylindrical container, α is the angle of the focusing flow, d is the diameter of the recess, β is the angle of the conical deepening of the explosive charge, ΔH - deepening of the focal spot of the optical fuse.

Description

Полезная модель относится к области взрывных технологий и может быть использовано в горном деле, строительстве, геофизике, взрывообработке металлов и т.д.The utility model relates to the field of explosive technologies and can be used in mining, construction, geophysics, metal explosive processing, etc.

Известно следующее взрывное устройство высокой производительности [1]. Изобретение относится к взрывным устройствам для дробления и выброса грунта. Взрывное устройство содержит корпус, взрыватель, заряд, преобразователь, лазер, световоды, источник электропитания и пульт управления. Для увеличения производительное и устройства - (величины отношения мощности взрыва к объему взрывною устройства), взрыватель выполнен в виде пяти твердотельных конусов. наполненных газом гелий-3, имеющих отверстие в вершине каждого конуса. При этом четыре конуса расположены с попарно взаимно перпендикулярными осями и перпендикулярно оси корпуса, а пятый - вдоль оси корпуса, примыкая к вершине заряда. Заряд выполнен в виде шарового сектора, заключенного в полимерную оболочку и наполненного газом гелий-3 под давлением. Преобразователь выполнен в виде шарового слоя из волокнистого композита и примыкает к шаровой поверхности заряда, при этом волокна ориентированы под различными углами, а лазер выполнен в виде решетки инжекционных полупроводниковых лазеров с накачкой импульсным током.The following high-performance explosive device is known [1]. The invention relates to explosive devices for crushing and ejecting soil. An explosive device comprises a housing, a fuse, a charge, a converter, a laser, optical fibers, a power source, and a control panel. To increase the productivity and the device - (the ratio of the power of the explosion to the volume of the explosive device), the fuse is made in the form of five solid cones. gas-filled helium-3 having an opening at the top of each cone. In this case, four cones are located with pairwise mutually perpendicular axes and perpendicular to the axis of the body, and the fifth - along the axis of the body, adjacent to the top of the charge. The charge is made in the form of a spherical sector, enclosed in a polymer shell and filled with helium-3 gas under pressure. The converter is made in the form of a spherical layer of a fiber composite and is adjacent to the spherical surface of the charge, while the fibers are oriented at different angles, and the laser is made in the form of a grating of injection semiconductor lasers pumped by pulsed current.

Недостатками данного устройства является сложность в формировании взрывателя и заряда и дороговизна его изготовления за счет наличия большого числа элементов и их компоновки, стоимость компонентов прибора достигает 70 тыс. рублей, т.к. основной вклад в нее вносят инжекционные лазеры и их блоки питания, а так же используется дорогой и редкий газ - гелий-3.The disadvantages of this device is the complexity in the formation of the fuse and charge and the high cost of its manufacture due to the presence of a large number of elements and their layout, the cost of the components of the device reaches 70 thousand rubles, because injection lasers and their power supplies make the main contribution to it, and expensive and rare gas, helium-3, is also used.

Известно взрывное устройство [2], которое относится к области промышленного использования энергии взрыва. Повышение эффективности в работе устройства достигается за счет изменения степени фокусировки лазерного излучения на прозрачной перегородке. Взрывное устройство включает лазер, коммутирующий элемент световоды, оптический взрыватель с фокусирующими линзами, аксикон, прозрачную перегородку и подрывной заряд. Наличие во взрывном устройстве дополнительного аксикона дает возможность фокусировать лазерное излучение в виде кольца, а не в виде точки, что существенно снижает тепловую нагрузку на элементы устройства и за счет этого повышает эффективность его в работе.Known explosive device [2], which relates to the field of industrial use of explosion energy. Improving the efficiency of the device is achieved by changing the degree of focusing of laser radiation on a transparent partition. An explosive device includes a laser, an optical fiber switching element, an optical fuse with focusing lenses, an axicon, a transparent partition, and a subversive charge. The presence of an additional axicon in the explosive device makes it possible to focus laser radiation in the form of a ring, rather than in the form of a point, which significantly reduces the thermal load on the elements of the device and thereby increases its efficiency in operation.

Недостатками данного устройства является сложность юстировки системы и дороговизна изготовления его за счет наличия большого числа элементов и их компоновки из-за наличия в системе оптических элементов взрывного устройства стоимость возрастает на 5 тыс. рублей.The disadvantages of this device is the difficulty of aligning the system and the high cost of manufacturing it due to the presence of a large number of elements and their layout due to the presence of optical elements of an explosive device in the system, the cost increases by 5 thousand rubles.

В качестве прототипа предлагаемой полезной модели было выбрано устройство для передачи лазерных импульсов к оптическим детонаторам [3]. Взрывание групп оптических детонаторов в заданной последовательности при минимальной длине световодов. Устройство для передачи лазерных импульсов к оптическим детонаторам включает подрывные элементы с оптическими детонаторами. Они связаны через световоды с источником лазерного излучения, выполненным в виде импульсного твердотельного или полупроводникового лазера. Устройство снабжено котировочным газовым лазером, оптической трубой и коммутирующим устройством, состоящим из прямоугольной призмы с механизмом ее вращения с заданной частотой. Оно также включает блоки контроля и регулирования частоты вращения прямоугольной призмы и оптических линз. При этом котировочный газовый лазер оптически связан с прямоугольной призмой через активный элемент твердотельного лазера, а в фокусе оптических линз размещены входные торцы световодов от оптических детонаторов подрывных элементов. Данное выполнение устройства позволяет посылать импульсы от твердотельного лазера к определенным группам оптических детонаторов через заданные промежутки времени. За счет наличия воздушного промежутка между прямоугольной призмой и оптическими линзами существенно сокращается длина световодов.As a prototype of the proposed utility model, a device was selected for transmitting laser pulses to optical detonators [3]. Blasting groups of optical detonators in a given sequence with a minimum length of optical fibers. A device for transmitting laser pulses to optical detonators includes subversive elements with optical detonators. They are connected through optical fibers to a laser radiation source made in the form of a pulsed solid-state or semiconductor laser. The device is equipped with a quotation gas laser, an optical tube and a switching device consisting of a rectangular prism with a mechanism for its rotation with a given frequency. It also includes blocks for controlling and regulating the rotational speed of a rectangular prism and optical lenses. In this case, the quoted gas laser is optically connected to the rectangular prism through the active element of the solid-state laser, and the input ends of the optical fibers from the optical detonators of the subversive elements are placed at the focus of the optical lenses. This embodiment of the device allows you to send pulses from a solid-state laser to certain groups of optical detonators at specified intervals. Due to the presence of an air gap between the rectangular prism and optical lenses, the length of the optical fibers is significantly reduced.

Недостатком данного устройства является сложность юстировки системы и дороговизна изготовления его за счет наличия большого числа элементов и их компоновки. Стоимость взрывного устройства существенно возрастает из-за наличия в системе большого числа оптических элементовThe disadvantage of this device is the difficulty of aligning the system and the high cost of manufacturing it due to the presence of a large number of elements and their layout. The cost of an explosive device increases significantly due to the presence of a large number of optical elements in the system

Техническим результатом полезной модели является устройство для передачи лазерных импульсов к оптическим детонаторам, включающее подрывные элементы с оптическими детонаторами, соединенные с источником оптического излучения через световоды и коммутирующий элемент. Для снижения величины критического объема и плотности энергии лазерного излучения для инициирования взрывчатых веществ, снижения стоимости изготовления взрывного устройства, низкой трудоемкости использования источник лазерного излучения выполнен в виде импульсного твердотельного лазера. Коммутирующий элемент включает прямоугольную призму, механизм ее вращения с заданной частотой, блоки контроля и регулирования частоты вращения прямоугольной призмы и оптические линзы, в фокусе которых размещены входные торцы групп световодов от оптических детонаторов подрывных элементов.The technical result of the utility model is a device for transmitting laser pulses to optical detonators, including subversive elements with optical detonators, connected to the optical radiation source through optical fibers and a switching element. To reduce the critical volume and energy density of laser radiation for initiating explosives, reduce the cost of manufacturing an explosive device, and reduce the laboriousness of use, the laser radiation source is made in the form of a pulsed solid-state laser. The switching element includes a rectangular prism, the mechanism of its rotation with a given frequency, control units and regulation of the rotation speed of a rectangular prism and optical lenses, in the focus of which are located the input ends of the groups of optical fibers from optical detonators of subversive elements.

На рисунке 1 представлено устройство снижения величины критического объема и плотности энергии лазерного излечения инициирования взрывчатых веществ. Оно состоит из цилиндрической емкости 1 и размещенным в ней взрывчатым зарядом 2, с оптическим взрывателем 3, фокусирующего поток лазерного излучения, связанного с лазерным источником через световод с импульсом воздействия, отличающееся тем, что на продольной оси внешней поверхности взрывчатого заряда 2 имеется коническое углубление диметром D₀ и углом α a заглубление фокусного пятна оптического взрывателя составляет величину ΔH.Figure 1 shows a device for reducing the critical volume and energy density of a laser cure for the initiation of explosives. It consists of a cylindrical tank 1 and an explosive charge 2 placed in it, with an optical fuse 3, focusing the laser radiation flux connected to the laser source through a light guide with an impact pulse, characterized in that there is a conic recess with a dimeter on the longitudinal axis of the outer surface of the explosive charge 2 D ₀ and angle α a, the deepening of the focal spot of the optical fuse is ΔH.

Устройство снижения величины критического объема и плотности энергии лазерного излучения инициирования взрывчатых веществ работает следующим образом. Цилиндрическую емкость 1 с относительным диаметром H₀/D₀>1,0 и размещенным в ней взрывчатым зарядом 2, с оптическим взрывателем 3, фокусирующего поток лазерного излучения с углом α=45…60°, связанный с лазерным источником через световод с импульсом воздействия менее 0,01 сек, имеет вдоль продольной оси внешней поверхности взрывчатого заряда 2 коническое углубление диаметром D₀/d=2…3 и углом β/α=2…3. При заглублении фокусного пятна оптическою взрывателя на величину ΔН=(0,1…0,2)d·arctg(β/2) происходит увеличение площади поверхности инициирования в 2…3 раза. При этом увеличивается внутреннее давление и температура очага инициирования, что приводит к снижению величины критического объема и плотности инициирования взрывчатых веществ в 2…3 раза. Здесь обозначено: H₀ - высота емкости, D₀ - диаметр цилиндрической емкости, α - угол фокусирующего потока, d - диаметр углубления, β - угол конического углубления, ΔН - заглубление фокусного пятна оптического взрывателя.A device to reduce the critical volume and energy density of the laser radiation of the initiation of explosives works as follows. A cylindrical container 1 with a relative diameter H ₀ / D ₀ > 1.0 and an explosive charge 2 placed in it, with an optical fuse 3 focusing the laser radiation flux with an angle α = 45 ... 60 °, connected to the laser source through a fiber with an exposure pulse less than 0.01 seconds, has along the longitudinal axis of the outer surface of the explosive charge 2 a conical depression with a diameter of D ₀ / d = 2 ... 3 and an angle β / α = 2 ... 3. When the focal spot is deepened with an optical fuse by ΔН = (0.1 ... 0.2) d · arctg (β / 2), the initiation surface area increases by a factor of 2 ... 3. In this case, the internal pressure and the temperature of the source of initiation increase, which leads to a decrease in the critical volume and density of initiation of explosives by 2 ... 3 times. It is indicated here: H ₀ is the height of the container, D ₀ is the diameter of the cylindrical container, α is the angle of the focusing stream, d is the diameter of the recess, β is the angle of the conical recess, and ΔH is the deepening of the focal spot of the optical fuse.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫBIBLIOGRAPHY

1. В.Н.Ванин. Взрывное устройство высокой производительности [Текст] Ванин В.Н. Описание изобретения к патенту №2212624, МПК F42B 3/02, F42D 1/04 12.07.2001 - 7 с.1. V.N. Vanin. High-performance explosive device [Text] Vanin VN Description of the invention to patent No. 2212624, IPC F42B 3/02, F42D 1/04 07/12/2001 - 7 p.

2. А.Н.Бондаренко. Взрывное устройство [Текст] Бондаренко А.Н.; Заявка на изобретение №93015095, МПК F42B 3/113, 23.03.1993 - 6 с.2. A.N. Bondarenko. Explosive device [Text] Bondarenko A.N .; Application for invention No. 93015095, IPC F42B 3/113, 03.23.1993 - 6 s.

3. А.Н.Бондаренко. Устройство для передачи лазерных импульсов к оптическим детонаторам [Текст] Бондаренко А.Н., Шевкун Е.Б., Мирошников В.И., Леоненко Н.А. Заявка на изобретение №95108574, МПК F42B 3/02 25.05.1995 - 6 с.3. A.N. Bondarenko. Device for transmitting laser pulses to optical detonators [Text] Bondarenko AN, Shevkun EB, Miroshnikov VI, Leonenko NA Application for invention No. 95108574, IPC F42B 3/02 05/25/1995 - 6 s.

Прототип:Prototype:

А.Н.Бондаренко. Устройство для передачи лазерных импульсов к оптическим детонаторам [Текст] Бондаренко А.Н., Шевкун Е.Б., Мирошников В.И., Леоненко Н.А. Заявка на изобретение №95108574, МПК F42B 3/02 25.05.1995 - 6 с.A.N. Bondarenko. Device for transmitting laser pulses to optical detonators [Text] Bondarenko AN, Shevkun EB, Miroshnikov VI, Leonenko NA Application for invention No. 95108574, IPC F42B 3/02 05/25/1995 - 6 s.

Claims

A device for reducing the critical volume and energy density of laser radiation for initiating explosives, containing a cylindrical container with a relative diameter H ₀ / D ₀ > 1.0 and an explosive charge placed in it, with an optical fuse focusing the laser radiation flux with an angle α = 45 ... 60 ° associated with a laser source through a fiber with an exposure pulse of less than 0.01 s, characterized in that on the longitudinal axis of the outer surface of the explosive charge there is a conic deeper with a diameter of D ₀ / d = 2 ... 3 and an angle β / α = 2 ... 3, and the depth of the focal spot of the optical fuse is ΔH = (0.1 ... 0.2) d · arctg (β / 2), where H ₀ is the height of the tank, D ₀ is the diameter of the cylindrical tank, α is the angle of the focusing stream, d is the diameter recesses, β is the angle of the conical deepening of the explosive charge, ΔH is the deepening of the focal spot of the optical fuse.