Устройство для определения импульса взрыва заряда взрывчатого вещества/боеприпаса в ближней зоне

Изобретение относится к области испытательной и измерительной техники, конкретно к устройствам для измерения характеристик взрыва боеприпаса или заряда взрывчатого вещества (ВВ), в так называемой ближней зоне от поражаемого объекта (мишени), когда расстояние от боеприпаса\заряда до мишени не превышает 10 калибров, и мишень подвергается совокупному воздействию газообразных продуктов взрыва, фрагментов (корпуса/оболочки) и воздушной ударной волны (УВ).

Известны устройства для измерения импульса взрыва в ближней зоне /1/, содержащие опорную конструкцию, состоящую из полки с горизонтальной поверхностью и вертикальной стойки/стоек для ее крепления и размещенную на полке совокупность метаемых тел.

Принцип действия данных устройств базируется на перемещении тел известной массы с заданной поверхностью, подвергаемых воздействию поражающих факторов взрыва (в частности УВ), - исходя из известной массы тела и измеренной величины его перемещения под действием взрыва из исходной позиции, расчетным путем определяют соответственно импульс и давление на фронте УВ.

К недостаткам указанных устройств следует отнести то, что здесь используются метаемые тела цилиндрической формы, ориентированные к точке взрыва боковой поверхностью цилиндра, и предполагается их плоскопараллельное перемещение, в то время как под действием УВ в начале движения по поверхности полки они могут приобрести и вращательное движение относительно продольных осей, на которое будет расходоваться некоторая неучитываемая часть энергии/импульса взрыва. В случае же перемещения вращающегося цилиндра в воздушной среде будет проявляться эффект Магнуса - физическое явление, возникающее при обтекании вращающегося тела потоком жидкости или газа. Образуется сила, воздействующая на тело и направленная перпендикулярно направлению потока, в данном случае - перпендикулярно направлению линейного перемещения метаемого цилиндра, что приводит к снижению точности измерений, и, как следствие, последующих расчетов.

Кроме того высокой точности измерений не позволяет достичь и предполагаемое средство измерений линейных перемещений метаемых элементов - рулетка.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство /2/, также содержащее опорную конструкцию, состоящую из полки с горизонтальной поверхностью и вертикальной стойки/стоек для ее крепления и размещенной на полке совокупности подвергаемых воздействию взрыва призматических метаемых тел.

Призматические метаемые тела здесь установлены на опорной конструкции вплотную друг с другом в один ряд по высоте, соприкасаясь по основаниям призм, т.е. ориентированы по отношению к заряду ВВ боковыми гранями, причем боковые ребра призм имеют меньшую длину, чем стороны их оснований. Таким образом, нагружаемой поверхностью метаемого тела (далее по тексту - фронтальная поверхность), подвергаемой воздействию поражающих факторов взрыва заряда (газообразных продуктов взрыва, фрагментов (корпуса/оболочки) и УВ) является его боковая грань.

Однорядное размещение метаемых тел и относительно высокое расположение их центров масс относительно исходной опорной поверхности, как и в случае устройства аналога, хотя они и призматические, не исключает вероятности приобретения ими вращательной составляющей скорости относительно продольных осей призм, на которое будет расходоваться некоторая неучитываемая часть энергии/импульса взрыва. Также однорядное расположение метаемых тел не в полной мере обеспечивает «восприятие» ими такого поражающего фактора, как удар фрагмента оболочки заряда ВВ (боеприпаса).

И, наконец, применение данного устройства, как и в случае аналога, предусматривает использование для измерений линейных перемещений метаемых тел рулетки, что не обеспечивает высокой точности измерений.

Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков устройства прототипа, в первую очередь -повышение точности измерений, а также обеспечение возможности использования автоматизированных систем сбора и обработки информации.

Решение задачи достигается тем, что в известном устройстве для определения импульса взрыва заряда ВВ/боеприпаса в ближней зоне, содержащем опорную конструкцию, состоящую из полки с горизонтальной поверхностью и вертикальной стойки/стоек для ее крепления и размещенную на полке совокупность подвергаемых воздействию поражающих факторов взрыва призматических метаемых тел, в соответствии с изобретением метаемые тела выполнены в форме правильных призм, боковые ребра которых имеют большую длину, чем стороны их оснований, и установлены на опорной конструкции в несколько рядов по высоте, образуя своими фронтальными поверхностями фрагмент сотовой поверхности заданного профиля, при этом с тыльной стороны метаемые тела снабжены индикаторными элементами равной массы, размещенными в каждом горизонтальном ряду укладки на разной высоте относительно их опорных поверхностей.

Таким образом, основными отличительными признаками предлагаемого технического решения являются:

- выполнение метаемых тел в форме правильных призм, боковые ребра которых имеют большую длину, чем стороны их оснований;

- установка их на опорной конструкции в несколько рядов по высоте, с образованием фронтальными поверхностями отдельных тел фрагмента сотовой поверхности заданного профиля;

- снабжение метаемых тел с тыльной стороны индикаторными элементами равной массы, размещенными в каждом горизонтальном ряду укладки на разной высоте относительно их опорных поверхностей.

Выполнение метаемых тел в форме правильных призм, боковые ребра которых имеют большую длину, чем стороны их оснований, наряду с их установкой на опорной конструкции в несколько рядов по высоте позволит обеспечить:

- образование фронтальными поверхностями отдельных тел совокупной нагружаемой поражающими факторами взрыва «сплошной» сотовой поверхности заданного профиля (плоской, цилиндрической или торовой при некотором их смещении относительно друг друга как в пределах одного ряда, так и рядов по высоте укладки);

- строго направленное горизонтальное начальное перемещение относительно опорной поверхности, исключая, тем самым, потери на вращательное движение (по крайней мере, для тел в «нижних» рядах);

- возможное «восприятие» ими такого поражающего фактора, как удар фрагмента оболочки заряда ВВ (боеприпаса), за счет увеличения суммарной нагружаемой поверхности.

Для образования «сплошной» сотовой поверхности заданного профиля метаемые тела могут быть выполнены в форме прямоугольных параллелепипедов, правильных треугольных призм, или правильных шестиугольных призм /3/.

Для обеспечения различных условий экспериментальных исследований в зависимости от характеристик используемого заряда ВВ и требуемой массы метаемых тел, они могут быть выполнены полыми и с тыльной стороны снабжены крышками, например, из термопластичных полимеров, ламинированного картона, а их полости заполнены сыпучим или отверждающимся материалом заданной плотности. В частности, например, для метаемых тел могут быть применены широко распространенные призматические емкости для розлива соков и молочной продукции, заполненные песком или цементным раствором.

Наличие индикаторных элементов равной массы, размещенных с тыльной стороны метаемых тел в каждом горизонтальном ряду укладки на разной высоте относительно их опорных поверхностей, позволит осуществлять распознавание отдельных метаемых тел и фиксировать их перемещение (до схода с опорной поверхности полки) под воздействием поражающих факторов взрыва посредством высокоскоростной съемки (далее по тексту - съемки) в необходимом диапазоне длин волн. Использование съемки вместо метрических измерений результатов позволит получить большую по сравнению с прототипом точность измерений, а также обеспечит возможность автоматизированного сбора и последующей обработки информации.

По результатам съемки определяется скорость, приобретаемая каждым метаемым телом, а при известной массе и приобретаемый им импульс.

Равная масса индикаторных элементов, которые целесообразно выполнять в форме стержней, необходима для обеспечения равных масс метаемых тел. А их разная длина для метаемых тел в пределах каждого горизонтального ряда укладки обеспечит лучшее «распознавание» перемещения каждого метаемого тела в пределах ряда по результатам съемки.

Расположение же индикаторных элементов на разных расстояниях от одинаково ориентированных боковых поверхностей метаемых тел в пределах вертикального ряда укладки позволит осуществлять съемку с двух направлений - горизонтального и вертикального, что обеспечит большую точность получаемых результатов.

В качестве примера изобретение иллюстрируется графической информацией:

На фиг. 1 (а, б, в) показаны примеры размещения на полке опорной конструкции метаемых тел в форме различных правильных призм.

На фиг. 2 - вариант укладки прямоугольных параллелепипедов с образованием сотовой торовой поверхности.

На фиг. 3 представлены различные варианты конструктивного исполнения индикаторных элементов и их размещения на тыльной стороне метаемых тел.

На фиг. 4 показан пример подготовленного к проведению измерений устройства при съемке с одного направления, а на фиг. 5 - при съемке с двух направлений.

Устройство для определения импульса взрыва заряда взрывчатого вещества/боеприпаса в ближней зоне (фиг. 1, а, б, в) содержит опорную конструкцию, состоящую из полки 1 с горизонтальной поверхностью и вертикальной стойки/стоек 2 для ее крепления и размещенную на полке совокупность подвергаемых воздействию поражающих факторов взрыва призматических метаемых тел 3. Метаемые тела выполнены в форме правильных призм (а - треугольных; б - шестиугольных; в - прямоугольных параллелепипедов). Боковые ребра метаемых тел 3 имеют большую длину, чем стороны их оснований. Тела установлены на полке 1 опорной конструкции в несколько рядов по высоте, образуя своими фронтальными поверхностями фрагмент сотовой поверхности заданного профиля, например, как показано на фиг. 2, - торовой при укладке метаемых тел в форме прямоугольных параллелепипедов (R1 - радиус образующей окружности тора, R2 - радиус ее вращения, индикаторные элементы условно не показаны).

С тыльной стороны метаемые тела 3 снабжены индикаторными элементами 4 равной массы, размещенными в горизонтальном ряду укладки на разной высоте относительно их опорных поверхностей, как показано на фиг. 3 (а, б, в, г). Координатная сетка на тыльных поверхностях метаемых тел изображена для более наглядного определения по иллюстрации положения индикаторных элементов.

Индикаторные элементы 4 метаемых тел 3 в пределах горизонтального ряда укладки могут иметь как одинаковую (фиг. 3, а), так и разную длину (фиг. 3, б). А кроме того - располагаться на разных расстояниях от одинаково ориентированных боковых поверхностей метаемых тел (фиг. 3, в, г) в пределах вертикального ряда укладки.

Работа устройства происходит следующим образом (фиг. 4). На полке опорной конструкции 1, закрепленной на стойках 2 размещают посредством порядной укладки подвергаемые воздействию поражающих факторов взрыва метаемые тела 3 с образованием их фронтальными поверхностями фрагмента сотовой поверхности заданного профиля. Укладку осуществляют таким образом, чтобы индикаторными элементы 4 в каждом горизонтальном ряду укладки размещались на разной высоте относительно опорных поверхностей метаемых тел 3. Для частичной компенсации сил трения между соприкасающимися поверхностями метаемых тел 3, а также трения тел нижнего ряда о полку 1, на трущиеся поверхности может быть нанесен тонкий слой низковязкой смазки.

Испытуемый заряд ВВ/боеприпас 5 устанавливают на собственной подставке 6 на заданном расстоянии L от поверхности, образованной метаемыми телами 3, и на такой высоте, чтобы его центр масс и центры масс метаемых тел, расположенных в одном ряду, располагались в одной горизонтальной плоскости.

Производят подрыв заряда 6 и посредством типовой высокоскоростной съемочной аппаратуры 7 осуществляют съемку перемещения метаемых тел 3 от момента подрыва до начала момента падения (например, схода с поверхности полки 1 для тел нижнего ряда укладки). Разная длина индикаторных элементов 4 для метаемых тел 3 в пределах каждого горизонтального ряда укладки обеспечит по получаемой кинограмме лучшее «распознавание» характера перемещения каждого метаемого тела, и в итоге - определение приобретенной им скорости и импульса. Направление съемки на фиг. 4, 5 обозначено стрелками.

Для получения более точных результатов съемку можно осуществлять одновременно с двух ракурсов (фиг. 5). Укладку метаемых тел 3 при этом осуществляют таким образом, чтобы индикаторные элементы 4 размещались не только на разной высоте относительно их опорных поверхностей в каждом горизонтальном ряду укладки, но и располагались на разных расстояниях от одинаково ориентированных боковых поверхностей в пределах вертикального ряда укладки.

Процесс съемки может осуществляться в автоматическом режиме, анализ и обработка полученных кинограмм, определение по их результатам путем математической обработки импульса и давления УВ могут осуществляться также автоматически, с применением современных программно-аппаратных средств. Это позволит повысить точность измерений, существенно уменьшить трудозатраты, и обеспечит возможность использования автоматизированных систем сбора и обработки информации.

Источники информации

1. М. Held, Blast Load Diagnostic, Propellants Explos. Pyrotech. 2009, 34, 194-209-аналоги.

2. Патент CN №105606650 A, G01N 25/54, Method for testing cylindrical charging near-field energy distribution character, 2016 - прототип

3. https://ru. wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%B8%D0%B7%D0%BC%D0%B0_(%D0%B3%D0%B5%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%8F) [Призма_(геометрия)]