RU2674662C1

RU2674662C1 - Device for formation of distributed blast wave

Info

Publication number: RU2674662C1
Application number: RU2017141483A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Яковлевич Боталов; Евгений Андреевич Ксенз; Александр Александрович Чепрунов
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2018-12-12

Abstract

FIELD: blasting operations.SUBSTANCE: invention relates to the provision of explosions of areal charges from sheet explosive (EX) and can be used in the practice of strength testing of barriers: materials and structures, as well as for obtaining gradient construction materials with density (porosity) distributed over the layers and surface of the obstacle, corresponding to the profile of the formed blast wave. Device for forming a distributed blast wave consists of sections of an explosive and an initiation system. Perforated tapes of sheet explosive with a series of through holes are fixed on the tubes of circular cross section on the side of the barrier, staggered parallel to each other in a staggered manner in two rows and excluding collision detonation waves. Initiation system includes one electric detonator and detonation wiring located in the center of each strip.EFFECT: technical result is aimed at expanding the range of creating small and ultra-small pressure pulses.1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к обеспечению взрывов площадных зарядов из листового взрывчатого вещества (ВВ) и может быть использовано в практике прочностных испытаний преград (материалов и конструкций), а так же для получения градиентных конструкционных материалов с распределенной по слоям и поверхности преграды плотностью (пористостью), соответствующей профилю сформированной взрывной волны.The invention relates to the provision of explosions of areal charges from sheet explosives (BB) and can be used in the practice of strength testing of barriers (materials and structures), as well as to obtain gradient structural materials with a density (porosity) distributed over the layers and surface of the barrier, corresponding to the profile of the generated blast wave.

Известно устройство для формирования механического импульса давления с помощью детонации тонкослойного листового заряда ВВ, нанесенного на поверхность преграды [1]. При создании распределенной нагрузки листы ВВ наклеивают на поверхность преграды слоями различной толщины, что не позволяет получать низкие импульсы давления для испытаний преград, имеющих малую механическую прочность, а так же изменять давление на преграде во времени (моделируется только интегральная характеристика нагружения - удельный импульс давления).A device is known for generating a mechanical pressure pulse by detonation of a thin-layer sheet charge of explosives deposited on the surface of an obstacle [1]. When creating a distributed load, explosive sheets are glued to the surface of the barrier with layers of various thicknesses, which does not allow obtaining low pressure pulses for testing barriers with low mechanical strength, as well as changing the pressure on the barrier over time (only the integrated characteristic of loading is modeled - specific pressure pulse) .

Известно так же устройство для создания низкоинтенсивных нагрузок с помощью эквидистантно-поверхностного (равноудаленного от поверхности преграды) заряда из листового ВВ, состоящего из плоских полосок листового ВВ, которые с определенным шагом наклеивают на лист плотной бумаги (картон) и располагают от поверхности преграды на расстояниях, обеспечивающих снижение величины удельного импульса [2]. Недостатком данного устройства является ступенчатое распределение давление по площади нагружения преграды.A device is also known for creating low-intensity loads using an equidistant surface (equidistant from the surface of the obstacle) charge of sheet explosives, consisting of flat strips of sheet explosives, which are glued to a thick paper sheet (cardboard) with a certain step and placed at distances from the obstacle surface providing a decrease in the specific impulse [2]. The disadvantage of this device is the stepwise distribution of pressure over the loading area of the barrier.

Для создания плавного распределения давления известен так же объемно-распределенный заряд, у которого поперечное сечение полосок ВВ является не плоским, а профилированным по дуге окружности таким образом, что создает не плоскопараллельный, а расходящийся внутри некоторого угла разлет взрывных газов, что позволяет регулировать величину удельного импульса за счет изменения радиуса профилирования и расстояния между лентами ВВ [3]. Данное техническое решение является наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату(прототипом) к предлагаемому изобретению. Однако, устройство с объемно-распределенными лентами из листового ВВ, позволяющий создавать механический импульс давления при помощи системы расположения лент ВВ на трубках, имеет ряд недостатков:To create a smooth pressure distribution, a space-distributed charge is also known, in which the cross section of the explosive strips is not flat, but profiled along an arc of a circle in such a way that it creates not the plane-parallel, but diverging expansion of explosive gases inside a certain angle, which allows you to adjust the specific pulse due to changes in the radius of profiling and the distance between the strips of explosives [3]. This technical solution is the closest in technical essence and the achieved result (prototype) to the proposed invention. However, a device with volume-distributed tapes of sheet explosives, which allows you to create a mechanical pressure impulse using the arrangement of explosive tapes on the tubes, has several disadvantages:

1. Узкий диапазон воспроизводимых импульсов давлений, что обусловлено ограничением детонационной способности ВВ при уменьшении толщины его слоя до некоторой критической величины.1. A narrow range of reproducible pressure pulses, which is due to the limitation of the detonation ability of explosives with a decrease in the thickness of its layer to a certain critical value.

2. Подрыв лент в устройстве создает встречно-направленные детонационные волны при инициировании полосок одинаковой длины, сводимых в одну точку, что может привести к появлению кумулятивных выбросов, воздействующих на преграду.2. Undermining the tapes in the device creates counter-directional detonation waves when initiating strips of the same length, reduced to one point, which can lead to the appearance of cumulative emissions affecting the obstacle.

3. Использование лучевой схемы инициирования с противоположных торцов лент ВВ приводят к большой разновременности охвата детонационной волной всего заряда из-за разброса срабатывания электродетонаторов, а так же низкой надежности его инициирования из-за большого количества дорожек в лучевой детонационной разводке.3. The use of a beam initiation scheme from opposite ends of the explosive ribbons leads to a large difference in the time that the detonation wave covers the entire charge due to the spread in the operation of electric detonators, as well as to the low reliability of its initiation due to the large number of tracks in the beam detonation wiring.

Техническая проблема изобретения заключается в создании устройства для воспроизведения распределенной по площади нагружения взрывной волны при формировании объемно-распределенных зарядов из лент листового ВВ, располагаемых равноудалено от поверхности преграды на трубках круглого сечения, с детонационной разводкой для одновременного инициирования площадного заряда от одного электродетонатора.The technical problem of the invention is to provide a device for reproducing a blast wave distributed over the area of loading during the formation of space-distributed charges from sheet explosive tapes located equidistant from the surface of the obstacle on circular tubes with detonation wiring to simultaneously initiate an area charge from one electric detonator.

Технический результат направлен на расширение диапазона создания малых и сверхмалых импульсов давления и достигается тем, что устройство содержит секции из перфорированных лент ВВ, наклеенных на внешние полуокружности трубок и расположенных эквидистантно (равноудалено) от преграды.The technical result is aimed at expanding the range of creation of small and ultra-small pressure pulses and is achieved by the fact that the device contains sections of perforated explosive tapes glued to the outer semicircles of the tubes and located equidistantly (equidistant) from the obstacle.

Новизна изобретения заключается в расположении перфорированных лент с рядом сквозных отверстий, расположенных на трубках круглого сечения в шахматном порядке в двух рядах, а также в применении новой взрывной схемы без столкновения детонационных волн в подрываемых лентах ВВ с использованием одного электродетонатора для многоточечного инициирования площадного заряда. Впервые предложено использование перфорированных лент ВВ, в которых пробиваются отверстия, расположенных параллельно друг от друга в двух линиях, что не создает столкновения детонационных волн, при этом одновременный охват детонационной волной всего устройства проводится от одного электродетонатора по центру перфорированных лент.The novelty of the invention lies in the arrangement of perforated tapes with a number of through holes located on circular tubes in a checkerboard pattern in two rows, as well as in the use of a new explosive circuit without collision of detonation waves in detonated explosive tapes using one electric detonator for multipoint initiation of areal charge. For the first time, the use of perforated explosive tapes is proposed, in which holes are made that are parallel to each other in two lines, which does not create a collision of detonation waves, while simultaneously detonating a wave of the entire device from one electric detonator in the center of the perforated tapes.

Изменение величины импульса давления в широком диапазоне создается за счет перфорации (просечки отверстий по толщине ленты ВВ в шахматном порядке) и определяется коэффициентом перфорации (отношением массы ВВ перфорированных лент к массе ВВ неперфорированных лент при одинаковой исходной площади нагружения), при этом система инициирования включает один электродетонатор и детонационную разводку, проходящую по центру каждой ленты.A change in the magnitude of the pressure pulse in a wide range is created due to perforation (hole cutting through the thickness of the explosive tape in a checkerboard pattern) and is determined by the perforation coefficient (the ratio of the mass of explosives of perforated tapes to the mass of explosives of non-perforated tapes with the same initial loading area), while the initiation system includes one electric detonator and detonation wiring, passing in the center of each tape.

Схема реализации предлагаемого устройства представлена на фиг. 1-4, где показаны: 1 - секции для формирования распределенной взрывной волны на различных элементах преграды; 2 - трубки круглого сечения; 3 -перфорированные ленты ВВ, расположенные со стороны преграды по внешним полуокружностям трубок; 4 - преграда; 5 - детонационная разводка; 6 - электродетонатор; 7 - перфорация, 8 - траектория волны детонации.The implementation scheme of the proposed device is presented in FIG. 1-4, where are shown: 1 - sections for the formation of a distributed blast wave on various elements of the barrier; 2 - tubes of circular cross section; 3 - perforated tape BB, located on the side of the barrier along the outer semicircles of the tubes; 4 - a barrier; 5 - detonation wiring; 6 - electric detonator; 7 - perforation, 8 - trajectory of the detonation wave.

Перед наклейкой лент выполняют перфорацию (просечку отверстий по толщине листа ВВ) с использованием набора пластин (матриц) промышленного перфоратора. Количество отверстий перфорации, расстояние между ними определяются при проектировании устройства с учетом воспроизведения задаваемого импульса давления. Детонационная разводка из полоски листового ВВ наклеивается на ватман и скрепляется с перфорируемыми лентами скотчем.Before labeling the tapes, perforation is performed (slotting through the thickness of the sheet of explosives) using a set of plates (dies) of an industrial punch. The number of perforation holes, the distance between them are determined during the design of the device, taking into account the reproduction of a given pressure pulse. The detonation wiring from a strip of sheet explosive is glued to a Whatman paper and fastened with tape with perforated tapes.

Устройство для формирования распределенной взрывной волны работает следующим образом: секции устройства 1 располагают равноудаленно от преграды 4, которые образуют эквидистантную поверхность к нагружаемому участку преграды, при этом электродетонатор 6 относится от преграды 4 и не создает дополнительный импульс давления (фиг. 1). Схема раскладки перфорированных лент 3 и их ширина выбираются из условий необходимого распределения импульсной нагрузки по поверхности преграды. Ленты ВВ закрепляют снаружи на полуокружностях трубок 2 с помощью клея или скотча и равноудаленно по форме нагружаемой поверхности преграды с помощью фиксаторов.A device for generating a distributed blast wave operates as follows: sections of the device 1 are equidistant from the barrier 4, which form an equidistant surface to the loaded section of the barrier, while the electric detonator 6 is from the barrier 4 and does not create an additional pressure pulse (Fig. 1). The layout of the perforated tapes 3 and their width are selected from the conditions for the necessary distribution of the pulse load over the surface of the barrier. The explosive tapes are fixed externally on the semicircles of the tubes 2 with glue or adhesive tape and equidistant in shape of the loaded surface of the barrier with the help of clamps.

Ленты ВВ, наклеенные на полуокружностях трубок, могут иметь различный угол закрепления из-за кривизны трубок (фиг. 2) и инициируются детонационной разводкой 5 (фиг. 3). Одновременность нагружения преграды обеспечивается за счет синхронного подрыва секций устройства. Подрыв производят от системы инициирования, состоящей из детонационной разводки 5 и быстродействующего электродетонатора 6. Выдается команда на срабатывание электродетонатора, инициирование перфорированных лент ВВ, заполнение свободных промежутков между лентами ударными волнами и размытие волны от подрыва за счет кривизны трубок. Шахматная система расположения сквозных отверстий в перфорированных лентах (фиг. 4) не создает столкновения детонационных волн, а возникающие между лентами кумулятивные выбросы быстро распадаются при использовании лент ВВ с отверстиями, при этом обеспечивается распространение детонации между отверстиями от перфорации по извилистой траектории 8.The explosive tapes glued on the semicircles of the tubes can have different fixing angles due to the curvature of the tubes (Fig. 2) and are initiated by detonation wiring 5 (Fig. 3). The simultaneous loading of the obstacle is ensured by synchronously detonating sections of the device. Detonation is carried out from an initiation system consisting of detonation wiring 5 and a high-speed electric detonator 6. A command is issued to trigger the electric detonator, initiate perforated explosive tapes, fill free gaps between the tapes with shock waves and blur the wave from detonation due to the curvature of the tubes. The staggered arrangement of through holes in the perforated tapes (Fig. 4) does not create a collision of detonation waves, and the cumulative emissions arising between the tapes quickly decay when using explosive tapes with holes, while the propagation of detonation between the holes from the perforation along a winding path 8 is ensured.

Реализация изобретения проводилась на комплексе взрывного нагружения и позволила моделировать импульсы давления с длительностью 1-10 мкс, при этом от одного электродетонатора инициировалось через детонационную разводку 10 перфорированных лент с толщиной ВВ 0,5 мм, согнутых по радиусу кривизны трубок (технологически достигалось благодаря использованию полиэтиленового тонкого кембрика). Отработка устройства из листового ВВ марки ЭВВ-8Т позволило снизить величину воспроизводимого импульса давления в несколько раз по сравнению с устройством из неперфорированных лент и моделировать сверхнизкие импульсы давления (менее 50 Па-с). Перфорация лент расширила диапазон воспроизводимых сверхнизких импульсов давления, при этом ленты ВВ принимает нужную форму и детонирует в тонком слое.The invention was carried out on an explosive loading complex and made it possible to simulate pressure pulses with a duration of 1-10 μs, while 10 perforated tapes with an explosive thickness of 0.5 mm, bent along the radius of curvature of the tubes, were initiated from detonation wiring through a detonation wiring (this was technologically achieved using polyethylene thin cambric). Testing the device from sheet explosives of the EVV-8T brand made it possible to reduce the reproducible pressure pulse several times in comparison with the device from non-perforated tapes and to simulate ultra-low pressure pulses (less than 50 Pa-s). The perforation of the tapes has expanded the range of reproducible ultra-low pressure pulses, while the explosive tapes take the desired shape and detonate in a thin layer.

Заявляемое устройство может создавать систему распределенных механических импульсов давления на составных элементах преграды (корпусах, днищах, соплах), то есть позволяет нагружать конструкции сложной конфигурации (наличие выступающих элементов, пазов, шпангоутов). Распределение взрывной волны может изменяться по угловой координате испытываемой преграды по различным законам (косинусоидальному, экспоненциальному). Устройство для формирования взрывной волны значительно расширило возможности экспериментов при решении задач материаловедения.The inventive device can create a system of distributed mechanical pressure pulses on the constituent elements of the barrier (cases, bottoms, nozzles), that is, it allows you to load the complex structure (the presence of protruding elements, grooves, frames). The distribution of the blast wave can vary in the angular coordinate of the tested obstacle according to various laws (cosine, exponential). A device for the formation of a blast wave has greatly expanded the possibilities of experiments in solving problems of materials science.

Источники информацииInformation sources

1. Физика взрыва / Под ред. Орленко Л.П., Т. 2, М., Физматлит, 2002. С. 536-541.1. Explosion Physics / Ed. Orlenko L.P., T. 2, M., Fizmatlit, 2002.S. 536-541.

2. Фортов В.Е., Чепрунов А.А. и др. Воспроизведение механического и теплового действия рентгеновского излучения на элементы конструкций объектов, монография «Физика ядерного взрыва»: в 5 томах, т. 3 Воспроизведение факторов взрыва, М., Физматлит, 2013, стр. 350-386.2. Fortov V.E., Cheprunov A.A. et al. Reproduction of the mechanical and thermal effects of X-ray radiation on structural elements of objects, monograph “Physics of a nuclear explosion”: in 5 volumes, vol. 3 Reproduction of explosion factors, M., Fizmatlit, 2013, pp. 350-386.

3. Патент на изобретение №2557298 от 24.06.2015 г. «Ленточный заряд из листового взрывчатого вещества».3. Patent for invention No. 2557298 dated 06/24/2015, "Tape charge from sheet explosives."

Claims

A device for generating a distributed blast wave, consisting of sections of an explosive, an initiation system, characterized in that perforated tapes of sheet explosive with a number of through holes arranged parallel to each other in a staggered manner in two rows are fixed on tubes of circular cross section on the side of the barrier excluding the collision of detonation waves, while the initiation system includes one electric detonator and detonation wiring located in the center of each tape.