RU2072501C1

RU2072501C1 - Explosive tubular booster

Info

Publication number: RU2072501C1
Application number: RU94006245A
Authority: RU
Inventors: А.Ю. Долгобородов
Original assignee: Долгобородов Александр Юрьевич; Институт химической физики им.Н.Н.Семенова РАН
Priority date: 1994-02-16
Filing date: 1994-02-16
Publication date: 1997-01-27

Abstract

FIELD: high-speed propulsion of solid bodies. SUBSTANCE: a composite charge, containing a light explosive with a hydrogen content of not below 5% by weight and a charge of heavy explosive with a density of 3.13 g/cu.cm, is placed in a hollow cylindrical charge of high-power explosive. A primer detonator with a lens is placed on the end. The propelled metal disk picks up speed in a short steel barrel. The ratio of velocities of detonation of the high-power explosive and composite charge is 1:0.7 to 0.8. The diameters of the composite charge, high-power explosive and the booster length equal 1.5 to 3.0d, 5 to 7d and 7 to 9d, respectively, where d - diameter of the propelled disk. The whole booster can be placed in a metal shell. The propelled disk can be positioned inside the light explosive at a depth at which destruction of the Mach disk in the charge central part is not started. EFFECT: enhanced efficiency. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для метания кумулятивным взрывом, предназначено для высокоскоростного метания твердых тел и может быть использовано для лабораторных исследований и испытаний материалов в области высоких динамических давлений, при разработке конструкций противометеоритной защиты и защиты от высокоскоростных осколков. The invention relates to devices for throwing cumulative explosion, is intended for high-speed throwing solids and can be used for laboratory research and testing of materials in the field of high dynamic pressures, in the development of anti-meteorite protection structures and protection against high-speed fragments.

В Институте гидродинамики СО РАН было разработано устройство для метания кумулятивным взрывом [1] позволяющее разгонять твердые тела размером 0,1-10 мм до скоростей 8-14 км/с. Газокумулятивный заряд представлял из себя полый цилиндр взрывчатого вещества (ВВ), инициируемый с одного из концов вспомогательной шашкой, метаемое тело помещалось на оси канала на некотором удалении от выходного отверстия. С помощью таких зарядов удавалось успешно метать тела из металлов, керамики и стекла. Отношение веса заряда к весу тела составляло 10⁴-10⁶.A device for throwing by a cumulative explosion [1] was developed at the Institute of Hydrodynamics of the SB RAS allowing acceleration of solids with a size of 0.1-10 mm to speeds of 8-14 km / s. The gas-cumulative charge was a hollow cylinder of explosive (BB), initiated from one of the ends with an auxiliary checker, a throwing body was placed on the axis of the channel at some distance from the outlet. With the help of such charges, it was possible to successfully throw bodies of metals, ceramics and glass. The ratio of charge weight to body weight was 10 ⁴ -10 ⁶ .

К недостаткам таких устройств следует отнести сильное воздействие газокумулятивной струи на метаемое тело, что приводит к его значительной деформации и возможному разрушению в процессе разгона, а также большой расход ВВ. The disadvantages of such devices include the strong impact of the gas-cumulative jet on the propelled body, which leads to its significant deformation and possible destruction during acceleration, as well as a high consumption of explosives.

Известны взрывные трубчатые ускорители (ВТУ). Простейший ВТУ (2) состоит из системы инициирования, удлиненного полого цилиндра из мощного ВВ, полость которого заполнена газом, метаемого тела и ствола для его разгона. После инициирования, по мере распространения по заряду ВВ детонационной волны в сердцевине в результате кумуляции в сходящейся конической ударной волне формируется, так называемый, "маховский" диск. Происходит сжатие и сильный нагрев рабочего тела, находящегося в сердцевине газа. Расширяющийся газ сообщает импульс метаемому телу, находящемуся в непосредственном контакте с зарядом, либо на некотором удалении в стволе. Подобные устройства позволяют ускорять металлические диски до скоростей 8-9 км/с при соотношении веса заряда и веса метаемого тела 10³-10⁴.Explosive tube accelerators (VTU) are known. The simplest VTU (2) consists of an initiation system, an elongated hollow cylinder of a powerful explosive, the cavity of which is filled with gas, a throwing body and a barrel for its acceleration. After initiation, as the detonation wave propagates over the explosive charge in the core as a result of cumulation, a so-called Mach disk is formed in a converging conical shock wave. There is compression and strong heating of the working fluid located in the core of the gas. An expanding gas impulses a propelled body in direct contact with the charge, or at some distance in the barrel. Such devices make it possible to accelerate metal disks to speeds of 8-9 km / s with a ratio of the charge weight and the weight of the propelled body 10 ³ -10 ⁴ .

К недостаткам известного устройства [2] следует отнести достаточно большой расход ВВ. Кроме того, конструкция заряда приводит к оттоку части газообразных продуктов в обратном направлении. The disadvantages of the known device [2] should include a fairly large consumption of explosives. In addition, the design of the charge leads to the outflow of part of the gaseous products in the opposite direction.

Задачей изобретения является создание нового типа взрывного трубчатого ускорителя, который позволил бы повысить скорость метания и снизить вес заряда ВВ по отношению к весу метаемого тела. The objective of the invention is to create a new type of explosive tubular accelerator, which would increase the speed of throwing and reduce the weight of the explosive charge in relation to the weight of the missile body.

Решение поставленной задачи достигается предлагаемым взрывным трубчатым ускорителем, включающим полый цилиндр из мощного ВВ, сердцевину из другого материала, систему инициирования детонации, метаемое тело и ствол для его разгона, в котором сердцевина полого цилиндра заполнена составным зарядом, состоящим из легкого взрывчатого вещества с содержанием водорода не ниже, чем в нитрометане (5% по весу) и тяжелого ВВ плотностью 3,13 г/см³, расположенного непосредственно после инициирующей системы перед зарядом легкого ВВ, при этом соотношение скоростей нормальной детонации мощного ВВ и сердцевины равно 1: 0,7-0,8, диаметр сечения цилиндрической сердцевины равен 1,5-3 d, диаметр сечения всего трубчатого ускорителя 5-7 d и длина ускоpителя 7-9 d, где d диаметр метаемого тела.The solution to this problem is achieved by the proposed explosive tubular accelerator, comprising a hollow cylinder of a powerful explosive, a core of another material, a detonation initiation system, a missile body and a barrel for its acceleration, in which the core of the hollow cylinder is filled with a composite charge consisting of a light explosive containing hydrogen not lower than in nitromethane (5% by weight) and heavy explosive density of 3.13 g / cm ³ located immediately after the initiating system before charging light BB, the ratio of normal detonation bones of a powerful explosive and core is 1: 0.7-0.8, the cross-sectional diameter of the cylindrical core is 1.5-3 d, the cross-sectional diameter of the entire tubular accelerator is 5-7 d and the accelerator length is 7-9 d, where d is the diameter throwable body.

Для дополнительного увеличения скорости весь заряд может помещаться в металлическую оболочку. For an additional increase in speed, the entire charge can be placed in a metal shell.

Также для дополнительного увеличения скорости метаемое тело может быть расположено внутри легкого ВВ на глубине, при которой еще не начинается разрушение "маховского" диска в центральной части сердцевины. Also, for an additional increase in speed, the missile body can be located inside the lung of the explosive at a depth at which the destruction of the Mach disk in the central part of the core does not yet begin.

В известном ВТУ [2] импульс метаемому телу сообщает сжатый газ, заполняющий сердцевину ВТУ, т.е. часть энергии ВВ расходуется на сжатие и разогрев газа. В предлагаемом нами ВТУ разгон метаемого тела осуществляется принципиально другим путем благодаря заполнению сердцевины ВТУ зарядом ВВ с высоким относительным содержанием водорода, что позволило повысить скорость метания при сжатии расхода ВВ (уменьшении отношения веса заряда ВВ к весу метаемого тела). In the well-known VTU [2], a compressed gas filling the core of the VTU, ie part of the explosive energy is spent on gas compression and heating. In the VTU that we offer, acceleration of the missile is carried out in a completely different way by filling the VTU core with an explosive charge with a high relative hydrogen content, which made it possible to increase the throwing speed when compressing the explosive charge (reducing the ratio of the explosive charge weight to the mass of the missile).

При разработке нового типа ВТУ нами были проведены экспериментальные исследования по определению оптимальных условий формирования маховской детонационной волны во взрывчатых составах, помещенных внутрь полых цилиндров из более мощных ВВ, которые показали возможность создания режимов стационарной пересжатой детонации с параметрами, намного превышающими параметры нормальной детонации заряда сердцевины. При этом оптимальное соотношение скоростей нормальной детонации мощного ВВ и заряда сердцевины составляет 1: 0,7-0,8. When developing a new type of VTU, we conducted experimental studies to determine the optimal conditions for the formation of the Mach detonation wave in explosive compositions placed inside hollow cylinders from more powerful explosives, which showed the possibility of creating stationary over-compressed detonation regimes with parameters far exceeding the parameters of normal detonation of the core charge. In this case, the optimal ratio of the normal detonation velocities of a powerful explosive and the core charge is 1: 0.7-0.8.

При выборе легкого ВВ для заполнения сердцевины предпочтение следует отдавать составам с наибольшим содержанием в продуктах детонации компонентов с наименьшим молекулярным весом (водород и вода), поскольку снижение молекулярного веса приводит к увеличению скорости метаемого тела. When choosing a light explosive to fill the core, preference should be given to compositions with the highest content in the detonation products of the components with the lowest molecular weight (hydrogen and water), since a decrease in molecular weight leads to an increase in the speed of the missile body.

Для предотвращения оттока части продуктов детонации легкого ВВ в обратном направлении и дополнительного увеличения степени их сжатия сердцевина ВТУ содержит дополнительный заряд из тяжелого ВВ. Заряд тяжелого ВВ должен иметь высокую плотность и располагается непосредственно перед легким ВВ. To prevent the outflow of part of the products of detonation of light explosives in the opposite direction and to further increase the degree of compression, the core of the VTU contains an additional charge from the heavy explosives. The charge of a heavy explosive should have a high density and is located immediately in front of a light explosive.

Схема предлагаемого ВТУ показана на чертеже ВТУ состоит из полого цилиндрического заряда мощного ВВ (МВВ) сердцевиной из составного заряда, состоящего из заряда легкого ВВ (ЛВВ) и заряда тяжелого ВВ (ТВВ). Весь заряд в целом инициируется капсюлем-детонатором (Д) через дополнительную линзу ВВ (Л). The scheme of the proposed VTU is shown in the drawing. VTU consists of a hollow cylindrical charge of a powerful explosive (MVV) core made up of a composite charge consisting of a light explosive charge (LVV) and a heavy explosive charge (TVV). The entire charge as a whole is initiated by the detonator capsule (D) through an additional explosive lens (L).

Метаемое тело металлический диск (М) диаметром d разгоняется в коротком стальном стволе (С), конструкция которого обеспечивает погружение диска внутрь ЛВВ на глубину, при которой маховский диск в ЛВВ еще не разрушается из-за волн разгрузки со свободной поверхности заряда МВВ. A metal disc (M) with a diameter d being thrown is accelerated in a short steel barrel (C), the design of which ensures that the disc is immersed inside the LVW to a depth at which the Mach disk in the LVV is not yet destroyed due to unloading waves from the free surface of the MVV charge.

Для уменьшения повреждающих воздействий метаемое тело может помещаться в поддон из пластмассы (П). Для дополнительного увеличения скорости метания весь заряд может помещаться в металлическую оболочку (О). To reduce the damaging effects, the propelled body can be placed in a plastic tray (P). To further increase the speed of throwing, the entire charge can be placed in a metal shell (O).

Предлагаемое устройство работает следующим образом. The proposed device operates as follows.

После подрыва детонатора с помощью линзы ВВ в ВТУ создается плоская детонационная волна. По мере распределения по заряду детонационный фронт в мощном ВВ обгоняет детонацию в сердцевине и обеспечивает создание в ней стационарной конфигурации конически сходящейся детонационной волны с "маховским" диском в центре, распространяющейся со скоростью равной, скорости детонации оболочки. Продукты детонации легкого ВВ, представляющие из себя легкий газ, сжатый до высокой плотности в сходящейся волне и дополнительно поджатый продуктами взрыва тяжелого ВВ, расширяясь, разгоняют метаемое тело, находящееся в стволе. After detonator detonation using a BB lens, a plane detonation wave is created in the VTU. As the charge is distributed over the charge, the detonation front in a powerful explosive overtakes detonation in the core and ensures that it creates a stationary configuration of a conically converging detonation wave with a Mach disk in the center, propagating at a speed equal to the shell detonation velocity. Detonation products of a light explosive, which is a light gas compressed to a high density in a converging wave and additionally squeezed by the explosion products of a heavy explosive, expanding to disperse a missile body located in the barrel.

При использовании в качестве мощного ВВ состава октоген/тротил 64/36 плотности 1,76 г/см³, тяжелого ВВ состава октоген/вольфрам 50/50 плотности 3,13 г/см³, легкого ВВ чистого нитрометана, ВТУ, заключенный в стальную оболочку с толщиной стенок 3 мм обеспечивает ускорение стального диска диаметром 8 мм массой 0,8 г до скоростей свыше 8 км/c. При этом соотношение общего веса ВВ к весу метаемого тела составляло 500, что превышает возможности других типов взрывных ускорителей.When using octogen / trotyl 64/36 with a density of 1.76 g / cm ³ as a heavy explosive composition, octogen / tungsten 50/50 heavy explosives with a density of 3.13 g / cm ³ , light explosive pure nitromethane, VTU enclosed in steel a shell with a wall thickness of 3 mm provides acceleration of a steel disk with a diameter of 8 mm and a mass of 0.8 g to speeds above 8 km / s. The ratio of the total weight of the explosive to the weight of the propelled body was 500, which exceeds the capabilities of other types of explosive accelerators.

Скорость метания может быть увеличена при использовании более мощного ВВ для трубчатого заряда и легкого ВВ с более высоким содержанием водорода, чем в нитрометане. Throwing speed can be increased by using a more powerful explosive for a tube charge and a light explosive with a higher hydrogen content than in nitromethane.

Claims

1. An explosive tubular accelerator comprising a hollow cylinder made of a powerful explosive, a core made of another material, a detonation initiation system, a missile body and a barrel for its acceleration, characterized in that the core is filled with a composite charge consisting of a light explosive with a hydrogen content of not lower than than in nitromethane (5 wt.%) and a heavy explosive with a density of 3.13 g / cm ³ located after the initiating system before the charge of a light explosive, while the normal velocity ratio detonation of a powerful explosive and a core is 1: 0.7 0.8, the cross-sectional diameter of the cylindrical core is 1.5 3.0 d, the cross-sectional diameter of the entire tubular accelerator is 5 7 d and the length of the accelerator is 7 9 d, where d is the diameter of the missile body.

2. The accelerator according to claim 1, characterized in that the hollow cylinder of a powerful explosive, and with it the entire accelerator, is placed in a metal shell.

3. The accelerator according to claim 1 or 2, characterized in that the missile is located inside a light explosive at a depth at which the destruction of the Mach disk in the central part of the core does not begin.