Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ

Предлагаемое изобретение относится к оборонной промышленности, а именно к установкам для испытаний на работоспособность и прочность нагружаемых при выстреле деталей и узлов снарядов, мин, гранат, пусковых устройств (стволов, реактивных двигателей, взрывателей и т.п.). Однако оно может использоваться и в других отраслях промышленности, где разрабатываются и изготавливаются силовые узлы и агрегаты, испытывающие при работе импульсные нагрузки, например тормозные системы транспорта.

Современное оружие, например гранатометы, имеют достаточно большое количество составных частей, которые при выстреле нагружаются различными по уровню и характеру действия силами: стволы и корпусы реактивных двигателей работают в условиях действия высокого внутреннего давления горячих пороховых газов; корпусы гранат - в условиях действия осевых перегрузок, наружного избыточного давления горячих пороховых газов и внутреннего давления боевого снаряжения; взрыватели - в условиях действия высоких осевых перегрузок и т.д.

Очевидно, что безопасность и безотказность оружия в значительной степени будет определяться достоверностью методов контроля прочности и работоспособности отдельных его составных частей в процессе их отработки и серийного производства, простотой и универсальностью средств контроля.

Это особенно важно при отработке, т.к. на этом этапе определяются критерии качества при испытаниях и методы испытаний для серийного производства.

Известные методы и устройства для испытания составных частей оружия (изделий) на прочность и работоспособность, по мнению авторов и заявителя предлагаемого изобретения, или не воспроизводят реальный характер их нагружения при выстреле, или не обладают достаточной универсальностью как в плане номенклатуры испытываемых изделий, так и в плане видов их нагружений (испытаний).

Например, известен способ испытаний на прочность камер реактивных пороховых двигателей [1], широко применяемый при разработке и в серийном производстве и выбранный в качестве аналога. Он основан на нагружении изделий внутренним гидравлическим давлением, создаваемым гидравлическим насосом, который медленно нагнетает по трубопроводу рабочую жидкость в полость испытываемого изделия, а уровень давления при этом контролируется манометром.

Очевидно, что аналог позволяет испытывать широкую номенклатуру изделий, но только внутренним избыточным давлением рабочей жидкости, однако из-за применения гидравлического насоса не позволяет воспроизводить реальную динамику нагружения изделий по времени достижения максимального давления, которое, как правило, составляет несколько миллисекунд, времени действия и характеру изменения давления и, следовательно, не дает достоверной информации о прочности изделий.

Реальную динамику нагружения изделий внешним избыточным давлением горячих пороховых газов позволяет воспроизвести известная установка [2], выбранная авторами в качестве прототипа.

Эта установка состоит из приспособления для испытаний изделий, устанавливаемого на испытываемое изделие с кольцевым радиальным зазором и снабженного разнесенными по краям узлами крепления его на наружной поверхности испытываемого изделия, системы измерения и регистрации и источника давления, выполненного в виде порохового газогенератора, газодинамически связанного с приспособлением для испытаний изделий.

Основными недостатками прототипа являются:

- узкая область его применения и, следовательно, необходимость иметь большую номенклатуру газогенераторов и приспособлений для испытаний, каждая пара которых может использоваться только для нагружения наружным давлением небольших групп изделий, близких по характеру работы, давлению испытаний, внешним размерам, конфигурации и т.п.;

- необходимость для обеспечения стабильных характеристик каждого газогенератора проводить большой объем предварительных работ с ними по подбору масс пороховых зарядов и воспламенителей к ним в зависимости от партий порохов, кратности использования газогенераторов и т.д.;

- необходимость иметь большие производственные и складские помещения для сборки, разборки, реставрации и хранения приспособлений для испытаний, газогенераторов и пороховых зарядов со средствами инициирования;

- необходимость отвлекать для реализации всего перечисленного большие финансовые и людские средства.

Задачей, на которую направлено предлагаемое изобретение, является придание установке для испытания изделий возможно большей универсальности как в плане номенклатуры испытываемых изделий, так и в плане видов их нагружения при одновременном воспроизведении реального характера нагружения, упрощении устройства и эксплуатации.

Поставленная задача достигается тем, что в установке для испытаний изделий, содержащей пороховой газогенератор, газодинамически связанное с ним приспособление для испытаний изделий и систему измерения и регистрации, согласно предлагаемому изобретению:

- между приспособлением и пороховым газогенератором размещена газодинамически связанная с ними и атмосферой промежуточная камера;

- пороховой газогенератор образован патронником с установленным в нем унитарным патроном, поджатым затвором с пусковым механизмом унитарного патрона, при этом в патроннике перед снарядом унитарного патрона и с упором в него размещена перегородка со сквозными отверстиями по ее периметру, проходящими в промежуточную камеру, внутренний диаметр патронника над дульцем гильзы унитарного патрона до перегородки выполнен большим, чем диаметр снаряда унитарного патрона, причем половина разности их диаметров меньше минимального размера пороховых элементов заряда унитарного патрона.

В частном случае в промежуточной камере размещен дополнительный пороховой заряд, а ее газодинамическая связь с атмосферой образована сменным дроссельным отверстием.

В частном случае приспособление для испытаний изделий образовано гладким или нарезным стволом.

В частном случае приспособление для испытаний изделий образовано стержнем с утолщениями на концах, диаметр которых соответствует диаметру испытываемых трубчатых изделий, при этом газодинамическая связь с промежуточной камерой размещена между утолщениями, а утолщения снабжены элементами уплотнения их стыка с испытываемыми изделиями.

В частном случае приспособление для испытаний изделий образовано глухой емкостью, полость которой больше внешних габаритов испытываемых изделий.

В частном случае приспособление для испытаний изделий образовано испытываемым изделием и полым переходником, соединяющим изделие механически и газодинамически с промежуточной камерой.

В частном случае промежуточная камера герметично отделена от приспособления для испытаний изделий эластичной перегородкой, а полость приспособления для испытаний изделий до эластичной перегородки заполнена рабочей жидкостью.

Суть предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где представлены:

- на фиг.1 установка для испытания изделий, в которой приспособление для испытаний изделий образовано гладким или нарезным стволом;

- на фиг.2 - выноска А на фиг.1;

- на фиг.3, 4, 5 - фрагменты вариантов установки с приспособлением для испытаний изделий, образованным полым переходником, стержнем с утолщениями на концах и глухой емкостью соответственно;

- на фиг.6 - фрагмент установки с эластичной перегородкой и глухой емкостью, обеспечивающей нагружение испытываемого изделия импульсным гидравлическим давлением.

Установка для испытаний изделий (фиг.1) согласно предлагаемому изобретению состоит из патронника 1, в котором установлен унитарный патрон 2, поджатый затвором 3 с пусковым механизмом 4 унитарного патрона: бойком для капсюля ударного действия или устройством подачи электрического напряжения для электрокапсюля патрона.

Снаряд 5 унитарного патрона 2 упирается в перегородку 6 со сквозными отверстиями 7 по ее периметру, проходящими в полость 8 промежуточной камеры 9, газодинамически, через отверстия 10, соединенной с полостью 11 приспособления для испытаний изделий.

Внутренний диаметр патронника 1 над дульцем гильзы 12 унитарного патрона 2 до перегородки 6 выполнен большим наружного диаметра дульца гильзы, но при этом кольцевой зазор 13 между ними меньше минимального размера пороховых элементов заряда 14 унитарного патрона 2.

В полость 8 промежуточной камеры 9 может устанавливаться дополнительный пороховой заряд 15 и она снабжена сменным дроссельным отверстием 16, соединяющим ее с атмосферой и выполненным в резьбовой пробке 17, ввинченной в стенку промежуточной камеры.

В зависимости от вида и характера нагружения испытываемых изделий приспособление для их испытаний может быть образовано:

- гладким или нарезным стволом 18, из которого выстреливается снаряд (граната, мина или их габаритно-весовые имитаторы с испытываемым изделием, например взрывателем) 19 (фиг.1). В этом приспособлении ствол нагружается реальным внутренним избыточным давлением горячих пороховых газов, а снаряд 19 и его элементы - осевой нагрузкой и наружным избыточным давлением горячих пороховых газов;

- полым переходником 20, соединяющим испытываемое изделие 21 в форме силового баллона с дном с промежуточной камерой 9 (фиг.3). В этом приспособлении испытываемое изделие нагружается реальным внутренним избыточным давлением горячих пороховых газов;

- стержнем 22 с утолщениями 23 и 24 на концах (фиг.4). В этом приспособлении трубчатое испытываемое изделие 25, например ствол, устанавливается на утолщения 23 и 24, уплотняется резиновыми кольцами 26 и нагружается реальным внутренним избыточным давлением горячих пороховых газов, поступающих через отверстия 27, например, выполненные в утолщении 24, примыкающем к промежуточной камере 9, из полости 8 промежуточной камеры 9;

- глухой емкостью 28, в которой размещается испытываемое изделие 29, которое нагружается реальным наружным избыточным давлением горячих пороховых газов (фиг.5);

- глухой емкостью 28, в которой размещается испытываемое изделие 29, которое нагружается реальным наружным избыточным гидравлическим давлением со стороны рабочей жидкости, залитой в полость 11 и удерживаемой в ней эластичной, например, резиновой перегородкой - диафрагмой 30, герметично отделяющей полость 11 емкости 28 от полости 8 промежуточной камеры 9 (фиг.6). Применение рабочей жидкости и эластичной диафрагмы позволяет более точно определить время и уровень давления разрушения испытываемого изделия.

Очевидно, что эластичная диафрагма и рабочая жидкость могут быть применены в приспособлениях, представленных на фиг.3 и 4. В этих вариантах эластичная диафрагма будет размещаться между промежуточной камерой 9 и полым переходником 21 и между промежуточной камерой 9 и утолщением 24 соответственно.

Система измерения и регистрации параметров нагружения испытываемых изделий в установке представлена в основном датчиками давления 31, размещенными на промежуточной камере 9 и приспособлении для испытаний изделий (они также могут быть установлены на испытываемом изделии). Датчики электрически соединены через согласующее устройство с регистратором, например вычислительным комплексом на базе компьютера IBM PC (не показаны).

Установка для испытания изделий может быть закреплена на орудийном лафете или испытательном стапеле при помощи хомутов, охватывающих газогенератор 1 или промежуточную камеру 9 (не показаны).

Подготовка установки к работе состоит в последовательном присоединении, например посредством резьбы, к промежуточной камере 9 патронника 1 и одного из приспособлений для испытания изделий: 18 (фиг.1), 20 и 21 (фиг.3), 22 (фиг.4) и 28 (фиг.5 и 6).

Перед этим:

- в полость 8 промежуточной камеры 9, при необходимости, помещают дополнительный пороховой заряд 15 и ввинчивают резьбовую пробку 17 с необходимым дроссельным отверстием 16, соответствующим режиму испытаний;

- устанавливают снаряд 19 в ствол 18 (фиг.1) или присоединяют к испытываемому изделию 20 полый переходник 21 (фиг.3), или одевают ствол (трубу) 25 на утолщения 23 и 24 стержня 22 (фиг.4), или в полость 11 глухой емкости 28 помещают испытываемое изделие 29 (фиг.5 и 6);

- в промежуточную камеру 9 со стороны глухой емкости 28 (фиг.6) устанавливают эластичную перегородку - диафрагму 30. После ввинчивания глухой емкости 28 в промежуточную камеру 9 через отверстие под датчики 31 (фиг.6) заливают в полость 11 рабочую жидкость.

Затем ввинчивают датчики 31 в промежуточную камеру (фиг.1, 3, 4, 5, 6) и в приспособление для испытания изделий: в ствол 18 (фиг.1), или в переходник 21 (фиг.3), или в утолщение 23 стержня 22 (фиг.4), или в глухую емкость 28 (фиг.5 и 6) и устанавливают унитарный патрон 2 в патронник 1 и крепят его затвором 3.

Работа установки заключается в следующем.

При срабатывании пускового механизма 4 затвора 3 воспламеняется пороховой заряд 14 унитарного патрона 2 и своим давлением разжимает (деформирует) дульце 12 гильзы унитарного патрона, прижимая ее к внутренней поверхности патронника 1 и открывая кольцевой зазор 13 (фиг.2) между ней и снарядом 5, через который пороховые газы истекают в патронник и через отверстия 7 в перегородке 6 поступают в полость 8 промежуточной камеры 9, где воспламеняют дополнительный пороховой заряд 15. Затем пороховые газы от сгорания обоих пороховых зарядов 14 и 15 частично сбрасываются в атмосферу через дроссельное отверстие 16, а в основной массе через отверстия 10 в промежуточной камере 9 поступают в полость 11 ствола 18 (фиг.1), или испытываемого изделия 20 и полого переходника 21 (фиг.3), или испытываемого изделия 25 и стержня 22 с утолщениями 23 и 24 (фиг.4), или глухой емкости 28 (фиг.5), где и осуществляют нагружение испытываемых деталей 19, 20, 25 и 29 избыточным давлением.

В приспособлении на фиг.6 пороховые газы предварительно воздействуют на диафрагму и через нее передают давление сначала на рабочую жидкость, а затем уже гидравлическим давлением воздействуют на испытываемое изделие 29.

При работе установки рабочие параметры в полостях 8 и 11 измеряются датчиками давления или другими, например датчиками деформации, записываются регистрирующей аппаратурой, затем по ним делается заключение о качестве испытываемых изделий.

Установка для испытания изделий по предлагаемому изобретению выгодно отличается от известных устройств, применяемых с такой же целью:

- в ней используется один и тот же газогенератор, пороховой заряд которого образован пороховым зарядом унитарного патрона, в паре с приспособлениями для испытаний, обеспечивающими различные виды нагружения для испытываемых изделий: наружным и внутренним давлением горячих пороховых газов и рабочей жидкостью, осевой перегрузкой и т.д.;

- пороховой заряд штатного унитарного патрона обеспечивает установке высокую стабильность характеристик, т.к. эти патроны герметичны, производятся массово в условиях специализированных предприятий, а масса заряда при этом подбирается из условия обеспечения им жесткого требования по энергоемкости;

- радиальный зазор между патронником и наружной поверхностью дульца гильзы (или снаряда и внутренней поверхностью дульца гильзы) меньший, чем минимальный размер пороховых элементов заряда унитарного патрона, позволяет сохранить стабильность его сгорания, т.к. препятствует выносу пороховых элементов из гильзы в патронник до их надежного воспламенения или сгорания до требуемой величины;

- промежуточная камера с регулируемым (сменным) дроссельным отверстием позволяет разместить в установке дополнительный пороховой заряд и надежно его воспламенить и этим обеспечить необходимый уровень и характер изменения параметров нагружения испытываемых изделий, что особенно важно для разрушения последних и определения запасов их прочности, а также при больших объемах приспособления для испытания изделий и малых объемах испытываемых изделий;

- использование рабочей жидкости как среды для передачи параметров нагружения от горячих пороховых газов к испытываемому изделию в силу несжимаемости жидкости позволяет более точно определить параметры разрушения испытываемого изделия (давления и времени разрушения) и обуславливает применение эластичной перегородки между приспособлением для испытания изделий и промежуточной камерой.

Источники информации

1. В.Д.Куров, Ю.М.Должанский. Основы проектирования пороховых ракетных снарядов. - М.: Оборонгиз, 1961, с. 276.

2. Патент РФ № 2106613, кл. G 01 М 7/00, F 42 В 35/00, 1998.