Боевая часть

 

Полезная модель относится к боевым частям артиллерийских снарядов крупного калибра, минам и авиабомбам, отличающихся боеголовкой по основному действию, в частности фугасному при получении физической реакции в бризантном взрывчатом веществе наполнения. Боевая часть содержит размещенные в несущем корпусе взрывчатое наполнение, включающее металлическую добавку, и взрыватель. Новым является то, что металлическая добавка выполнена в форме центрального сердечника, а по периферии взрывчатого наполнения коаксиально установлена детонационноспособная оболочка усилительного заряда, выполненного из детонационного шнура, при этом между взрывателем и центральным металлическим стержнем помещен замедлитель, а к корпусу изнутри примыкает демпфирующий экран. Предложенное техническое решение обеспечило многократное повышение ударного действия боевой части, усиление которого создается внутриатомными реверсивными переходами электронов по стационарным орбитам металлического сердечника, происходящими при его динамическом всестороннем одномоментном нагружении, направленном от периферии к центру.

Полезная модель относится к боеприпасам, а более конкретно к боевым частям ракет, артиллерийских снарядов крупного калибра, минам и авиабомбам, отличающихся боеголовкой по основному действию, в частности фугасному при получении физической реакции.

Уровень данной области техники характеризует осколочно-фугасный 125-мм снаряд артиллерийского выстрела для гладкоствольной пушки, описанный в патенте RU 2218547, F42В 10/14, 2003, который выбран в качестве наиболее близкого аналога.

Известный снаряд содержит головной взрыватель, корпус, наполненный взрывчатым веществом (боевая часть) и оснащенный обтюрирующим пояском и раскрывающимся лопастным стабилизатором.

Для повышения фугасного действия боевой части используются наполнения в виде смеси конденсированных взрывчатых веществ и металлического горючего в виде диспергированных порошков алюминия, вольфрама, натрия, магния и др. (см. Физика взрыва под редакцией Л.П.Орленко, изд.3-е, исправленное, М., Физматлит, 2004, с.359-396; патенты РФ 2190585, 2190586, С06В 33/08, 2001 г.

Взрывчатые превращения при детонации металлизированного наполнения боевой части характеризуется следующими факторами: экзотермичностью процесса, большой скоростью распространения детонационной волны (7,0-8,5 км/с) и наличием газообразных продуктов реакции.

За счет энергии взрыва происходит разогрев газообразных продуктов до температур 4000-6000°С и последующее их расширение. Чем больше теплота реакции и скорость ее распространения, тем больше эффективность действия взрыва. Теплота реакции является критерием работоспособности взрывчатого вещества боевой части.

Для известных металлизированных взрывчатых веществ теплотворная способность находится в пределах 1500-1800 ккал/кг.

Выделение теплоты в химической реакции происходит в результате образования новых химических связей между атомами, обеспечивающих состояние молекулы с меньшей потенциальной энергией, чем у исходных веществ. При этом энергия связей обусловлена электронами на внешних энергетических уровнях атома и составляет величины порядка энергии связи электрона в атоме водорода - 13,6 эВ.

В современных взрывчатых веществах энергия химических связей, как правило, не превышает 10 эВ.

Добавление к мощным бризантным взрывчатым веществам (ТНТ, гексогену, октогену и др.) порошкообразного алюминия до 20% приводит к существенному увеличению теплоты взрыва и фугасного действия, повышая мощность взрыва до 15%. Бризантное действие при этом остается на уровне

исходного взрывчатого наполнения, а скорость детонации и давление продуктов детонации всегда заметно понижаются.

Металлизированные бризантные взрывчатые вещества характеризуются не только более высокими параметрами детонации, но также существенно более узкой зоной химических реакций разложения взрывчатого вещества.

Из сказанного следует, что мощность боевой части ограничена массой взрывчатого вещества.

Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является повышение могущества боевой части в штатных габаритах за счет создания в конструкции условий для физических реакций в наполнении.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известной боевой части, содержащей размещенные в несущем корпусе взрывчатое наполнение, включающее металлическую добавку, и взрыватель, по предложению авторов, металлическая добавка выполнена в форме центрального сердечника, а по периферии взрывчатого наполнения коаксиально установлена детонационноспособная оболочка усилительного заряда, выполненного из детонационного шнура, при этом между взрывателем и центральным металлическим стержнем помещен замедлитель, а к корпусу изнутри примыкает демпфирующий экран.

Отличительные признаки создают многократное повышение ударного действия боевой части, усиление которого обеспечено внутриатомными реверсивными переходами электронов по стационарным орбитам металлического сердечника, происходящими при его динамическом всестороннем одномоментном нагружении, направленном от периферии к центру.

При всесторонней одномоментной детонации наполнения в замкнутом объеме корпуса боевой части центральный металлический стержень под воздействием ударной волны в области высоких давления и температуры сжимается в объеме в 3-15 раз (см. «Ударные волны» под редакцией В.Е.Фортова, М., Наука. 2000 г., с.19).

При релаксации энергии сжатого металла образуется реверсивная ударная волна, скорость формирования и распространения которой заметно выше, поскольку скорость звука в металлах значительно превышает скорость звука в газах. В результате этого фронт расширяющейся ударной волны будет не пологим, а резким, что кратно повышает фугасность боеприпаса.

Дополнительным поражающим фактором является электромагнитное излучение в рентгеновском диапазоне, которое возникает при ударном нагружении металла в экстремальном состоянии. Поскольку при сильном динамическом сжатии металла изменяется его электронная структура, то энергия электронных уровней сильно возрастает по сравнению с их обычным состоянием, а в процессе возврата в нормальное состояние происходит излучение электромагнитных волн.

Детонационноспособная оболочка взрывчатого вещества, которая подрывается всесторонне по периметру от распределенного инициатора, обеспечивает встречное движение к центру ударных и взрывных волн в основном

взрывчатом наполнении боевой части, то есть к металлическому сердечнику, обеспечивая его динамическое объемное сжатие, сопровождающееся миграцией электронов к ядрам атомов металла.

Металлический сердечник служит аккумулятором большей части энергии взрыва наполнения, под воздействием которой он упруго сжимается в объеме кратно, при этом в корпусе боевой части развиваются большие давление и температура, в результате чего электроны перемещаются на прилегающие к ядру орбиты. В динамически сжатом сердечнике концентричной ударной волной накапливается потенциальная энергия огромной мощности.

После завершения взрывного сжатия металлического сердечника, помещенного в центре взрывчатого вещества боевой части, происходит стремительное реверсирование перемещений электронов на внешние орбиты атомов, что сопровождается большим выделением накопленной потенциальной энергии без разрушения структуры атомов. При этом формируется крутой фронт обратной ударной волны, значительно превосходящей по мощности ударную волну, которая образуется при подрыве взрывчатого вещества штатной боевой части.

Поражающее действие предложенной боевой части, как минимум, на порядок выше, чем у боевой части по прототипу, адекватной массы взрывчатого наполнения.

Предложенный боеприпас по существу функционирования представляет собой электронную бомбу (без ядерного деления), поражающее действие которой сопровождается высоким рентгеновским излучением.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная техническая задача решается не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где изображены:

на фиг.1 - артиллерийский снаряд;

на фиг.2 - вид А на фиг.1, боевая часть.

Артиллерийский снаряд для гладкоствольной пушки содержит головной взрыватель 1, боевую часть 2, обтюрирующий поясок 3 и поворотные лопасти 4 аэродинамической стабилизации.

Боевая часть (фиг.2), макеты которой были испытаны подрывами в полигонных условиях, включает массивный корпус 5, жестко связанный с крышкой 6, образуя замкнутый объем, где размещено предложенное взрывчатое наполнение.

В крышке выполнено очко 7 для крепления взрывателя 1, к которому примыкает детонационноспособная оболочка 8 в форме детонационного шнура из пластического взрывчатого вещества (пластита ПВВ-5А, ТУ 167-71 или окфола-3,5 по ОСТ В84-1025-74), охватывающая основной канальный заряд 9 из гексогена, ТГ 30/70.

Внутри заряда 9 размещен металлический стержень 10, выполненный, в частности, в форме поликристалла алюминий - цезий - никель или кадмий-

теллур.

Заряд 9 экранирован по периметру: со стороны взрывателя многослойным буферным замедлителем 11 из листового фторопласта-4 и/или масло-бензостойкой резины, а по цилиндрической поверхности - аналогичной прослойкой 12 и демпфером 13 из свинца, олова или меди.

Инициирующим импульсом от взрывателя 1 практически мгновенно подрывается оболочка 8, детонация которой с цилиндрической поверхности подрывает заряд 9, а ударная волна по его торцу гасится в многослойном буферном замедлителе 11.

Ударная волна при срабатывании детонационноспособной оболочки 8 (усилительного заряда инициирующего импульса взрывателя 1) от распространения наружу ограничена композитной прослойкой из экрана 12 и демпфера 13. При этом на корпус 5 не передаются разрушающие нагрузоки.

При детонации заряда 9 происходит всестороннее динамическое сжатие стержня 10 в условиях высоких давления и температуры.

Сущность предложенного технического решения основана на эффекте вовлечения в экзотермическую реакцию взрыва электронов с внутренних энергетических уровней атомов металлов стержня 10, находящихся ближе к ядру, с образованием метастабильных связей, что повышает количество выделяемой энергии. Доступ к этим уровням осуществляется сильным ударным всесторонним сжатием при прохождении детонационной волны по центральному металлическому сердечнику 10.

Избыточная энергия образуется за счет появления химических связей между атомами металлов сердечника 10. Эти связи могут затрагивать не только внешние электронные оболочки.

При детонации заряда 9 возникает бегущая детонационная волна с давлением на фронте в диапазоне 250000-350000 атм, распространяющаяся и по стержню 10, в центре которого, где волны сходятся, давление может достигать величины в несколько миллионов атм.

В результате этого наружные электронные оболочки атомов, которые обуславливают особенности их свойств, раздавливаются, сначала внешние, а затем и внутренние (Л.Ф.Верещагин, Твердое тело при высоких давлениях, Избранные труды, М., 1981).

Внутренние энергетические зоны атомов расширяются и в них появляются вакансии для электронов, которые необходимы для создания связанных состояний с соседними атомами, характеризующихся гораздо большей энергией связей. Справочно: энергия связи электронов из К-оболочки натрия составляет 1,1 кэВ, вольфрама - 70 кэВ, что существенно превышает энергию связи электрона в атоме водорода (13,6 эВ).

Экспериментальная проверки макетов по описанной конструкции проводилась в соответствии с ГОСТ В25801-83 по определению параметров фугасного поля, с использованием в боевых частях центральных стержней 10 из алюминия, сплавов никеля с алюминием, никеля с алюминием и марганцем, при массовом соотношении стержень-ВВ в диапазоне 1:(10-20).

При испытаниях макетов установлено сравнительное повышение характеристик ударной волны (в частности): - скорости на 46%; максимального избыточного давления в 2,6 раз.

Проведенные расчеты по измеренным значениям распределенных 24-х датчиков давления при экспериментальных подрывах макетов боевой части по изобретению показали, что организованные при взрывах физико-химические превращения, проходящие в комбинированной конструкции детонационного наполнения, выделяется удельная теплота в 40 раз большая, чем при взрыве боевой части с наполнением ТГ-30 адекватной массы.

Задачей дальнейших исследований является повышение мощности боевой части за счет выбора композиции металлического стержня и его технологии изготовления, оптимизации массовых и габаритных соотношений структурных элементов конструкции для реального повышения мощности взрыва боевой части предложенной конструкции в 13-15 раз.

При этом отдается предпочтение в качестве материала центрального стержня металлам из побочных групп таблицы Менделеева и переходным металлам 8-й группы в силу наличия в их атомах большого количества энергетических уровней и незанятых ячеек в подуровнях, а также больших величин энергии связи электронов на этих подуровнях, за счет чего могут образовываться новые химические связи. Эти металлы не являются источниками загрязнения окружающей среды и безопасны в служебном обращении.

Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого полезная модель явным образом не следует для специалиста по боеприпасам, показал, что она не известна, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления модернизированных боевых частей, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.

1. Боевая часть, содержащая размещенные в несущем корпусе взрывчатое наполнение, включающее металлическую добавку, и взрыватель, отличающаяся тем, что металлическая добавка выполнена в форме центрального стержня, а взрывчатое наполнение коаксиально установлено в детонационно-способной оболочке.

2. Боевая часть по п.1, отличающаяся тем, что между взрывателем и центральным металлическим стержнем на торце взрывчатого наполнения помещен замедлитель, при этом к корпусу изнутри примыкает демпфирующий экран.

3. Боевая часть по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что детонационно-способная оболочка выполнена из детонационного шнура.



 

Наверх