RU2164656C2

RU2164656C2 - Method and device for piercing of obstacle by shaped charge

Info

Publication number: RU2164656C2
Authority: RU
Inventors: А.С. Обухов; В.В. Кореньков; В.Г. Смеликов; В.И. Колпаков; С.А. Ковалев; И.В. Рыжков; С.Л. Плетнев
Priority date: 1989-07-04
Filing date: 1989-07-04
Publication date: 2001-03-27

Abstract

FIELD: designing and manufacture of warheads of ammunition with cumulative recesses, as well as perforation of oil, gas wells. SUBSTANCE: the method consists in blasting of an explosive charge and heating of the cumulative recess facing, the heating of the cumulative recess facing is accomplished before blasting of the explosive charge to t≅t_melt-t_ojet, where timelt-melting point of the facing material, tojet-jet temperature (without preheating). The device is a shaped charge containing an explosive charge with a cumulative recess, cumulative recess facing, initiating device and a power generator in the form of a heat energy generator in the form of a generator of hot gases with a gas vent to the inner surface of the cumulative facing and an exhaust manifold to the exhaust gas atmosphere located outside the zone of formation of the cumulative jet for action on the cumulative facing. EFFECT: enhanced depth of obstacle piercing. 3 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к военной технике, в частности к конструкциям и производству боевых частей боеприпасов с кумулятивными зарядами и зарядами, формирующими ударное ядро. The invention relates to military equipment, in particular to the designs and production of warheads of ammunition with cumulative charges and charges forming the shock core.

Изобретение может быть использовано также при перфорации нефтяных, газовых, нагнетательных и водозаборных скважин. The invention can also be used for perforation of oil, gas, injection and water wells.

Бронебойное действие кумулятивных зарядов зависит от конфигурации облицовок кумулятивной выемки, точности линейно-угловых параметров элементов заряда и особенно от пластических свойств материала облицовки кумулятивной выемки. The armor-piercing effect of the cumulative charges depends on the configuration of the lining of the cumulative recess, the accuracy of the linear-angular parameters of the charge elements, and especially on the plastic properties of the lining material of the cumulative recess.

Известен способ пробития преграды кумулятивным зарядом с облицовкой, заключающийся в размещении заряда вблизи преграды, подрыва заряда и формирования из облицовки кумулятивной струи в направлении к преграде. Этот способ пробития преград широко представлен в технической литературе (Ф.А.Баум, Л.П. Орленко и др. "Физика взрыва", М., 1975, 367-368; 379-386 - прототип; Л.Я. Фридляндер "Прострелочно-взрывная аппаратура и ее применение в скважинах", М. : Недра, 1985), а также в технической документации предприятия п/я А-3862 на средства ближнего боя, противотанковые авиабомбы и снаряды. A known method of breaking through an obstacle with a cumulative charge with a lining, which consists in placing the charge near the obstacle, undermining the charge and forming a cumulative jet from the lining in the direction of the obstacle. This method of breaking through barriers is widely represented in the technical literature (F.A. Baum, L.P. Orlenko et al. "Explosion Physics", M., 1975, 367-368; 379-386 - prototype; L.Ya. Fridlyander " Shot-blasting apparatus and its use in wells ", M.: Nedra, 1985), as well as in the technical documentation of the enterprise of the post-box A-3862 using melee weapons, anti-tank bombs and shells.

Недостатком этого способа является то, что материалы, используемые в этих изделиях в качестве облицовки кумулятивной выемки (медь, алюминиевые сплавы, малоуглеродистая сталь и др.), обладают существенной чувствительностью к факторам технологического процесса изготовления,а также то,что при формирование кумулятивной струи реализуются не все возможности управления физико-механическими характеристиками материала, например пластическими свойствами. В частности, пластичность материала облицовки существенно зависит от температуры нагрева, который является результатом экстремально высоких скоростей деформирования, релизуемых при ударно-волновом нагружении. Тепловой эффект ударного сжатия образцов из различных металлов приводит к нагреву до разных температур. Например, катастрофическое для свинца давление 20 ГПа, приводящее его к расплавлению, вызывает нагрев меди или вольфрама значительно ниже температуры рекристаллизации. Эта остаточная температура металла (t_ост) может быть определена экспериментально сразу после разгрузки при атмосферном давлении (см. , например, Г.Н. Эпштейн "Строение металлов, деформированных взрывом", М., "Металлургия", 1980).The disadvantage of this method is that the materials used in these products as cladding cumulative excavation (copper, aluminum alloys, mild steel, etc.), have significant sensitivity to the factors of the manufacturing process, as well as the fact that during the formation of the cumulative jet are realized not all possibilities of controlling the physicomechanical characteristics of a material, for example, plastic properties. In particular, the ductility of the cladding material substantially depends on the heating temperature, which is the result of extremely high deformation rates released under shock wave loading. The thermal effect of shock compression of samples of various metals leads to heating to different temperatures. For example, a pressure of 20 GPa catastrophic for lead, leading to its melting, causes the heating of copper or tungsten much lower than the recrystallization temperature. This residual metal temperature (t _ost ) can be determined experimentally immediately after unloading at atmospheric pressure (see, for example, GN Epshtein “The structure of metals deformed by explosion”, M., Metallurgy, 1980).

Известно также, что у всех материалов, применяемых для облицовок, пластические свойства при нагреве (не в результате ударно-волнового нагружения) увеличиваются. Это увеличение происходит неравномерно, существуют температурные интервалы, в которых пластичность материала с увеличением температуры не повышается, а даже снижается (А.А.Пресняков "Сверхпластичность металлов и сплавов". "Наука", Алма-Ата, 1969). Это связано со структурными и химическими преобразованиями и перестройкой кристаллической решетки. Например, для меди MI в интервале температур 300...400^oC наблюдается провал пластичности (Б. А. Колачев, В. А. Ливанов и др. "Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов". М., "Металлургия", 1972, стр. 225).It is also known that for all materials used for cladding, the plastic properties during heating (not as a result of shock wave loading) increase. This increase is uneven, there are temperature ranges in which the plasticity of the material does not increase, but even decreases with increasing temperature (A.A. Presnyakov, “Superplasticity of Metals and Alloys.” “Science”, Alma-Ata, 1969). This is due to structural and chemical transformations and rearrangement of the crystal lattice. For example, for copper MI in the temperature range 300 ... 400 ^o C there is a failure of plasticity (B. A. Kolachev, V. A. Livanov and others. "Metal science and heat treatment of non-ferrous metals and alloys." M., "Metallurgy" 1972, p. 225).

Таким образом, при подрыве заряда ВВ и схлопывании облицовки при достижении материалов облицовки температуры, соответствующей провалу пластичности, ухудшаются условия формирования кумулятивной струи. При растяжении она частично разрушается, что приводит к снижению глубины пробития преграды. Thus, when the explosive charge is undermined and the lining collapses when the lining materials reach a temperature corresponding to the ductility failure, the conditions for the formation of a cumulative jet are worsened. When stretched, it partially collapses, which leads to a decrease in the penetration depth of the barrier.

Целью предполагаемого изобретения является увеличение глубины пробития преграды путем улучшения условий образования кумулятивной струи. При этом облицовку к моменту подрыва нагревают до температуры t ≅ t_пл - t_ост, где
t_пл - температура плавления материала облицовки в 0^oC или К,
t_ост -остаточная температура материала непосредственно после ударно-волнового нагружения (температура теплового эффекта адиабатического сжатия, т.е. температура струи).The aim of the proposed invention is to increase the penetration depth of the barrier by improving the conditions for the formation of a cumulative jet. In this case, by the time of undermining, the lining is heated to a temperature t ≅ t _pl - t _ost , where
t _PL - the melting temperature of the cladding material at 0 ^o C or K,
t _{ost is the} residual temperature of the material immediately after shock-wave loading (temperature of the thermal effect of adiabatic compression, i.e., the temperature of the jet).

Например, для меди различных марок в исследованном диапазоне типоразмеров кумулятивных зарядов t_ост составляет 400...600^oC (В.И.Васюков, Ю.М.Дильдин, С.В.Ладов, А.И.Колмаков "Оценка разогрева металла кольцевого элемента в результате пластической деформации" Труды МВТУ. - 1981. - N 358. - с. 54-63; Racah E. Shaped charge jet heating// Propellants explos. pyrotech. - Vol. 13. N, 6 - 1988 p. 178), что существенно ниже t_пл = 1083^oC.For example, for copper of various grades in the studied range of standard sizes of cumulative charges, t _ost is 400 ... 600 ^o C (V.I. Vasyukov, Yu.M. Dildin, S.V. Ladov, A.I. Kolmakov "Evaluation of metal heating ring element as a result of plastic deformation "Transactions of MVTU. - 1981. - N 358. - pp. 54-63; Racah E. Shaped charge jet heating // Propellants explos. pyrotech. - Vol. 13. N, 6 - 1988 p. 178), which is significantly lower than t _PL = 1083 ^o C.

Предварительный нагрев облицовки позволяет пройти интервал температур, соответствующий провалу пластичности до момента образования кумулятивной струи. Pre-heating of the cladding allows you to go through the temperature range corresponding to the ductility failure until the formation of a cumulative jet.

Струеобразование происходит в условиях повышенных пластических и других свойств материала, что предотвращает разрушение струи при ее растяжении. Jet formation occurs in conditions of increased plastic and other properties of the material, which prevents the destruction of the jet when it is stretched.

Таким образом, температура материала в струе в этом случае складывается из температуры предварительного нагрева и приобретаемой температуры в условиях ударно-волнового нагружения. Если суммарная температура превысит температуру плавления материала облицовки, то кумулятивная струя, не обладая достаточной прочностью, распадается на отдельные элементы, и глубина пробития преграды резко снизится. Thus, the temperature of the material in the jet in this case is the sum of the preheating temperature and the acquired temperature under conditions of shock-wave loading. If the total temperature exceeds the melting temperature of the cladding material, then the cumulative stream, not possessing sufficient strength, breaks up into individual elements, and the penetration depth of the barrier decreases sharply.

Для меди МI с учетом температуры струеобразования ~ 500^oC температура предварительного нагрева должна быть не ниже ~ 500^oC, но не превышать ~ 580^oC.For copper MI, taking into account the temperature of formation of ~ 500 ^o C, the preheating temperature should not be lower than ~ 500 ^o C, but not exceed ~ 580 ^o C.

Для осуществления способа были изготовлены кумулятивные боевые части противотанковых гранат с облицовками из меди МI, запрессованными в корпус с обеспечением теплоизоляции между облицовкой и зарядом во избежание деструкции или инициирования ВВ. To implement the method, cumulative warheads of anti-tank grenades with MI MI claddings pressed into the housing were made to provide thermal insulation between the cladding and the charge in order to avoid destruction or initiation of explosives.

Для подтверждения эффективности действия кумулятивной боевой части и надежности такой теплоизоляции предложен кумулятивный заряд, содержащий взрывчатое вещество с кумулятивной выемкой, облицовку кумулятивной выемки и инициирующее устройство, отличающихся тем, что с целью повышения эффективности действия за счет увеличения глубины пробития преграды он снабжен генератором тепловой энергии, размещенным вне зоны формирования кумулятивной струи с обеспечением передачи тепловой энергии облицовке кумулятивной выемки. To confirm the effectiveness of the cumulative warhead and the reliability of such thermal insulation, a cumulative charge is proposed containing an explosive with a cumulative recess, a cumulative recess lining and an initiating device, characterized in that in order to increase the effectiveness of the action by increasing the penetration depth of the barrier, it is equipped with a thermal energy generator, located outside the zone of formation of the cumulative jet with the transfer of thermal energy to the lining of the cumulative recess.

Кольцевой нагреватель контактировал с кумулятивной облицовкой, которая была снабжена термопарами для измерения температуры. The ring heater was in contact with the cumulative lining, which was equipped with thermocouples for measuring temperature.

При помощи такой сборки была отработана схема подведения тепловой энергии, обеспечивающая относительно равномерный прогрев облицовки по длине образующей и толщине ее до температуры 200 ... 250^oC.With the help of such an assembly, a thermal energy supply scheme was worked out, providing a relatively uniform heating of the cladding along the generatrix and its thickness to a temperature of 200 ... 250 ^o C.

Результаты испытаний на бронепробиваемость кумулятивных боевых частей (КБЧ) с нагревом облицовки и без подогрева сведены в таблицу. The test results for armor penetration of cumulative warheads (CBC) with heating the cladding and without heating are summarized in table.

Предлагаемый способ и устройство позволяют повысить бронепробиваемость не менее чем на 18%. The proposed method and device can increase armor penetration by not less than 18%.

Claims

1. A method of breaking through an obstacle with a cumulative charge, including undermining an explosive charge and heating a lining of a cumulative recess, characterized in that, in order to increase the depth of penetration of a barrier by improving the conditions for the formation of a cumulative stream, the lining of the cumulative recess is heated before blasting the explosive t ≅ t _pl - t _ost , where t _pl - the melting temperature of the cladding material, t _ost - the temperature of the jet (without preliminary heating).

2. A cumulative charge containing an explosive charge with a cumulative recess, a cumulative recess lining, an initiating device and an energy generator located outside the formation zone of the cumulative jet, for influencing the cumulative cladding, characterized in that, in order to increase the penetration depth of the barrier by improving conditions formation of a cumulative jet, in it the generator is made in the form of a generator of thermal energy.

3. The cumulative charge according to claim 2, characterized in that the thermal energy generator is made in the form of a hot gas generator with a gas outlet to the inner surface of the cumulative lining and a discharge manifold into the external environment of the exhaust gases.