Стенд для исследования высокоскоростного соударения мелких частиц с преградой
STAND FOR RESEARCH HYPERVELOCITY IMPACT OF FINE PARTICLES WITH BARRIER

Изобретение относится к экспериментальной технике, а именно к стендам для исследования высокоскоростных взаимодействий тел с преградами, и может найти применение в исследованиях по бронебаллистике, при разработке защиты космической техники от микрометеоритов и космического мусора.
Известен стенд для ударных испытаний по патенту РФ № 2402004, опубл. 20.10.2010, состоящий из ствольной метательной установки и мишени, установленной на заданном расстоянии от разгонного ствола. В стволе метательной установки находится ударник, снабжённый сзади обтюратором, причем суммарная длина обтюратора и ударника больше расстояния от дульного среза ствола до мишени. Пространство между ударником и дульным срезом вакуумировано.
Недостатком известной установки является ограничение минимального размера и массы ударника, поскольку, с одной стороны, размер ударника и обтюратора ограничены технически достижимым минимальным калибром разгонного ствола, с другой стороны, так как воздействие на мишень оказывает и ударник, и обтюратор, то для чистоты эксперимента масса ударника должна быть во много раз больше массы обтюратора.
Наиболее близок к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является широко распространённый стенд [1], который состоит из ствольной метательной установки (пневматической, пороховой или легкогазовой пушки [2]), в начале разгонного ствола которой расположен ударник, помещённый в поддон-обтюратор, и вакуумированной трассы, в которой расположены устройство отделения поддона от ударника, камера отсечки газа и мишень, т.е. исследуемый образец. При выстреле метательной установки ударник с поддоном приобретает необходимую скорость и попадает в вакуумированную трассу. Там происходит разделение поддона и ударника, а также отсечка основной массы рабочего газа, после чего ударник свободно летит до мишени и ударяется в неё.
Недостатком такой конструкции является ограничение минимального размера ударника. В потоке газа, кроме собственно ударника, присутствуют другие частицы (осколки поддона и преграды-разделителя, абляционные капли, осколки диафрагмы и т.п.), поэтому при использовании ударников с характерными размерами 1 мм и меньше вышеназванные частицы могут оказывать на мишень воздействия, сравнимые (а иногда и превосходящие) с воздействием ударника. Это существенно затрудняет анализ результатов эксперимента или даже делает его невозможным.
Поставлена задача создать стенд, позволяющий исследовать высокоскоростное взаимодействие мишени с ударниками, имеющими характерные размеры 1 мм и меньше, исключив при этом искажение картины взаимодействия из-за поражения мишени иными частицами, присутствующими при выстреле метательной установки.
Эта задача решена следующим образом. В сравнении с прототипом стенд, включающий ствольную метательную установку и присоединённую к ней со стороны среза разгонного ствола вакуумированную камеру, внутри которой размещена преграда и пулеприёмник, отличается тем, что сразу несколько ударников помещены в тонкостенный легкоразрушаемый контейнер, расположенный на расстоянии 10-15 калибров от начала разгонного ствола, а преграда выполнена в виде пластины, имеющей в центре сквозное отверстие диаметром в 5-8 калибров разгонного ствола, при этом на пластине вокруг отверстия и на некотором расстоянии от него закреплены образцы исследуемого материала.
На Фиг.1 приведена схема предлагаемого стенда, оснащённого легкогазовой метательной установкой в состоянии перед выстрелом.
Установка состоит из камеры сжатия 1, присоединённой к разгонному стволу 2 и вместе составляющей часть легкогазовой метательной установки (остальные детали метательной установки не показаны). Внутреннее пространство камеры сжатия отделено от канала разгонного ствола диафрагмой 3. В канале разгонного ствола на расстоянии 10-15 его калибров от диафрагмы расположен контейнер с ударниками 4. Разгонный ствол присоединён к вакуумированной трассе 5, внутри которой находится пластина (мишень) 6. В центре мишени имеется сквозное отверстие 7 диаметром в 5-8 калибров, вокруг которого на некотором расстоянии от края отверстия закреплены образцы исследуемого материала 8. Далее в камере закреплен пулеуловитель 9.
Пример осуществления изобретения.
Перед выстрелом осевая линия разгонного ствола 2 легкогазовой установки совмещается с центром мишени 6. В процессе выстрела давление рабочего газа в камере сжатия 1 возрастает до тех пор, пока не разрушится диафрагма 3, после чего рабочий газ начинает перетекать в разгонный ствол 2. При прохождении расстояния, равного 10-15 калибрам разгонного ствола 2, рабочий газ приобретает высокую скорость при ламинарном режиме течения. Возмущения, возникающие при прорыве диафрагмы 3, затухают. Поток газа ударяет в контейнер с ударниками 4, разрушает его и увлекает ударники, разгоняя их по разгонному стволу 2. Выйдя из разгонного ствола 2 в вакуумированную трассу 5, часть рабочего газа с взвешенными в нём ударниками расширяется в радиальном направлении, придавая ударникам некоторую радиальную составляющую скорости, и они поражают образцы исследуемого материала 8, расположенные на мишени 6 на некотором удалении от линии прицеливания. При этом основной поток газа проходит в центральное отверстие 7, не взаимодействуя с образцами исследуемого материала 8, а имеющиеся в газовом потоке иные частицы (осколки диафрагмы, абляционные капли и пр.), будучи более тяжёлыми, чем ударники, мало отклоняются от линии прицеливания и также проходят сквозь центральное отверстие 7, улавливаясь далее пулеуловителем 9.
Предложенный стенд обеспечивает чистую картину взаимодействия мелких ударников с образцами исследуемого материала, исключая поражение образца иными частицами, присутствующими в газовом потоке во время выстрела метательной установки. Кроме этого, данный стенд позволяет проводить эксперимент одновременно с несколькими образцами исследуемого материала, в том числе различной природы, что существенно уменьшает необходимое количество опытов, снижая тем самым стоимость исследовательской работы.
Предлагаемое техническое решение прошло экспериментальную проверку, которая подтвердила его работоспособность. Техническим результатом изобретения является уменьшение искажения картины высокоскоростного взаимодействия мишени с ударниками, имеющими характерные размеры 1 мм и меньше.
Литература
1. Теоретические и экспериментальные исследования высокоскоростного взаимодействия тел / под ред. А.В. Герасимова. – Томск: Изд-во Том. ун-та, 2007, с. 143.
2 Златин Н.А., Красильщиков А.П., Мишин Г.И, Попов Н.Н. Баллистические установки и их применение в экспериментальных исследованиях. – М.: Наука, 1974, – с.18-35.
3. Патент РФ № 2402004.