CC BY
58
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СИСТЕМ И КОМПЛЕКСОВ
УДК 534.8
Г.В. Козлов, д-р техн. наук, доц., декан, (8412) 36-82-34 [email protected], K.M. Колмаков, канд. техн. наук., доц. (8412) 36-82-70, [email protected] (Россия, Пенза, ИГУ)
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА АКУСТИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ УСТАНОВКИ УЛЬТРАЗВУКОВОГО РАССНАРЯЖЕНИЯ БОЕПРИПАСОВ
Рассмотрены преимущества ультразвукового метода расснаряжения осколочно-фугасных боеприпасов. Представлена схема установки. Рассчитаны акустические параметры разрывных зарядов и значения акустической мощности излучателя, необходимые для ультразвукового расснаряжения.
Ключевые слова: разрывной заряд, осколочно-фугасный боеприпас, акустические параметры, ультразвуковое расснаряжение.
Наиболее сложной задачей при утилизации боеприпасов является извлечение взрывчатых веществ (ВВ) из корпусов, особенно неплавких составов на основе гексогена (А-ІХ-2). Основой разработанного метода извлечения ВВ из корпуса является ультразвуковое воздействие на разрывной заряд [1]. Возникающие при этом знакопеременные напряжения вызывают разрушение наиболее слабой механической составляющей заряда-флегматизатора, после чего отдельные кристаллы ВВ извлекаются из корпуса.
Установка ультразвукового расснаряжения боеприпасов включает: (рис. 1) ультразвуковой генератор 1, пьезокерамический преобразователь 2, волновод 3.
Ультразвуковой генератор создаёт колебания с частотой 20±2 кГц. Пьезокерамический преобразователь трансформирует электрические колебания в механические. Волновод передаёт эти механические колебания от преобразователя к разрывному заряду. Изменяя геометрически размеры волновода, возможно регулировать амплитуду колебаний и соответственно излучаемую мощность.
Рис. 1. Элементы установки ультразвукового расснаряжения боеприпасов
Расчет подводимой для разрушения разрывного заряда акустической энергии позволяет сделать вывод о необходимой для решения задачи расснаряжения акустической мощности. Методика расчета базируется на зависимости интенсивности УЗ волны и возникающих внутренних напряжений в среде распространения [2]:
50-ст р-с
(1)
где J - интенсивность УЗ волны; р - плотность среды; о - возникающее напряжение; с - скорость звука в среде.
Подставляя вместо величины напряжения его критическое значение - предел прочности акрит с учётом площади сечения разрывного заряда, получаем значение акустической мощности УУак-
-2 . £
...(2)
№ак = 50.^шш.
р-с
Выражение (2) позволяет рассчитывать требуемые акустические мощности без учета потерь энергии на отражение при рассогласовании источника излучения и нагрузки из-за непостоянной величины площади поперечного сечения заряда нецилиндрической формы. Указанные потери энергии предлагается учитывать усредненным по длине РЗ значением коэффициента отражения і?, определяемым по зависимости
\7.х -^2|
Я
%I +¿2
(3)
где 2\м22~ акустические сопротивления излучателя и разрывного заряда. С учетом коэффициента Я формула (2) будет иметь вид (4):
-_2 о
Жлк = 50 • акрпт '
' рс
■(1 + Д),
(4)
где ^щах - площадь сечения РЗ*, полностью акустически согласованная с площадью излучения.
Выражение (4) учитывает потери мощности на отражение в связи с изменением акустического сопротивления нагрузки на каждом сечении. Причиной потерь может стать не только изменение площади сечения РЗ, но и наличие разноплотности заряда по его длине. По этой причине расчеты необходимых для разрушения заряда акустических мощностей согласно (4) значительно усложняются.
Для количественного анализа необходимой акустической энергии 1¥ак выбраны снаряды калибра: 30, 100 и 152-мм, снаряженные литым и прессованным тротилом, а также А-1Х-2 [3, 4].
В литературных источниках отсутствуют сведения об акустических свойствах смеси А-1Х-2. Однако эти свойства подробно описаны для флег-матизированного гексогена. В связи с этим скорость звука для состава А-1Х-2 была найдена теоретически на базе методики определения этого параметра для двухкомпонентной прессованной системы: А-1Х-1 и алюминия [3], согласно которой
2
са-сгх,2-^+с2-х2-^+(с1+с2)-Х;Х2-(1-к)-^,(5)
Р1 Рг Р1 'Рг
где Я - отношение модуля разности акустических сопротивлений компонентов к их сумме; р- плотность смеси /-го компонента, кг/м3; С- скорость звука в смеси /-м компоненте, м/с; X - массовая доля /-го компонента в смеси; " см", "1", "2" - индексы, соответствующие показателям смеси и соответственно 1-му и 2-му компонентам.
Результаты расчета согласно (5), а также данные акустических и прочностных характеристик ВВ, необходимые для расчета, приведены в табл. 1.
Таблица 1
Исходные данные для расчета
ВВ Скорость звука, м/с Предел бКрит* МПа для разрушения
ударного откольного усталостного
ТНТ (литой.) 2160 9,80 3,21 1,84
ТНТ (пресс.) 2090 6,90 0,09 0,07
А-ІХ-2 2605 3,41 0,11 0,08
На основании представленных исходных данных по формуле (2), при условии полного акустического согласования источника излучения и нагрузки, получены значения акустической МОЩНОСТИ Жак, требуемой для разрушения соответствующего снаряжения. Расчеты проводились для трёх
возможных механизмов разрушения: ударного, откольного, усталостного. Данные по усталостному разрушению получены на базе статистической оценки влияния УЗ колебаний на прочностные характеристики материала поликристаллической структуры [5].
Получены значения акустической мощности, необходимые для разрушения соответствующего снаряжения снаряда. Результаты представлены в табл. 2.
Таблица 2
Результаты расчета акустической энергии IVак
Тип разрушения Калибр, мм Мощность \Уак, Вт для заряда на основе
ТНТ(литой) ТНТ(прессов) А-ІХ-2
Ударный 30 0,42 569729 301148 53550
100 2,83 3838888 2029184 380826
152 9,50 12888727 8811881 1211260
Откольный 30 0,42 81128 51 68
100 2,83 411873 346 377
152 9,50 1382612 1159 1287
Усталостный 30 0,42 20084 31 30
100 2,83 136328 209 202
152 9,50 454281 701 679
Результаты расчетов справедливы и для случая, когда акустическая мощность, требуемая для разрушения РЗ сечением Лтах, равна значению суммы мощности, требуемой для разрушения меньшего по значению площади сечения РЗ, и мощности, теряемой на отражение в связи с изменением акустического сопротивления нагрузки на /-м сечении. Если же указанная сумма будет иметь большее значение вследствие возрастания влияния фактора отражения излучаемой энергии, то результаты расчета будут несколько занижены.
Список литературы
1. Способ уничтожения осколочно-фугасных снарядов: пат. Рос. Федерация № 2138769. Опубл. 27.09.1999.
2. Красильников В.А. Звуковые и ультразвуковые волны. М.: Физ-матгиз, 1960. 560 с.
3. Горбушин А.Т. Инициирующие и бризантные взрывчатые вещества. Пенза: ВАЛУ, 1968. 260 с.
4. Кунин Н.Ф. Механические свойства взрывчатых веществ. М.: Оборонгиз, 1968. 214 с.
5. Свереденко В.П., Клубович В.В. Исследование механических свойств алюминия в ультразвуковом поле // Доклады АН БССР. Т. IV. 1962. №9. С. 563 -566.
G. V. Kozlov, K.M. Kolmakov
THEORETICAL ESTIMATION OF ACOUSTIC CAPACITY OF INSTALLATION OF ULTRASONIC DISMANTLE OF AMMUNITION
Ach’cmtciges of an ultrasonic method расснаряжения oskolochno-demolition ammunition are considered. The installation scheme is presented. Acoustic parameters of explosive charges and value of acoustic capacity of the radiator, necessary for ultrasonic dismantle are calculated.
Key words: an explosive charge, oskolochno-demolition ammunition, acoustic parameters, ultrasonic dismantle.
УДК.662.2/3
В.К. Колмаков, нач. группы, 8-926-562-78-85, [email protected] (Россия, Пенза, ИГУ)
О ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ МЕТАТЕЛЬНЫХ ЗАРЯДОВ БОЕПРИПАСОВ, ЗАПРЕЩЕННЫХ К БОЕВОМУ ПРИМЕНЕНИЮ
Рассмотрены возможные методы рационального использование нитроцеллю-лозных порохов, запрегценных к боевому применению. Предложен метод щелочной деструкции, который обеспечивает безопасную утилизацию порохов, исчерпавших запас химической стойкости. Пороха превращаются в абсолютно негорючий, биоразлагае-мый раствор солей низкомолекулярных органических кислот.
Ключевые слова: нитроцеллюлозные пороха, запас химической стойкости, щелочная деструщия, биоразлагаемые.
Проблема промышленной утилизации обычных видов боеприпасов представляет общегосударственную экономическую проблему, возникшую как следствие перемен в области военного строительства, необходимости выполнения обязательств по ограничению обычных видов вооружений, снятия с вооружения и вывода из боевого состава Вооружённых Сил Российской Федерации морально и технически устаревших образцов вооружения, военной техники и боеприпасов. Это вызвало потребность перейти к развертыванию достаточно мощных производств по утилизации, что определилось в первую очередь масштабами подлежащих ликвидации запасов, экономической нецелесообразностью их безвозвратных потерь, требованиями экологической безопасности. Все это возможно реализовать только на базе высокотехнологичных процессов, разработка которых в РФ в своё время практически не проводилась.
Ресурсный потенциал подлежащих утилизации боеприпасов оценивается заказывающими управлениями МО РФ в количестве около 80 млн.
