Осколково-фугасна термобарична бойова частина

Реферат: UA 105914 U UA 105914 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до військової техніки та озброєнь, зокрема до осколково-фугасної термобаричної бойової частини (БЧ) снарядів. Об'ємні вибухи відносять до класу хімічних вибухів, при яких основний ефект досягається шляхом підриву хмари розпиленого палива. Вони характеризуються більшим проміжком часу виділення енергії, ніж стандартні вибухові речовини (ВР). У термобаричних зарядах міститься вибухова речовина, що забезпечує детонацію заряду, пальне, що забезпечує підвищення температури продуктів вибуху і теплоти вибуху, а також компоненти, які під дією ударної хвилі високої інтенсивності (з тиском у фронті ударної хвилі вище певного значення) здатні розкладатися до реакційноздатних продуктів. Детонаційна хвиля - це комплекс ударної хвилі і зони хімічної реакції. Ударна хвиля при проходженні по ВР викликає її розкладання з виділенням енергії, при цьому витрачається частина енергії ударного фронту. Енергія, що виділяється в зоні хімічної реакції ВР викликає утворення хвиль стиснення, які наздоганяють ударну хвилю і компенсують втрати енергії. При стаціонарному режимі детонації кількість витраченої ударною хвилею енергії дорівнює кількості енергії, що надходить до неї. Кількість енергії, що витрачається, пропорційна швидкості детонації в квадраті (тиску), а кількість енергії, що надходить, пропорційна просто швидкості детонації. Тому якщо швидкість детонації менше стаціонарної, то кількість енергії, що надходить, вище, ніж витрати, і тиск, а значить і швидкість детонації, збільшуються, поки не настане рівновага. Однак при недостатньому ініціюванні можлива поява так званої низькошвидкісної детонації, коли стаціонарний режим досягається за рахунок енергії одного з компонентів складу, що має високу швидкість розкладання і низький критичний тиск ініціювання. У цьому випадку всі інші компоненти не встигають реагувати в межах зони хімічної реакції. Тому недостатнє ініціювання для таких складів (до яких відносяться і використовувані термобаричні склади) якісно змінює механізм детонації і характеристики заряду. Як пальне найчастіше застосовують алюміній, магній, кремній, бор або їх комбінації оскільки вони дають найкращу температуру горіння в поєднанні з доступністю і прийнятною вартістю. Як компоненти, що розкладаються в детонаційній хвилі, можуть бути використані рідкі, наприклад, нітроорганічні речовини (ізопропілнітрат, етилнітрат, нітрометан та ін.), які крім іншого самі є слабким ВР і таким чином сприяють більш швидкому початку хімічних реакцій в хмарі, що підвищує надійність ініціювання хмари і повноту згоряння палива в детонаційному режимі, а також тверді, в тому числі нітрати амонію або калію, перхлорати амонію або калію, фторопласт і т.д. В компонентах, що розкладаються в детонаційній хвилі під дією ударної хвилі відбувається розрив хімічних зв'язків, що викликає утворення реакційноактивних радикалів (активних продуктів розпаду). При цьому тепловий ефект від реакції розкладання цих компонентів на першій стадії може бути дуже незначним або навіть реакція може бути ендотермічною, тобто йти з витратою енергії. Розкладання цих матеріалів в детонаційній хвилі веде до того, що в продуктах детонації з'являються реакційноактивні компоненти, які взаємодіють в зоні хімічної реакції з пальним і між собою і з виділенням додаткової енергії і утворенням нових активних радикалів за рахунок вторинних реакцій дифузного типу. На цьому етапі за рахунок вторинних реакцій утворюються такі продукти, як водень, окис вуглецю, вуглець і вуглеводневі радикали. При розширенні продуктів вибуху та доступі до продукти детонації повітря відбувається подальше окислення цього водню, окису вуглецю, вуглецю та вуглеводневих радикалів, а також залишку непрореагованого пального. Для початку розкладання речовини в ударній хвилі молекулам речовини необхідно від неї отримати певну мінімальну (критичну) енергію. Величина отриманої речовиною від ударної хвилі теплової енергії пропорційна тиску детонації або пропорційна швидкості детонації в квадраті. Чим вище значення отриманої речовиною енергії (чим вище швидкість детонації), тим вище швидкість розкладання речовини в детонаційної хвилі. Потенціал термобаричного заряду є дуже високим, оскільки реакція продуктів його детонації з киснем повітря викликає виділення великої кількості енергії з утворенням хвиль стиснення (ударної хвилі) і продуктів вторинної (термобаричної) реакції з утворенням нових продуктів реакції з високою температурою. При цьому тротиловий еквівалент по теплоті вибуху (фугасна дія) при первинній реакції з утворенням продуктів детонації термобаричного складу (теплота вибуху при детонації без доступу повітря) становить від 2,3 до 2,5 і при вторинній реакції з утворенням продуктів окислення за рахунок реакції з киснем повітря (теплота вибуху з догоранням в повітрі) тротиловий еквівалент складу становить від 3,8 до 4,3. З патенту US6293201 відома боєголовка, що містить твердий комплексний енергетичний склад: циклодекстрину нітрат, нітрату ефіру пластифікатора, субсаліцилат вісмуту і 1 UA 105914 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 стабілізатор, у вигляді окремих кульок малого розміру, які диспергують у вигляді хмари до дії на ціль. При зіткненні з ціллю кульки вибухають без використання детонатора за рахунок високої чутливості складу до удару. Такий склад не є термобаричним, і не має помітної осколкової дії. З патенту BG63552 відома двосекційна БЧ, що містить камеру розділену на дві частини, відокремлені один від одного металевою перегородкою. У головній частині розташовується рідкий термобаричний склад (суспензія), а в задній частині розташовується стандартний бризантний склад. У задній частині боєприпасу для збільшення уражаючої дії можуть розташовуватися блоки з готовими вражаючими елементами. Ініціювання заряду проводиться головним детонатором, тому спочатку ініціюється термобаричний заряд, а від нього ініціюється бризантний заряд. Дане технічне рішення в порівнянні з боєприпасом, зарядженим тільки термобаричним складом, має знижену термобаричну дію, оскільки термобарична дія має тільки частину складу. У порівнянні з боєприпасом, спорядженим тільки осколково-фугасним складом, пропонований боєприпас має і більш низьку осколкову дію, оскільки головна частина боєприпасу має знижену осколкову дію через характеристики використаної рідкої термобаричної суміші. Крім того, низька швидкість детонації термобарического складу (тиск детонації) при ініціюванні через перегородку бризантного складу викликає в ньому утворення перехідної низької ділянки детонації (з низькою швидкістю детонації і відповідно з більш низькою швидкістю осколків), довжина якого при недостатньому ініціюванні становить до 10 діаметрів заряду. Тому дана конструкція не забезпечує достатньої ефективності осколкової дії не тільки осколків, що утворюються з головної частини корпусу, а й осколків від донної частини корпусу і готових уражаючих елементів. З патентів BG1707U і BG1708U відомі, відповідно, термобарична граната з основним зарядом з твердого складу і додатковим детонатором з бризантного складу, відношення маси якого до маси заряду становить від 1/12 до 1/20, і термобарична БЧ в тонкостінному корпусі з основним зарядом із твердого складу і додатковим детонатором з бризантного складу. Всі ці боєприпаси не мають осколкової оболонки, а склад містить металеве пальне, солі неорганічних кислот, бризантну ВР і зв'язку з каучуку з пластифікатором (даний склад має низьку швидкість детонації за рахунок вмісту великої кількості зв'язки і солей неорганічних кислот і не забезпечує високої осколкової дії). З патенту RU2402741 відомий боєприпас з циліндровим корпусом з рідкотекучим наповненням у формі детонаційноздатної суспензії металевого порошку в горючій рідині, і закріплену на поперечній діафрагмі центральну оболонку з детонатором, що несе осьову шашку запалювального піротехнічного складу, при цьому центральна оболонка по краях виконана з розтрубом, що утворює кільцеві зазори відносно примикаючого детонатора, а шашка запалювального піротехнічного складу масою 2-4 % від маси рідкого наповнення розподілена на два автономних заряди, зміщених від середини детонатора. Цей боєприпас має термобаричну дію, по ефективності осколкової дії немає даних. З патенту RU2291376 відома ракета, яка містить подовжену бойову частину з головним детонатором, що включає наповнений рідкотекучою детонаційноздатною сумішшю корпус зі сферичною головкою і з закріпленою на ньому поперечної діафрагмою, осьовий детонатор і реактивний твердопаливний двигун, при цьому вона забезпечена несучими обичайками і дискової мембраною, виконаної з набору пластинчастих пружин, центрованих по екрануючому ковпаку виступу осьового детонатора, забезпеченого метальним зарядом, всередині якого аксіально розміщено запалювальний піротехнічний склад, при цьому на одній з обичайок змонтована подовжена бойова частина з головним детонатором, а на іншій закріплена сферична головка, яка спирається на дискову мембрану, сферична головка виконана товстостінною і заповнена конденсованою вибуховою речовиною, а корпус зсередини виконаний рифленим. З патенту RU2401978 відома осколково-фугасна бойова частина ракети, яка містить дві послідовних секції, розділені обичайкою, при цьому оживальний корпус осколкової секції заповнений конденсованим знаряддям, прилеглим до головного запальника і до центрального детонатора фугасної секції, розміщеному всередині детонаційноздатного рідкотекучого наповнення циліндричної оболонки і змонтованому в поперечній діафрагмі, при цьому розділова обичайка виконана у вигляді демпфуючого пристрою, що включає пластинчастий амортизатор і повітряний буфер, в осьовому отворі яких укріплений центральний детонатор фугасної секції, причому маса конденсованого знаряддя головний осколкової секції в 4-5 разів більше маси рідкотекучого наповнення фугасної секції. З патенту RU2401977 відома осколково-фугасна бойова частина реактивного снаряда, що містить головний підривач, корпус, детонаційноздатне наповнення, центральний детонатор і поперечну діафрагму, що виконує функцію відбивача ударної хвилі, причому корпус 2 UA 105914 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 складається з головної осколкової секції оживальної форми і фугасної секції, змонтованих на несучій обичайці, при цьому осколкова секція заповнена конденсованою вибуховою речовиною і має всередині напівготові вражаючі елементи, а фугасна секція складається з трубчастої оболонки з донним заливальним вузлом, наповненої детонаційноздатним наповненням, що є рідкотекучим. З патенту RU2357197 відома об'ємодетонуюча бойова частина реактивного снаряду, що містить корпус, оболонку, горючу композицію, детонатор і метальний заряд, оболонка виконана з внутрішньої і зовнішньої труб, з'єднаних кільцевими торцевими денами, причому внутрішня труба оболонки виконана з перемінним по довжині діаметром, що збільшується в напрямку детонатора. Така БЧ дозволяє контролювати розмір і форму паливного хмари, має термобаричну, осколково-фугасну. З патенту RU2291378 відомий снаряд, який містить жорстко пов'язані двигун і подовжену боєголовку, корпус якою наповнений детонаційноздатною рідкою сумішшю, де розташовані центральна оболонка з диспергуючим зарядом вибухової речовини, пов'язаним з головним детонатором, і поперечний відбивач ударної хвилі. Диспергуючий заряд шляхом каліброваної дюзи у відбивачі, виконаному у вигляді увігнутого зрізаного конуса, сполучається через осьову вогнепередатну трубку з піротехнічним ініціюючим складом метального заряду готових вражаючих елементів, упакованих в циліндричну касету, змонтовану в донній частині боєголовки, при цьому відбивач ударної хвилі, функціонально розділяючий тонкостінний корпус на головну фугасну і донну осколкову секції, закріплений на несучій обичайці. Підвищується вражаюча дія снаряду за рахунок запропонованої двосекційною конструкції. Снаряд має термобаричну та осколково-фугасну дію. З патенту GB2428083 відомий спосіб контролю швидкості і напряму детонації ВР в боєголовці шляхом використання двох детонаторів, детонаційних шнурів і заряду з різних типів ВР (або одного типу ВР з різною щільністю) з різною швидкістю детонації для керування напрямком детонації і осколковою дією. В боєголовці є дві порожнини - одна, розташована в головній частині, призначена для одного з детонаторів, інша розташована в центрі заряду. Центральна осьова порожнину використовується для управління силою і напрямом вибуху. В одному з втілень боєголовка містить рідку ВР. Така боєголовка має осколкову, але не термобаричну дію. З патенту RU2427785 відомий осколково-фугасний боєприпас спрямованої дії, що містить корпус, систему ініціювання, зовнішній порожнистий циліндричний заряд вибухової речовини з високою швидкістю детонації і внутрішній заряд вибухової речовини з меншою швидкістю детонації, швидкості детонації яких відносяться як 1:(0,7-0,8), причому внутрішній заряд виконаний з термобаричного складу, при цьому в основі внутрішнього заряду розміщена кумулятивна виїмка у формі зрізаного конуса з кутом при основі 37-45° і діаметром верхньої основи (0,3-0,5)d, де d - діаметр внутрішнього заряду. Цей боєприпас має термобаричну і осколково-фугасну дії. З документа US2014182473A1 відомий боєприпас термобаричної дії, що складається з товстостінного корпусу, в якому знаходиться комбінований заряд. Комбінований заряд складається з центрального заряду, виконаного з бризантної ВР, і пресованого периферійного заряду із суміші алюмінієвого порошку (90 %) і політетрафторетилену (10 %), який розташовується між корпусом і центральним зарядом. Периферійний заряд диспергується при вибуху центрального заряду і за рахунок згорання алюмінію в повітрі забезпечує термобаричний ефект. Кращий варіант здійснення даного винаходу включає в себе систему з товстостінною боєголовкою, яка містить контейнер і циліндр металодоповненого заряду, розташований в контейнері, так що зазначений циліндр контактує з внутрішньою стінкою контейнера. Крім того, вибухова речовина розташована в циліндрі з підривачем в безпосередньому контакті з бризантною вибуховою речовиною, таким чином, що підривач підриває високовзривчату речовину. Цей термобаричний боєприпас має слабку осколкову дію (подріблення корпусу і метання осколків забезпечується центральним зарядом, дія якого дуже сильно послаблюється недетонуючим периферійним зарядом). Як видно з аналізу існуючого рівня техніки, відомі термобаричні склади, як правило, знаряджаються методом лиття, що робить необхідним наявність в них рідких компонентів. Для отримання необхідних експлуатаційних характеристик рідкі компоненти загущують добавками (рідкі або рідкотекучі склади), або стверджують за допомогою полімеризації. В останньому випадку утворюється твердий склад, що містить велику кількість зв'язки. Інертна зв'язка знижує енергетичні характеристики складу, тому у цих складів за один з компонентів використовуються окислювачі, зазвичай перхлорат амонію. Однак наявність зв'язки і перхлорату амонію у складі сильно знижує швидкість детонації, що знижує швидкість осколків і також у випадку суцільного 3 UA 105914 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 корпусу негативно впливає на його дроблення з утворенням неоптимальних за розміром осколків. Крім того, ці склади мають великий критичний діаметр детонації і відповідно великий граничний діаметр, що додатково знижує швидкість детонації в зарядах з діаметром нижче граничного. Швидкість детонації цих складів зазвичай значно нижче 6000 м/с. До того ж, боєприпаси з рідким паливом термобаричного заряду мають дуже обмежений строк зберігання і, крім того, при деяких умовах, зокрема, при порушенні умов зберігання або технічних помилках при виробництві можуть розгерметизуватися, що може призвести до отруєння або вибуху. Задачею корисної моделі є створення безпечної термобаричної бойової частини з високим гарантійним строком зберігання, придатного для використання в боєприпасах високого навантаження, що поєднує високу термобаричну та осколково-фугасну дію. Задача корисної моделі вирішується осколково-фугасною термобаричною бойовою частиною, що містить корпус, підривач з додатковим детонатором і термобаричний заряд, що складається з металевого пального в кількості 25-50 % за вагою, вибухової речовини і компонентів, що розкладаються в детонаційній хвилі, при цьому термобаричний заряд складається з пресованих шашок зі швидкістю детонації щонайменше 6000 м/с, причому між додатковим детонатором і шашками термобаричного заряду розміщений другий додатковий детонатор з пресованої шашки, яка є частиною основного заряду. Виготовлення термобаричного заряду з пресованих шашок, тобто методом пресування, дозволяє використовувати термобаричний склад, що не містить інертних компонентів (в'яжучого або флегматизатора), або склад, що містить флегматизатори кількістю не більше 3 %, що дозволяє отримати заряд з високою швидкістю детонації (від 6000 м/с до 7500 м/с залежно від щільності заряду, яка визначається питомим тиском пресування) і низьким критичним діаметром. Додатково виготовлення заряду з пресованих шашок забезпечує високу якість заряду, тобто відсутність дефектів або змін у складі, які небезпечні при великих навантаженнях. При швидкості детонації термобаричного заряду більше 6000 м/с забезпечується достатня глибина первинної стадії розкладання всіх активних (що розкладаються в детонаційної хвилі) компонентів, що забезпечує досить високу температуру продуктів вибуху і концентрацію реакційно-активних компонентів, які необхідні для ефективного перебігу окислення продуктів вибуху на другій стадії при їх взаємодії з киснем повітря. Крім того, швидкість детонації термобаричного заряду більше 6000 м/с забезпечує високу осколкову і бризантну дію термобаричного складу. Другий додатковий детонатор, який зазвичай має масу не менше 50 г, переважно від 100 до 200 г, забезпечує надійне ініціювання термобаричного заряду. При недостатньому ініціюванні у складі виникають низькошвидкісні режими детонації, що веде до істотного зниження ефективності бризантної і баричної дії. Додатковий детонатор зазвичай розташований в стакані, причому присутній повітряний зазор між стаканом з додатковим детонатором і основним зарядом. Недостатнє ініціювання зазвичай пов'язано не тільки з недостатньою масою додаткового детонатора, але і зниженням тиску ініціації ударної хвилі при проходженні через оболонку стакана і повітряний зазор. До того ж, надійне ініціювання високошвидкісної детонації в заряді без перехідних режимів забезпечується тим, що другий додатковий детонатор виконаний у вигляді пресованої шашки, яка є частиною основного заряду. У цьому випадку всі перехідні процеси, пов'язані з ініціюванням та розвитком швидкості детонації до стаціонарної детонації, відбуваються в другому детонаторі і передача детонації до основного термобаричного заряду здійснюється відразу з максимальними параметрами. Переважно, відношення діаметра додаткового детонатора до його висоти складає від 1 до 10. Більш переважно, відношення діаметра додаткового детонатора до його висоти складає від 2 до 5. Переважно, другий додатковий детонатор складається з бризантної вибухової речовини з додаванням алюмінію. Більш переважно, другий додатковий детонатор складається з флегматизованого гексогену або октогену з додаванням 10-25 % за масою алюмінію. Більш переважно, другий додатковий детонатор складається з флегматизованого гексогену або октогену з додаванням 15 % за масою алюмінію. Виготовлення другого додаткового детонатора з флегматизованого гексогену або октогену з добавкою алюмінію в кількості від 10 до 25 %, переважно 15 % забезпечує максимальну осколкову і термобаричну дію. Наявність алюмінію в складі збільшує швидкість осколків, що 4 UA 105914 U 5 10 15 20 25 30 утворюються від прилеглого до складу корпусу (максимум швидкості осколків досягається при додаванні 15 % алюмінію), а також підвищує температуру продуктів детонації даної суміші. Збільшення температури продуктів детонації другого детонатора, що контактують з продуктами детонації термобаричного складу, забезпечує більш повне окислювання продуктів детонації термобаричного складу і підвищення термобаричних характеристик боєприпаси, оскільки збільшує тиск повітряної ударної хвилі і температуру вогненної кулі. Переважно, бойова частина додатково містить готові або напівготові уражаючі елементи, розташовані в циліндричної частини корпусу для забезпечення осколкової дії. Ця корисна модель дозволяє отримати осколково-фугасні боєприпаси, в тому числі з високим навантаженням, зокрема артилерійські снаряди, з осколковим дією на рівні штатних осколково-фугасних боєприпасів і фугасною дією в 2,5 разу вище, ніж у тротилу (тротиловий еквівалент 2,5). Додатково ефективність такого боєприпасу в порівнянні зі звичайними осколково-фугасними боєприпасами підвищується за рахунок об'ємної дії, що дозволяє більш ефективно вражати живу силу в укриттях і легкоброньованій техніці. Нижче наведені два приклади реалізації корисної моделі. На Фіг. 1 зображено боєприпас, осколкова дія якого забезпечується осколками, що утворюються при подрібленні корпусу 1. У корпусі 1 розташовано пресовані шашки термобаричного заряду 2, підривач 3, додатковий детонатор 4, втулка 5 під підривач та додатковий детонатор, шашка з флегматизованого гексогену або октогену з додаванням алюмінію 6. Між дном снаряда 8 та шашками термобаричного заряду 2 розташовано прокладку 7. На Фіг. 2 зображено боєприпас, осколкова дія якого забезпечується осколками корпусу 1 і готовими або напівготовими вражаючими елементами 9. У корпусі 1 розташовано пресовані шашки термобаричного заряду 2, підривач 3, додатковий детонатор 4, шашка флегматизованого гексогену або октогену з додаванням алюмінію 6. Між дном снаряда 8 та шашками термобаричного заряду 2 розташовано прокладку 7. Таким чином, в результаті спільного використання всіх зазначених факторів можна створити безпечну універсальну бойову частину з високим гарантійним строком зберігання, придатну для використання в боєприпасах високого навантаження, в якій поєднуються ефективність звичайних термобаричних і осколково-фугасних боєприпасів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 50 1. Осколково-фугасна термобарична бойова частина, що містить корпус, підривач з додатковим детонатором і термобаричний заряд, що складається з металевого пального кількістю 25-50 % за вагою, вибухової речовини і компонентів, що розкладаються в детонаційній хвилі, яка відрізняється тим, що термобаричний заряд складається з пресованих шашок зі швидкістю детонації щонайменше 6000 м/с, причому між додатковим детонатором і шашками термобаричного заряду розміщений другий додатковий детонатор з пресованої шашки, яка є частиною основного заряду. 2. Бойова частина за п. 1, яка відрізняється тим, що відношення діаметра додаткового детонатора до його висоти складає від 1 до 10. 3. Бойова частина за п. 2, яка відрізняється тим, що відношення діаметра додаткового детонатора до його висоти складає від 2 до 5. 4. Бойова частина за будь-яким з пп. 1-3, яка відрізняється тим, що другий додатковий детонатор складається з бризантної вибухової речовини з додаванням алюмінію. 5. Бойова частина за пп. 1-4, яка відрізняється тим, що другий додатковий детонатор складається з флегматизованого гексогену або октогену з додаванням 10-25 % за масою алюмінію. 6. Бойова частина за пп. 1-5, яка відрізняється тим, що другий додатковий детонатор складається з флегматизованого гексогену або октогену з додаванням 15 % за масою алюмінію. 7. Бойова частина за будь-яким з пп. 1-6, яка відрізняється тим, що додатково містить готові або напівготові уражаючі елементи, розташовані в циліндричній частині корпусу. 5 UA 105914 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6