Баллистический ударный стенд

Баллистический ударный стенд относится к технике высокоскоростного метания в лабораторных условиях и предназначен для исследования параметров высокоскоростного соударения, для изучения динамики процессов, сопровождающих взаимодействие метаемой сборки с мишенью при различных условиях.
Полезная модель может быть использована для тестирования материалов, как метаемых сборок, так и мишеней, отработки конструкции и форм ударников, отработки конструкции и форм мишеней, оценки устойчивости преград, тестирования различных датчиков и приборов в частности для измерения давления и профиля ударных волн совместно с устройством для измерения давления и профиля ударных волн, патент РФ №2364848, 27.08.2007, Сырцов А.Б., Шорохов Е.В.
Известны различные по составу и конструкции стенды для исследования параметров высокоскоростного соударения.
Известен ударный стенд [2], патент на полезную модель РФ №59824, МПК: G01M, 13.06.2006 г., содержит взрывную камеру, разгонный отсек, отсек высокого давления, измерительно-регистрирующую и пусковую аппаратуру.
Известна одноступенчатая газовая пушка для изучения динамических свойств конструкционных материалов в диапазоне до 40 ГПа [3].
Известен ударный стенд» [4] патент на полезную модель RU №126133, МПК G01M 7/08, 26.09.2012 г.
В качестве прототипа выбран наиболее близкий по технической сущности и условиям использования «Экспериментальный баллистический комплекс», [5] патент на изобретение №2591132, 20.06.2016 г., содержащий вакуумируемый ствол баллистической установки, частично расположенный в вакуумном глушителе, метаемую сборку, датчик скорости и мишень.
Задачей настоящей полезной модели является разработка конструкции баллистического ударного стенда, которая позволит фиксировать давление во взрывной камере, параметры ускорения метаемой сборки по стволу, скорость метаемой сборки на срезе ствола, визуализация процесса подхода метаемой сборки к мишени (фиксировать его ориентацию относительно траектории и мишени), визуализация процесс взаимодействия метаемой сборки с мишенью.
Техническим результатом полезной модели является создание конструкции ударного стенда для исследования параметров высокоскоростного соударения, для изучения динамики процессов, сопровождающих взаимодействие метаемой сборки с мишенью при различных условиях. Создание конструкции, которая исключает либо минимизирует воздействие метающих газов на процесс взаимодействия метаемой сборки и мишени, обеспечивает визуализацию процесса взаимодействия метаемой сборки с мишенью и измерение характеристик ударной волны при взаимодействии метаемой сборки с мишенью.
Технический результат достигается тем, что создана конструкция баллистического ударного стенда, содержащего вакуумируемый ствол баллистической установки, частично расположенный в подвижном вакуумном глушителе, метаемую сборку, датчик скорости и мишень. Мишень установлена в вакуумном глушителе соосно траектории движения метаемой сборки на расстоянии 15-20 калибров от среза ствола через кольцо из легко разрушаемого материала в обойме, закрепленной посредством установочной рамы на фланце вакуумного глушителя и его внутренней стороны. На тыльной стороне мишени равномерно по окружности диаметром 0,8-0,85 калибра размещено не менее 3-х датчиков ударной волны, а для регистрации процесса взаимодействия метаемой сборки с мишенью в вакуумном глушителе, в зоне расположения мишени, выполнены оптические и радиопрозрачные иллюминаторы.
Сущность полезной модели поясняется рисунками.
Фиг. 1 - схема баллистического ударного стенда.
Баллистический ударный стенд фиг. 1 состоит из баллистической установки. Взрывная камера фиг. 1(1), которая содержит винтовой затвор с капсюлем-детонатором и пьезоэлектрический датчик давления. В ствол баллистической установки фиг. 1(2) помещается метаемая сборка фиг. 1(6), содержащая ударник.
Ствол баллистической установки частично входит в вакуумный глушитель фиг. 1(4) через герметизирующий узел фиг. 1(3). Объем вакуумного глушителя рассчитывается исходя из объема взрывной камеры и используемых топлив. Вакуумный глушитель снабжен герметичными каналами для ввода кабелей регистрации, подключаемых к датчику скорости и датчикам, фиксирующим профиль ударной волны. Вакуумный глушитель имеет запорную арматуру, посредством которой осуществляется удаление воздуха в период вакуумирования и отсос метающих газов после эксперимента в систему вентиляции. Вакуумный глушитель оборудован иллюминаторами, что позволяет регистрировать процесс движения метаемой сборки по стволу (радиолокационный метод) выхода метаемой сборки фиг. 1(6) из ствола (электромагнитные блокировки фиг. 1(5) на дистанции от среза ствола до узла крепления мишени (визуальное наблюдение), при использовании высокоскоростной видеозаписывающей аппаратуры [F1]. Корпус вакуумного глушителя выполнен на подвижной платформе, что позволяет сдвигать его соосно стволу баллистической установки и для обеспечения доступа к мишенному узлу фиг. 1(7).
Пример реализации.
Баллистический ударный стенд работает следующим образом. В ствол фиг. 1(2) устанавливается метаемая сборка фиг. 1(6), содержащая ударник, объем вакуумного глушителя фиг. 1(4) вакуумируется. По достижению форвакуума и завершения подготовительных работ производится выстрел (обеспечивается разгон метаемой сборки весом 30-50 г до скоростей 1500-3000 м/с). Давление во взрывной камере регистрируется пьезоэлектрическим датчиком давления в составе с аппаратурой регистрации давления, например «Нейва-10000». Ускорение метаемой сборки в стволе регистрируется радаром миллиметрового диапазона. Далее, метаемая сборка, ударником проходя по датчику скорости, генерирует импульсы, которые используются для определения скорости метаемого элемента на срезе ствола. Запускают генератор задержки синхроимпульсов для работы приборов подсветки и регистрирующей аппаратуры. Метающие газы, истекающие из ствола, свободно распространяются в вакуумном глушителе фиг. 1(4). Метаемая сборка, двигаясь по траектории, взаимодействует с мишенью, установленной в мишенном узле фиг. 1(7). С целью исключить негативное воздействие осколков, мишень крепится в мишенном узле при помощи кольца из легко разрушаемого материала, например пенопласта. Затем в ходе подготовки следующего эксперимента, метающие газы, локализованные в вакуумном глушителе, удаляются в систему вентиляции. Корпус вакуумного глушителя рассоединяется, герметизирующий узел ослабляется, часть вакуумного глушителя сдвигается по стволу, обеспечивая доступ к мишенному узлу. Далее ведется замена мишени и подготовка следующего эксперимента.
Предложенная конструкция баллистического ударного стенда позволяет проводить эксперименты по высокоскоростному взаимодействию метаемых сборок, содержащих ударники с преградами, позволяет фиксировать давление во взрывной камере, параметры ускорения метаемой сборки по стволу, скорость метаемой сборки на срезе ствола, визуализацию процесса подхода метаемой сборки к мишени (фиксировать его ориентацию относительно траектории и мишени), визуализацию процесса взаимодействия метаемой сборки с мишенью.
Конструкция баллистического ударного стенда позволяет производить уточнение градуировочной зависимости резистивных датчиков, методом согласованных импедансов в диапазоне нагружения мишеней (1,8…2,8 км/с). Конструкция стенда позволила получить исходные данные для определения уравнений состояния различных материалов в диапазоне нагружения мишеней (0,8…2,9 км/с).
ЛИТЕРАТУРА
1. «Устройство для измерения давления и профиля ударных волн», патент РФ №2364848, 27.08.2007, Сырцов А.Б., Шорохов Е.В.
2. «Ударный стенд», патент РФ №59824, 27.12.2006, Казаков А.Е., Крот М.Р., Никулин В.М., Макаров В.А.
3. «Одноступенчатая газовая пушка для изучения динамических свойств конструкционных материалов в диапазоне до 40 ГПа» Приборы и техника эксперемента 2013, №4, с. 122-124, Павленко А.В., Балабин С.И., Козелков О.Е., Казаков Д.Н. DOI: 10.7868/S0032816213040101.
4. «Ударный стенд», патент РФ №126133, 26.09.2012, Втулкин А.А., Карачинский С.И., Комаров В.И., Малыгин И.А., Рубашин А.В., Тимофеев О.А.
5. «Экспериментальный баллистический комплекс», патент на изобретение №2591132, 20.06.2016 г. 1. Бураков В.А., Степанов Е.Ю., Буркин В.В., Чупашев А.В., Ищенко А.Н., Агафонов С.В., Корольков Л.В., Рогаев К.С.