WO2009025573A1 - Hollow charge - Google Patents

Hollow charge Download PDF

Info

Publication number
WO2009025573A1
WO2009025573A1 PCT/RU2007/000452 RU2007000452W WO2009025573A1 WO 2009025573 A1 WO2009025573 A1 WO 2009025573A1 RU 2007000452 W RU2007000452 W RU 2007000452W WO 2009025573 A1 WO2009025573 A1 WO 2009025573A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
relief
cladding
lining
explosive
lines
Prior art date
Application number
PCT/RU2007/000452
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Other versions
WO2009025573A8 (en
Inventor
Sergey Ivanovich Zonenko
Original Assignee
Germanov, Evgeny Pavlovich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Germanov, Evgeny Pavlovich filed Critical Germanov, Evgeny Pavlovich
Priority to PCT/RU2007/000452 priority Critical patent/WO2009025573A1/en
Priority to CN200780101190A priority patent/CN101836069A/en
Publication of WO2009025573A1 publication Critical patent/WO2009025573A1/en
Publication of WO2009025573A8 publication Critical patent/WO2009025573A8/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42AMMUNITION; BLASTING
    • F42BEXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B1/00Explosive charges characterised by form or shape but not dependent on shape of container
    • F42B1/02Shaped or hollow charges
    • F42B1/028Shaped or hollow charges characterised by the form of the liner

Definitions

  • the invention relates to the field of devices for explosive impact on condensed matter and can be used for secondary opening of formations during oil and gas production, for creating holes and channels in solid materials, for explosive cutting of metals and other durable materials, for drilling holes when tunneling in hard rocks, for crushing oversized materials, for the destruction of material objects, during emergency recovery, geophysical, seismic, construction and other works.
  • Bilayer and multilayer claddings are also used, which complicate the manufacture and increase the cost of cumulative charges without significantly increasing their breakdown ability.
  • the most common because of their effectiveness, accessibility and knowledge are copper cladding. In their manufacture, special attention is paid to the isotropy of the metal, surface cleanliness, manufacturing accuracy and other technological factors.
  • a cumulative charge containing a body in the form of an open shell, an explosive placed inside it, an initiating device located in the closed part of the body, and a throwing element located in the open part made in the form of a round plate, and the area adjacent to the edge of the plate is made heterogeneous in the circumferential direction and bent forward by 5-20 ° relative to the plane of the central part (RU Ns 2253830, 2005).
  • Known cumulative charge containing a housing in the form of an open shell, an explosive placed inside it, an initiation device located in an opening in the closed part of the housing, and a lining, which is a shell with a density greater than 7 r / cm 3 , on one or two surfaces of which is made relief of triangular or hexagonal convex elements, and the distances between the centers of adjacent convex elements are at least 4 average thicknesses of the cladding, and the height of the relief elements does not exceed the average thickness o blitzing (RU Ns 2277167, 2006).
  • Known closest to the claimed cumulative charge comprising a housing in the form of an open shell, an explosive placed inside it with a cumulative recess located in the open part of the body, an initiating device located in the closed part of the body, and a lining adjacent to the cumulative recess facing the explosive the surface material of which there is a relief made of protrusions or recesses in the form of strips forming polygons (RU NQ 2303232, publ. July 20, 2007, prototype).
  • the indicated relief it can have generatrix lines, and along them sections with wavy center lines and sections with center lines without waves, while the wavy center lines can be smooth or stepped (see Fig. 2-4 of this description).
  • the center lines can be formed in planes perpendicular to the axis of the cladding, if these strips of relief are directed along the parallels of the cladding.
  • the lining performed with the relief proposed in this information source plays the role of a kind of spatial modulator in the path of the high-pressure wave front that occurs at the time of the explosion.
  • standing waves are formed on the cladding, which reduce spontaneous vibrations, reduce energy dissipation and, ultimately, increase the breakdown ability of a charge.
  • the disadvantage of this charge is that during its operation it is only possible to reduce to a small extent the energy dissipation associated with fluctuations and an increase in the initial perturbations, and, therefore, to slightly increase the efficiency, accuracy and stability of explosive throwing, at the same time it is not possible to provide the formation of a homogeneous perforating rod of the optimal (bullet-shaped) configuration. Disclosure of invention
  • An object of the invention is the creation of an effective design of the cumulative charge, as well as the expansion of the arsenal of cumulative charges.
  • the technical result that provides a solution to the problem is to increase the efficiency and breakdown ability of the charge by eliminating energy losses associated with fluctuations and an increase in initial disturbances, as well as improving the accuracy and stability of explosive throwing of the cladding with the formation of a uniform perforating rod of an optimal bullet configuration that can create a channel with a shape close to cylindrical in the target, achieved due to the presence of specially created optimized heterogeneities (relief) on corresponding cladding surfaces and the presence of bumps on the surface of the explosive from the side of the body, formed, for example, by means of a gasket.
  • manufacturing costs are reduced and the stability of the results of use is ensured.
  • the cumulative charge comprises a body in the form of an open shell, an explosive placed inside it with a cumulative recess located in the open part of the body, an initiation device located in the closed part of the body, and a relief cladding adjacent to the cumulative recess so that the middle lines of the cladding sections along the generatrix lines of the relief, as well as the middle lines of the cladding sections by planes perpendicular to the axis of the cladding, are about wavy lines, or lines without waves, while the wavy middle lines can be smooth or stepped, and the relief is made either on the facing surface facing the open part of the body, or on both surfaces of the facing.
  • the cladding can be made corrugated when the reliefs on both surfaces of the cladding coincide, while the protrusion of the relief on the opposite surface of the cladding corresponds to the deepening of the relief on one surface.
  • the wavy lines mean facing sections forming relief along lines having wavelengths in the range (0,3 ⁇ 0,7) h p.L Ob / H, where: h SSB. - the average thickness of the lining at the considered wavelength,
  • L is the wavelength of the fastest growing initial perturbations of the plate with a thickness H taken in the range of (0.5 ⁇ 1, 5) / 7 Obl ., Made of the same material as the cladding material, empirically determined from the greatest depth of the craters in targets obtained by throwing a plate on a target located on a distance of 20H ⁇ 50H from the plate, using explosives used in a cumulative charge.
  • the initial perturbations of the plate are created due to the undulation of the form or due to the relief; in the latter case, the relief is performed on the surface of the plate adjacent to the explosive block.
  • the lining is performed in the form of a lateral surface of a truncated cone with a relief in the form of recesses and protrusions, the distances between the midpoints of adjacent recesses and the distances between the midpoints of adjacent protrusions counted along the generatrices of the cone are in the range (0.3-10.7) ⁇ O bl./-
  • the facing is made from the workpiece in the form of a flat annular sector by folding, and the relief on the workpiece is by stamping on a flat ring matrix.
  • the lining can be made of a sheet of copper or its alloys with a thickness of 0.4 ⁇ 4.0 mm, and the ratio LIH increases with increasing hardness of the material of the sheet and decreases with its decrease within 11 ⁇ 15.
  • the surface of the explosive from the body side is made with protruding or recessed elements.
  • BB can fill in the bumps made on the inner surface of the housing.
  • the cumulative charge can be equipped with one or more gaskets located between the explosive and the casing, partially or completely separating the explosive and the casing of the charge, while the gasket adjacent to the inner side of the casing is made of a material softer than the casing material.
  • the gasket adjacent to the explosive can be made with holes or recesses, and explosive fill these holes or recesses in the gasket.
  • the size of the perforation holes or recesses in the gasket is (0.5 ⁇ 2) d cr ., And the distance between them is (1 ⁇ 5) d cr ., Where c / cr. - the critical diameter of the detonation used in the charge BB.
  • FIG. 1 shows a structural diagram of a cumulative charge: in FIG. 1 is a general view, in FIG. 2 - charge cross section.
  • FIG. 3-10 illustrate some possible patterns for the relief of the cladding. For clarity, reliefs are shown on the outer surface of the conical lining adjacent after being charged to the explosive; a similar relief is made on the inner surface; note that the relief may not be present on the outer surface.
  • FIG. 11, 12 show the results of experiments to determine the fastest growing initial perturbations of a plate thrown by an explosion.
  • FIG. 13-15 are examples of cladding sections along the generatrix lines of the relief and the corresponding middle lines, which are highlighted in white.
  • FIG. 13-15 are examples of cladding sections along the generatrix lines of the relief and the corresponding middle lines, which are highlighted in white.
  • FIG. 16 is a scan view of a conical cladding with a 60 ° opening angle made of a copper sheet.
  • FIG. 17 is a three-dimensional image of a copper conical lining with a relief on the inner surface and a bend near the base of the cone
  • FIG. 18 is a three-dimensional image of a similar lead conical lining; the generatrix lines of the relief of the cladding shown coincide with the generatrix of the cone and are straight.
  • FIG. 19-22 show embodiments of the cumulative charge, of which: in FIG. 19 - without laying with an uneven surface of the explosive from the side of the body; in FIG. 20 - without gasket, the inner surface of the body has protruding or recessed elements, the explosive fills these irregularities; in FIG. 21 - with a single layer soft gasket and uneven BB surface; in FIG. 22 - with single layer soft perforated gasket, BB fills the perforations.
  • FIG. 23,24 depicts flat reamers of gaskets with
  • the cumulative charge (Fig. 1, 2) contains the housing 1 in the form of an open outer shell, an explosive (BB) 2 placed inside it with a cumulative recess (not indicated) located in the open part of the housing 1, the initiation device 3 located in the closed part case 1, and facing 4 adjacent to the cumulative recess, having a relief formed by irregularities 5 associated with the waviness of its shape and thickness.
  • a gaskets 6 can be layered in layers without a gap, partially or completely separating BB 2 and the charge housing 1.
  • Cladding 4 hereinafter means a solid adjacent to the cumulative recess, bounded by two surfaces, having a small thickness compared to other dimensions, while the thickness of the cladding is generally variable.
  • the implementation of the relief on one or two surfaces of the cladding can lead to a change in its thickness.
  • Corrugated cladding can be considered as a special case of embossed, when the reliefs on both surfaces coincide, while the relief protrusion on one surface of the cladding corresponds to the protrusion of the relief on its opposite side (Fig. 15).
  • the surface of rotation is formed by the rotation of the line around a fixed line, called the axis of the surface of rotation. This line is called the generatrix, as well as all the lines obtained by its rotation around the specified axis.
  • the forming surface of the rotation can be spatial or flat curve (lying in some plane), for a conical surface - a straight line.
  • the forming lines of the relief are the lines on the surface of the cladding along which the relief is formed. They can be spatial or flat.
  • the generatrix of the relief when turning relative to the axis of the lining can change their shape, creating waves in the circumferential direction; for surfaces of revolution, such circumferential lines are called parallels, and they have no shape waves. It is necessary to distinguish between forming surfaces and forming relief lines.
  • it is possible to form different generatrix lines of the relief in the general case, not flat.
  • the shape of the cladding is conical, the cone generators are straight (not shown), and the relief generators are helical lines directed in different directions.
  • the forming relief lines are the lines of intersection of the surface of the cladding with the planes passing through the axis of the cladding; for surfaces of revolution such lines are called meridians.
  • the set of all meridians or parallels is a continuous framework of the surface of revolution. Through each point of the surface passes one parallel and one meridian.
  • the set of all forming relief lines or the set of all parallels of the relief make up the relief surface.
  • the lining surfaces, taking into account the relief are not surfaces of revolution, and in the general case are not even axisymmetric surfaces.
  • the cladding has an axis, during rotation around which a relief is formed on one or two surfaces of the cladding.
  • the section of the cladding along the line is a part of the surface passing through a given line perpendicular to the cladding at all points of this a line bounded by the front facing the open part of the charge, and the rear, adjacent to the BB, the lining surfaces.
  • the middle line of the cladding section is the line passing through the section, at all points equidistant from the inner and outer surfaces of the cladding.
  • waviness of the line is meant the presence of alternating deviations of the line in one direction and in the opposite direction, and the wavelength is the distance between two maximum deviations in one direction.
  • the wavy line can be smooth or stepped.
  • Relief strip an elongated section of the lining along the generatrix lines of the relief or along parallels, in the sections of which the middle lines are the same.
  • the relief strip may be wavy or waveless in accordance with the mid-lines of the sections.
  • Stripes of relief without waves are separated by waves of shape and thickness of the lining, going in the direction transverse to these stripes. Stripes of relief without waves visually clearly stand out on the surface of the cladding and give a visual representation of the configuration of the relief; in FIG. 3-10, the relief bands without waves are highlighted in light color.
  • the implementation of the forming lines of the relief in the form of helical lines is preferable for charges operating in flight with rotation, while the direction and size of the twisting of the lines should be consistent with the direction of rotation of the charge, its longitudinal and angular velocity, as well as the detonation velocity BB.
  • the optimal distribution of the distances between the strips of relief is determined by the material of the cladding 4, its thickness at different areas, as well as the pressure arising from the explosion used BB 2, which depends on its composition and density.
  • the best penetration results are achieved when the wavy middle lines of the sections of the cladding 4 along the generatrix lines of the relief have wavelengths in the range of (0.3 ⁇ 0.7) h obp. UH, where h o5p. - the average thickness of the lining 4 at the considered wavelength.
  • the ratio UH is determined before calculating the embodiment of the relief of the cladding 4 as described below.
  • Initial perturbations with a wavelength of L are performed on several plates with a thickness H taken in the range of (0.5 ⁇ 1, 5) / 7 Vol ., Made of the same material as the cladding material.
  • the initial perturbations of the plate are created due to waviness of the form or due to the relief; in the latter case, the relief is performed on the plate surface adjacent to the BB.
  • the easiest way to fulfill the initial perturbations is to grind straight stripes (for example, by milling) on the surface of the plate that will be adjacent to the BB during the explosion.
  • Each plate is mounted on the end of a piece of the same explosive as used in a cumulative charge and with the same average density; By exploding the checkers, the plate is thrown at a target (for example, a steel plate) located at a distance of 20H ⁇ 50H from the plate.
  • a target for example, a steel plate
  • FIG. 11, 12 show the results of experiments to determine the fastest growing initial perturbations of blast-throwing plates.
  • D 45 mm and different thicknesses H, taken in the range from 1 to 2 mm
  • Such plates were thrown by cylindrical checkers of phlegmatized RDX with a density of about 1.6 g / cm 3 and a mass of about 80 g from different distances: from 20 to 100 mm.
  • L Yz D cos (tr / 6), and the ratio LIH is 13.
  • the LIH ratio varied within 11–15, and the LIH ratio increases with increasing hardness of the sheet material and decreases with its decrease.
  • the detonation properties of BB are determined by the detonation velocity and pressure of the detonation products, mainly depending on the composition and density of BB.
  • the kinematic properties of the cladding are the features of mass and momentum transfer caused by the movement of the cladding particles at different points in time: from the start of the detonation wave falling on the cladding to the complete formation of a perforating rod of a certain shape with a certain velocity gradient.
  • lining 4 it is advisable to lining 4 to perform in the form of a lateral surface of a truncated cone, rolled from the workpiece in the form of a flat annular sector.
  • the relief on the workpiece can be made by stamping on a flat ring matrix, for example, in the form of recessed annular sections, alternating with gaps of constant thickness and width, as in FIG. 16.
  • FIG. 17 and FIG. 18 shows volumetric images of copper and lead conical linings with a relief on the inner surface and a bend near the base of the cone, which is the preferred manufacturing option. It is also possible to perform cladding in the form of other bodies of revolution: a spherical segment, part of the ellipsoid of revolution, etc.
  • FIG. 23 and 24 show flat reamers (blanks) of gaskets with an angle of the annular sector of 108 ° with different perforations. At when folded, they form gaskets 6 with a solution angle of a truncated cone of 35 °.
  • the lining of the cumulative charge is a working fluid, with the help of which the energy BB is transferred into the work being done.
  • the energy BB is transferred into the work being done.
  • thin metal cladding as when they are thrown, it is better to transfer momentum from detonation products to the lining, and also, due to the low surface density, high throwing speeds are achieved.
  • the density of the resulting rod (the density of the metal used) is high enough for effective penetration of the barrier.
  • Two approaches are mainly used to calculate the explosive compression of thin linings.
  • a solid lining material under the influence of a large pressure drop instantly turns into a liquid, and a model of an ideal incompressible liquid is used.
  • a model of an ideal incompressible liquid is used.
  • the pressure drop is much larger than the plastic elastic limit of the material, it is implicitly accepted that the material does not undergo radical rheological changes, and numerical methods based on models of material behavior under ordinary conditions are used.
  • is the surface density of the cladding
  • n is the unit normal vector, directed towards the absence of pressure.
  • the symbol V means the covariant derivative along the surface.
  • the pressure p Q is further considered constant.
  • ⁇ ⁇ is the Kronecker symbol
  • X ⁇ are the components of the tangent vectors
  • Po / ⁇ z ⁇ I -
  • the dimension of the variable ⁇ is equal to the dimension t 2 .
  • the qualitative behavior of a relief lining during explosive throwing is characterized by the wavelength of the initial disturbances due to the shape and relief of the lining.
  • the process of development of short waves occurs in an oscillatory mode.
  • the real wavelength should be much larger than the characteristic thickness of the cladding, which limits the spectrum of wavelengths from below.
  • An inertia force acts in the reference system associated with the median surface of the throwable cladding, which, roughly speaking, presses the front (in the throwing direction) surface of the cladding, but makes its back surface, initially adjacent to BB, unstable, from which significant parts of the cladding material can be separated .
  • the work of the proposed device The proposed cumulative charge works as follows.
  • detonation BB 2 and explosive throwing of the relief cladding 4 occur.
  • detonation BB When performing on the surface facing the open part of the body of the relief cladding aimed at the formation of wavy middle lines in the respective sections of the cladding, after detonation BB there are deformation conditions favorable to reduce instability facing, and in the case of creating a wavelength close to critical - to the most possible elimination of oscillations and growth of disturbances.
  • energy dissipation associated with fluctuations and an increase in spontaneous perturbations decreases, a more accurate throwing of the lining occurs, the formation of a perforating rod of an optimal shape with calculated parameters, and the efficiency increases charge and stability of its work.
  • Using the solution of the problem of throwing a cladding of a given shape with explosion pressure taking into account the finiteness of the detonation velocity, it is possible to realize the most uniform deformation of the cladding when it passes to the perforating rod.
  • a perforating rod provides hole formation (perforation), for example, in a well casing.
  • the charge housing usually made of steel or other durable material, serves to reliably install the charge in a suitable device near the target (for example, in a perforator housing inside the borehole) and to keep the explosion pressure; gaskets 6 reduce the explosive effect on the charge body 1, which leads to an increase in the energy directed to throwing the cladding 4.
  • gaskets 6 reduce the explosive effect on the charge body 1, which leads to an increase in the energy directed to throwing the cladding 4.
  • the real possibility is used to set the optimal process for the development of the initial perturbations of the cladding 4 at high accelerations arising from the explosion.
  • the shape of the lining 4 is consistent with the solution of the problem of throwing and dispersing the initially resting lining.
  • the material of the original cladding 4 during the movement flows into a fairly homogeneous low-gradient (meaning the velocity gradient) perforating rod of an optimal bullet shape with a high momentum.
  • the specified rod has good aerodynamic characteristics, but this advantage is usually not used due to the tightness of the conditions for the use of cumulative charges.
  • the proposed cumulative charge has the following advantages.
  • Relief cladding 4 can be performed from a sheet (tape) in a simple mechanical way (cutting, stamping, convolution and mandrel), and smooth cladding requires more complex operations (rolling, drawing, etc.). Reducing the requirements for the quality of manufacture of cladding reduces the cost of manufacturing embossed cladding, however, it becomes extremely important the exact execution of the relief. An error in the relief of 10 ⁇ m leads to a deterioration in the parameters of penetration (although high stability is maintained).
  • Example 1 Examples of the implementation of the proposed device Example 1. To compare the efficiency and stability of the cumulative charges with reliefs made on different sides of the lining was made a batch of cumulative charges. Each charge contained a steel case with a diameter of 48 mm, a length of 60 mm, with a shape similar to that shown in FIG. 1. Inside the housing was placed 24 g of BB based on RDX phlegmatized with an average density of about 1.6 g / cm 3 . The initiation system consisted of an electric detonator adjacent to it a detonating cord and an intermediate detonator in the form of a compressed crystalline hexogen.
  • a bend with a length of 8 mm and an amplitude was made from the base of the cone along its generators 0.5 mm
  • Each of the facings manufactured in this way was pressed into a cumulative recess with an angle of 39 °, previously made in BB by pressing from the side of the open part of the housing.
  • a perforated gasket was rolled up from a copper billet with a thickness of 0.8 mm, made according to the sketch of FIG. 23, in the form of a lateral surface of a truncated cone with a solution angle of 35 °.
  • the target consisted (from bottom to top) of a steel column with a diameter of 70 mm, a steel sleeve filled with water, 12.5 mm high and a 5 mm thick steel plate.
  • the charge was mounted on the specified target with a focal length of 9 mm.
  • Such tests are carried out to debug the perforating charges used for the secondary opening of oil and gas reservoirs.
  • these charges relate to “Big HoIe” punch charges.
  • the channels obtained in steel columns were measured with a caliper with a depth gauge.
  • the measurement results are summarized in table. one.
  • the relief is located outside the lining, and after it is pressed into the cumulative recess, the relief is adjacent to this recess, then low values and a large scatter of the results of penetration of the targets are observed. If the relief is located inside the lining, and after pressing it in, the relief faces the open part of the charge body, then high efficiency and stability of the charges are observed.
  • Example 4 When carrying out emergency repairs, cumulative charges were used, similar in shape to those described in Example 1, containing 50 g phlegmatized octogen, two gaskets (lead on the body and perforated copper adjacent to BB) and copper linings with a thickness of 0, 8 mm, made in the form of a spherical segment with a solution angle of 120 °, with a relief on the inside facing the open part of the housing; the diameter of the base of the cladding was 50 mm; the wavelength of the relief was about 5 mm.
  • Example 5 Charges similar to those described in example 4 were used to separate steel plates. The charges were placed close to each other along the cutting lines and were initiated simultaneously by a detonating cord. Cylindrical holes with diameters close to the gauge of charges were formed in the plates, and in bridges strong spalling processes took place between them. As a result, steel plates were divided along predetermined lines.
  • Example 6 When carrying out construction work, a charge with a copper corrugated lining with a thickness of 1.5 mm was used as part of a rotation ellipsoid.
  • the mass of the BB charge was 300 g
  • the diameter of the base of the cladding was 100 mm
  • the wavelength of the relief was about 10 mm.
  • a hole was formed in the rock with a diameter of about 50 mm and a depth of more than 1 m, in which a BB charge was placed for blasting operations to discharge.

Abstract

The inventive hollow charge comprises a body (1) in the form of an open shell, explosive material (2) which is placed therein and is provided with a hollow cavity arranged in the open section of the body (1), a triggering device (3) arranged in the closed section of the body (1) and a lining (4) which is adjacent to the hollow cavity and has a relief formed by irregularities (5) dependent on the undulations of the shape and the thickness thereof. One or more pads (6) which in part or totally separate the explosive material (2) from the charge body (1) can be placed layer-by-layer without gap on the inner surface of the body (1). A lining (4)is designed in the form of a solid body which is adjacent to the hollow cavity and is limited by two surfaces, the thickness of which is less than the other sizes thereof, in general, the thickness of lining being variable. The corrugated lining can be considered as a special case of a relief lining when the reliefs of the two lining surfaces are in agreement with each other. The optimal distribution of distances between the relief strips is determined the material of the lining (4), the thickness thereof at different sections and by a pressure generated by explosion of the explosive material (2). The best piecing results are obtained when the middle wavy line of the lining (4) sections along the generating lines of the relief have a wavelengths within a range of (0,3÷0,7)hlin.L/H, and a bent having a length of (0,5÷1,5)hlin.L/H is formed on the side of the open section of the body, where hlin. is the mean thickness of the lining (4) at the wavelength of interest, L is the wavelength of the initial disturbances of a plate, with a thickness H, increasing most rapidly, and the L/H ratio between a specific material and the used explosive material is determined by statistically treating the results of corresponding experiments. Said invention makes it possible to increase the performance characteristics and the piercing capacity of the charge, to simultaneously reduce the production cost and provide the stability of the results of use thereof.

Description

Кумулятивный заряд Область техники Изобретение относится к области устройств взрывного воздействия на конденсированные среды и может быть использовано для вторичного вскрытия пластов при добыче нефти и газа, для создания отверстий и каналов в твердых материалах, для взрывной резки металлов и других прочных материалов, для бурения шпуров при проходке горных выработок в твердых породах, для дробления негабаритов, для разрушения материальных объектов, при проведении аварийно-восстановительных, геофизических, сейсмических, строительных и других работ. Cumulative charge Field of the invention The invention relates to the field of devices for explosive impact on condensed matter and can be used for secondary opening of formations during oil and gas production, for creating holes and channels in solid materials, for explosive cutting of metals and other durable materials, for drilling holes when tunneling in hard rocks, for crushing oversized materials, for the destruction of material objects, during emergency recovery, geophysical, seismic, construction and other works.
Предшествующий уровень техники Большинство известных кумулятивных взрывных устройств основано на взрывном обжатии конической облицовки (или близких к ней сферической, параболической, "колоколообразной", "тюльпанообразной" и т.п.). Так называемые "ударные ядра" и всевозможные "снарядоформирующие заряды" принципиально мало отличаются от традиционных зарядов. У всех известных кумулятивных зарядов одни и те же недостатки: низкая эффективность воздействия на мишень по сравнению с энергией, заложенной в используемом взрывчатом веществе (даже после вычета всех тепловых и других потерь), и большой разброс результатов работы зарядов - нестабильность. При конструировании кумулятивных зарядов наибольшее внимание уделяют форме и распределению толщины облицовки. За счет этого стремятся увеличить эффективность зарядов и расширить диапазон параметров их работы. Применяют также бислойные и многослойные облицовки, которые усложняют изготовление и увеличивают стоимость кумулятивных зарядов без существенного увеличения их пробивной способности. Наиболее распространенными в силу своей эффективности, доступности и изученности являются медные облицовки. При их изготовлении особое внимание уделяется изотропности металла, чистоте поверхности, точности изготовления и другим технологическим факторам.BACKGROUND OF THE INVENTION Most of the known cumulative explosive devices are based on explosive compression of a conical cladding (or spherical, parabolic, “bell-shaped”, “tulip-shaped”, etc.) close to it. The so-called "impact nuclei" and all kinds of "projectile-forming charges" differ little in principle from traditional charges. All known cumulative charges have the same drawbacks: low target exposure compared to the energy stored in the explosive used (even after subtracting all the heat and other losses), and the large spread in the results of the charges is instability. When designing cumulative charges, most attention is paid to the shape and distribution of the thickness of the lining. Due to this, they seek to increase the efficiency of charges and expand the range of parameters of their work. Bilayer and multilayer claddings are also used, which complicate the manufacture and increase the cost of cumulative charges without significantly increasing their breakdown ability. The most common because of their effectiveness, accessibility and knowledge are copper cladding. In their manufacture, special attention is paid to the isotropy of the metal, surface cleanliness, manufacturing accuracy and other technological factors.
Возможность повышения эффективности кумулятивных зарядов связывается с применением более дорогих металлов и их сплавов: вольфрама, обедненного урана и т.д. Также предлагаются сложные технологии обработки, затрагивающие структуру металлов и получаемых сплавов: кристаллической решетки, зернистости и т.д.The possibility of increasing the efficiency of cumulative charges is associated with the use of more expensive metals and their alloys: tungsten, depleted uranium, etc. Complex processing technologies are also proposed that affect the structure of metals and the resulting alloys: crystal lattice, granularity, etc.
Применение указанных металлов, сплавов и технологий их обработки не устраняет проблему образования песта при действии традиционных кумулятивных зарядов, которая имеет большое значение при перфорации нефтяных и газовых скважин. Для решения этой проблемы используются облицовки из порошковых материалов, изготовление которых также достаточно трудоемкое. Причем заряды с порошковыми облицовками менее стабильны в работе, чем заряды с металлическими облицовками.The use of these metals, alloys and their processing technologies does not eliminate the problem of pest formation under the action of traditional cumulative charges, which is of great importance in the perforation of oil and gas wells. To solve this problem, facings made of powder materials are used, the manufacture of which is also quite time-consuming. Moreover, charges with powder coatings are less stable in operation than charges with metal coatings.
Более эффективным является применение в кумулятивных зарядах облицовок, имеющих специально заданные начальные возмущения в виде неоднородностей формы, толщины и других параметров.It is more efficient to use liners with cumulative initial charges in the form of inhomogeneities of shape, thickness, and other parameters.
Известен кумулятивный заряд, содержащий корпус в виде незамкнутой оболочки, размещенное внутри него взрывчатое вещество, устройство инициирования, расположенное в закрытой части корпуса, и расположенный в открытой части метательный элемент, выполненный в форме круглой пластины, причем область, примыкающая к краю пластины, выполнена неоднородной в окружном направлении и загнутой вперед на 5-20° относительно плоскости центральной части (RU Ns 2253830, 2005).Known is a cumulative charge containing a body in the form of an open shell, an explosive placed inside it, an initiating device located in the closed part of the body, and a throwing element located in the open part made in the form of a round plate, and the area adjacent to the edge of the plate is made heterogeneous in the circumferential direction and bent forward by 5-20 ° relative to the plane of the central part (RU Ns 2253830, 2005).
Задание начальных возмущений метательного элемента в виде волнистого края, переменной толщины, переменной плотности и т.д. - способствует уменьшению роста хаотических возмущений при взрыве, но не устраняет их полностью. Недостатками этого заряда являются потеря энергии взрывчатого вещества заряда в результате неизбежной для него коротковолновой спонтанной неустойчивости, нестабильность разгона, а также отсутствие явного перфорирующего стержня, способного формировать в мишени канал с формой, достаточно близкой к цилиндрической.Setting initial disturbances of the propelling element in the form of a wavy edge, variable thickness, variable density, etc. - helps to reduce the growth of chaotic disturbances during the explosion, but does not completely eliminate them. The disadvantages of this charge are the loss of the explosive energy of the charge as a result of the inevitable short-wave spontaneous instability, acceleration instability, and the absence of an explicit perforating rod capable of forming a channel in the target with a shape quite close to cylindrical.
Известен кумулятивный заряд, содержащий корпус в виде незамкнутой оболочки, размещенное внутри него взрывчатое вещество, устройство инициирования, расположенное в отверстии в закрытой части корпуса, и облицовку, представляющую собой оболочку с плотностью большей 7 r/см3, на одной или двух поверхностях которой выполнен рельеф из трех- или шестигранных выпуклых элементов, причем расстояния между центрами соседних выпуклых элементов составляют не менее 4 средних толщин облицовки, а высота рельефных элементов не превышает средней толщины облицовки (RU Ns 2277167, 2006).Known cumulative charge containing a housing in the form of an open shell, an explosive placed inside it, an initiation device located in an opening in the closed part of the housing, and a lining, which is a shell with a density greater than 7 r / cm 3 , on one or two surfaces of which is made relief of triangular or hexagonal convex elements, and the distances between the centers of adjacent convex elements are at least 4 average thicknesses of the cladding, and the height of the relief elements does not exceed the average thickness o blitzing (RU Ns 2277167, 2006).
Создание указанного рельефа приводит в процессе взрывного метания облицовки к формированию упорядоченных трехволновых структур и более эффективному кумулятивному воздействию на препятствие; но при этом не удается минимизировать диссипацию энергии. Недостатками этого заряда являются сравнительно невысокая эффективность использования энергии взрывчатого вещества.The creation of this relief leads in the process of explosive throwing of the cladding to the formation of ordered three-wave structures and a more effective cumulative effect on the obstacle; but it is not possible to minimize the dissipation of energy. The disadvantages of this charge are the relatively low efficiency of the use of explosive energy.
Известен наиболее близкий к заявляемому кумулятивный заряд, содержащий корпус в виде незамкнутой оболочки, размещенное внутри него взрывчатое вещество с кумулятивной выемкой, расположенной в открытой части корпуса, устройство инициирования, расположенное в закрытой части корпуса, и прилегающую к кумулятивной выемке облицовку, на обращенной к взрывчатому веществу поверхности которой имеется рельеф, выполненный из выступов или углублений в виде полос, образующих многоугольники (RU NQ 2303232, опубл. 20.07.2007, прототип). В частном случае выполнения указанного рельефа он может иметь образующие линии, а вдоль них могут формироваться сечения с волнистыми средними линиями и сечения со средними линиями без волн, при этом волнистые средние линии могут быть плавными или ступенчатыми (см. фиг. 2-4 указанного описания). Также аналогичные средние линии могут формироваться в плоскостях, перпендикулярных оси облицовки, если указанные полосы рельефа направлены вдоль параллелей облицовки.Known closest to the claimed cumulative charge, comprising a housing in the form of an open shell, an explosive placed inside it with a cumulative recess located in the open part of the body, an initiating device located in the closed part of the body, and a lining adjacent to the cumulative recess facing the explosive the surface material of which there is a relief made of protrusions or recesses in the form of strips forming polygons (RU NQ 2303232, publ. July 20, 2007, prototype). In the particular case of the indicated relief, it can have generatrix lines, and along them sections with wavy center lines and sections with center lines without waves, while the wavy center lines can be smooth or stepped (see Fig. 2-4 of this description). Similarly, the center lines can be formed in planes perpendicular to the axis of the cladding, if these strips of relief are directed along the parallels of the cladding.
Выполненная с предлагаемым в данном источнике информации рельефом облицовка играет роль своеобразного пространственного модулятора на пути возникающего в момент взрыва фронта волны высокого давления. В результате, на облицовке формируются стоячие волны, снижающие спонтанные колебания, уменьшающие рассеивание энергии и, в конечном итоге, повышающие пробивную способность заряда. Недостатком указанного заряда является то, что при его работе лишь в малой степени удается снизить диссипацию энергии, связанную с колебаниями и ростом начальных возмущений, и, следовательно, незначительно повысить к.п.д., точность и стабильность взрывного метания, одновременно не удается обеспечить образование однородного перфорирующего стержня оптимальной (пулевидной) конфигурации. Раскрытие изобретенияThe lining performed with the relief proposed in this information source plays the role of a kind of spatial modulator in the path of the high-pressure wave front that occurs at the time of the explosion. As a result, standing waves are formed on the cladding, which reduce spontaneous vibrations, reduce energy dissipation and, ultimately, increase the breakdown ability of a charge. The disadvantage of this charge is that during its operation it is only possible to reduce to a small extent the energy dissipation associated with fluctuations and an increase in the initial perturbations, and, therefore, to slightly increase the efficiency, accuracy and stability of explosive throwing, at the same time it is not possible to provide the formation of a homogeneous perforating rod of the optimal (bullet-shaped) configuration. Disclosure of invention
Технической задачей изобретения является создание эффективной конструкции кумулятивного заряда, а также расширение арсенала кумулятивных зарядов.An object of the invention is the creation of an effective design of the cumulative charge, as well as the expansion of the arsenal of cumulative charges.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, состоит в увеличении к.п.д. и пробивной способности заряда за счет устранения потерь энергии, связанных с колебаниями и ростом начальных возмущений, а также в повышении точности и стабильности взрывного метания облицовки с образованием однородного перфорирующего стержня оптимальной пулевидной конфигурации, способного создавать в мишени канал с формой, близкой к цилиндрической, достигаемых благодаря наличию специально созданных оптимизированных неоднородностей (рельефа) на соответствующих поверхностях облицовки и наличию неровностей на поверхности взрывчатого вещества со стороны корпуса, формируемых, например, с помощью прокладки. Одновременно сокращается себестоимость изготовления и обеспечивается стабильность результатов использования.The technical result that provides a solution to the problem is to increase the efficiency and breakdown ability of the charge by eliminating energy losses associated with fluctuations and an increase in initial disturbances, as well as improving the accuracy and stability of explosive throwing of the cladding with the formation of a uniform perforating rod of an optimal bullet configuration that can create a channel with a shape close to cylindrical in the target, achieved due to the presence of specially created optimized heterogeneities (relief) on corresponding cladding surfaces and the presence of bumps on the surface of the explosive from the side of the body, formed, for example, by means of a gasket. At the same time, manufacturing costs are reduced and the stability of the results of use is ensured.
Сущность изобретения состоит в том, что кумулятивный заряд содержит корпус в виде незамкнутой оболочки, размещенное внутри него взрывчатое вещество с кумулятивной выемкой, расположенной в открытой части корпуса, устройство инициирования, расположенное в закрытой части корпуса, и прилегающую к кумулятивной выемке рельефную облицовку, выполненную таким образом, что средние линии сечений облицовки вдоль образующих линий рельефа, а также средние линии сечений облицовки плоскостями, перпендикулярными оси облицовки, представляют собой либо волнистые линии, либо линии без волн, при этом волнистые средние линии могут быть плавными или ступенчатыми, причем рельеф выполнен либо на обращенной к открытой части корпуса поверхности облицовки, либо на обеих поверхностях облицовки.The essence of the invention lies in the fact that the cumulative charge comprises a body in the form of an open shell, an explosive placed inside it with a cumulative recess located in the open part of the body, an initiation device located in the closed part of the body, and a relief cladding adjacent to the cumulative recess so that the middle lines of the cladding sections along the generatrix lines of the relief, as well as the middle lines of the cladding sections by planes perpendicular to the axis of the cladding, are about wavy lines, or lines without waves, while the wavy middle lines can be smooth or stepped, and the relief is made either on the facing surface facing the open part of the body, or on both surfaces of the facing.
Облицовка может быть выполнена гофрированной, когда рельефы на обеих поверхностях облицовки совпадают, при этом углублению рельефа на одной поверхности соответствует выступание рельефа на противоположной поверхности облицовки.The cladding can be made corrugated when the reliefs on both surfaces of the cladding coincide, while the protrusion of the relief on the opposite surface of the cladding corresponds to the deepening of the relief on one surface.
В предпочтительных вариантах волнистые средние линии сечений облицовки вдоль образующих линий рельефа имеют длины волн в пределах (0,3÷0,7)hп.L/H, где: hобп. - средняя толщина облицовки на рассматриваемой длине волны,In preferred embodiments, the wavy lines mean facing sections forming relief along lines having wavelengths in the range (0,3 ÷ 0,7) h p.L Ob / H, where: h SSB. - the average thickness of the lining at the considered wavelength,
L - длина волны наиболее быстро растущих начальных возмущений пластины с толщиной H, взятой в пределах (0,5÷1 ,5)/7л., изготовленной из того же материала, что и материал облицовки, эмпирически определенная по наибольшей глубине кратеров в мишени, получаемых при метании пластины на мишень, расположенную на расстоянии 20H÷50H от пластины, с помощью взрывчатого вещества, используемого в кумулятивном заряде. Начальные возмущения пластины создаются за счет волнистости формы или за счет рельефа; в последнем случае рельеф выполняется на прилегающей к шашке взрывчатого вещества поверхности пластины.L is the wavelength of the fastest growing initial perturbations of the plate with a thickness H taken in the range of (0.5 ÷ 1, 5) / 7 Obl ., Made of the same material as the cladding material, empirically determined from the greatest depth of the craters in targets obtained by throwing a plate on a target located on a distance of 20H ÷ 50H from the plate, using explosives used in a cumulative charge. The initial perturbations of the plate are created due to the undulation of the form or due to the relief; in the latter case, the relief is performed on the surface of the plate adjacent to the explosive block.
Для улучшения работы заряда на краю облицовки со стороны открытой части корпуса вдоль облицовки выполняется изгиб с длинойTo improve the charge at the edge of the cladding from the side of the open part of the housing along the cladding, a bend with a length
(0,5+1 ,5)Лoбл L/H.(0.5 + 1, 5) LoL / H.
В частных случаях реализации облицовка выполняется в форме боковой поверхности усеченного конуса с рельефом в виде углублений и выступов, причем расстояния между серединами соседних углублений и расстояния между серединами соседних выступов, отсчитываемые вдоль образующих конуса, находятся в пределах (0,3-Ю,7)ΛOбл./- В простейшем случае облицовка выполняется из заготовки в виде плоского кольцевого сектора путем сворачивания, а рельеф на заготовке - путем штамповки на плоской кольцевой матрице.In special cases of implementation, the lining is performed in the form of a lateral surface of a truncated cone with a relief in the form of recesses and protrusions, the distances between the midpoints of adjacent recesses and the distances between the midpoints of adjacent protrusions counted along the generatrices of the cone are in the range (0.3-10.7) Λ O bl./- In the simplest case, the facing is made from the workpiece in the form of a flat annular sector by folding, and the relief on the workpiece is by stamping on a flat ring matrix.
Облицовка может быть выполнена из листа меди или ее сплавов с толщиной 0,4÷4,0 мм, а отношение LIH возрастает с увеличением твердости материала листа и убывает с ее уменьшением в пределах 11÷15.The lining can be made of a sheet of copper or its alloys with a thickness of 0.4 ÷ 4.0 mm, and the ratio LIH increases with increasing hardness of the material of the sheet and decreases with its decrease within 11 ÷ 15.
Для того, чтобы сломать фронт детонационной волны, падающей на корпус заряда, поверхность взрывчатого вещества со стороны корпуса выполняется с выступающими или углубленными элементами. В частном случае BB может заполнять неровности, выполненные на внутренней поверхности корпуса.In order to break the front of the detonation wave incident on the charge body, the surface of the explosive from the body side is made with protruding or recessed elements. In the particular case, BB can fill in the bumps made on the inner surface of the housing.
Кумулятивный заряд может комплектоваться одной или несколькими прокладками, располагающимися между взрывчатым веществом и корпусом, частично или полностью разделяющими взрывчатое вещество и корпус заряда, при этом примыкающая к внутренней стороне корпуса прокладка выполняется из материала более мягкого, чем материал корпуса. Примыкающая к взрывчатому веществу прокладка может быть выполнена с отверстиями или углублениями, а взрывчатое вещество заполнять эти отверстия или углубления в прокладке. В оптимальных вариантах размер перфорационных отверстий или углублений в прокладке составляет (0,5÷2)dкp., а расстояния между ними - (1÷5)dкp., где c/кp. - критический диаметр детонации применяемого в заряде BB.The cumulative charge can be equipped with one or more gaskets located between the explosive and the casing, partially or completely separating the explosive and the casing of the charge, while the gasket adjacent to the inner side of the casing is made of a material softer than the casing material. The gasket adjacent to the explosive can be made with holes or recesses, and explosive fill these holes or recesses in the gasket. In optimal embodiments, the size of the perforation holes or recesses in the gasket is (0.5 ÷ 2) d cr ., And the distance between them is (1 ÷ 5) d cr ., Where c / cr. - the critical diameter of the detonation used in the charge BB.
Перечень чертежейList of drawings
На чертеже фиг. 1, 2 представлена конструктивная схема кумулятивного заряда: на фиг. 1 - общий вид, на фиг. 2 - сечение заряда. На фиг. 3-10 изображены некоторые возможные схемы выполнения рельефа облицовки. Для наглядности показаны рельефы на внешней поверхности конической облицовки, прилегающей после установки в заряд к взрывчатому веществу; на внутренней поверхности выполнен аналогичный рельеф; заметим, что на внешней поверхности рельеф может отсутствовать. На фиг. 11 ,12 показаны результаты опытов по определению наиболее быстро растущих начальных возмущений метаемой взрывом пластины. На фиг. 13-15 представлены примеры сечений облицовки вдоль образующих линий рельефа и соответствующие средние линии, которые выделены белым цветом. На фиг. 16 - изображение развертки конической облицовки с углом раствора 60°, выполненной из медного листа. На фиг. 17 - объемное изображение медной конической облицовки с рельефом на внутренней поверхности и изгибом вблизи основания конуса, а на фиг. 18 - объемное изображение аналогичной свинцовой конической облицовки; образующие линии рельефа показанных облицовок совпадают с образующими конуса и являются прямыми. На фиг. 19-22 показаны варианты выполнения кумулятивного заряда, из них: на фиг. 19 - без прокладки с неровной поверхностью взрывчатого вещества со стороны корпуса; на фиг. 20 - без прокладки, внутренняя поверхность корпуса имеет выступающие или углубленные элементы, взрывчатое вещество заполняет указанные неровности; на фиг. 21 - с однослойной мягкой прокладкой и неровной поверхностью BB; на фиг. 22 - с однослойной мягкой перфорированной прокладкой, BB заполняет перфорационные отверстия. На фиг. 23,24 изображены плоские развертки прокладок с разной перфорацией.In the drawing of FIG. 1, 2 shows a structural diagram of a cumulative charge: in FIG. 1 is a general view, in FIG. 2 - charge cross section. In FIG. 3-10 illustrate some possible patterns for the relief of the cladding. For clarity, reliefs are shown on the outer surface of the conical lining adjacent after being charged to the explosive; a similar relief is made on the inner surface; note that the relief may not be present on the outer surface. In FIG. 11, 12 show the results of experiments to determine the fastest growing initial perturbations of a plate thrown by an explosion. In FIG. 13-15 are examples of cladding sections along the generatrix lines of the relief and the corresponding middle lines, which are highlighted in white. In FIG. 16 is a scan view of a conical cladding with a 60 ° opening angle made of a copper sheet. In FIG. 17 is a three-dimensional image of a copper conical lining with a relief on the inner surface and a bend near the base of the cone, and in FIG. 18 is a three-dimensional image of a similar lead conical lining; the generatrix lines of the relief of the cladding shown coincide with the generatrix of the cone and are straight. In FIG. 19-22 show embodiments of the cumulative charge, of which: in FIG. 19 - without laying with an uneven surface of the explosive from the side of the body; in FIG. 20 - without gasket, the inner surface of the body has protruding or recessed elements, the explosive fills these irregularities; in FIG. 21 - with a single layer soft gasket and uneven BB surface; in FIG. 22 - with single layer soft perforated gasket, BB fills the perforations. In FIG. 23,24 depicts flat reamers of gaskets with different perforations.
Лучшие варианты реализации изобретенияThe best options for implementing the invention
Кумулятивный заряд (фиг. 1 ,2) содержит корпус 1 в виде незамкнутой наружной оболочки, размещенное внутри него взрывчатое вещество (BB) 2 с кумулятивной выемкой (не обозначена), расположенной в открытой части корпуса 1 , устройство 3 инициирования, расположенное в закрытой части корпуса 1 , и прилегающую к кумулятивной выемке облицовку 4, имеющую рельеф, образованный неровностями 5, связанными с волнистостью ее формы и толщины. На внутренней стороне корпуса 1 могут быть послойно без зазора расположены одна или несколько прокладок 6, частично или полностью разделяющие BB 2 и корпус 1 заряда.The cumulative charge (Fig. 1, 2) contains the housing 1 in the form of an open outer shell, an explosive (BB) 2 placed inside it with a cumulative recess (not indicated) located in the open part of the housing 1, the initiation device 3 located in the closed part case 1, and facing 4 adjacent to the cumulative recess, having a relief formed by irregularities 5 associated with the waviness of its shape and thickness. On the inner side of the housing 1, one or more gaskets 6 can be layered in layers without a gap, partially or completely separating BB 2 and the charge housing 1.
Под облицовкой 4 здесь и далее подразумевается прилегающее к кумулятивной выемке твердое тело, ограниченное двумя поверхностями, имеющее малую толщину по сравнению с другими своими размерами, при этом толщина облицовки в общем случае переменная. Например, выполнение рельефа на одной или двух поверхностях облицовки может приводить к изменению ее толщины. Гофрированную облицовку можно рассматривать как частный случай рельефной, когда рельефы на обеих поверхностях совпадают, при этом углублению рельефа на одной поверхности облицовки соответствует выступание рельефа на ее противоположной стороне (фиг. 15).Cladding 4 hereinafter means a solid adjacent to the cumulative recess, bounded by two surfaces, having a small thickness compared to other dimensions, while the thickness of the cladding is generally variable. For example, the implementation of the relief on one or two surfaces of the cladding can lead to a change in its thickness. Corrugated cladding can be considered as a special case of embossed, when the reliefs on both surfaces coincide, while the relief protrusion on one surface of the cladding corresponds to the protrusion of the relief on its opposite side (Fig. 15).
Для описания рельефа облицовки 4 используется понятие образующих линий рельефа, которое во многом аналогично понятию образующих поверхности вращения.To describe the relief of cladding 4, the concept of generatrix lines of relief is used, which is largely similar to the concept of generators of a surface of revolution.
Поверхность вращения образуется вращением линии вокруг некоторой неподвижной прямой, называемой осью поверхности вращения. Эта линия называется образующей, так же, как и все линии, полученные ее вращением вокруг указанной оси. Образующая поверхности вращения может быть пространственной или плоской кривой (лежащей в некоторой плоскости), для конической поверхности - прямой.The surface of rotation is formed by the rotation of the line around a fixed line, called the axis of the surface of rotation. This line is called the generatrix, as well as all the lines obtained by its rotation around the specified axis. The forming surface of the rotation can be spatial or flat curve (lying in some plane), for a conical surface - a straight line.
Образующие линии рельефа - это линии на поверхности облицовки, вдоль которых формируется рельеф. Они могут быть пространственными или плоскими. При этом образующие линии рельефа при повороте относительно оси облицовки могут менять свою форму, создавая волны в окружном направлении; для поверхностей вращения такие окружные линии называют параллелями, и они не имеют волн формы. Следует различать образующие поверхностей и образующие линии рельефа. Для одной и той же поверхности вращения (и, соответственно, ее образующих) можно сформировать разные образующие линии рельефа, в общем случае, не плоские. Например, на фиг. 3 и 4 форма облицовки коническая, образующие конуса - прямые (не показаны), а образующие рельефа - винтовые линии, направленные в разные стороны.The forming lines of the relief are the lines on the surface of the cladding along which the relief is formed. They can be spatial or flat. In this case, the generatrix of the relief when turning relative to the axis of the lining can change their shape, creating waves in the circumferential direction; for surfaces of revolution, such circumferential lines are called parallels, and they have no shape waves. It is necessary to distinguish between forming surfaces and forming relief lines. For the same surface of revolution (and, accordingly, its generators), it is possible to form different generatrix lines of the relief, in the general case, not flat. For example, in FIG. 3 and 4, the shape of the cladding is conical, the cone generators are straight (not shown), and the relief generators are helical lines directed in different directions.
В частном случае образующие линии рельефа являются линиями пересечения поверхности облицовки с плоскостями, проходящими через ось облицовки; для поверхностей вращения такие линии называют меридианами.In a particular case, the forming relief lines are the lines of intersection of the surface of the cladding with the planes passing through the axis of the cladding; for surfaces of revolution such lines are called meridians.
Множество всех меридианов или параллелей представляет собой непрерывный каркас поверхности вращения. Через каждую точку поверхности проходит одна параллель и один меридиан. Аналогично для рельефной облицовки множество всех образующих линий рельефа или множество всех параллелей рельефа составляют рельефную поверхность. Однако поверхности облицовки, с учетом рельефа, не являются поверхностями вращения, и в общем случае даже не являются осесимметричными поверхностями. При этом облицовка имеет ось, при вращении вокруг которой формируется рельеф на одной или двух поверхностях облицовки.The set of all meridians or parallels is a continuous framework of the surface of revolution. Through each point of the surface passes one parallel and one meridian. Similarly, for embossed cladding, the set of all forming relief lines or the set of all parallels of the relief make up the relief surface. However, the lining surfaces, taking into account the relief, are not surfaces of revolution, and in the general case are not even axisymmetric surfaces. In this case, the cladding has an axis, during rotation around which a relief is formed on one or two surfaces of the cladding.
Сечение облицовки вдоль линии - часть поверхности, проходящей через заданную линию перпендикулярно к облицовке во всех точках этой линии, ограниченная передней, направленной к открытой части заряда, и задней, прилегающей к BB, поверхностями облицовки.The section of the cladding along the line is a part of the surface passing through a given line perpendicular to the cladding at all points of this a line bounded by the front facing the open part of the charge, and the rear, adjacent to the BB, the lining surfaces.
Средняя линия сечения облицовки - проходящая по сечению линия, во всех точках равноудаленная от внутренней и внешней поверхностей облицовки.The middle line of the cladding section is the line passing through the section, at all points equidistant from the inner and outer surfaces of the cladding.
Под волнистостью линии подразумевается наличие чередующихся отклонений линии в одну и в противоположную стороны, а длина волны - расстояние между двумя максимальными отклонениями в одну сторону. Волнистая линия может быть плавной или ступенчатой. Полоса рельефа - вытянутый участок облицовки вдоль образующих линий рельефа или вдоль параллелей, в сечениях которых средние линии одинаковые. Полоса рельефа может быть волнистой или без волн в соответствии со средними линиями сечений.By the waviness of the line is meant the presence of alternating deviations of the line in one direction and in the opposite direction, and the wavelength is the distance between two maximum deviations in one direction. The wavy line can be smooth or stepped. Relief strip - an elongated section of the lining along the generatrix lines of the relief or along parallels, in the sections of which the middle lines are the same. The relief strip may be wavy or waveless in accordance with the mid-lines of the sections.
Полосы рельефа без волн разделяют волны формы и толщины облицовки, идущие в поперечном к этим полосам направлении. Полосы рельефа без волн визуально четко выделяются на поверхности облицовки и дают наглядное представление о конфигурации рельефа; на фиг. 3-10 светлым цветом выделены именно полосы рельефа без волн.Stripes of relief without waves are separated by waves of shape and thickness of the lining, going in the direction transverse to these stripes. Stripes of relief without waves visually clearly stand out on the surface of the cladding and give a visual representation of the configuration of the relief; in FIG. 3-10, the relief bands without waves are highlighted in light color.
Выполнение образующих линий рельефа в виде винтовых линий предпочтительно для зарядов, работающих в полете с вращением, при этом направление и размеры закручивания линий должны быть согласованы с направлением вращения заряда, его продольной и угловой скоростью, а также скоростью детонации BB.The implementation of the forming lines of the relief in the form of helical lines is preferable for charges operating in flight with rotation, while the direction and size of the twisting of the lines should be consistent with the direction of rotation of the charge, its longitudinal and angular velocity, as well as the detonation velocity BB.
Облицовки с образующими линиями рельефа, образованными плоскостями, проходящими через ось облицовки (как, например, на фиг. 17,18) целесообразно применять для сосредоточенных кумулятивных зарядов, работающих в стационарных условиях.Cladding with forming relief lines, formed by planes passing through the axis of the cladding (as, for example, in Fig. 17,18), it is advisable to apply for concentrated cumulative charges operating in stationary conditions.
На облицовках на фиг. 8-10 выполнено два противоположно направленных семейства образующих линий рельефа, и, соответственно, два семейства рельефных полос вдоль облицовок.On the lining of FIG. 8-10, two oppositely directed families of generatrix relief lines are made, and, accordingly, two families of relief bands along the facings.
Оптимальное распределение расстояний между полосами рельефа определяется материалом облицовки 4, ее толщиной на разных участках, а также давлением, возникающим при взрыве используемого BB 2, которое зависит от его состава и плотности. Наилучшие результаты пробития достигаются в случае, когда волнистые средние линии сечений облицовки 4 вдоль образующих линий рельефа имеют длины волн в пределах (0,3÷0,7)hoбп.UH, где ho5п. - средняя толщина облицовки 4 на рассматриваемой длине волны. Отношение UH определяется до расчета варианта выполнения рельефа облицовки 4 описанным ниже способом.The optimal distribution of the distances between the strips of relief is determined by the material of the cladding 4, its thickness at different areas, as well as the pressure arising from the explosion used BB 2, which depends on its composition and density. The best penetration results are achieved when the wavy middle lines of the sections of the cladding 4 along the generatrix lines of the relief have wavelengths in the range of (0.3 ÷ 0.7) h obp. UH, where h o5p. - the average thickness of the lining 4 at the considered wavelength. The ratio UH is determined before calculating the embodiment of the relief of the cladding 4 as described below.
На нескольких пластинах с толщиной H, взятой в пределах (0,5÷1 ,5)/7л., изготовленной из того же материала, что и материал облицовки, выполняются начальные возмущения с длиной волны L. Начальные возмущения пластины создаются за счет волнистости формы или за счет рельефа; в последнем случае рельеф выполняется на прилегающей к BB поверхности пластины. Самый простой способ выполнения начальных возмущений - это проточка прямых полос (например, путем фрезерования) на той поверхности пластины, которая при взрыве будет прилегать к BB.Initial perturbations with a wavelength of L are performed on several plates with a thickness H taken in the range of (0.5 ÷ 1, 5) / 7 Vol ., Made of the same material as the cladding material. The initial perturbations of the plate are created due to waviness of the form or due to the relief; in the latter case, the relief is performed on the plate surface adjacent to the BB. The easiest way to fulfill the initial perturbations is to grind straight stripes (for example, by milling) on the surface of the plate that will be adjacent to the BB during the explosion.
Каждая пластина устанавливается на торцевую часть шашки такого же взрывчатого вещества, как используемое в кумулятивном заряде и с такой же средней плотностью; взрывом шашки пластина метается на мишень (например, стальную плиту), расположенную на расстоянии 20H÷50H от пластины.Each plate is mounted on the end of a piece of the same explosive as used in a cumulative charge and with the same average density; By exploding the checkers, the plate is thrown at a target (for example, a steel plate) located at a distance of 20H ÷ 50H from the plate.
Проводится несколько указанных опытов, в которых либо варьируется длина созданных начальных возмущений L при постоянной толщине H, либо меняется H при постоянной L. После чего по наибольшей глубине полученных в мишени кратеров выбирается L - длина волны наиболее быстро растущих начальных возмущений пластины с толщиной H — и, соответственно, безразмерное отношение LIH.Several of these experiments are carried out, in which either the length of the created initial perturbations L varies with a constant thickness H, or H varies with a constant L. After that, L is selected from the greatest depth of the craters obtained in the target - the wavelength of the most rapidly growing initial perturbations of the plate with a thickness H - and, accordingly, the dimensionless ratio LIH.
На фиг. 11 ,12 показаны результаты опытов по определению наиболее быстро растущих начальных возмущений метаемых взрывом пластин. Для этих опытов на круглых пластинах с диаметром D = 45 мм и разной толщиной H, взятой в пределах от 1 до 2 мм выполнялось 6 секторов, разделенных путем фрезерования тремя диаметральными полосами глубиной 0,2-0,5 мм и шириной 2-5 мм. Такие пластины метались цилиндрическими шашками гексогена флегматизированного с плотностью около 1 ,6 г/см3, массой около 80 г с разных расстояний: от 20 до 100 мм. Наибольшая глубина кратеров, полученных в броневой плите (фиг. 11), наблюдалась при H = 1 ,5 мм и составила около 20 мм (фиг. 12). В такой постановке L = Yz D cos(тr/6), а отношение LIH - 13.In FIG. 11, 12 show the results of experiments to determine the fastest growing initial perturbations of blast-throwing plates. For these experiments, on round plates with a diameter of D = 45 mm and different thicknesses H, taken in the range from 1 to 2 mm, 6 sectors separated by milling with three diametrical strips with a depth of 0.2-0.5 mm and a width of 2-5 mm. Such plates were thrown by cylindrical checkers of phlegmatized RDX with a density of about 1.6 g / cm 3 and a mass of about 80 g from different distances: from 20 to 100 mm. The greatest depth of the craters obtained in the armor plate (Fig. 11) was observed at H = 1, 5 mm and amounted to about 20 mm (Fig. 12). In this setting, L = Yz D cos (tr / 6), and the ratio LIH is 13.
Для других листов меди и ее сплавов в зависимости от состава материала и твердости, полученной при изготовлении листов, отношение LIH менялось в пределах 11÷15, причем отношение LIH возрастает с увеличением твердости материала листа и убывает с ее уменьшением.For other sheets of copper and its alloys, depending on the composition of the material and the hardness obtained in the manufacture of the sheets, the LIH ratio varied within 11–15, and the LIH ratio increases with increasing hardness of the sheet material and decreases with its decrease.
Если учитывать приведенные выше примерные значения отношения LIH, то для его определения для конкретного листа и используемого BB достаточно провести 5-10 опытов; разумеется, чем больше опытов провести, тем точнее можно определить этот параметр. Для выпрямления фронта детонационной волны в шашке BB можно устанавливать линзы или экраны.If we take into account the above approximate values of the LIH ratio, then for its determination for a specific sheet and used BB it is enough to conduct 5-10 experiments; Of course, the more experiments carried out, the more accurately this parameter can be determined. To straighten the front of the detonation wave in the checker BB, you can install lenses or screens.
В опытах по взрывному метанию металлических пластин, отличных от медных, было замечено, что указанное отношение для свинцовых пластин меньше, чем для меди, а для стальных и вольфрамовых - больше.In experiments on explosive throwing of metal plates other than copper, it was noted that the indicated ratio for lead plates is less than for copper, and for steel and tungsten - more.
Детонационные свойства BB определяются скоростью детонации и давлением продуктов детонации, главным образом зависящими от состава и плотности BB. Кинематические свойства облицовки - это особенности переноса массы и импульса, обусловленные движением частиц облицовки, в разные моменты времени: от начала падения волны детонации на облицовку до полного формирования перфорирующего стержня определенной формы с некоторым градиентом скорости.The detonation properties of BB are determined by the detonation velocity and pressure of the detonation products, mainly depending on the composition and density of BB. The kinematic properties of the cladding are the features of mass and momentum transfer caused by the movement of the cladding particles at different points in time: from the start of the detonation wave falling on the cladding to the complete formation of a perforating rod of a certain shape with a certain velocity gradient.
Теоретическое решение многофакторной задачи по согласованию детонационных свойств используемого BB и кинематических свойств облицовки конкретного кумулятивного заряда связано с большими трудностями. Однако замечено, что выполнение определенного изгиба на краю облицовки со стороны открытой части корпуса существенно способствует практическому решению указанной задачи. Наилучшие результаты работы кумулятивных зарядов были получены при выполнении изгиба с длиной (0,5÷1 ,5)/7oбл./-/H вдоль облицовки. На фиг. 13-15 представлены примеры сечений облицовки вдоль образующих линий рельефа: на фиг. 13 - с волнистой ступенчатой средней линией и изгибом для облицовки с односторонним рельефом; на фиг. 14 - со средней линией без волн, но с изгибом, на фиг. 15 - с волнистой ступенчатой средней линией и изгибом для гофрированной облицовки с двусторонним рельефом. Длины волн вдоль средней линии сечения In в общем случае меняются при п = 1 ,2,3,... ,Λ/, в предпочтительных случаях выполняется условие 0,Zh0Qn LlH ≤ In ≤ OJh05n UH. Для фиг. 13,15 Л/ = 9, для других облицовок N может быть любым положительным целым числом, в наиболее распространенных случаях реализуется условие 5 < Л/ < 15.The theoretical solution to the multifactorial problem of matching the detonation properties of the used BB and the kinematic properties of the lining of a specific cumulative charge is associated with great difficulties. However, it has been observed that performing a certain bend on the edge of the cladding from the side of the open part of the housing significantly contributes to the practical solution of this problem. The best results were obtained cumulative charges when performing bending of a length (0,5 ÷ 1, 5) / 7 obl ./-/H along the lining. In FIG. 13-15 are examples of cladding sections along the generatrix lines of the relief: in FIG. 13 - with a wavy stepped middle line and a bend for facing with a one-sided relief; in FIG. 14 - with the middle line without waves, but with a bend, in FIG. 15 - with a wavy stepped middle line and a bend for corrugated cladding with bilateral relief. The wavelengths along the midline of the cross section I n generally change for n = 1, 2,3, ..., Λ /, in the preferred cases the condition 0, Zh 0 Q n LlH ≤ I n ≤ OJh 05n UH is fulfilled . For FIG. 13.15 L / = 9, for other facings N can be any positive integer, in the most common cases the condition 5 <L / <15 is realized.
Целесообразно облицовку 4 выполнять в форме боковой поверхности усеченного конуса, свернутого из заготовки в виде плоского кольцевого сектора. Рельеф на заготовке может быть выполнен путем штамповки на плоской кольцевой матрице, например, в виде углубленных кольцевых участков, чередующихся с промежутками постоянной толщины и ширины, как на фиг. 16.It is advisable to lining 4 to perform in the form of a lateral surface of a truncated cone, rolled from the workpiece in the form of a flat annular sector. The relief on the workpiece can be made by stamping on a flat ring matrix, for example, in the form of recessed annular sections, alternating with gaps of constant thickness and width, as in FIG. 16.
На фиг. 17 и фиг. 18 даны объемные изображения медной и свинцовой конических облицовок с рельефом на внутренней поверхности и изгибом вблизи основания конуса, что является предпочтительным вариантом изготовления. Возможно также выполнение облицовок в виде других тел вращения: сферического сегмента, части эллипсоида вращения и т.д.In FIG. 17 and FIG. 18 shows volumetric images of copper and lead conical linings with a relief on the inner surface and a bend near the base of the cone, which is the preferred manufacturing option. It is also possible to perform cladding in the form of other bodies of revolution: a spherical segment, part of the ellipsoid of revolution, etc.
Качественный анализ и проведенные эксперименты показали, что более длительное поддержание высокого давления взрыва приводит к более эффективному метанию облицовки и повышению к.п.д. заряда.Qualitative analysis and experiments have shown that a longer maintenance of a high explosion pressure leads to a more effective throwing of the lining and increase the efficiency charge.
При выполнении поверхности взрывчатого вещества 2 со стороны корпуса 1 с выступающими или углубленными элементами возникает воздействие, направленное вдоль корпуса 1 , - в результате уменьшается воздействие, направленное по нормали к корпусу, что способствует сохранению целостности корпуса 1 заряда в течение более продолжительного времени. Тот же эффект можно получить, если внутреннюю поверхность корпуса 1 выполнить с выступающими или углубленными элементами, а BB 2 в процессе снаряжения заряда разместить в указанных неровностях.When performing the surface of the explosive 2 from the side of the housing 1 with protruding or recessed elements occurs the impact directed along the housing 1, as a result, the impact directed along the normal to the housing is reduced, which helps to maintain the integrity of the charge housing 1 for a longer time. The same effect can be obtained if the inner surface of the housing 1 is made with protruding or recessed elements, and BB 2 is placed in the indicated irregularities during the charge equipment.
Имеется возможность использования синергетического эффекта при создании неровной поверхности взрывчатого вещества со стороны корпуса и размещением на внутренней поверхности корпуса прокладки из материала более мягкого, чем материал корпуса. В этом случае гашение падающих на корпус детонационных и ударных волн увеличивается. Если создать в прокладке 6 большое количество отверстий или углублений достаточно малого диаметра, то при взрыве за счет интерференции ударных волн, исходящих из разных отверстий или углублений, образуется завеса, ослабляющая падающие на корпус 1 волны - "детонационная завеса". Оптимальный размер отверстий или углублений определяется детонационной способностью применяемого BB, мерой которой служит критический диаметр детонации dкp. - наименьший диаметр цилиндрического заряда, при котором детонация ещё распространяется, несмотря на разброс вещества из зоны реакции. Детонационная способность BB тем больше, чем меньше критический диаметр dкp.. Для современных бризантных BB dкp обычно составляет несколько миллиметров.It is possible to use a synergistic effect when creating an uneven surface of the explosive from the side of the casing and placing gaskets made of material softer than the casing material on the inner surface of the casing. In this case, the damping of detonation and shock waves incident on the body increases. If a large number of holes or recesses of a sufficiently small diameter are created in the gasket 6, then during an explosion due to the interference of shock waves emanating from different holes or recesses, a curtain is formed that attenuates the waves incident on the body 1 — the “detonation curtain”. The optimum size of the holes or recesses is determined by the detonation ability of the applied BB, a measure of which is the critical detonation diameter d kp. - the smallest diameter of a cylindrical charge at which detonation still propagates, despite the dispersion of matter from the reaction zone. The detonation ability of BB is greater, the smaller the critical diameter d kp. . For modern brisant BB d cp is usually a few millimeters.
Эксперименты показали, что детонационная завеса эффективна, когда размер перфорационных отверстий или углублений прокладки составляет (0,5÷2)dкp., а расстояния между ними - (1÷5)dкp.The experiments showed that the detonation curtain is effective when the size of the perforations or recesses of the gasket is (0.5 ÷ 2) d cr ., And the distance between them is (1 ÷ 5) d cr .
На фиг. 23 и 24 показаны плоские развертки (заготовки) прокладок с углом кольцевого сектора 108° с разной перфорацией. При сворачивании они образуют прокладки 6 с углом раствора усеченного конуса 35°.In FIG. 23 and 24 show flat reamers (blanks) of gaskets with an angle of the annular sector of 108 ° with different perforations. At when folded, they form gaskets 6 with a solution angle of a truncated cone of 35 °.
Обоснование изобретенияJustification of the invention
Облицовка кумулятивного заряда - это рабочее тело, с помощью которого энергия BB переводится в совершаемую работу. Наибольший интерес представляют тонкие металлические облицовки, т.к. при их метании лучше происходит передача импульса от продуктов детонации к облицовке, а также, в силу малой поверхностной плотности, достигаются высокие скорости метания. При этом плотность получаемого стержня (плотность используемого металла) достаточно высока для эффективного пробития преграды.The lining of the cumulative charge is a working fluid, with the help of which the energy BB is transferred into the work being done. Of most interest are thin metal cladding, as when they are thrown, it is better to transfer momentum from detonation products to the lining, and also, due to the low surface density, high throwing speeds are achieved. In this case, the density of the resulting rod (the density of the metal used) is high enough for effective penetration of the barrier.
Для расчета взрывного обжатия тонких облицовок в основном применяется два подхода. При одном подходе предполагается, что твердый материал облицовки под действием большого перепада давления мгновенно превращается в жидкость, и используется модель идеальной несжимаемой жидкости. При другом подходе, наоборот, несмотря на то, что величина перепада давления значительно больше пластического предела упругости материала, неявно принимается, что материал не претерпевает радикальных реологических изменений, и используются численные методы, основанные на моделях поведения материала в обычных условиях.Two approaches are mainly used to calculate the explosive compression of thin linings. In one approach, it is assumed that a solid lining material under the influence of a large pressure drop instantly turns into a liquid, and a model of an ideal incompressible liquid is used. With another approach, on the contrary, despite the fact that the pressure drop is much larger than the plastic elastic limit of the material, it is implicitly accepted that the material does not undergo radical rheological changes, and numerical methods based on models of material behavior under ordinary conditions are used.
Однако новые теоретические и экспериментальные исследования позволили установить следующее. При падении детонационной волны на поверхность облицовки и дальнейшем прохождении ударных и отраженных волн, происходят многочисленные отколы, в результате чего материал облицовки расслаивается. Он приобретает структуру, аналогичную жидкому кристаллу. (Имеется в виду аналогия с тем, что у жидких кристаллов нет жесткой кристаллической решетки, а есть частичный пространственный порядок молекул в некоторых направлениях.)However, new theoretical and experimental studies have established the following. When the detonation wave falls on the surface of the lining and the further passage of the shock and reflected waves, numerous spalls occur, as a result of which the lining material delaminates. It acquires a structure similar to a liquid crystal. (This refers to the analogy with the fact that liquid crystals do not have a rigid crystal lattice, but have a partial spatial order of molecules in some directions.)
В связи с этим для конструирования и расчета кумулятивных зарядов с целью достижения наилучшего технического результата целесообразно применять модель слабоупругой облицовки, в которой предполагается, что на самой ранней стадии разгона облицовки вырабатываются новые свойства упругопластического материала, а именно - продольная упругость с упругим модулем, пропорциональным приложенному давлению взрыва.In this regard, for the design and calculation of cumulative charges in order to achieve the best technical result it is advisable to use a model of weakly elastic lining, in which it is assumed that at the very early stage of acceleration of the lining new properties of an elastoplastic material are developed, namely, longitudinal elasticity with an elastic modulus proportional to the applied explosion pressure.
При расчете пересечения траекторий частиц облицовки используется модель абсолютно неупругого удара; т.е. предполагается, что при соударении участков облицовки частицы слипаются, в результате чего образуются стержни, кольца или ядра. Чтобы избавиться от рассмотрения возможного затекания газа на переднюю поверхность облицовки и анализа возникающих при этом краевых волн разрежения, считаем облицовку помещенной в канал соответствующей формы, т.е. деформируемым поршнем.When calculating the intersection of the trajectories of the particles of the lining, a model of absolutely inelastic impact is used; those. it is assumed that upon collision of the cladding areas, the particles stick together, as a result of which rods, rings or cores are formed. In order to get rid of the consideration of possible gas leakage onto the front surface of the cladding and the analysis of the resulting rarefaction waves, we consider the cladding placed in a channel of the corresponding shape, i.e. deformable piston.
Проведенные экспериментальные исследования показали, что существует константа материала, не связанная с обычными упругими модулями, характеризующая указанную слабую упругость, - константа слабой упругости. Определение этой константы исходя из кинетики разрушений (отколов) затруднительно и нерационально. Тем более, что эта константа зависит не только от материала облицовки и приложенного давления, но также от процесса изготовления (например, лист меди может быть в твердом, полутвердом и мягком состоянии). Не зависит только от толщины (разумеется для достаточно тонких облицовок, например, для меди - меньше 4 мм). Проще провести серию опытов и определить константу слабой упругости для конкретного материала и используемого BB путем статистической обработки результатов экспериментов.The conducted experimental studies have shown that there is a material constant that is not related to ordinary elastic modules characterizing the indicated weak elasticity - a constant of weak elasticity. The determination of this constant based on the kinetics of destruction (spalling) is difficult and irrational. Moreover, this constant depends not only on the cladding material and applied pressure, but also on the manufacturing process (for example, a sheet of copper can be in a solid, semi-solid and soft state). It does not depend only on the thickness (of course, for sufficiently thin linings, for example, for copper - less than 4 mm). It is easier to conduct a series of experiments and determine the constant of weak elasticity for a particular material and used BB by statistical processing of the experimental results.
Для математического описания изложенных выше фактов введем декартову систему координат x' (/ = 1,2,3) , и пусть г - радиус-вектор частиц облицовки с эйлеровыми компонентами xι . Тогда уравнения движения слабоупругой облицовки имеют вид ,2 αβ,For a mathematical description of the above facts, we introduce the Cartesian coordinate system x '(/ = 1,2,3), and let r be the radius vector of the particles of the cladding with the Euler components x ι . Then the equations of motion of the weakly elastic lining have the form , 2 αβ,
Здесь σ - поверхностная плотность облицовки, п - вектор единичной нормали, направленный в сторону отсутствия давления. Индексом t обозначена производная по времени при постоянных лагранжевых координатах ξα (α = l,2) , а индексом β - производная по ξ . Символ V означает ковариантную производную вдоль поверхности.Here σ is the surface density of the cladding, n is the unit normal vector, directed towards the absence of pressure. The subscript t denotes the time derivative with constant Lagrangian coordinates ξ α (α = l, 2), and the subscript β denotes the derivative with respect to ξ. The symbol V means the covariant derivative along the surface.
Давление pQ далее считается постоянным. Величина с - характеристика продольной упругости материала облицовки. Она вводится формулой с = эe/?0/p , где p(ξα ) - плотность материала облицовки (считаемого несжимаемым), ае - константа слабой упругости, безразмерный коэффициент, для металлических облицовок порядка 1 ; величину с условно можно назвать квадратом скорости звука в материале облицовки. Введем также толщину облицовки h — σ/р .The pressure p Q is further considered constant. The value of c is the characteristic of the longitudinal elasticity of the cladding material. It is introduced by the formula c = ee /? 0 / p, where p (ξ α ) is the density of the cladding material (considered incompressible), ae is the constant of weak elasticity, dimensionless coefficient, for metal cladding of the order of 1; the value of c can conditionally be called the square of the speed of sound in the cladding material. We also introduce the thickness of the lining h - σ / p.
Отметим, что модель чисто инерционного метания получаем, формально положив с — 0.Note that we obtain the model of purely inertial throwing by formally setting c - 0.
Пусть aaп - компоненты метрического тензора поверхности облицовки
Figure imgf000019_0001
Let a a p be the components of the metric tensor of the facing surface
Figure imgf000019_0001
Здесь δ^ - символ Кронекера, X^ - компоненты касательных векторовHere δ ^ is the Kronecker symbol, X ^ are the components of the tangent vectors
поверхности l* α , так что П = Г, х T2 /| Г, х Y2 \ , причемof the surface l * α , so that = = Γ, x T 2 / | R, x Y 2 \, and
I г, χ r2 |= (det(ααβ)) ≡ JΞ.I g, χ r 2 | = (det (α αβ )) ≡ JΞ.
Символом ЯQ обозначены начальные контравариантные компоненты метрического тензора поверхности, которые используются сThe symbol I Q denotes the initial contravariant components of the metric surface tensor that are used with
2 коэффициентом с как компоненты удельного тензора упругих постоянных. Отметим, что здесь последовательно учитываются все элементы теории конечных деформаций облицовки без линеаризации, хотя в конечном счете упругая составляющая тензора напряжений получается линейной. Действительно, в силу закона сохранения массы справедлива формула Лагранжа
Figure imgf000020_0001
Нулевым индексом, как и выше, помечены соответствующие начальные величины - функции ξα . В результате получаем векторное уравнение
2 by coefficient c as components of the specific tensor of elastic constants. We note that all the elements of the theory of finite cladding deformation without linearization are sequentially taken into account here, although ultimately the elastic component of the stress tensor is linear. Indeed, by the law of conservation of mass, the Lagrange formula is valid
Figure imgf000020_0001
The zero index, as above, marks the corresponding initial quantities - the functions ξ α . As a result, we obtain the vector equation
σo 4®o~ r,t = Po ri x r2 + (V^ σ0c2<pгp σo 4 ® o ~ r , t = Po r i xr 2 + (V ^ σ 0 c 2 < p g p
3 о. 2 В случае плоской задачи имеем х = ς , все остальные переменные - функции ξ и t. Введем комплексную эйлерову3 about. 2 In the case of a plane problem, we have x = ς, all other variables are functions ξ and t. We introduce the complex Euler
переменную z = х + ix , а также для упрощения уравнений используем в качестве лагранжевой координаты следующую массовую переменную:the variable z = x + ix, and also, to simplify the equations, we use the following mass variable as the Lagrangian coordinate:
7I/2 μ = рώ- rfξ1.7 I / 2 μ = рώ- rfξ 1 .
PoPo
При этом σ = Po/\ z μ I - Размерность переменной μ равна размерности t2.Moreover, σ = Po / \ z μ I - The dimension of the variable μ is equal to the dimension t 2 .
Тогда уравнения движения принимают вид zu = /zμ + (c2(μИ )μ > c2 = зe≠o /po - Это комплексное уравнение представляет собой систему двух гиперболических уравнений, однако даже при постоянной величине с обладает сильной дисперсией, что во многом характеризует необычное поведение решений при различных начальных данных.Then the equations of motion take the form zu = / z μ + (c 2 (μИ) μ > c 2 = ze ≠ o / p o - This complex equation is a system of two hyperbolic equations, but even with a constant value c it has a strong dispersion, which in many respects characterizes the unusual behavior of solutions with different initial data.
Действительно, рассмотрим в случае с = СОПSt элементарное решение, локально соответствующее деформации цилиндра. Пусть Z = A0 Qxp(λt - i кμ), σ = — — — exp(-Reλ t) ,Indeed, in the case c = SOPSt we consider an elementary solution that locally corresponds to cylinder deformation. Let be Z = A 0 Qxp (λt - i кμ), σ = - - - exp (-Reλ t),
14, 1* где Aϋ , λ - комплексные постоянные, к > О - вещественная постоянная. Тогда получаем дисперсионное уравнение
Figure imgf000021_0001
которое показывает следующее.
14, 1 * where A ϋ , λ are complex constants, k> 0 is a real constant. Then we get the dispersion equation
Figure imgf000021_0001
which shows the following.
Имеется критическое волновое число кcr — \/c , отвечающее состоянию равновесия λ = 0. При волновых числах к < kcr постоянная λ вещественна, что отвечает либо росту, либо затуханию со временем амплитуды волны A0 QXpXt . Имеется единственный максимумThere is a critical wave number k cr - \ / c, corresponding to the equilibrium state λ = 0. For wave numbers k <k cr, the constant λ is real, which corresponds to either an increase or decay of the wave amplitude A 0 QXpXt with time. There is only one maximum.
величины λ при k = kcr/2. Таким образом, существует волна сλ with k = k cr / 2. So there is a wave with
массовой длиной 4πc , называемой "резонансной", с наиболее быстро растущей амплитудой, которая характеризует максимальную неустойчивость процесса. В обычных линейных переменных это дает соотношениеmass length 4πc, called the "resonance", with the fastest growing amplitude, which characterizes the maximum instability of the process. In ordinary linear variables, this gives the relation
4πaeσo/zo = σoαo 1 /2 d jξj- 1 = const ,
Figure imgf000021_0002
что приближенно (так как величина σoαo , вообще говоря, не постоянна) соответствует длине волны /гes « 4πae/^ . При к — > 0 скорость роста амплитуды уменьшается до нуля.
4πaeσ o / z o = σ o α o 1/2 d jξ j - 1 = const,
Figure imgf000021_0002
which is approximate (since the value of σ o α o , generally speaking, is not constant) corresponds to the wavelength / g «4πae / ^. When k -> 0, the amplitude growth rate decreases to zero.
В случае к > k параметр λ становится чисто мнимым: λ = /ω , где СО - частота колебаний амплитуды, периодической по времени.In the case k> k ct, the parameter λ becomes purely imaginary: λ = / ω, where CO is the frequency of the oscillations of the amplitude that is periodic in time.
Таким образом, качественное поведение рельефной облицовки при взрывном метании характеризуется длиной волны начальных возмущений, обусловленных формой и рельефом облицовки. Процесс развития коротких волн происходит в колебательном режиме. Надо иметь в виду, что для применения теории реальная длина волны должна быть много больше характерной толщины облицовки, что ограничивает спектр длин волн снизу.Thus, the qualitative behavior of a relief lining during explosive throwing is characterized by the wavelength of the initial disturbances due to the shape and relief of the lining. The process of development of short waves occurs in an oscillatory mode. Must keep in mind that for the application of the theory, the real wavelength should be much larger than the characteristic thickness of the cladding, which limits the spectrum of wavelengths from below.
Далее, по мере увеличения, имеется критическая длина волны, когда частота колебаний обращается в нуль. При создании возмущений с критической длиной волны возмущения не растут, а спонтанные подавляются, в случае, если их амплитуда достаточно мала по сравнению с амплитудой искусственно созданных.Further, as it increases, there is a critical wavelength when the oscillation frequency vanishes. When creating perturbations with a critical wavelength, perturbations do not grow, and spontaneous ones are suppressed if their amplitude is sufficiently small compared to the amplitude of artificially created ones.
При создании начальных возмущений с длиной волны больше критической возмущения растут; этот диапазон, в свою очередь, имеет резонансную длину волны, равную удвоенной критической, с наибольшим инкрементом роста. При дальнейшем увеличении длины волны инкремент убывает до нуля.When creating initial disturbances with a wavelength greater than the critical disturbances grow; this range, in turn, has a resonant wavelength equal to twice the critical, with the largest growth increment. With a further increase in the wavelength, the increment decreases to zero.
Основная проблема, с которой сталкиваются разработчики при конструировании взрывных устройств с тонкими облицовками, - это их динамическая неустойчивость (ее еще называют неустойчивостью Рэлея-Тейлора или ускорительной неустойчивостью).The main problem that developers face when designing explosive devices with thin linings is their dynamic instability (it is also called the Rayleigh-Taylor instability or accelerator instability).
В системе отсчета, связанной со срединной поверхностью метаемой облицовки, действует сила инерции, которая, грубо говоря, прижимает переднюю (в направлении метания) поверхность облицовки, но делает неустойчивой ее заднюю поверхность, первоначально прилегающую к BB, от которой могут отделяться значительные части материала облицовки.An inertia force acts in the reference system associated with the median surface of the throwable cladding, which, roughly speaking, presses the front (in the throwing direction) surface of the cladding, but makes its back surface, initially adjacent to BB, unstable, from which significant parts of the cladding material can be separated .
Поэтому для создания больших деформаций облицовки начальные возмущения целесообразно выполнять на прилегающей к BB поверхности - это нужно для определения резонансной длины волны, равной удвоенной критической; а для подавления колебаний и роста начальных возмущений требуемую для создания критического режима метания волнистость облицовки необходимо создавать за счет рельефа на передней стороне облицовки.Therefore, to create large deformations of the cladding, it is advisable to perform the initial perturbations on the surface adjacent to the BB — this is necessary to determine the resonant wavelength equal to twice the critical; and in order to suppress fluctuations and increase initial disturbances, the lining waviness required to create a critical throwing regime must be created due to the relief on the front side of the lining.
Решение проблемы ускорительной неустойчивости заключается в следующем: для любой облицовки и используемого BB существует критическая длина начальных возмущений, при которой они не растут, а рост спонтанных возмущений подавляется в случае, если их амплитуда достаточно мала по сравнению с амплитудой искусственно созданных.The solution to the problem of acceleration instability is as follows: for any cladding and used BB there the critical length of the initial perturbations, at which they do not grow, and the growth of spontaneous perturbations is suppressed if their amplitude is sufficiently small compared to the amplitude of artificially generated ones.
Работа предложенного устройства Предложенный кумулятивный заряд работает следующим образом. При срабатывании устройства 3 инициирования происходит детонация BB 2 и взрывное метание рельефной облицовки 4. При выполнении на обращенной к открытой части корпуса поверхности облицовки рельефа, направленного на формирование волнистых средних линий в соответствующих сечениях облицовки, после детонации BB возникают условия деформации, благоприятные для уменьшения неустойчивости облицовки, а в случае создания длины волны близкой к критической - к наиболее возможному устранению колебаний и роста возмущений. При этом уменьшается диссипация энергии, связанная с колебаниями и ростом спонтанных возмущений, происходит более точное метание облицовки, формирование перфорирующего стержня оптимальной формы с рассчитанными параметрами, повышается к.п.д. заряда и стабильность его работы. Используя решение задачи о метании облицовки заданной формы давлением взрыва с учетом конечности скорости детонации, можно реализовать наиболее однородную деформацию облицовки при ее переходе в перфорирующий стержень.The work of the proposed device The proposed cumulative charge works as follows. When the triggering device 3 is triggered, detonation BB 2 and explosive throwing of the relief cladding 4 occur. When performing on the surface facing the open part of the body of the relief cladding aimed at the formation of wavy middle lines in the respective sections of the cladding, after detonation BB there are deformation conditions favorable to reduce instability facing, and in the case of creating a wavelength close to critical - to the most possible elimination of oscillations and growth of disturbances. In this case, energy dissipation associated with fluctuations and an increase in spontaneous perturbations decreases, a more accurate throwing of the lining occurs, the formation of a perforating rod of an optimal shape with calculated parameters, and the efficiency increases charge and stability of its work. Using the solution of the problem of throwing a cladding of a given shape with explosion pressure, taking into account the finiteness of the detonation velocity, it is possible to realize the most uniform deformation of the cladding when it passes to the perforating rod.
Перфорирующий стержень осуществляет образование отверстия (перфорацию), например, в обсадной колонне скважины. Корпус 1 заряда, обычно выполненный из стали или другого прочного материала, служит для надежной установки заряда в соответствующем устройстве вблизи мишени (например, в корпусе перфоратора внутри скважины) и удержанию давления взрыва; прокладки 6 уменьшают взрывное воздействие на корпус 1 заряда, что приводит к увеличению энергии, направленной на метание облицовки 4. Для решения поставленной задачи используется реальная возможность задания оптимального процесса развития начальных возмущений облицовки 4 при больших ускорениях, возникающих при взрыве. Форма облицовки 4 согласуется с решением задачи о метании и разгоне первоначально покоящейся облицовки.A perforating rod provides hole formation (perforation), for example, in a well casing. The charge housing 1, usually made of steel or other durable material, serves to reliably install the charge in a suitable device near the target (for example, in a perforator housing inside the borehole) and to keep the explosion pressure; gaskets 6 reduce the explosive effect on the charge body 1, which leads to an increase in the energy directed to throwing the cladding 4. To solve the problem, the real possibility is used to set the optimal process for the development of the initial perturbations of the cladding 4 at high accelerations arising from the explosion. The shape of the lining 4 is consistent with the solution of the problem of throwing and dispersing the initially resting lining.
В результате материал исходной облицовки 4 в процессе перемещения перетекает в достаточно однородный малоградиентный (имеется в виду градиент скорости) перфорирующий стержень оптимальной пулевидной формы с высоким импульсом. Кроме того указанный стержень обладает хорошими аэродинамическими характеристиками, но это преимущество обычно не используется из-за стесненности условий применения кумулятивных зарядов. Кроме повышения эффективности и стабильности работы предложенный кумулятивный заряд имеет следующие преимущества.As a result, the material of the original cladding 4 during the movement flows into a fairly homogeneous low-gradient (meaning the velocity gradient) perforating rod of an optimal bullet shape with a high momentum. In addition, the specified rod has good aerodynamic characteristics, but this advantage is usually not used due to the tightness of the conditions for the use of cumulative charges. In addition to increasing efficiency and stability, the proposed cumulative charge has the following advantages.
Отсутствует необходимость конструирования облицовок сложной формы. Достаточно выбрать наиболее простую и технологичную форму (например, коническую облицовку с углом раствора 39°, свернутую из медного сектора с углом 120°), но за счет калибра, толщины и рельефа облицовки можно получить требуемые параметры пробития в самом широком диапазоне, при этом объем получаемого канала в мишени может превышать объем пробития традиционного заряда с такой же массой BB в 2-2,5 раза. При этом повышается стабильность работы зарядов: от 7-8 успешных выстрелов из 10 отстрелов (для применяемых в настоящее время) до 9 из 10 (для предложенного заряда). За успешные выстрелы обычно принимаются такие, при которых отклонения диаметра отверстия и глубины канала от требуемых значений составляют не более 10%. Можно понизить требования к качеству изготовления. Разрез на облицовке в месте стыковки краев заготовки, если он выполнен по линии рельефа, не сказывается на работе кумулятивного заряда; для гладких облицовок разрез приводит к негативным последствиям. Рельефные облицовки 4 можно выполнять из листа (ленты) простым механическим способом (вырубка, штамповка, свертка и оправка), а гладкие облицовки требуют более сложных операций (раскатка, вытяжка и т.д.). Снижение требований к качеству изготовления облицовок уменьшает себестоимость изготовления рельефных облицовок, однако становится крайне важным точное выполнение рельефа. Погрешность в рельефе на 10 мкм приводит к ухудшению параметров пробития (хотя высокая стабильность работы сохраняется). Вопрос качества выполнения рельефа решается точным расчетом и изготовлением штамповочных матриц, что при современном уровне развития компьютерной техники и металлообрабатывающего оборудования не представляет больших трудностей. Высокие результаты работы предложенного заряда достигаются без использования дорогостоящих металлов и сплавов. Повышение пробивной способности и стабильность достигаются за счет устранения неустойчивости при обжатии облицовки, уменьшения диссипации энергии и повышения импульса без удорожания материала облицовки. Кроме того рельефную облицовку можно рассчитать и выполнить так, что при ее обжатии не будет ни тонкой неустойчивой струи, ни низкоскоростного песта.There is no need to design complex claddings. It is enough to choose the simplest and most technologically advanced form (for example, a conical cladding with a solution angle of 39 °, rolled from a copper sector with an angle of 120 °), but due to the caliber, thickness and relief of the cladding, the required penetration parameters can be obtained in the widest range, while the volume of the obtained channel in the target can exceed the volume of penetration of a traditional charge with the same mass BB by 2-2.5 times. This increases the stability of the charges: from 7-8 successful shots from 10 shots (for currently used) to 9 out of 10 (for the proposed charge). Successful shots are usually taken as those in which the deviations of the hole diameter and channel depth from the required values are no more than 10%. You can lower the requirements for workmanship. A cut on the lining at the junction of the edges of the workpiece, if it is made along the relief line, does not affect the work of the cumulative charge; for smooth cladding, the incision leads to negative consequences. Relief cladding 4 can be performed from a sheet (tape) in a simple mechanical way (cutting, stamping, convolution and mandrel), and smooth cladding requires more complex operations (rolling, drawing, etc.). Reducing the requirements for the quality of manufacture of cladding reduces the cost of manufacturing embossed cladding, however, it becomes extremely important the exact execution of the relief. An error in the relief of 10 μm leads to a deterioration in the parameters of penetration (although high stability is maintained). The issue of the quality of the relief is solved by the exact calculation and manufacture of stamping dies, which at the current level of development of computer technology and metalworking equipment does not present great difficulties. High results of the proposed charge are achieved without the use of expensive metals and alloys. Increased penetration and stability are achieved by eliminating instability during compression of the cladding, reducing energy dissipation and increasing momentum without increasing the cost of the cladding material. In addition, the relief cladding can be calculated and performed so that when it is compressed there will be neither a thin unstable stream nor a low-speed pestle.
Промышленная применимость Заявленный кумулятивный заряд может быть серийно изготовлен в условиях промышленного производства с использованием имеющегося оборудования и применением современной технологии изготовления. Технологические средства реализации изобретения при современном уровне развития производства достаточно разнообразны.Industrial applicability The declared cumulative charge can be mass-produced in industrial production using existing equipment and the use of modern manufacturing technology. Technological means of implementing the invention at the current level of production development are quite diverse.
Примеры реализации предложенного устройства Пример 1. Для сравнения эффективности и стабильности работы кумулятивных зарядов с рельефами, выполненными на разных сторонах облицовок была изготовлена партия кумулятивных зарядов. Каждый заряд содержал стальной корпус с диаметром 48 мм, длиной 60 мм, с формой, аналогичной показанной на фиг. 1. Внутри корпуса размещалось 24 г BB на основе гексогена флегматизированного со средней плотностью около 1 ,6 г/см3. Система инициирования состояла из электродетонатора, примыкающего к нему детонирующего шнура и промежуточного детонатора в виде спрессованного гексогена кристаллического.Examples of the implementation of the proposed device Example 1. To compare the efficiency and stability of the cumulative charges with reliefs made on different sides of the lining was made a batch of cumulative charges. Each charge contained a steel case with a diameter of 48 mm, a length of 60 mm, with a shape similar to that shown in FIG. 1. Inside the housing was placed 24 g of BB based on RDX phlegmatized with an average density of about 1.6 g / cm 3 . The initiation system consisted of an electric detonator adjacent to it a detonating cord and an intermediate detonator in the form of a compressed crystalline hexogen.
Из листа меди с толщиной 0,6 мм было изготовлено 10 заготовок с углом кольцевого сектора 120°, наружным диаметром 125,5 мм и внутренним диаметром 38 мм. На заготовках путем штамповки на плоской кольцевой матрице был выполнен одинаковый рельеф, аналогичный показанному на фиг. 16, с длиной волны около 4 мм. Затем половина из них были свернуты рельефом наружу, а половина - рельефом внутрь. Поверхность противоположная той, на которой был выполнен рельеф, была гладкой. Угол раствора полученного усеченного конуса составил 39°, диаметр основания - 42 мм, диаметр верхней части - 13 мм, высота - 41 ,5 мм, масса - около 19 г. От основания конуса вдоль его образующих был выполнен изгиб с длиной 8 мм и амплитудой 0,5 мм. Каждая из изготовленных таким образом облицовок запрессовывалась в кумулятивную выемку с углом 39°, предварительно выполненную во BB путем прессования со стороны открытой части корпуса. На внутренней стенке корпуса заряда перед запрессовкой BB размещалась перфорированная прокладка, свернутая из медной заготовки с толщиной 0,8 мм, выполненной по эскизу фиг. 23, в виде боковой поверхности усеченного конуса с углом раствора 35°.Of the copper sheet with a thickness of 0.6 mm, 10 billets were made with an angle of the annular sector of 120 °, an outer diameter of 125.5 mm and an inner diameter of 38 mm. On the blanks by stamping on a flat ring matrix, the same relief was made, similar to that shown in FIG. 16, with a wavelength of about 4 mm. Then half of them were folded in relief outward, and half - inward relief. The surface opposite to the one on which the relief was made was smooth. The angle of the solution of the truncated cone was 39 °, the diameter of the base was 42 mm, the diameter of the upper part was 13 mm, the height was 41.5 mm, and the mass was about 19 g. A bend with a length of 8 mm and an amplitude was made from the base of the cone along its generators 0.5 mm Each of the facings manufactured in this way was pressed into a cumulative recess with an angle of 39 °, previously made in BB by pressing from the side of the open part of the housing. On the inner wall of the charge casing before pressing BB, a perforated gasket was rolled up from a copper billet with a thickness of 0.8 mm, made according to the sketch of FIG. 23, in the form of a lateral surface of a truncated cone with a solution angle of 35 °.
Мишень состояла (снизу вверх) из стального столбика диаметром 70 мм, стальной втулки, заполненной водой, высотой 12,5 мм и стальной пластины толщиной 5 мм. Заряд устанавливался на указанной мишени с фокусным расстоянием 9 мм. Такие испытания проводят для отладки перфораторных зарядов, применяемых для вторичного вскрытия нефтяных и газовых пластов. В частности, указанные заряды относятся к перфораторным зарядам типа "Вig HoIe".The target consisted (from bottom to top) of a steel column with a diameter of 70 mm, a steel sleeve filled with water, 12.5 mm high and a 5 mm thick steel plate. The charge was mounted on the specified target with a focal length of 9 mm. Such tests are carried out to debug the perforating charges used for the secondary opening of oil and gas reservoirs. In particular, these charges relate to “Big HoIe” punch charges.
Полученные в стальных столбиках каналы измерялись штангенциркулем с глубиномером. Результаты измерений сведены в табл. 1.The channels obtained in steel columns were measured with a caliper with a depth gauge. The measurement results are summarized in table. one.
Таблица 1
Figure imgf000027_0001
Table 1
Figure imgf000027_0001
Приведенные в табл. 1 результаты свидетельствуют о следующем.Given in the table. 1 results indicate the following.
Если рельеф располагается снаружи облицовки, и после ее запрессовки в кумулятивную выемку рельеф прилегает к этой выемке, то наблюдаются низкие значения и большой разброс результатов пробития мишеней. Если рельеф располагается внутри облицовки, и после ее запрессовки рельеф обращен к открытой части корпуса заряда, то наблюдаются высокая эффективность и стабильность работы зарядов.If the relief is located outside the lining, and after it is pressed into the cumulative recess, the relief is adjacent to this recess, then low values and a large scatter of the results of penetration of the targets are observed. If the relief is located inside the lining, and after pressing it in, the relief faces the open part of the charge body, then high efficiency and stability of the charges are observed.
Пример 2. Для экспериментального подтверждения результатов теоретического анализа по оптимизации длины волны начальных возмущений облицовки была изготовлена партия кумулятивных зарядов, аналогичных указанным в примере 1 , с точно такими же корпусами, BB, прокладками и облицовками с рельефом на передней стороне. Отличие заключалось в том, что средние линии сечений облицовки вдоль образующих линий рельефа имели разные длины волн на разных облицовках. В предварительных опытах было установлено, что для материала облицовки и BB, используемых в указанных зарядах, LIH = 13,5, /7Oбл. = 0,6 мм. Результаты пробития указанных выше мишеней приведены в табл. 2. Таблица 2Example 2. To experimentally confirm the results of a theoretical analysis of optimizing the wavelength of the initial perturbations of the cladding, a batch of cumulative charges similar to those described in Example 1 was manufactured with exactly the same bodies, BBs, gaskets and claddings with a relief on the front side. The difference was that the middle lines of the cladding sections along the generatrix lines of the relief had different wavelengths on different claddings. In preliminary experiments, it was found that for the cladding material and BB used in these charges, LIH = 13.5, / 7 Obl . = 0.6 mm. The results of breaking through the above targets are shown in table. 2. table 2
Figure imgf000028_0001
Figure imgf000028_0001
Приведенные в табл. 2 результаты свидетельствуют о следующем.Given in the table. 2 results indicate the following.
При длинах волн средних линий сечений облицовок вдоль образующих линий рельефа больше OJh0Qn UH (8 мм и 6 мм) результаты работы зарядов низкие, разброс большой. В диапазоне длин волн рельефа (0,3÷0,7)hOбП L/H (5 мм, 4 мм, 3,5 мм и 3 мм) заряды работают эффективнее и стабильнее; волны меньше 0,ЗhOQП L/H для меди слишком короткие. Наилучшие результаты наблюдаются при длине волны рельефа, близкой к 0,5ho6л UH (4 мм). Это подтверждает теоретические выводы о целесообразности реализации критического режима взрывного метания облицовок. Пример 3. Для перфорирования стальной плиты толщиной 300 мм были изготовлены заряды с наружными диаметром и высотой, соответственно, 48 мм и 80 мм. Навеска зарядов - 35 г гексогена флегматизированного. Облицовки были выполнены из медного листа с толщиной 0,6 мм в виде боковой поверхности усеченного конуса с углом раствора 19°; диаметр основания составлял 40 мм, диаметр верхней части - 21 мм, высота - 58 мм, масса - 28,5 г. На передней стороне - рельеф, аналогичный показанному на фиг. 16.When the wavelengths of the middle lines of the sections of the linings along the generatrix lines of the relief are greater than OJh 0 Q n UH (8 mm and 6 mm), the results of the charges are low, the spread is large. In the range of relief wavelengths (0.3 ÷ 0.7) h ОБП L / H (5 mm, 4 mm, 3.5 mm and 3 mm), the charges work more efficiently and more stably; waves less than 0, Зh O Q П L / H for copper are too short. The best results are observed at a wavelength of relief close to 0.5h o6l UH (4 mm). This confirms the theoretical conclusions about the feasibility of implementing a critical regime of explosive throwing of facings. Example 3. To perforate a steel plate with a thickness of 300 mm, charges were made with an outer diameter and height of 48 mm and 80 mm, respectively. Weighed charges - 35 g of phlegmatized RDX. Facings were made of copper sheet with a thickness of 0.6 mm in the form of a lateral surface of a truncated cone with a solution angle of 19 °; the diameter of the base was 40 mm, the diameter of the upper part was 21 mm, the height was 58 mm, and the mass was 28.5 g. On the front side there is a relief similar to that shown in FIG. 16.
После подрыва указанных зарядов, установленных на стальную плиту, в ней образовались сквозные отверстия с входным и выходным диаметрами, соответственно, 15 мм и 10 мм.After undermining these charges mounted on a steel plate, through holes with inlet and outlet diameters of 15 mm and 10 mm, respectively, were formed in it.
Пример 4. При проведении аварийно-восстановительных работ были применены кумулятивные заряды, аналогичные по форме описанным в примере 1 , содержащие октоген флегматизированный массой 50 г, две прокладки (свинцовая на корпусе и медная перфорированная, прилегающая к BB) и медные облицовки с толщиной 0,8 мм, выполненные в форме сферического сегмента с углом раствора 120°, с рельефом на внутренней, обращенной к открытой части корпуса поверхности облицовки; диаметр основания облицовки составлял 50 мм, длина волны рельефа - около 5 мм.Example 4. When carrying out emergency repairs, cumulative charges were used, similar in shape to those described in Example 1, containing 50 g phlegmatized octogen, two gaskets (lead on the body and perforated copper adjacent to BB) and copper linings with a thickness of 0, 8 mm, made in the form of a spherical segment with a solution angle of 120 °, with a relief on the inside facing the open part of the housing; the diameter of the base of the cladding was 50 mm; the wavelength of the relief was about 5 mm.
20 указанных зарядов, вставленных в полиэтиленовую ленту с отверстиями для установки зарядов, были вплотную друг к другу размещены и укреплены в форме окружности на кирпично-бетонной стене толщиной около 500 мм. Со стороны закрытой части зарядов был укреплен детонирующий шнур с электродетонатором и проводами, выведенными в безопасное место. После одновременного взрыва зарядов в плите образовался лаз с диаметром около 500 мм.20 of these charges, inserted into a plastic tape with holes for installing charges, were placed close to each other and mounted in the form of a circle on a brick-concrete wall with a thickness of about 500 mm. From the closed part of the charges, a detonating cord with an electric detonator and wires brought to a safe place was strengthened. After a simultaneous explosion of charges, a hole with a diameter of about 500 mm was formed in the plate.
Пример 5. Заряды, аналогичные описанным в примере 4, применялись для разделения стальных плит. Заряды устанавливались вплотную друг к другу по линиям реза и инициировались одновременно детонирующим шнуром. В плитах образовывались цилиндрические отверстия с диаметрами близкими к калибру зарядов, а в перемычках между ними происходили сильные откольные процессы. В результате происходило разделение стальных плит по заданным линиям.Example 5. Charges similar to those described in example 4 were used to separate steel plates. The charges were placed close to each other along the cutting lines and were initiated simultaneously by a detonating cord. Cylindrical holes with diameters close to the gauge of charges were formed in the plates, and in bridges strong spalling processes took place between them. As a result, steel plates were divided along predetermined lines.
Для создания указанным способом 1 м разреза в стали на глубину около 100 мм требуется в 5-10 раз меньше BB по сравнению с традиционными удлиненными кумулятивными зарядами.To create the 1 m section in the specified way in steel to a depth of about 100 mm, 5-10 times less BB is required compared to traditional elongated cumulative charges.
Пример 6. При проведении строительных работ применялся заряд с медной гофрированной облицовкой с толщиной 1,5 мм в виде части эллипсоида вращения. Масса BB заряда составляла 300 г, диаметр основания облицовки - 100 мм, длина волны рельефа - около 10 мм. После подрыва указанного заряда в скальной породе образовывался шпур с диаметром около 50 мм и глубиной более 1 м, в котором размещался заряд BB для проведения взрывных работ на выброс.Example 6. When carrying out construction work, a charge with a copper corrugated lining with a thickness of 1.5 mm was used as part of a rotation ellipsoid. The mass of the BB charge was 300 g, the diameter of the base of the cladding was 100 mm, and the wavelength of the relief was about 10 mm. After undermining this charge, a hole was formed in the rock with a diameter of about 50 mm and a depth of more than 1 m, in which a BB charge was placed for blasting operations to discharge.
Приведенные примеры не исчерпывают возможности применения предложенного кумулятивного заряда. При этом увеличены к.п.д. и пробивная способность заряда за счет устранения потерь энергии, связанных с колебаниями и ростом начальных возмущений, а также повышены точность и стабильность взрывного метания облицовки с образованием однородного перфорирующего стержня оптимальной пулевидной конфигурации, достигаемых благодаря наличию специально созданных оптимизированных неоднородностей (рельефа) на соответствующих поверхностях облицовки и наличию неровностей на поверхности взрывчатого вещества, формируемых, например, с помощью прокладки. Одновременно сокращается себестоимость изготовления и обеспечивается стабильность результатов использования. The above examples do not exhaust the possibility of using the proposed cumulative charge. At the same time increased efficiency and breakdown ability of the charge by eliminating energy losses associated with fluctuations and an increase in initial disturbances, as well as increased accuracy and stability of explosive throwing of the cladding with the formation of a uniform perforating rod of an optimal bullet configuration, achieved due to the presence of specially created optimized inhomogeneities (relief) on the corresponding surfaces of the cladding and the presence of irregularities on the surface of the explosive, formed, for example, using a gasket. At the same time, manufacturing costs are reduced and the stability of the results of use is ensured.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Кумулятивный заряд, содержащий корпус в виде незамкнутой оболочки, размещенное внутри него взрывчатое вещество с кумулятивной выемкой, расположенной в открытой части корпуса, устройство инициирования, расположенное в закрытой части корпуса, и прилегающую к кумулятивной выемке рельефную облицовку, выполненную таким образом, что средние линии сечений облицовки вдоль образующих линий рельефа, а также средние линии сечений облицовки плоскостями, перпендикулярными оси облицовки, представляют собой либо волнистые линии, либо линии без волн, при этом волнистые средние линии могут быть плавными или ступенчатыми, отличающийся тем, что рельеф выполнен либо на обращенной к открытой части корпуса поверхности облицовки, либо на обеих поверхностях облицовки. 2. Кумулятивный заряд по п. 1 , отличающийся тем, что облицовка выполнена гофрированной, то есть рельефы на обеих поверхностях облицовки совпадают, при этом углублению рельефа на одной поверхности соответствует выступание рельефа на противоположной поверхности облицовки. 3. Кумулятивный заряд по любому из п. п. 1 ,1. A cumulative charge containing an enclosure in the form of an open shell, an explosive placed inside it with a cumulative recess located in the open part of the body, an initiation device located in the closed part of the body, and a relief cladding adjacent to the cumulative recess, such that the medium the lines of the cladding sections along the generatrix lines of the relief, as well as the middle lines of the cladding sections by planes perpendicular to the axis of the cladding, are either wavy lines or lines without flax, while the wavy center lines can be smooth or stepped, characterized in that the relief is made either on the facing surface facing the open part of the body, or on both surfaces of the facing. 2. The cumulative charge according to claim 1, characterized in that the cladding is corrugated, that is, the reliefs on both surfaces of the cladding coincide, while the relief protruding on one surface corresponds to the protrusion of the relief on the opposite surface of the cladding. 3. The cumulative charge according to any one of paragraph 1,
2, отличающийся тем, что волнистые средние линии сечений облицовки вдоль образующих линий рельефа имеют длины волн в пределах (0,2, characterized in that the wavy middle lines of the cladding sections along the generatrix lines of the relief have wavelengths in the range (0,
3÷0,7)hOбП.L/H, где: hOбп - средняя толщина облицовки на рассматриваемой длине волны, L - длина волны наиболее быстро растущих начальных возмущений пластины с толщиной H, взятой в пределах (0,5÷1 ,5)ЛOбл., изготовленной из того же материала, что и материал облицовки, эмпирически определенная по наибольшей глубине кратеров в мишени, получаемых при метании пластины на мишень, расположенную на расстоянии 20H÷50H от пластины, с помощью взрывчатого вещества, используемого в кумулятивном заряде. Начальные возмущения пластины создаются за счет волнистости формы или за счет рельефа; в последнем случае рельеф выполняется на прилегающей к шашке взрывчатого вещества поверхности пластины.3 ÷ 0.7) h ObP. L / H, where: h Obp is the average thickness of the lining at the considered wavelength, L is the wavelength of the most rapidly growing initial perturbations of the plate with a thickness H taken in the range (0.5 ÷ 1.5) L O bl made from the same material as the cladding material, empirically determined by the greatest depth of craters in the target, obtained by throwing a plate on a target located at a distance of 20H ÷ 50H from the plate using an explosive used in a cumulative charge. The initial perturbations of the plate are created due to the undulation of the form or due to the relief; at in the latter case, the relief is performed on the surface of the plate adjacent to the explosive block.
4. Кумулятивный заряд по п. 3, отличающийся тем, что на краю облицовки со стороны открытой части корпуса вдоль облицовки выполнен изгиб с длиной (0,5÷1 ,5)/?л UH.4. The cumulative charge according to p. 3, characterized in that on the edge of the cladding from the side of the open part of the housing along the cladding, a bend with a length of (0.5 ÷ 1.5) /? About l UH.
5. Кумулятивный заряд по п. 3, отличающийся тем, что облицовка выполнена в форме боковой поверхности усеченного конуса с рельефом в виде углублений и выступов, причем расстояния между серединами соседних углублений и расстояния между серединами соседних выступов, отсчитываемые вдоль образующих конуса, находятся в пределах (0,3÷0,7)/7Oбл UH.5. The cumulative charge according to claim 3, characterized in that the lining is made in the form of a lateral surface of a truncated cone with a relief in the form of recesses and protrusions, the distances between the midpoints of adjacent recesses and the distances between the midpoints of adjacent protrusions measured along the generatrices of the cone (0.3 ÷ 0.7) / 7 O bl UH.
6. Кумулятивный заряд по п. 5, отличающийся тем, что облицовка выполнена из заготовки в виде плоского кольцевого сектора путем сворачивания, а рельеф на заготовке выполнен путем штамповки на плоской кольцевой матрице.6. The cumulative charge according to claim 5, characterized in that the lining is made of a workpiece in the form of a flat ring sector by folding, and the relief on the workpiece is made by stamping on a flat ring matrix.
7. Кумулятивный заряд по любому из п. п. 3-6, отличающийся тем, что облицовка выполнена из листа меди или ее сплавов с толщиной 0,4÷4,0 мм, а отношение LIH возрастает с увеличением твердости материала листа и убывает с ее уменьшением в пределах 11÷15. 7. The cumulative charge according to any one of paragraphs. 3-6, characterized in that the lining is made of a sheet of copper or its alloys with a thickness of 0.4 ÷ 4.0 mm, and the ratio LIH increases with increasing hardness of the sheet material and decreases with its decrease in the range of 11 ÷ 15.
8. Кумулятивный заряд по п. 1 , отличающийся тем, что поверхность взрывчатого вещества со стороны корпуса выполнена с выступающими или углубленными элементами.8. The cumulative charge according to claim 1, characterized in that the surface of the explosive from the side of the shell is made with protruding or recessed elements.
9. Кумулятивный заряд по п. 1 , отличающийся тем, что внутренняя поверхность корпуса выполнена с выступающими или углубленными элементами, а взрывчатое вещество заполняет указанные неровности.9. The cumulative charge according to claim 1, characterized in that the inner surface of the housing is made with protruding or recessed elements, and the explosive fills these irregularities.
10. Кумулятивный заряд по п. 1 , отличающийся тем, что он снабжен одной или несколькими прокладками, расположенными между взрывчатым веществом и корпусом, частично или полностью разделяющими взрывчатое вещество и корпус заряда, причем примыкающая к внутренней стороне корпуса прокладка выполнена из материала более мягкого, чем материал корпуса. 10. The cumulative charge according to claim 1, characterized in that it is provided with one or more gaskets located between the explosive and the body, partially or completely separating the explosive and the charge body, the gasket adjacent to the inner side of the body being made of a softer material, than the body material.
11. Кумулятивный заряд по п. 10, отличающийся тем, что примыкающая к взрывчатому веществу прокладка выполнена с отверстиями или углублениями, а взрывчатое вещество заполняет эти отверстия или углублениями в прокладке. 11. The cumulative charge according to claim 10, characterized in that the gasket adjacent to the explosive is made with holes or recesses, and the explosive fills these holes or recesses in the gasket.
12. Кумулятивный заряд по п. 11 , отличающийся тем, что размер перфорационных отверстий или углублений в прокладке составляет (0,5÷2)o'кp., а расстояния между ними - (1÷5)dKp-, где dкp. - критический диаметр детонации применяемого в заряде BB. 12. The cumulative charge according to claim 11, characterized in that the size of the perforations or recesses in the gasket is (0.5 ÷ 2) o'cr., And the distance between them is (1 ÷ 5) d K p-, where d kp . - the critical diameter of the detonation used in the charge BB.
PCT/RU2007/000452 2007-08-21 2007-08-21 Hollow charge WO2009025573A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2007/000452 WO2009025573A1 (en) 2007-08-21 2007-08-21 Hollow charge
CN200780101190A CN101836069A (en) 2007-08-21 2007-08-21 Hollow charge

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2007/000452 WO2009025573A1 (en) 2007-08-21 2007-08-21 Hollow charge

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2009025573A1 true WO2009025573A1 (en) 2009-02-26
WO2009025573A8 WO2009025573A8 (en) 2010-03-25

Family

ID=40378362

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2007/000452 WO2009025573A1 (en) 2007-08-21 2007-08-21 Hollow charge

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN101836069A (en)
WO (1) WO2009025573A1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2652392C1 (en) * 2017-03-07 2018-04-26 Александр Анатольевич Потапов Hollow-charged projectile
RU2665730C1 (en) * 2017-03-07 2018-09-04 Александр Анатольевич Потапов Ammunition
RU198026U1 (en) * 2019-12-13 2020-06-15 Умар Хамидович Булатов CUMULATORY CHARGE HOUSING
RU2743918C1 (en) * 2020-04-30 2021-03-01 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет» Cumulative charge (options)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110329659B (en) * 2019-07-11 2023-07-28 广州万方健医药有限公司 Novel sealed packing box

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3218975A (en) * 1950-06-28 1965-11-23 Mark F Massey Shaped charge liner
GB1100354A (en) * 1966-05-28 1968-01-24 Schlumberger Technology Corp Shaped charge device
FR2041498A5 (en) * 1969-04-28 1971-01-29 France Etat Hollow charge loading
EP0491587A1 (en) * 1990-11-28 1992-06-24 Commissariat A L'energie Atomique Hollow charge
RU2217686C2 (en) * 2001-05-25 2003-11-27 Закрытое акционерное общество "Башвзрывтехнологии" Shaped charge (modifications)
RU2277167C1 (en) * 2004-10-11 2006-05-27 Андрей Витальевич Сидоров Rock drill charge covering and rock drill charge
RU2303232C2 (en) * 2005-09-27 2007-07-20 Общество с ограниченной ответственностью "ПерфоЛинк" Shaped charge

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5567906B1 (en) * 1995-05-15 1998-06-09 Western Atlas Int Inc Tungsten enhanced liner for a shaped charge
NO963009L (en) * 1995-07-27 1997-01-28 Western Atlas Int Inc Shaped charge

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3218975A (en) * 1950-06-28 1965-11-23 Mark F Massey Shaped charge liner
GB1100354A (en) * 1966-05-28 1968-01-24 Schlumberger Technology Corp Shaped charge device
FR2041498A5 (en) * 1969-04-28 1971-01-29 France Etat Hollow charge loading
EP0491587A1 (en) * 1990-11-28 1992-06-24 Commissariat A L'energie Atomique Hollow charge
RU2217686C2 (en) * 2001-05-25 2003-11-27 Закрытое акционерное общество "Башвзрывтехнологии" Shaped charge (modifications)
RU2277167C1 (en) * 2004-10-11 2006-05-27 Андрей Витальевич Сидоров Rock drill charge covering and rock drill charge
RU2303232C2 (en) * 2005-09-27 2007-07-20 Общество с ограниченной ответственностью "ПерфоЛинк" Shaped charge

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2652392C1 (en) * 2017-03-07 2018-04-26 Александр Анатольевич Потапов Hollow-charged projectile
RU2665730C1 (en) * 2017-03-07 2018-09-04 Александр Анатольевич Потапов Ammunition
RU198026U1 (en) * 2019-12-13 2020-06-15 Умар Хамидович Булатов CUMULATORY CHARGE HOUSING
RU2743918C1 (en) * 2020-04-30 2021-03-01 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет» Cumulative charge (options)

Also Published As

Publication number Publication date
CN101836069A (en) 2010-09-15
WO2009025573A8 (en) 2010-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2009025573A1 (en) Hollow charge
Xu et al. Formation of a bore-center annular shaped charge and its penetration into steel targets
Shekhar Theoretical modelling of shaped charges in the last two decades (1990-2010): A review
Rezvani et al. Axial crumpling of aluminum frusta tubes with induced axisymmetric folding patterns
Villano et al. Innovative technologies for controlled fragmentation warheads
RU2365859C2 (en) Shaped charge
Xing et al. Influence of the embedded structure on the EFP formation of compact terminal sensitive projectile
Zhang et al. Mechanics of plate fracture from detonation wave interaction
Li et al. Experimental and numerical investigations on the dynamic fracture of a cylindrical shell with grooves subjected to internal explosive loading
RU2303232C2 (en) Shaped charge
Li et al. Orthogonal optimization design and experiments on explosively formed projectiles with fins
Hu et al. Formation and Penetration Capability of an Annular-Shaped Charge
Wang et al. Formation of an explosively formed penetrator warhead using a step-shaped charge
Balagansky et al. Explosion systems with inert high-modulus components: increasing the efficiency of blast technologies and their applications
Bowden A volumetric approach to shock initiation of hexanitrostilbene and pentaerythritol tetranitrate
CN104646819A (en) Energy cavity explosive welding method
Frost et al. Explosive formation of coherent particle jets
RU2364819C1 (en) Shaped charge with relief covering
Hafizoglu et al. Effect of fragment impact on shaped charge jet formation and penetration into steel target
Sen et al. An application of explosive metal forming in military field: the relationship between shaped charge jet formation and thickness variation along liner length of conical copper liner
Dong et al. Adiabatic shearing failure of explosively driven metallic cylinder shell, from experiments to simulation
Lee et al. Material void-opening computation using particle method
Xue et al. Research on ricochet and its regularity of projectiles obliquely penetrating into concrete target
Teng et al. Design and implementation of a high-velocity projectile generator
RU34718U1 (en) Cumulative charge

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200780101190.4

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 07870607

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 07870607

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1