Устройство для тестирования датчиков давления ударной волны
DEVICE FOR TESTING SHOCK WAVE PRESSURE SENSORS

Предлагаемое изобретение относится к области приборостроения и испытательной техники, в частности к устройствам для тестирования (градуировки и поверки измерительных преобразователей) - датчиков давления воздушной ударной волны, используемых при испытаниях реальных зарядов высокоэнергетических конденсированных систем (ВВ) и изделий на их основе, и располагаемых на измерительных лучах испытательных площадок.
В настоящее время для тестирования (при поверке и калибровке) датчиков давления воздушной ударной волны (УВ) достаточно широко используются ударные трубы.
Известен ряд устройств для генерирования воздушной УВ /1/ за счет энергии конденсированных высокоэнергетических веществ - преимущественно взрывчатых веществ (ВВ), и последующего нагружения полученной УВ исследуемых объектов.
Например, устройство /2/ содержит ударную трубу с открытым и закрытым торцами для размещения объекта испытаний, и размещаемый внутри нее вблизи закрытого торца источник УВ в виде детонирующего заряда ВВ. Тестирование осуществляется воздействием на чувствительный элемент датчика УВ, создаваемой при взрыве небольшого заряда ВВ или электрическом взрыве проволочки.
Конструктивно подобные устройства исходно обладают значительными массогабаритными характеристиками, что делает практически невозможным их транспортирование и размещение непосредственно на испытательной площадке вблизи конкретных датчиков на измерительных лучах, с обеспечением возможности использования имеющихся линий связи и регистрирующей аппаратуры, т.е. - неприменимость для использования непосредственно в местах расположения датчиков.
Также общим недостатком устройств данного типа является то, что их работа предполагает снятие тестируемого датчика с места реальной установки и. размещение его в канале ударной трубы, - таким образом, при тестировании не учитываются электрические характеристики линий связи (омическое сопротивление, емкость, индуктивность) датчика с регистрирующей аппаратурой, вносящие некоторые системные искажения в результат измерений.
Кроме того, работа данных устройств предполагает дополнительные материальные и финансовые затраты, - при тестировании конкретного датчика, снятого с измерительного луча, здесь одновременно требуется применение датчика образцового, постоянство характеристик которого не беспредельно, - чем больше рабочих датчиков будет испытываться, тем более вероятно изменение характеристик образцового датчика и он сам будет нуждаться в калибровке или достаточно быстрой замене.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности - конструктивным признакам, и достигаемому результату является исходно предназначенное для измерения баллистических характеристик патронов стрелкового оружия (в частности, максимального давления при выстреле) устройство /3/, наряду с крешерным измерительным приспособлением, содержащее ствол с патронником, и ствольную коробку, с размещенными внутри нее затворным, предохранительным и ударно-спусковым механизмами.
Достоинством данного устройства является возможность выполнения с относительно малыми габаритами, позволяющими ручную транспортировку, а также более высокая безопасность по сравнению с устройствами-аналогами вследствие использования для генерации давления в канале ствола не ВВ, а метательных веществ - пороховых зарядов испытываемых патронов.
В то же время устройство не лишено и отдельных недостатков:
1) возможность нагружения тестируемого датчика форсом огня;
2) отсутствие в конструкции элементов сопряжения (стыковочных) с тестируемым датчиком;
3) отсутствие конструктивных элементов, позволяющих осуществлять безопасную работу в «ручном» режиме.
Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение применимости устройства для тестирования датчиков давления ударной волны, находящихся непосредственно в условиях их использования на измерительных лучах испытательной площадки, и повышение точности измерений при одновременном снижении опасности применения.
Решение задачи достигается тем, что в известном устройстве для тестирования датчиков давления ударной волны, содержащем ствол с патронником, и ствольную коробку, с размещенными внутри нее затворным, предохранительным и ударно-спусковым механизмами, в соответствии с изобретением внутри ствола размещен пластинчатый пламегаситель, а на его на дульном срезе - опорный элемент сопряжения с тестируемым датчиком, выполненный из деформируемого упругого материала, и содержащий продольное отверстие переменного сечения, а также совокупность радиальных отверстий, расположенных выше его опорной поверхности, при этом ствольная коробка снабжена двумя расположенными симметрично относительно продольной геометрической оси устройства рукоятками с накладками из упруго-эластичного ударогасящего материала.
Необходимость и достаточность отличительных признаков предложенного технического решения может быть пояснена следующим образом.
Пластинчатый пламегаситель, будучи выполнен из тонких металлических пластин, при работе устройства, т.е. при воспламенении порохового заряда патрона, размещенного в патроннике, будет нагреваться пороховыми газами, тем самым снижая их температуру и препятствуя распространению пламени вплоть до дульного среза, а также дополнительно способствовать лучшему теплоотводу от пороховых газов к стволу. В то же время не оказывая большого сопротивления для распространению УВ по каналу ствола.
Выполнение опорного элемента сопряжения с тестируемым датчиком из деформируемого упругого материала даст возможность на момент тестирования датчика обеспечить его плотный контакт с установочным стаканом датчика, и тем самым - герметичность канала ствола на момент выстрела. При этом, в связи с тем, что элемент сопряжения будет подвергаться тепловому воздействию пороховых газов, для предотвращения термодеструкции его целесообразно выполнить из термостойкого пористого материала, например на основе кремнийорганического каучука.
Продольное отверстие переменного сечения в опорном элементе предназначено для передачи УВ с минимальными искажениями от дульного среза до поверхности мембранного элемента датчика, так как калибр ствола и диаметр мембранного элемента датчика различны.
Работа устройства основана на выстреле в замкнутый объем, -совокупность радиальных отверстий, расположенных выше опорной поверхности элемента сопряжения, служит для сброса давления из исходно замкнутого объема системы «канал ствола - поверхность датчика» при отдаче, и уменьшению эффекта отдачи устройства в осевом направлении.
Наличие на ствольной коробке двух рукояток, симметрично расположенных относительно продольной геометрической оси устройства, обеспечивает удобство использования устройства при прижимании его опорного элемента к поверхности установочного стакана тестируемого датчика, а также облегчает его ручное транспортирование.
Накладки на рукоятках из упруго-эластичного ударогасящего материала предназначены для частичного гашения ударного воздействия на руки оператора при отдаче после выстрела. Выполняться они могут, например, из мелкопористой резины.
Изобретение поясняется следующей графической информацией:
На фиг. 1 в качестве примера дана принципиальная схема устройства для тестирования датчиков давления.
На фиг. 2…4 - примеры возможных вариантов исполнения размещаемого в стволе устройства пламегасителя.
На фиг. 5 показано сечение опорного элемента устройства по плоскости газоотводящих каналов.
Для упрощения изображения конструкция затворного, предохранительного и ударно-спускового механизмов, расположенных в ствольной коробке устройства, на фиг. 1 условно не показаны.
Устройство для тестирования датчиков давления ударной волны (фиг. 1) содержит ствол 1 с патронником 2, и ствольную коробку 3, с размещенными внутри нее затворным, ударно-спусковым и предохранительным механизмами. Внутри ствола размещен пламегаситель 4, который, например, может быть выполнен в виде продольных пластинчатых элементов (фиг. 2…4) различной конфигурации. На дульном срезе ствола размещен сменный опорный элемент 5 для сопряжения с тестируемым датчиком, имеющий продольное отверстие переменного сечения 6, а также совокупность перпендикулярных ему радиальных отверстий 7 (см. также фиг. 5), расположенных выше опорной поверхности. Ствольная коробка 3 снабжена двумя расположенными симметрично относительно продольной геометрической оси устройства рукоятками 8 с накладками из упруго-эластичного ударогасящего материала 9.
Работа устройств (фиг. 1) осуществляется следующим образом.
Используемый для генерации УВ в канале ствола 1 патрон 10 с заданной навеской пороха (метательного вещества) помещается в патроннике 2 и «запирается» затвором 11, размещенным в ствольной коробке 3, ударно-спусковой механизм ставится на боевой взвод, после чего задействуют предохранительный механизм.
Опорный элемент 5 устройства помещают на поверхность размещенного в грунте испытательной площадки 12 установочного стакана 13 таким образом, чтобы выход продольного отверстия переменного сечения 6 располагался над мембранным элементом тестируемого датчика 14.
Одновременным нажатием на рукоятки 8 опорный элемент 5 прижимают к поверхности стакана 13 с усилием, обеспечивающим перекрытие радиальных отверстий 7, что достигается благодаря выполнению опорного элемента из деформируемого упругого материала.
Размещенный в ствольной коробке 3 ударно-спусковой механизм снимают с предохранителя и, нажатием на спусковой крючок 15 осуществляют спуск ударника 16 с боевого взвода. Боек 17 ударника воздействует на капсюль-воспламенитель патрона 10, осуществляется воспламенение находящегося в нем пороха, и сопутствующая его быстрому сгоранию УВ, распространяющаяся по каналу ствола 1 в направлении мембранного элемента тестируемого датчика 14.
При достижении ударной волной мембранной поверхности тестируемого датчика 14 сигнал с него, передаваемый по соответствующим линиям связи, фиксируется регистрирующей аппаратурой.
Последующее отражение УВ/продуктов сгорания пороха от поверхностей установочного стакана 13 и датчика 14 вызывает отдачу, следствием которой будет резкое вертикальное перемещение устройства вверх. При этом, вследствие упругих свойств опорного элемента 5, еще до его отрыва от поверхности стакана 13, откроется совокупность имеющихся в нем радиальных отверстий 7, расположенных выше опорной поверхности, будет осуществлен частичный сброс давления из полости «канал ствола - поверхность», и тем самым - уменьшение отдачи. А благодаря наличию на рукоятках 8 накладок 9 из упруго-эластичного ударогасящего материала, осуществляется частичное гашение ударного воздействия на руки оператора при отдаче после выстрела.
Вышеописанные операции по использованию устройства, естественно, предварительно осуществляются с образцовым датчиком давления.
Таким образом, предлагаемая конструкция устройства обеспечивает возможность его транспортирования и размещения вблизи конкретных датчиков, т.е. применимость для тестирования датчиков давления находящихся непосредственно в условиях их использования на измерительных лучах испытательной площадки, с обеспечением возможности использования имеющихся линий связи и регистрирующей аппаратуры, повышением точности измерений за счет тестирования датчиков непосредственно по месту его установки, с учетом влияния на точность измерений электрических характеристик линий связи, и одновременным снижением опасности применения за счет использования для генерирования УВ не взрывчатых а метательных веществ.
Источники информации, принятые во внимание при оформлении заявки:
1) Минцев В.Б., Фортов В.Е., Взрывные ударные трубы, М.: Теплофизика высоких температур, 1982, том 20, выпуск 4, с. 745-764
2) Патент РФ №2217723, Устройство для нагружения объектов воздушной ударной волной, G01M 9/00, G01M 7/08, 2003 г.
3) Патент РФ №2218537, Стрелковое баллистическое оружие, F41A 31/00, 2003 г.