СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА СРАБАТЫВАНИЯ ВЗРЫВНОГО ИСТОЧНИКА ЗВУКА
METHOD TO DETECT QUALITY OF SOUND EXPLOSION SOURCE ACTUATION

Предлагаемый способ определения качества срабатывания взрывного источника звука (ВИЗ) относится к способам контроля качества взрывных параметров ВИЗ, в частности, ВИЗ с линейным зарядом, который используется в авиационных системах поиска подводных лодок.
Рассматриваемый ВИЗ выполнен в виде глубинной авиабомбы с линейным зарядом и защищен патентом РФ №2301396 от 04.10.2005 г. Авиабомба представляет собой относительно сложную конструкцию и в процессе ее действия могут иметь место отклонения от заданных режимов работы ее узлов и механизмов, которые обусловлены как конструктивными, так и технологическими причинами.
Срабатывание глубинной авиабомбы с линейным зарядом происходит следующим образом. После приводнения авиабомбы на кавитационном участке ее движения срабатывает разъемное соединение авиабомбы, при этом тормозное устройство авиабомбы через ее донную часть вытягивает линейный заряд, закрепленный одним концом в головной части корпуса авиабомбы, а другим - в тормозном устройстве, на полную длину и устанавливает его в рабочее прямолинейное положение. В таком виде авиабомба погружается до глубины срабатывания ее взрывателя. При срабатывании взрывателя детонирующий импульс через инициирующую систему передается в середину линейного заряда и подрывает его. Детонация линейного заряда производится одновременно в обе стороны от середины заряда, образуя две расходящиеся конические ударные волны, которые, взаимодействуя между собой, обеспечивают концентрацию акустической энергии в направлении, перпендикулярном оси линейного заряда (в горизонтальной плоскости), в направлении наиболее вероятного местонахождения цели (подводной лодки). При этом основная часть энергии линейного заряда излучается в узком луче, приподнятом на угол, равный ~13° над горизонтальной плоскостью, а уровень излучаемой энергии в сторону поверхности и дна моря составляет ~30% от уровня энергии в горизонтальной плоскости. Форма этого луча зависит от длины заряда. Длинные заряды создают более узкие лучи. За счет этого излучаемая от срабатывания линейного заряда энергия ориентирована в пространстве, а направленность получаемого акустического сигнала вытянута в горизонтальной плоскости. Это является достоинством ВИЗ с линейным зарядом и основным его параметром, который должен контролироваться как при изготовлении, так и при проведении проверочных испытаний.
Ввиду того, что излучаемые ВИЗ с линейным зарядом сигналы, по указанным выше причинам, в различном направлении будут различны как по форме, так и по длительности, контроль параметров таких сигналов в процессе испытаний ВИЗ крайне затруднен.
В настоящее время проверка взрывных параметров при срабатывании ВИЗ определяется в процессе натурных испытаний авиабомб с линейным зарядом путем их сбрасывания с носителя. Регистрация взрывного сигнала производится с помощью комплекса звукометрической аппаратуры. В результате последующей обработки каждого опыта берется осциллограмма сигнала «давление-время» и определяется угол, под которым был принят взрывной сигнал. Оценка качества срабатывания ВИЗ производится путем сравнения полученных при обработке результатов испытаний осциллограмм «давление-время» с эталонными осциллограммами. При этом измерение времени между характерными точками кривых «давление-время», которые характеризуют срабатывание взрывателя, начало и конец срабатывания основного детонирующего шнура линейного заряда. Из сопоставления кривой «давление-время» полученного сигнала (осциллограммы) с соответствующей эталонной осциллограммой-кривой «давление-время» определяется качество срабатывания ВИЗ и, в частности, качество срабатывания системы взрывного источника «взрыватель-инициирующая система-линейный заряд».
Совпадение характерных точек (изломов) и формы кривых на осциллограммах «давление-время», полученных при срабатывании ВИЗ и соответствующих эталонных осциллограмм и является критерием качества срабатывания ВИЗ. По результатам сопоставления осциллограмм делается вывод о качестве срабатывания ВИЗ.
Однако, как показывают проводимые проверочные испытания, при оценке качества срабатывания ВИЗ по указанному критерию возникают серьезные затруднения, которые в определенных случаях могут привести к невозможности оценки качества срабатывания ВИЗ. Это связано со следующими причинами.
Эталонные осциллограммы сигналов, в зависимости от угла излучения, из-за необходимости визуальной проверки полноты срабатывания и исключения влияния на результаты регистрации изменяющихся гидрологических условий, получены в статических условиях с корабля. При этом расстояние между ВИЗ и регистрирующей аппаратурой (гидрофоном) в момент срабатывания ВИЗ было фиксированным и составляло ~20 м, что обусловило получение достоверных и качественных сигналограмм «давление-время».
Взрывные сигналы от срабатывания ВИЗ, полученные в процессе проведения натурных испытаний регистрируются гидроакустической аппаратурой при различном расстоянии между точками срабатывания и регистрации, которое может составлять ~0,5…1,5 км. В этом случае осциллограммы полученных сигналов будут содержать дополнительные погрешности, определяемые рефракционными искажениями из-за свойств морской среды, которая является сложной неоднородной средой, меняющейся в пространстве и времени. Ее физические характеристики определяют поле скоростей акустических волн, которое может иметь различный характер из-за наличия турбулентных потоков, внутренних волн, температурных флуктуации, шумового фона и т.д. Часть энергии акустических волн рассеивается на неоднородностях среды. По этим причинам полученный от срабатывания ВИЗ акустический сигнал изменяет форму. В процессе проведения проверочных натурных испытаний расстояние между точкой регистрации и точкой срабатывания ВИЗ также меняется из-за неточности бомбометания с носителя, из-за разброса по глубине срабатывания и других факторов, в результате чего после обработки сигналы, по отношению к эталонным сигналам, как правило, получаются в разном масштабе, а сигнал ВИЗ, в процессе проведения натурных испытаний авиабомб в реальных условиях и при регистрации, претерпевает как качественные, так и количественные изменения, которые затрудняют как проведение анализа, так и оценку качества срабатывания ВИЗ.
Кроме того, на оценку качества работы ВИЗ может влиять и субъективный фактор, так как при регистрации и обработке сигналов ВИЗ используется большое количество сложной электронной гидроакустической аппаратуры, а при обработке каждого опыта необходимо также учитывать изменяющиеся гидрологические условия. Поэтому, как показали испытания, при аномальном срабатывании ВИЗ его качественная оценка срабатывания затруднительна, а в ряде случаев и вообще невозможна.
Известно определение качества срабатывания заряда в соответствии с эмпирической зависимостью, приведенной в книге Э.В.Лаврентьева и О.И.Кузяна «Взрывы в море», стр.38, издательство «Судостроение», 1977 г., принятая за прототип.
Эмпирическая зависимость имеет вид:
где:
5/6≤æ≤1
Однако определение срабатывания заряда при обработке взрывных сигналов ВИЗ в соответствии с указанной эмпирической зависимостью, как правило, проводится с использованием большого количества сложной электронной аппаратуры и ЭВМ, а оценка качества проверяемых сигналов из-за длительных сроков обработки материалов испытаний и их анализа затягивается и составляет не менее 1,0…1,5 месяцев.
Задачей заявленного изобретения является повышение достоверности полученных результатов, упрощение и удешевление процесса обработки материалов проверочных натурных испытаний авиабомб при проведении анализа и оценке качества полученных сигналов ВИЗ.
Технический результат предполагаемого изобретения заключается в уменьшении времени обработки материалов натурных проверочных испытаний авиабомб и повышении качества и достоверности оценки срабатывания ВИЗ в процессе анализа полученных результатов.
Технический результат предполагаемого изобретения достигается тем, что при определении качества срабатывания ВИЗ в воде, основанного на регистрации физического параметра взрыва и сравнении его с эталонным, измеряют длительность периода первой пульсации газового пузыря, а качество срабатывания ВИЗ оценивают путем сравнения зарегистрированной величины с данными, получаемыми из эмпирической зависимости:
,
где Т - период первой пульсации газового пузыря, с;
- суммарная масса ВВ элементов заряда ВИЗ в тротиловом эквиваленте, кг;
n - количество элементов заряда ВИЗ;
h - глубина подводного взрыва, м;
α - экспериментальный коэффициент, зависящий от длины заряда ВИЗ;
,
где I - длина заряда, см;
D - диаметр заряда, см.
Применение предлагаемого способа позволит уменьшить время обработки материалов проверочных испытаний авиабомб и повысить качество и достоверность оценки срабатывания ВИЗ в процессе анализа полученных результатов.
Физика процесса срабатывания ВИЗ с линейным зарядом заключается в следующем.
После окончания детонации заряда в воде и излучения ударной волны давление продуктов детонации, образующихся в газовом пузыре, значительно превышает величину равновесного гидростатического давления, что приводит к расширению полости газового пузыря. По мере расширения полости внутреннее давление продуктов детонации постоянно уменьшается, но движение окружающей полость массы воды продолжается вследствие инерции расходящегося потока воды. В последующей стадии расширения газового пузыря давление продуктов детонации падает ниже равновесного значения, которое складывается из атмосферного и гидростатического давлений. Появление отрицательного перепада давления на поверхности газового пузыря приводит к прекращению расходящегося движения воды, граница газового пузыря начинает сокращаться с непрерывно-возрастающей скоростью. Сходящееся движение газового пузыря продолжается до тех пор, пока сжимаемость газа действует в качестве препятствия для изменения движения. В момент наибольшего сжатия газового пузыря в воду излучается ударная волна. Колебания газового пузыря могут наблюдаться в течение ряда циклов.
Линейный заряд рассматриваемого ВИЗ имеет значительную длину (≥2 м). Взрывчатое вещество (ВВ) распределено по длине заряда, который в момент подрыва должен быть растянут на полную длину и установлен в вертикальное прямолинейное положение.
Образующийся при взрыве газовый пузырь в начальный момент также будет иметь вытянутую форму, длиной приблизительно равной длине линейного заряда. По мере расширения газового пузыря внутреннее давление продуктов детонации постепенно уменьшается и выравнивается по длине полости газового пузыря за счет перераспределения давления в нем от продуктов ВВ детонатора взрывателя, инициирующей системы и собственно самого заряда. В течение первого цикла колебаний в момент наибольшего сжатия газовый пузырь не теряет удлиненную форму. При втором и третьем циклах колебаний газовый пузырь теряет свою первоначальную форму под действием подъемной силы продуктов детонации (всплытия) и гидростатического давления, действующего неравномерно по длине газового пузыря. Ввиду сохранения в первоначальный момент газовым пузырем удлиненной формы, соизмеримой с длиной заряда, значение периода первой пульсации газового пузыря линейного заряда зависит от количества ВВ в заряде, длины заряда и от глубины подрыва. Таким образом, значение периода пульсации газового пузыря, образующегося при срабатывании ВИЗ с линейным зарядом, является критерием качества его срабатывания, которое заключается в полноте срабатывания всех элементов ВИЗ, в том числе взрывателя, на заданной глубине, элементов линейного заряда, вытянутого на полную длину и установленного вертикально, что обеспечивает получение заданной диаграммы направленности ВИЗ в воде.
В связи с вышеизложенным для оценки качества срабатывания ВИЗ с линейным зарядом предлагается использовать значение периода первой пульсации газового пузыря.
Период первой пульсации газового пузыря линейного заряда может быть определен непосредственно в процессе испытаний после каждого опыта по сигналограмме на экране осциллографа.
Значение периода первой пульсации газового пузыря линейного заряда (время) является конкретной неизменной величиной, не зависит от гидрологических условий, и поэтому позволяет более просто и надежно определять качество срабатывания ВИЗ с линейным зарядом. При этом в процессе испытаний отпадает необходимость учета в каждом опыте гидрологических условий, геометрии размещения звукометрической аппаратуры, наличия ровного дна, а также обработки и расчета взрывных параметров ВИЗ с использованием специальной аппаратуры и ЭВМ, сокращается время на анализ результатов работы. По этой же причине сокращается и количество гидроакустической аппаратуры, размещаемой на обеспечивающем корабле при проведении испытаний. Так, для регистрации периода первой пульсации газового пузыря достаточно иметь гидрофонную систему, связанную кабельной линией с запоминающим осциллографом и источником питания, при этом снижаются требования к установке гидрофонной системы под водой и, следовательно, исключается постоянный ее контроль в процессе испытаний, так как период первой пульсации газового пузыря не зависит от гидрологических условий, и отпадает необходимость записи акустического сигнала на многоканальный магнитофон для проведения экспресс-анализа записи в процессе испытаний и последующей обработки и расчета на ЭВМ и т.д.
В отличие от периода первой пульсации газового пузыря, направленность ВИЗ (диаграмма направленности) не определяется в процессе летных испытаний авиабомб, определение ее в процессе таких испытаний весьма затруднительно из-за невозможности аппаратурного обеспечения измерения ударной волны от заряда ВИЗ в множестве точек в пространстве вокруг ВИЗ в момент подрыва и малого количества испытываемых авиабомб (как правило, для испытаний выделяется не более 10 авиабомб от партии в несколько сотен штук). Поэтому, являясь одной из важнейших характеристик ВИЗ, диаграмма направленности гарантируется в процессе изготовления и испытаний путем контроля других параметров ВИЗ, таких как масса ВВ, геометрические параметры линейного заряда и его элементов, полнота срабатывания, рабочее положение в момент подрыва и т.п.
Полученное в процессе эксперимента значение периода первой пульсации газового пузыря сравнивается с расчетным значением, определяемым по экспериментально-теоретической зависимости:
,
где Т - период первой пульсации газового пузыря, с;
- суммарная масса ВВ элементов заряда ВИЗ в тротиловом эквиваленте, кг;
n - количество элементов заряда ВИЗ;
h - глубина подводного взрыва, м;
α - экспериментальный коэффициент, зависящий от длины заряда ВИЗ;
где l - длина заряда, см;
D - диаметр заряда, см.
Предлагаемый способ определения качества срабатывания ВИЗ разработан на основе экспериментального материала, полученного в процессе многочисленных натурных (летно-морских) испытаний авиабомб с линейным зарядом с использованием известной эмпирической зависимости (Э.В.Лаврентьев, О.И.Кузян, «Взрывы в море», стр.38, издательство «Судостроение», 1977 г.) - прототип, которая, в связи с особенностями конструкции ВИЗ, по результатам испытаний была уточнена и приведена к более удобному для использования виду и отличается только численно.
Известная зависимость имеет вид:
Уточненная по результатам испытаний зависимость, представленная в заявке, имеет вид:
<img file="00000008.tif" he="13" wi="59" img-content="undefined" img-format="tif" />где
<img file="00000009.tif" he="13" wi="27" img-content="undefined" img-format="tif" />где
<img file="00000010.tif" he="12" wi="15" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000011.tif" he="13" wi="17" img-content="undefined" img-format="tif" />
5/6≤æ≤1
α=0,92 (определен экспериментально для данного типа ВИЗ)
или
или
<img file="00000012.tif" he="13" wi="58" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000013.tif" he="13" wi="27" img-content="undefined" img-format="tif" />
или
или
<img file="00000014.tif" he="11" wi="63" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000015.tif" he="11" wi="44" img-content="undefined" img-format="tif" />
Таким образом, известная зависимость определения периода первой пульсации газового пузыря и зависимость, представленная в заявке, идентичны и удовлетворяют теории подобия взрывных процессов.
В процессе проведения натурных испытаний ВИЗ качество срабатывания определялось одновременно двумя указанными способами, по которым получены идентичные результаты как, в случае нормального, так и аномального срабатывания ВИЗ.
В связи с тем, что авиабомба, в виде которой выполнен ВИЗ, представляет собой относительно сложную конструкцию, состоящую из корпуса, в котором размещается взрыватель с детонатором, линейный заряд, состоящий из основного, передающего, детонирующего, инициирующего, вспомогательного зарядов, взрывные характеристики которых достоверно определить затруднительно, для расчета по указанной зависимости периода первой пульсации газового пузыря значение коэффициента «α» целесообразно определять конкретно для каждого типа ВИЗ исходя из масс ВВ, размещенных в его элементах, и геометрических размеров заряда.
Однако следует иметь в виду, что, поскольку качество ВИЗ определяется большим количеством параметров, судить о качестве изготовления ВИЗ только по результатам, полученным в процессе натурных испытаний, недостаточно. Поэтому в процессе изготовления параметры ВИЗ контролируются прямыми или косвенными методами. Так, проверка качества изготовления заряда, его элементов, снаряжения корпусов авиабомб и т.д. проверяется в бассейне в статических условиях с регистрацией основных параметров ВИЗ. В процессе натурных испытаний с носителя работоспособность ВИЗ оценивается в динамике. При этом контролируется только та часть параметров, которая не могла быть определена (воспроизведена) в заводских условиях. В частности, определяется срабатывание замковых устройств, тормозного устройства, обеспечивающего извлечение линейного заряда из корпуса авиабомбы и установку заряда в рабочее прямолинейное положение, а также прочность элементов инициирующей системы и, собственно линейного заряда, узлов его крепления при динамическом нагружении в процессе внедрения авиабомбы в воду и пр. Поэтому контроль параметров, определяющих качество ВИЗ, проводится как в процессе изготовления ВИЗ, так и при проведении натурных испытаний, что предусмотрено конструкторской документацией на изготовление авиабомб - взрывных источников звука.
Указанная экспериментально-теоретическая зависимость подтверждена в процессе проведения многочисленных экспериментальных работ, в том числе, в процессе проведения натурных испытаний штатных авиабомб.
Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:
- на фиг.1 - эталонная зависимость давления от времени для основного детонирующего шнура линейного заряда ВИЗ (авиабомбы МГАБ-ЛЗ);
- на фиг.2 - эталонная зависимость давления от времени для взрывателя ВИЗ (авиабомбы МГАБ-ЛЗ);
- на фиг.3 - типовая сигналограмма, полученная при полном срабатывании линейного заряда ВИЗ (авиабомбы МГАБ-ЛЗ) после срабатывания взрывателя;
- на фиг.4 - типовая сигналограмма, полученная при неполном срабатывании линейного заряда ВИЗ (авиабомбы МГАБ-ЛЗ) после срабатывания взрывателя;
- на фиг.5 - типовая сигналограмма, полученная при срабатывании одного взрывателя ВИЗ (авиабомбы МГАБ-ЛЗ) и отказе срабатывания линейного заряда при непередаче на заряд детонационного импульса от взрывателя.
Пример.
В качестве примера предлагаемого в настоящей заявке способа определения качества срабатывания ВИЗ приведен способ определения качества срабатывания глубинной авиабомбы для систем поиска подводных целей с линейным зарядом МГАБ-ЛЗ, укомплектованной:
- взрывателем с детонатором массой ВВ, равной 4,20 г тетрила;
- линейным зарядом, изготовленным из эластичного взрывчатого вещества ЭВВ-22 и состоящим из:
- основного заряда длиной 2,000 м, диаметром 7,5 мм, массой ВВ, равной 80 г,
- передающего заряда длиной 1,082 м, диаметром 1,4 мм, массой ВВ, равной 0,77 г,
- инициирующего заряда длиной 30 мм, массой ВВ, равной 0,26 г.
Период первой пульсации газового пузыря при срабатывании линейного заряда такой авиабомбы на глубине 132…168 м (глубине, на которой обеспечивается подрыв заряда авиабомбы ее взрывателем) при полученном значении показателя степени «α» для линейного заряда, равном 0,92, составило величину 9,5…11,6 мс.
Период первой пульсации газового пузыря полностью вытянутого из корпуса авиабомбы и полностью сработавшего на глубине; 158 м линейного заряда составил величину 10,8 мс. Сигналограмма от срабатывания совпадает с эталонной (см. фиг.1 и 3).
Период первой пульсации газового пузыря при срабатывании на глубине 151 м только взрывателя ВИЗ (авиабомбы МГАБ-ЛЗ) и отказе срабатывания линейного заряда из-за непередачи на заряд детонационного импульса от взрывателя составил величину 4,7 мс. Сигналограмма от срабатывания совпадает с эталонной (см. фиг.2 и 5).
Таким образом, предлагаемый способ определения качества срабатывания ВИЗ по значению периода первой пульсации газового пузыря при срабатывании линейного заряда позволяет надежно определять качество срабатывания ВИЗ, при этом:
- значение периода первой пульсации газового пузыря при срабатывании ВИЗ определяется непосредственно в процессе испытаний, что позволяет сделать заключение о качестве срабатывания ВИЗ в процессе их проверки;
- упрощается состав гидроакустической и регистрирующей аппаратуры;
- отпадает необходимость учета гидрологических условий как в процессе проведения испытаний, так и в процессе обработки полученных результатов;
- упрощаются условия проведения испытаний;
- отпадает необходимость использования сложной электронной аппаратуры при обработке сигналов;
- значительно сокращается время на обработку и анализ результатов испытаний.