俄罗斯科学院西伯利亚分院拉夫连季耶夫流体动力学研究所(IHD SB RAS)的科学家设计并制造出一款紧凑型爆炸枪,用于研究极端载荷下材料和结构的动态强度与特性,重点解决航空航天和能源工业中的相关问题。
克恩。图片来源:PAO Gazprom Neft
这款爆炸枪口径为20毫米,能将由任何材料制成的弹丸以高达2公里/秒的速度抛射到安装在同步辐射(SR)源上的载样上。在技术快速发展、生产性能改进的结构材料新方法不断引入的背景下,设计能源和航空航天工业产品与结构时,需控制其动态性能。
俄罗斯科学院西伯利亚分院地质与语言学研究所研究员维亚切斯拉夫·哈列缅丘克表示,爆炸加载、累积过程和高速碰撞过程中会出现高变形率,如卫星体与太空物体碰撞速度可达16公里/秒,累积射流撞击障碍物速度同样如此。在高速过程研究中,仅了解材料静态强度或进行数值建模是不够的。
目前,人们使用爆炸装置或弹道枪(气动、火药、两级)重现极端载荷,可将撞击器抛射到高达4公里/秒的速度,但这些装置体积庞大(4至20米)、使用成本高昂,且在SI源上操作困难。而此次研制的紧凑型爆炸枪,可成为更经济、便捷的动态实验替代方案。
该爆炸枪是紧凑型枪管,长40毫米,外径40毫米,配备20毫米口径撞针。在炸药作用下,撞针飞出枪管,冲击波阵面在几分之一秒内(距离仅5毫米)将其加速到最大速度。安装在SI梁上的样品会被撞针碰撞产生的冲击波破坏,诊断系统会实时分析材料在负载下的升温、压缩和破坏情况。
实验计划在“西伯利亚环状光子源”集体使用中心(CCU“SKIF”)1 - 3“快速过程”站的爆炸室或子弹陷阱内进行。由于采用通用外壳,可同时使用同步辐射、干涉系统、高速照片记录方法和接触方法四种不同方法开展研究。
为将实验组件相对于爆炸室内的同步辐射束进行定位,俄罗斯科学院西伯利亚原子能研究所(IGiL SB RAS)的工作人员开发并制造了一种调节装置,该装置可承受100毫米距离处50克炸药的爆炸,威力堪比手榴弹爆炸。目前,爆炸枪和调节系统的样品已在俄罗斯科学院西伯利亚原子能研究所布德克尔核物理研究所VEPP - 4综合设施的同步辐射源上完成测试。