RU219887U1 - Боеприпас с объемно-детонирующей смесью - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области разработки оружия и может быть использована в конструкциях боеголовок ракет, бомб и снарядов, которые снаряжаются жидкой объемно-детонирующей смесью. Технической проблемой полезной модели является создание боеприпаса с объемно-детонирующей смесью, обладающего высокой эффективностью действия на цели. Техническим результатом полезной модели является обеспечение увеличения радиуса и круговой площади поражения на цели. Технический результат решается тем, что боеприпас с объемно-детонирующей смесью, содержащий корпус, в котором размещен горючий состав, диспергирующий и инициирующий заряды, а также диспергирующе-инициирующее устройство, включающее замедлитель, взрыватель, установленный в передней части корпуса, и трансляторы детонации, связывающие замедлитель со взрывателем, внутри корпуса между диспергирующим и инициирующим зарядами установлен узел защиты инициирующего заряда, выполненный в виде цилиндроконического тела вращения, обращенного вершиной конуса в сторону диспергирующего заряда с диаметром цилиндрической части, равной внутреннему диаметру корпуса боеприпаса, диспергирующий заряд размещен в цилиндрическом пенале, в донной части которого расположена промежуточная шашка, причем инициирующий заряд и замедлитель размещены в задней части корпуса, а трансляторы детонации выполнены экранированными и проходят через соосные каналы, выполненные в узле защиты, в диспергирующем и инициирующем зарядах, согласно полезной модели, дополнительно содержит замкнутую оболочку, расположенную в пространстве, образованном передней торцевой стенкой корпуса, узлом защиты инициирующего заряда и стенкой цилиндрического пенала, расположенного соосно с оболочкой, которая выполнена из материала, интенсивно выделяющего при нагреве кислород, внутри оболочки размещен жидкий горючий состав из ацетилендинитрила. Оболочка может быть выполнена из перхлората, или перманганата, или нитрата щелочных металлов. 1 ил.

Description

Полезная модель относится к области разработки оружия и может быть использована в конструкциях боеголовок ракет, бомб и снарядов, которые снаряжаются жидкой или пастообразной объемно-детонирующей смесью.

Самыми эффективными и перспективными боеприпасами на современном уровне являются объемно-детонирующие, которые по своим возможностям и эффективности превосходят зажигательные и термобарические снаряды. Боеприпасы объемного взрыва с одновременным диспергированием и инициированием топливно-воздушной смеси (ТВС) достаточно просты в реализации, но дают невысокие параметры взрывной ударной волны в силу того, что взрывное сгорание топливно-воздушной смеси происходит с низкими скоростями при очень богатой концентрации горючего.

Известно, что взрыв ТВС может протекать в двух режимах: 1) в режиме дефлаграции в виде расширяющегося огненного шара с видимой скоростью пламени ~10¹ м/с; 2) в режиме детонации со скоростью ~10³ м/с, сопровождающейся формированием и распространением ударной волны (Физика взрыва / Под ред. Л.П. Орленко. Изд. 3-е, испр. В 2 т. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004; Взрывные явления. Оценка и последствия: В 2-х кн. Кн. 1. Пер. с англ./Бейкер У., Кокс П., Уэстайн П и др.; Под ред. Я.Б. Зельдовича, Б. Е. Гельфанда. М.: Мир, 1986). Соответственно основным поражающим фактором огненного шара является воздействие мощных тепловых потоков величиной более 2,1·10⁴ Вт/м², основным поражающим фактором ударной волны - механическое воздействие избыточного давления величиной более 0,03-0,04 МПа. Для всех режимов сгорания характерно обеднение атмосферы кислородом в зоне энерговыделения и образование монооксида углерода.

Известна ракета по патенту RU № 2191983, МПК F42B 15/00, опуб. 27.10. 2002 г. содержащая головной отсек, маршевый двигатель, боевой заряд в корпусе с взрывателем, расположенный за маршевым двигателем, блок задержки срабатывания взрывателя боевого заряда после удара на цели и связи крепления корпуса с соседними узлами ракеты. Боевой заряд образован однотактной объемно-детонирующей смесью, размещен в тонкостенном корпусе, преимущественно цилиндро-конической формы, и установлен со смещением в сторону маршевого двигателя при сохранении зазора относительно его заднего торца, а связи крепления корпуса с соседними узлами ракеты выполнены с возможностью их разрушения при ударе ракеты на цели.

Основным недостатком указанной конструкции является то, что большая часть топливно-воздушной смеси инициируется до достижения концентрации горючего в облаке, обеспечивающей полноту детонационного процесса, то есть, часть горючего фактически является балластом.

Известен реактивный снаряд по патенту RU 2156953, МПК F42B 12/20, 14/00, опуб. 27.09.2000 г., содержащий реактивный двигатель, удлиненную головную часть, включающую корпус, заряд детонационно-способной смеси и передний детонатор. На корпусе головной части над зарядом на расстоянии не менее половины диаметра заряда от его торцов, выполнено центрирующее утолщение, за которым в заряде размещен отражатель ударных волн в виде поперечной перегородки из твердого материала, в котором образованы равномерно расположенные по периферии проходы, детонатор смонтирован перед отражателем, а реактивный двигатель выполнен с центрирующим утолщением. При этом детонационный импульс беспрепятственно проникает в жидкотекучую взвесь алюминиевого порошка в горючей жидкости, для ее инициирования и диспергирования в атмосферу, где воспламенение образованного топливно-воздушного аэрозоля создает мощный термобарический поражающий эффект.

Недостатком известного реактивного снаряда является большая потеря энергии метательного заряда и детонационно-способного наполнения на нерациональное естественное дробление толстостенного корпуса, что снижает основные показатели назначения боеприпаса.

Наиболее близким к заявляемому является боеприпас с объемно-детонирующей смесью по патенту RU № 2344365, МПК F42B 12/52, опуб. 20.01.2009 г., принятый за прототип, содержащий корпус, в котором размещен пастообразный горючий состав, диспергирующий и инициирующий заряды, а также диспергирующе-инициирующее устройство, включающее замедлитель, транслятор детонации и установленный в передней части корпуса взрыватель, причем внутри его корпуса между диспергирующим и инициирующим зарядами установлен узел защиты инициирующего заряда, выполненный в виде цилиндроконического тела вращения, обращенного вершиной конуса в сторону диспергирующего заряда с диаметром цилиндрической части, равным внутреннему диаметру корпуса боеприпаса, пастообразный горючий состав размещен между передней торцевой стенкой корпуса и узлом защиты инициирующего заряда, диспергирующий заряд размещен в цилиндрическом пенале, установленном соосно внутри горючего состава, в донной части пенала расположена промежуточная шашка, при этом взрыватель установлен в передней части корпуса, а инициирующий заряд и пиротехнический замедлитель в задней части корпуса, пиротехнический замедлитель связан с взрывателем посредством экранированных трансляторов детонации, проходящих через соосные каналы, выполненные в узле защиты, в диспергирующем и инициирующем зарядах и в качестве инициирующего заряда использован однотактный заряд, а замедлитель представляет собой электронное устройство.

К недостаткам указанной конструкции можно отнести недостаточно высокую эффективность, обусловленную, в том числе, невысокой площадью поражения, зависящей от размеров облака ТВС, обусловленного небольшим и неравномерным разлетом частиц при подрыве диспергирующего заряда пастообразного горючего состава, а также из-за возникающей температуры в момент подрыва объемно - детонирующей смеси на цели.

Технической проблемой полезной модели является создание боеприпаса с объемно-детонирующей смесью, обладающего высокой эффективностью действия на цели.

Техническим результатом полезной модели является обеспечение увеличения радиуса и круговой площади поражения на цели.

Указанный технический результат решается тем, что боеприпас с объемно-детонирующей смесью, содержащий корпус, в котором размещен горючий состав, диспергирующий и инициирующий заряды, а также диспергирующе-инициирующее устройство, включающее замедлитель, взрыватель, установленный в передней части корпуса, и трансляторы детонации, связывающие замедлитель со взрывателем, внутри корпуса между диспергирующим и инициирующим зарядами установлен узел защиты инициирующего заряда, выполненный в виде цилиндроконического тела вращения, обращенного вершиной конуса в сторону диспергирующего заряда с диаметром цилиндрической части, равным внутреннему диаметру корпуса боеприпаса, диспергирующий заряд размещен в цилиндрическом пенале, в донной части которого расположена промежуточная шашка, причем инициирующий заряд и замедлитель размещены в задней части корпуса, а трансляторы детонации выполнены экранированными и проходят через соосные каналы, выполненные в узле защиты, в диспергирующем и инициирующем зарядах, согласно полезной модели, дополнительно содержит замкнутую оболочку, расположенную в пространстве, образованном передней торцевой стенкой корпуса, узлом защиты инициирующего заряда и стенкой цилиндрического пенала, расположенного соосно с оболочкой, которая выполнена из материала, интенсивно выделяющего при нагреве кислород, внутри оболочки размещен жидкий горючий состав из ацетилендинитрила.

Оболочка может быть выполнена из перхлората или перманганата или нитрата щелочных металлов.

Заявляемая полезная модель поясняется чертежом, на котором представлен поперечный разрез боеприпаса с объемно-детонирующей смесью.

На чертеже позициями обозначено:

1 - корпус;

2 - диспергирующий заряд;

3 - горючий состав;

4 - инициирующий заряд;

5 - узел защиты инициирующего заряда;

6-8 - трансляторы детонации;

9 - промежуточная шашка;

10 - замедлитель;

11 - взрыватель;

12 - цилиндрический пенал;

13 - оболочка из материала, интенсивно выделяющего при нагреве кислород.

Угол раствора конуса узла защиты выбирается из условия обеспечения надежной защиты инициирующего заряда от продуктов детонации и оптимального времени нахождения его в облаке.

Использование в качестве инициирующего заряда однотактного заряда повышает надежность инициирования облака и эффективность действия на цели за счет большой длительности генерируемой им взрывной волны. При этом также возможно использование в качестве инициирующего заряда бризантного взрывчатого вещества.

Диспергирующе-инициирующее устройство представляет собой унифицированный узел, позволяющий при диспергировании горючего надежно защитить инициирующий заряд, обеспечить временную задержку и оптимальным образом сформировать и инициировать облако топливно-воздушной смеси.

Наиболее эффективным является обратное инициирование диспергирующего заряда, что позволяет увеличить время нахождения инициирующего заряда в облаке ТВС.

Укажем, что детонацию объемно-детонирующей боевой части (БЧ) боеприпаса можно рассматривать как три отдельных, тесно связанных между собой процесса:

- начальная реакция детонации длительностью несколько микросекунд, происходящая без взаимодействия с окружающим воздухом;

- реакция догорания больших частиц топлива длительностью несколько сотен микросекунд, то есть, процесс неполного сгорания со смешиванием в воздухе недоокисленной горючей смеси при большой температуре;

- реакция детонации длительностью несколько миллисекунд после того, как недоокисленная горючая смесь при большой температуре смешивается с окружающим воздухом.

Кроме того, на процесс высвобождения энергии влияет скорость ударной волны взрывчатого вещества (ВВ). Используемые в объемно-детонирующих БЧ ВВ создают примерно такую же скорость ударной волны (3…4 км/с), как и ВВ, используемые, например, в минах, однако значительно более низкую, чем фугасные ВВ снарядов (обычно порядка 7…8 км/с). Применяемые в объемно-детонирующих БЧ взрывчатые вещества также называют “ВВ с отрицательным кислородным балансом”, поскольку для полного сгорания заряда необходим окислитель - кислород из окружающего воздуха.

Устройство работает следующим образом.

При срабатывании взрывателя боеприпаса 11 на цели детонационный импульс передается на транслятор детонации 6 и пробегает насквозь через диспергирующий заряд 2, не инициируя и не разрушая его. Это достигается за счет конструкции малогабаритного транслятора детонации, включающей в себя тонкий шнур эластичного взрывчатого вещества (диаметром до 0,5 мм), экранированного двойной металлической трубкой.

От детонационного импульса срабатывает промежуточная шашка 9, вызывающая детонацию диспергирующего заряда 2 от узла защиты 5 в сторону взрывателя и детонацию транслятора 8. Начинается диспергирование горючего состава 3, в качестве которого применено жидкое вещество с наиболее высокой температурой сгорания, помещенное в оболочку 13 из материала, интенсивно выделяющего при нагреве кислород.

При этом микрокапли и пары горючего состава 3 - жидкого вещества с наиболее высокой температурой сгорания, - перемешиваясь после детонации диспергирующего заряда 2 с частицами оболочки 13, интенсивно выделяющих при нагреве кислород, с учетом образованной «структуры» и агрегатного состояния материала, более равномерно разлетаются на большее расстояние, чем при использовании пастообразного горючего, формируя при этом облако ТВС большего объема.

В тоже время детанационный импульс проходит через транслятор детонации 7 и передается на замедлитель 10 до того, как инициирующий заряд 4 вызовет детонацию. Продукты детонации набегают на коническую поверхность узла защиты инициирующего заряда 5 и передают на него часть своей кинетической энергии. Выполняя защитные функции, конус приобретает импульс в направлении, противоположном направлению движения боеприпаса.

Когда цель приближается, результирующее направление движения инициирующего заряда вдоль облака ТВС будет определять суммарный импульс, учитывая, что имеется импульс вперед инициирующего заряда в защитном корпусе и в боеприпасе.

Скорость этого движения будет определять время нахождения инициирующего заряда в облаке ТВС. По истечении реализованного в замедлителе времени (от десятков до сотен миллисекунд) детонатор замедлителя активируется с последующей детонацией инициирующего заряда 4, ударная волна которого распространяется по облаку ТВС, воспламеняя пары и микрокапли жидкого состава горючего 3 с наиболее высокой температурой сгорания, а дополнительно выделяющийся при нагреве кислород из частиц оболочки 13 обеспечивает взрывное горение с большей температурой и/или усиленную детонацию сформированного облака ТВС большего объема.

Поясним, что при движении боеприпаса с малыми скоростями желательно, чтобы время нахождения инициирующего заряда в облаке ТВС было не меньше времени задержки, определяемого временем достижения оптимальной концентрации горючего в нем. При этом, когда боеприпас движется с большой скоростью, необходимо регулировать относительную скорость движения инициирующего заряда, которая определяется как сумма скорости метания инициирующего заряда от взрыва диспергирующего заряда и скорости инерционного движения инициирующего заряда, принимаемая за скорость полета боеприпаса в момент срабатывания диспергирующего заряда.

В этом случае время задержки запуска должно зависеть от инерционного времени инициирования в направлении движения боеприпаса вне гибридного топливно-воздушного облака, хотя концентрация горючего может быть меньше оптимальной. Однако и в этом случае эффективность срабатывания боеприпаса с объемно-детонирующей смесью на цели будет выше, чем при одновременном диспергировании и инициировании.

Также допускается использование в конструкции боеприпаса электронного устройства в качестве замедлителя, но при этом требуется система защиты от средств радиоэлектронного противодействия противника, создающих различные радиопомехи.

Отметим, что в качестве горючего состава 3 может быть использовано жидкое вещество с наиболее высокой температурой сгорания, например, легкокипящая жидкость - субнитрид углерода (ацетилендинитрил) - С₄N_2, имеющая строение дицианацетилена - NC-C=C-CN.

При воспламенении и горении субнитрида углерода C₄N₂ в воздухе создается пламя с самой высокой температурой T≈4988°С:

C₄N₂ + 4О₂ = 4СО₂ + N₂;

причем при его горении в атмосфере с повышенным содержанием кислорода температура пламени увеличивается еще на несколько сотен градусов. Поскольку, как правило, традиционный пастообразный горючий состав представляет собой взвесь металлического порошка алюминия и/или магния, например, в окиси пропилена, пропил- и диметилацетилене, бутил- и пропилнитрите и др., то его температура при воспламенении и горении в воздухе составляет величину порядка 2000°С, что более чем в два раза меньше, чем при воспламенении и горении субнитрида углерода - С₄N₂.

В качестве оболочки 13 из материала, интенсивно выделяющего при нагреве кислород, могут быть использованы мелкодисперсные порошки, например, перхлораты, перманганаты, нитраты щелочных металлов, в частности, KClO₄ и др., помещенные в тонкую эластичную закрытую оболочку, например, из силикона.

Приведем расчетные соотношения для распределения температурного поля, создаваемого точечным источником энергии в неограниченном пространстве [Теория тепломассообмена: учебн./под pед. А. И. Леонтьева. - М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 1997. - 683 с.]. Пусть в некоторой точке неограниченного теплопроводящего пространства мгновенно выделяется энергия Q [Дж]. Очевидно, что при этом температурное поле, создаваемое этим источником, будет сферически симметрично относительно его точки положения. Поэтому при использовании сферической системы координат с центром в точке положения источника выражение для изменения температуры имеет достаточно простой вид:

где: r - радиус-вектор, t - время, ρ - плотность, c - теплоемкость, λ - коэффициент теплопроводности.

Поскольку в предлагаемой конструкции боеприпаса с объемно-детонирующей смесью в качестве горючего состава использовано жидкое вещество с наиболее высокой температурой сгорания, например, ацетилендинитрил (С₄N₂), то он имеет следующие характеристики: ρ=0,907 г/см³; молярная масса М=76,057 г/моль; температура кипения 76-76,5°С; молярная теплоемкость 85,89 Дж/(моль⋅К); теплота сгорания в кислороде Q_О2=2107,86 кДж/моль; энтальпия образования Н=533,82 кДж/моль, температура сгорания в кислороде 4988-5013°С.

Таким образом, температура сгорания субнитрила более чем в два раза превышает температуру сгорания, возникающую при воспламенении и горении в воздухе традиционных пастообразных горючих составов, следовательно, оценочный расчет распределения температурного поля (при прочих равных условиях) свидетельствует об увеличении радиуса поражения примерно в 1,5…1,6 раза, что обеспечивает увеличение круговой площади поражения примерно в 2,2…2,6 раза; тем самым обеспечивает повышение эффективности действия боеприпаса с объемно-детонирующей смесью на цели, решая техническую проблему полезной модели.

Кроме того, предлагаемая конструкция боеприпаса с объемно-детонирующей смесью позволяет обеспечить надежную защиту инициирующего заряда в момент диспергирования и инициировать его при требуемой концентрации горючего в облаке ТВС, близкой к стехиометрической, а также микрокапли и пары горючего состава - жидкого вещества с наиболее высокой температурой сгорания, - перемешиваясь после детонации диспергирующего заряда с частицами оболочки, интенсивно выделяющих при нагреве кислород, с учетом образованной «структуры» и агрегатного состояния материала, более равномерно разлетаются на большее расстояние, чем при использовании пастообразного горючего, формируя при этом облако ТВС большего объема и последующее его воспламенение и взрывное горение с более высокой температурой.

Предлагаемая конструкция боеприпаса с объемно-детонирующей смесью обеспечит повышение эффективность действия боеприпаса на цели, в частности, при использовании его в тяжелых огнеметных системах типов ТОС-1 и ТОС - 1А, а также в современных типах объемно - детонирующих авиационных бомб, например, ОДАБ-500П. ОДАБ-500ПМ, КАБ-500-ОД, КАБ-1500ЛГ-ОД и других, состоящих на вооружении армии РФ.

Claims (2)

1. Боеприпас с объемно-детонирующей смесью, содержащий корпус, в котором размещен горючий состав, диспергирующий и инициирующий заряды, а также диспергирующе-инициирующее устройство, включающее замедлитель, взрыватель, установленный в передней части корпуса, и трансляторы детонации, связывающие замедлитель со взрывателем, внутри корпуса между диспергирующим и инициирующим зарядами установлен узел защиты инициирующего заряда, выполненный в виде цилиндроконического тела вращения, обращенного вершиной конуса в сторону диспергирующего заряда с диаметром цилиндрической части, равным внутреннему диаметру корпуса боеприпаса, диспергирующий заряд размещен в цилиндрическом пенале, в донной части которого расположена промежуточная шашка, причем инициирующий заряд и замедлитель размещены в задней части корпуса, а трансляторы детонации выполнены экранированными и проходят через соосные каналы, выполненные в узле защиты, в диспергирующем и инициирующем зарядах, отличающийся тем, что боеприпас дополнительно содержит замкнутую оболочку, расположенную в пространстве, образованном передней торцевой стенкой корпуса, узлом защиты инициирующего заряда и стенкой цилиндрического пенала, расположенного соосно с оболочкой, которая выполнена из материала, интенсивно выделяющего при нагреве кислород, внутри оболочки размещён жидкий горючий состав из ацетилендинитрила.

2. Боеприпас по п.1, отличающийся тем, что оболочка выполнена из перхлората, или перманганата, или нитрата щелочных металлов.