Патент на изобретение №2387968

(54) СПОСОБ СОЗДАНИЯ ВОЗДУШНОЙ УДАРНОЙ ВОЛНЫ (ВАРИАНТЫ)

(57) Реферат:

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытаний, например, объектов и конструкций на воздействие воздушных ударных волн (ВУВ), реализуемых на больших расстояниях при мощных взрывах. По первому варианту способ создания ВУВ включает размещение вдоль прямой линии удлиненного заряда ВВ длиной L=V×T, где V – скорость звука в воздухе, Т – длительность ВУВ, с изменяемой по его длине погонной массой ВВ, и подрыв заряда с любого торца. Объект воздействия размещают со стороны торца заряда с меньшей погонной массой, на заданном расстоянии от него. По второму варианту размещают на заданном расстоянии от объекта воздействия несколько удлиненных зарядов ВВ с изменяемой по длине для каждого заряда погонной массой ВВ. Заряды устанавливают вдоль радиусов окружности на заданном расстоянии друг от друга, в центре окружности размещают объект воздействия, торцы зарядов с меньшей погонной массой размещают со стороны центра указанной окружности, а подрыв зарядов осуществляют последовательным инициированием зарядов с любого торца с заданным временем задержки подрыва каждого последующего заряда относительно подрыва предыдущего. Технический результат заключается в упрощении испытаний объектов на непосредственное воздействие ВУВ, реализуемых на больших расстояниях от мощных взрывов; уменьшении на 2 порядка массы заряда ВВ и площади отчуждаемой территории. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытаний, например, объектов и конструкций на воздействие воздушных ударных волн (ВУВ), реализуемых на больших расстояниях при мощных взрывах.

При подрыве зарядов взрывчатого вещества (ВВ) массой 100-1000 тонн (в тротиловом эквиваленте) на расстоянии от 1 до 9 км реализуются «длинные» воздушные слабые ударные волны (СУВ) длительностью до 2 с и амплитудой до 2 кПа, воздействие которых на различные объекты испытаний представляет научный и практический интерес.

Известен способ имитации высокого давления, заключающийся в создании ВУВ подрывом ВВ в детонационной камере, соединенной с волноводом через перфорированную дроссельную пластину. На конце волновода может быть расположена заглушка из нескольких экранов, причем ячейки каждого из экранов выполнены все мельче в направлении потока (см. патент США 3495455, МПК G01M 9/00, опубл. 17.02.70).

Недостатком данного способа является сложность воспроизведения ВУВ, реализуемой при подрыве зарядов ВВ массой 100-1000 тонн на расстоянии более 1 км, так как для этого потребовалась бы ударная труба длиной примерно 1 км и необходимость исключения трения воздуха о стенку трубы, что весьма проблематично.

Известен способ создания ВУВ, реализуемый при работе генератора ВУВ, содержащего заряды ВВ, расположенные вдоль прямых линий с заданными интервалами между зарядами, с системой инициирования, обеспечивающей подрыв зарядов с заданным сдвигом во времени. Генератор содержит плоские заряды, каждый из которых симметрично закреплен внутри металлической втулки вдоль ее продольной оси симметрии, перпендикулярной образующей боковой поверхности втулки и размещенной вдоль одной из прямых линий расположения зарядов (см. патент РФ 2226259, МПК⁷ F42D 1/00, F42B 3/02, опубл. 27.03.04, бюл. 9).

Согласно патенту последовательно с заданным алгоритмом временных задержек производят подрыв нескольких плоских зарядов, размещенных на заданном расстоянии от объекта воздействия.

Недостатком данного способа создания ВУВ является невозможность воспроизведения СУВ, реализуемой при подрыве зарядов ВВ массой 100-1000 тонн на расстоянии более 1 км.

В качестве прототипа выбран известный способ создания ВУВ, заключающийся в подрыве на открытом пространстве компактного заряда ВВ большой массы, расположенного на заданном расстоянии от объекта воздействия, с последующим измерением параметров ВУВ на различных расстояниях (см. М.А.Садовский «Механические действия воздушных ударных волн по данным экспериментальных исследований». Физика взрыва, сборник 1, изд. Академии Наук СССР, 1952 г.).

Недостатками данного способа являются большая материалоемкость и сложность, так как подрыв зарядов ВВ массой 100-1000 тонн требует больших затрат ВВ и, соответственно, отчуждения больших территорий.

Задачей предлагаемого решения является создание простого способа воспроизведения ВУВ, реализуемой при подрыве зарядов ВВ массой 100-1000 тонн на расстоянии более 1 км.

Технический результат: упрощение испытаний объектов на непосредственное воздействие ВУВ, реализуемых на больших расстояниях от мощных взрывов; уменьшение на 2 порядка массы заряда ВВ и площади отчуждаемой территории.

Поставленная задача по первому варианту решается тем, что в способе создания воздушной ударной волны (ВУВ), включающем размещение заряда ВВ на заданном расстоянии от объекта воздействия, подрыв заряда, в отличие от прототипа в качестве заряда ВВ используют удлиненный заряд длиной L=V×Т, где V – скорость звука в воздухе, Т – длительность ВУВ, с изменяемой по его длине погонной массой ВВ, заряд размещают вдоль прямой линии, подрыв его производят с любого торца, а объект воздействия размещают со стороны торца заряда с меньшей погонной массой.

Поставленная задача по второму варианту решается тем, что в способе создания воздушной ударной волны (ВУВ), включающем размещение заряда ВВ на заданном расстоянии от объекта воздействия, подрыв заряда, в отличие от прототипа размещают несколько зарядов, в качестве зарядов ВВ используют удлиненные заряды с изменяемой по длине для каждого заряда погонной массой ВВ, которые устанавливают вдоль радиусов окружности на заданном расстоянии друг от друга, в центре окружности размещают объект воздействия, при этом торцы зарядов с меньшей погонной массой размещают со стороны центра указанной окружности, а подрыв зарядов осуществляют последовательным инициированием зарядов с любого торца с заданным временем задержки подрыва каждого последующего заряда относительно подрыва предыдущего.

Размещение по первому варианту удлиненного заряда ВВ длиной L=V×Т, где V – скорость звука в воздухе, Т – длительность ВУВ, вдоль прямой линии на заданном расстоянии от объекта воздействия, подрыв заряда позволяют нагружать объект воздействия ВУВ требуемой длительности.

Использование удлиненного заряда с изменяемой по его длине погонной массой ВВ, подрыв его с любого торца, размещение объекта воздействия со стороны торца заряда с меньшей погонной массой на заданном расстоянии от него позволяют получить требуемые (реализуемые на расстоянии от 1 до 9 км при подрыве зарядов ВВ массой 100-1000 тонн) амплитуду положительной фазы ВУВ Р+, амплитуду отрицательной фазы ВУВ Р-, форму сигнала ВУВ и точку перехода давления из положительной фазы в отрицательную фазу в месте размещения объекта воздействия. Так, например, расчетно-экспериментальные оценки показывают, что с помощью подрыва удлиненного заряда длиной ~270 м и массой ВВ ~9700 кг с изменяемой по его длине погонной массой ВВ на расстоянии ~100 м от конца заряда с меньшей погонной массой можно получить ВУВ, которая реализуется на расстоянии ~5800 м при взрыве заряда массой 1000 т. Т.е. применение данного способа по первому варианту позволяет уменьшить на 2 порядка массу заряда ВВ и, соответственно, отчуждаемую площадь.

Размещение по второму варианту на заданном расстоянии от объекта воздействия нескольких зарядов, использование в качестве зарядов удлиненных зарядов с изменяемой по длине для каждого заряда погонной массой ВВ, установка их вдоль радиусов окружности на заданном расстоянии друг от друга, размещение в центре окружности объекта воздействия, размещение торцов зарядов с меньшей погонной массой со стороны центра указанной окружности, осуществление подрыва зарядов последовательным инициированием с любого торца с заданным временем задержки подрыва каждого последующего заряда относительно подрыва предыдущего позволяют получить требуемую амплитуду ВУВ путем сложения воздушных ударных волн в месте размещения объекта воздействия. Например, сложением положительной амплитуды сигнала от подрыва последующего заряда с отрицательной амплитудой сигнала от подрыва предыдущего получить заданную амплитуду на данный момент времени. Так, например, расчетно-экспериментальные оценки показывают, что с помощью 33 удлиненных зарядов длиной ~27 м с изменяемой по длине каждого заряда погонной массой (общая масса ВВ зарядов ~2000 кг) на расстоянии ~ 25 м от конца зарядов (в месте установки объекта воздействия) можно получить ВУВ, близкую к реализуемой на расстоянии ~5800 м от центра подрываемого заряда массой 1000 т. Т.е. применение способа по второму варианту позволяет уменьшить в 500 раз массу заряда ВВ и, соответственно, отчуждаемую площадь.

Изобретение поясняется чертежами и графиками:

– на фиг.1 изображен общий вид реализации способа по первому варианту;

– на фиг.2 изображен общий вид реализации способа по второму варианту;

– на фиг.3 изображена требуемая форма сигнала от ВУВ;

– на фиг.4 изображена расчетная форма сигнала от ВУВ при подрыве заряда по первому варианту способа;

– на фиг.5 приведена расчетная форма сигнала от ВУВ при подрыве первого заряда по второму варианту способа;

– на фиг.6 приведена расчетная форма сигналов от ВУВ при последовательном подрыве первого и второго заряда по второму варианту способа;

– на фиг.7 приведена расчетная суммарная форма сигнала от ВУВ при последовательном подрыве первого и второго зарядов по второму варианту способа;

– на фиг.8 приведена расчетная суммарная форма сигнала от ВУВ при последовательном подрыве 33 зарядов по второму варианту способа.

Подготовка проведения испытаний по первому варианту выполняется в следующем порядке. На площадке 1 (см. фиг.1) вдоль прямой линии размещают удлиненный заряд ВВ 2 длиной

L-V×Т,

где V – скорость звука в воздухе, Т – необходимая для исследований длительность ВУВ (см. фиг.3), с изменяемой по его длине погонной массой ВВ, а объект воздействия 3 размещают со стороны торца заряда с меньшей погонной массой на заданном расстоянии от него. Алгоритм изменения погонной массы ВВ по длине заряда выбирают расчетно-экспериментальным путем из условия обеспечения требуемой амплитуды положительной фазы ВУВ Р⁺, требуемой амплитуды отрицательной фазы ВУВ Р^–, формы сигнала ВУВ и точки перехода давления из положительной фазы в отрицательную фазу. Далее производят подрыв заряда 2 с любого торца электродетонатором 4. Так, например, для осуществления способа создания ВУВ, представленной на фиг.3, по первому варианту расчетно-экспериментальным методом выбран удлиненный заряд 2 длиной ~270 м с изменяемой по длине погонной массой ВВ для получения требуемой зависимости ВУВ. ВУВ, полученная в результате подрыва удлиненного заряда 2, представлена на фиг.4 и показывает удовлетворительное соответствие с требуемой ВУВ (см. фиг.3). Объект воздействия 3 нагружается ВУВ, аналогичной реализуемой на расстоянии от 1 до 9 км при подрыве зарядов ВВ массой 100-1000 тонн. При этом, как показывают расчетно-экспериментальные оценки, необходима на 2 порядка меньшая масса заряда ВВ и, соответственно, отчуждаемая площадь.

Следует отметить, что экспериментальная проверка способа по первому варианту на модели заряда длиной ~27 м с изменяемой по длине погонной массой (общая масса ВВ ~10 кг) подтвердила работоспособность способа и хорошее соответствие экспериментальных и расчетных параметров.

Подготовка проведения испытаний по второму варианту выполняется в следующем порядке. На площадке 1 (см. фиг.2) вдоль радиусов окружности на заданном расстоянии друг от друга устанавливают несколько удлиненных зарядов 2 с изменяемой по длине для каждого заряда погонной массой ВВ. В центре окружности размещают объект воздействия 3. Торцы зарядов с меньшей погонной массой размещают со стороны центра указанной окружности на заданном расстоянии от него. Затем осуществляют подрыв последовательным инициированием с помощью электродетонаторов 4 зарядов 2 с любых торцов с заданным временем задержки подрыва каждого последующего заряда относительно подрыва предыдущего. Соответствующий подбор количества удлиненных зарядов 2 с изменяемой по длине для каждого заряда погонной массой ВВ, их размещения и порядка подрыва позволяет в месте размещения объекта воздействия 3 получить необходимую ВУВ. Так, например, для осуществления способа создания ВУВ, представленной на фиг.3, по второму варианту расчетно-экспериментальным методом выбрано 33 удлиненных заряда 2 длиной ~27 м с погонной массой ВВ, изменяемой по длине для каждого заряда, и соответствующий порядок подрыва, при котором происходит в месте установки объекта 3 сложение ВУВ для получения требуемой зависимости ВУВ. Сложение ВУВ от подрыва двух удлиненных зарядов показано на фиг.5, фиг.6 и фиг.7, где суммарная ВУВ с требуемой амплитудой на данный момент времени получается сложением отрицательной амплитуды сигнала от взрыва первого заряда с положительной амплитудой сигнала от взрыва второго заряда. ВУВ, полученная в результате сложения ВУВ от взрывов всех 33 удлиненных зарядов 2, представлена на фиг.8 и показывает удовлетворительное соответствие с требуемой ВУВ (см. фиг.3).

Следует отметить, что экспериментальная проверка способа по второму варианту на 33 зарядах длиной ~13,5 м с изменяемой по длине каждого заряда погонной массой подтвердила работоспособность способа и хорошее соответствие экспериментальных и расчетных параметров. Т.е., как отмечено выше, применение способа по второму варианту позволяет уменьшить в 500 раз массу заряда ВВ и, соответственно, отчуждаемую площадь.

Таким образом, применение данного способа позволяет уменьшить на 2 порядка массу заряда ВВ и отчуждаемую площадь. Это существенно упрощает проведение испытаний объектов на непосредственное воздействие ВУВ, реализуемых на больших расстояниях от мощных взрывов.

Формула изобретения

1. Способ создания воздушной ударной волны (ВУВ), включающий размещение заряда ВВ на заданном расстоянии от объекта воздействия, подрыв заряда, отличающийся тем, что в качестве заряда ВВ используют удлиненный заряд длиной
L=V·T,
где V – скорость звука в воздухе;
Т – длительность ВУВ,
с изменяемой по его длине погонной массой ВВ, заряд размещают вдоль прямой линии, а объект воздействия устанавливают со стороны торца заряда с меньшей погонной массой.

2. Способ создания воздушной ударной волны (ВУВ), включающий размещение заряда ВВ на заданном расстоянии от объекта воздействия, подрыв заряда, отличающийся тем, что на заданном расстоянии от объекта воздействия размещают несколько зарядов, в качестве зарядов ВВ используют удлиненные заряды с изменяемой по длине для каждого заряда погонной массой ВВ, которые устанавливают вдоль радиусов окружности на заданном расстоянии друг от друга, в центре окружности размещают объект воздействия, при этом торцы зарядов с меньшей погонной массой размещают со стороны центра указанной окружности, а подрыв зарядов осуществляют последовательным инициированием зарядов с заданным временем задержки подрыва каждого последующего заряда относительно подрыва предыдущего.

РИСУНКИ