RU2553611C1

RU2553611C1 - Method of forming compact metal element

Info

Publication number: RU2553611C1
Application number: RU2014108077/11A
Authority: RU
Inventors: Александр Сергеевич Князев; Дмитрий Владиленович Маляров
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority date: 2014-03-03
Filing date: 2014-03-03
Publication date: 2015-06-20

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: method of forming a compact metal element includes initiating an axially symmetrical main explosive charge, accelerating a metal lining of a cumulative recess under the action of explosion products of the main charge, making each metal insert in a shape similar to the shape of the metal lining, coating the insert on the side of the lining with a layer of an additional explosive charge, impact initiation by the accelerated metal lining of the adjacent additional explosive charge placed on the first metal insert in the direction of throwing. A compact element is formed as a result of the implosion of the metal insert. The explosive charge is provided with a cumulative recess with a metal lining with a metal insert placed coaxially in the recess.

EFFECT: wider mass and speed range of the formed compact element.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области экспериментальной физики и могут быть использовано при исследовании высокоскоростного взаимодействия тел, например при моделировании воздействия метеоритно-техногенных частиц на конструктивные элементы защиты космических аппаратов.The invention relates to the field of experimental physics and can be used to study the high-speed interaction of bodies, for example, when modeling the impact of meteorite-technogenic particles on structural elements of spacecraft protection.

Для моделирования требуется разработка метающих устройств, позволяющих разгонять металлические компактные элементы (КЭ), массы и скорости которых соответствуют диапазонам возможных условий столкновений. К таким устройствам относятся взрывные метающие устройства кумулятивного типа.For modeling, the development of throwing devices is required to accelerate compact metal elements (FE), the masses and speeds of which correspond to the ranges of possible collision conditions. Such devices include cumulative explosive throwing devices.

Известны способ и устройство двухступенчатого метания элемента (см. книгу под ред. Л.П. Орленко «Физика взрыва», т.2, изд-во «Физматлит», М., 2002 г., стр.40). Устройство состоит из баллистической установки (БУ) и кумулятивного заряда, который выстреливается из БУ. Сначала кумулятивный заряд с металлической облицовкой в поддоне разгоняется с помощью легкогазовой или пороховой баллистической установки, затем с помощью взрывательного устройства детонирует взрывчатое вещество (ВВ) кумулятивного заряда, в результате чего формируется компактный элемент.The known method and device of a two-stage throwing element (see the book under the editorship of LP Orlenko “Explosion Physics”, v.2, publishing house “Fizmatlit”, M., 2002, p. 40). The device consists of a ballistic installation (CU) and a cumulative charge that is fired from the CU. First, the cumulative charge with a metal lining in the pan is accelerated using a gas or powder ballistic installation, then with the help of an explosive device it detonates the explosive substance (BB) of the cumulative charge, as a result of which a compact element is formed.

Основным недостатком способа и устройства двухступенчатого метания элемента является сложная система подрыва заряда ВВ в полете.The main disadvantage of the method and device of a two-stage throwing element is a complex system of detonating the explosive charge in flight.

Наиболее близкими к заявляемым способу и устройству являются кумулятивное устройство и способ его работы, описанные в патенте РФ №2383849, МПК¹² F42B 1/028, опубл. 10.03.2010, Бюл. №7. Кумулятивное устройство содержит цилиндрический заряд взрывчатого вещества, выполненную в нем осевую кумулятивную выемку в форме полусферы-цилиндра с металлической облицовкой, детонационное устройство. В полости кумулятивной выемки заряда соосно с ней установлен вкладыш в виде металлического стакана с осевой кумулятивной выемкой в форме полусферы-цилиндра и с фланцем со ступенчатой торцевой поверхностью, обращенной к заряду. Вкладыш присоединен к торцевой поверхности облицовки торцевой поверхностью ступени фланца с меньшим диаметром наружной боковой поверхности, а ступень фланца с большим диаметром наружной боковой поверхности, равным или большим диаметра наружной боковой поверхности заряда, расположена с заданным зазором относительно ближе расположенного торца заряда.Closest to the claimed method and device are the cumulative device and the method of its operation described in the patent of the Russian Federation No. 2383849, IPC ¹² F42B 1/028, publ. 03/10/2010, Bull. Number 7. The cumulative device contains a cylindrical explosive charge, made in it an axial cumulative recess in the form of a hemisphere-cylinder with a metal lining, a detonation device. An insert in the form of a metal cup with an axial cumulative recess in the form of a hemisphere-cylinder and with a flange with a stepped end surface facing the charge is mounted coaxially with it in the cavity of the cumulative charge recess. The liner is attached to the end surface of the lining with the end surface of the flange stage with a smaller diameter of the outer side surface, and the flange stage with a larger diameter of the outer side surface equal to or larger than the diameter of the outer side surface of the charge is located with a predetermined gap relatively closer to the end of the charge.

При помощи детонационного устройства подрывается заряд ВВ. При схлопывании облицовки в определенный момент времени на ней образуется плоский участок, который при ударе о вкладыш генерирует в материале последнего мощную ударную волну, под действием которой полусферическая часть кумулятивной выемки вкладыша схлопывается, формируя высокоскоростную кумулятивную струю. Подобрав параметры кумулятивной выемки вкладыша (радиус полусферической части и высоту цилиндрического участка) и фланца со ступенчатой торцевой поверхностью, можно получить утолщенную безградиентную головную часть струи, которую можно рассматривать как компактный элемент. Данные способ и устройство выбраны в качестве прототипа для заявляемых способа и устройства соответственно.Using a detonation device, the explosive charge is detonated. When the cladding collapses at a certain point in time, a flat section is formed on it, which upon impact on the liner generates a powerful shock wave in the material of the latter, under the action of which the hemispherical part of the cumulative recess of the liner collapses, forming a high-speed cumulative jet. By selecting the parameters of the cumulative recess of the liner (the radius of the hemispherical part and the height of the cylindrical section) and the flange with a stepped end surface, you can get a thicker gradientless head of the jet, which can be considered as a compact element. These method and device are selected as a prototype for the inventive method and device, respectively.

Основным недостатком этого способа метания и устройства является относительно невысокая масса формируемого КЭ.The main disadvantage of this method of throwing and device is the relatively low mass of the formed FE.

Решаемой технической задачей является создание способа и устройства, позволяющих сформировать металлический компактный элемент с повышенной по сравнению с прототипом массой элемента при относительно небольшом снижении его скорости.The technical problem to be solved is the creation of a method and device that allows to form a compact metal element with increased mass of the element compared to the prototype with a relatively small decrease in its speed.

Ожидаемый технический результат - расширение диапазона масс и скоростей КЭ.The expected technical result is the expansion of the range of masses and velocities of FE.

Технический результат достигается за счет того, что в способе формирования металлического компактного элемента (КЭ), включающем инициирование осесимметричного основного заряда взрывчатого вещества (ВВ), снабженного кумулятивной выемкой с металлической облицовкой с соосно размещенным в выемке по крайней мере одним металлическим вкладышем, разгон металлической облицовки кумулятивной выемки под действием продуктов взрыва основного заряда, в отличие от прототипа, каждый металлический вкладыш выполняют в форме, аналогичной форме металлической облицовки. Со стороны облицовки вкладыш покрывают слоем дополнительного заряда ВВ, разогнанной металлической облицовкой производят ударное инициирование примыкающего к ней дополнительного заряда ВВ, размещенного на первом по направлению метания металлическом вкладыше, а формирование КЭ производят в результате схлопывания по крайней мере одного металлического вкладыша.The technical result is achieved due to the fact that in the method of forming a metal compact element (CE), including the initiation of an axisymmetric main explosive charge (BB), equipped with a cumulative recess with a metal lining with at least one metal insert coaxially placed in the recess, acceleration of the metal lining cumulative excavation under the action of the products of the explosion of the main charge, in contrast to the prototype, each metal insert is performed in a form similar to the shape of a metal cal cladding. On the side of the lining, the liner is covered with a layer of an additional explosive charge, while the accelerated metal cladding is impacted, the additional explosive charge adjacent to it is placed on the first metal insert in the direction of throwing, and CE is formed as a result of the collapse of at least one metal liner.

Инициирование основного заряда ВВ может быть осуществлено по его кольцевой поверхности.Initiation of the main explosive charge can be carried out along its annular surface.

Технический результат достигается за счет того, что в кумулятивном устройстве, содержащем осесимметричный основной цилиндрический заряд взрывчатого вещества (ВВ) с осевой кумулятивной выемкой с металлической облицовкой и по крайней мере одним металлическим вкладышем на одной торцевой поверхности основного заряда ВВ, устройство инициирования на другой его торцевой поверхности, в отличие от прототипа, каждый вкладыш имеет форму, аналогичную форме металлической облицовки, а также со стороны облицовки он покрыт слоем дополнительного заряда ВВ.The technical result is achieved due to the fact that in a cumulative device containing an axisymmetric main cylindrical explosive charge (EX) with an axial cumulative recess with a metal lining and at least one metal insert on one end surface of the main explosive charge, an initiation device on its other end surface, unlike the prototype, each liner has a shape similar to the shape of the metal cladding, and also on the cladding side it is covered with a layer of additional charge poison explosives.

Точки инициирования устройства инициирования могут быть расположены по кольцу на другой торцевой или боковой поверхности основного заряда ВВ.The initiation points of the initiation device can be arranged in a ring on another end or side surface of the main explosive charge.

Выполнение каждого металлического вкладыша в форме, аналогичной форме металлической облицовки, снабжение вкладыша со стороны облицовки слоем дополнительного заряда ВВ, ударное инициирование разогнанной металлической облицовкой примыкающего к ней дополнительного заряда ВВ, размещенного на первом по направлению метания металлическом вкладыше, приводит к тому, что под действием давления продуктов взрыва дополнительного заряда ВВ происходит схлопывание металлического вкладыша аналогично схлопыванию металлической облицовки кумулятивной выемки основного заряда. При этом облицовка основного заряда продолжает свое движение в сторону металлического вкладыша и за счет идентичных форм металлической облицовки и вкладыша подпирает продукты взрыва дополнительного заряда и не дает им разлететься, увеличиваются время действия продуктов взрыва дополнительного заряда на вкладыш и масса вкладыша, вовлекаемая в процесс формирования КЭ.The execution of each metal insert in a form similar to the shape of the metal cladding, the supply of the liner from the cladding with a layer of an additional explosive charge, the shock initiation by the accelerated metal cladding of the adjacent additional explosive charge placed on the first metal insert in the direction of throwing, leads to the fact that under the action the pressure of the explosion products of an additional explosive charge, the metal liner collapses similarly to the collapse of the cumulative metal lining explicit extraction of the main charge. In this case, the lining of the main charge continues its movement towards the metal liner and, due to the identical forms of the metal lining and the liner, supports the explosion products of the additional charge and prevents them from scattering, the duration of the action of the explosion products of the additional charge on the liner and the mass of the liner involved in the CE formation process increase .

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображено заявляемое устройство в разрезе, на фиг.2 - рентгенограмма сформированного металлического компактного элемента.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows the inventive device in a section, figure 2 is an x-ray formed metal compact element.

Кумулятивное устройство (см. фиг.1) состоит из осесимметричного основного цилиндрического заряда взрывчатого вещества 1 с осевой кумулятивной выемкой с металлической облицовкой 2 и по крайней мере одним металлическим вкладышем 4 на одной торцевой поверхности основного заряда ВВ 1, устройства инициирования на другой его торцевой поверхности. Каждый вкладыш 4 имеет форму, аналогичную форме металлической облицовки 2, а также со стороны облицовки он покрыт слоем дополнительного заряда ВВ 3.The cumulative device (see Fig. 1) consists of an axisymmetric main cylindrical explosive charge 1 with an axial cumulative recess with a metal lining 2 and at least one metal insert 4 on one end surface of the main charge of explosive 1, an initiating device on its other end surface . Each liner 4 has a shape similar to the shape of the metal cladding 2, and also on the cladding side it is covered with a layer of additional charge BB 3.

Точки инициирования устройства инициирования 5 расположены по кольцу на другой торцевой или боковой поверхности основного заряда ВВ 1.The initiation points of the initiation device 5 are located on a ring on the other end or side surface of the main charge of explosive 1.

Заявляемый способ реализуется с помощью указанного кумулятивного устройства следующим образом. При помощи устройства инициирования 5 по кольцевой поверхности инициируется основной заряд ВВ 1. Под действием давления продуктов взрыва основного заряда ВВ 1 металлическая облицовка 2 его кумулятивной выемки разгоняется и, набрав некоторую скорость, ударно инициирует примыкающий к ней дополнительный заряд ВВ 3, возбуждая в нем детонационную волну. Под действием давления продуктов взрыва дополнительного заряда ВВ 3 происходит схлопывание металлического вкладыша 4 аналогично схлопыванию металлической облицовки 2 кумулятивной выемки основного заряда 1. При этом облицовка 2 основного заряда 1 продолжает свое движение в сторону металлического вкладыша 4 и за счет идентичных форм металлической облицовки 2 и вкладыша 4 подпирает продукты взрыва дополнительного заряда 3 и не дает им разлететься (увеличиваются время действия продуктов взрыва дополнительного заряда 3 на вкладыш 4 и масса вкладыша 4, вовлекаемая в процесс формирования КЭ). Подобрав параметры вкладыша 4, можно получить утолщенную безградиентную головную часть струи, которую можно рассматривать как компактный элемент.The inventive method is implemented using the specified cumulative device as follows. Using the initiation device 5, the main explosive charge 1 is initiated on the annular surface. Under the action of the pressure of the explosion products of the main explosive charge 1, the metal lining 2 of its cumulative recess accelerates and, at a certain speed, initiates an additional explosive charge 3 adjacent to it, initiating a detonation charge in it the wave. Under the pressure of the explosion products of the additional explosive charge 3, the metal insert 4 collapses similarly to the collapse of the metal lining 2 of the cumulative recess of the main charge 1. In this case, the lining 2 of the main charge 1 continues its movement towards the metal insert 4 and due to the identical forms of the metal lining 2 and the insert 4 supports the products of the explosion of the additional charge 3 and prevents them from flying apart (the time of the action of the products of the explosion of the additional charge 3 on the insert 4 and the mass on Adysha 4, involved in the process of CE formation). Selecting the parameters of the liner 4, you can get a thicker gradientless head of the jet, which can be considered as a compact element.

В зависимости от заданной скорости движения КЭ или его массы выбираются параметры и количество вкладышей, покрытых слоем дополнительного заряда ВВ и помещенных один в другой.Depending on the set speed of the CE or its mass, the parameters and the number of inserts covered with a layer of additional explosive charge and placed one into the other are selected.

Так, при экспериментальной проверке заявляемых способа и устройства сформирован металлический компактный элемент, масса которого относительно компактного элемента, формируемого по способу и устройству прототипу, повышена более чем в 4 раза при одновременном уменьшении его скорости на величину ≈20%.So, during the experimental verification of the proposed method and device, a compact metal element is formed, the mass of which is relatively more than 4 times higher than the relatively compact element formed by the prototype method and device, while its speed decreases by ≈20%.

Таким образом, решается задача расширения диапазонов масс и скоростей компактных элементов.Thus, the problem of expanding the ranges of masses and velocities of compact elements is solved.

Claims

1. The method of forming a metal compact element (CE), including the initiation of an axisymmetric main explosive charge (BB), equipped with a cumulative recess with a metal lining with at least one metal insert coaxially placed in the recess, accelerating the metal lining of the cumulative recess under the action of the main explosion products charge, characterized in that each metal liner is made in a form similar to the shape of the metal cladding, on the side of the lining the liner is covered dissolved explosive charge layer further accelerated by metal cladding produce shock initiation adjacent thereto additional explosive charge placed on the ground in the direction of throwing of the metal insert and the formation of CEs produced by the collapse of at least one metal insert.

2. The method according to claim 1, characterized in that the initiation of the main explosive charge is carried out on its annular surface.