ДАТЧИК ДУЛЬНОЙ СКОРОСТИ

Полезная модель относится к области оружейной техники, а более конкретно к универсальным баллистическим установкам (стендам) различного типа (пневматическим, пороховым, электротермохимическим или легкогазовым баллистическим установкам), предназначено для баллистических исследований и экспериментов, может быть использовано при испытаниях метательных зарядов, метаемых элементов и стволов служит для определения скорости метаемого элемента на дульном срезе метательного устройства при выстреле.
Известно «Устройство для определения дульной скорости снаряда» патент RU 2204111 от 12.27.2000 г., сущность изобретения заключается в том, что в качестве измерительной базы используется длина пули или снаряда, а скорость вылета из ствола определяется путем измерения времени прохождения измерительной базы через фотоэлектрические измерительные сечения. Устройство содержит фотопреобразовательные блоки измерения времени пролета снарядом измерительной базы. Блоки размещены на конце оружейного ствола в двух корпусах, установленных на плитах, притянутых к стволу болтовыми соединениями. Блоки залиты вибро-, ударостойким компаундом и размещены в верхнем и нижнем корпусах и имеют возможность измерения времени пролета измерительной базы путем формирования с помощью блока фотопреобразователя первого сигнала при прерывании луча света передней кромкой снаряда и второго сигнала при выходе снаряда из ствола за счет открытия луча света к фотопреобразователю, при этом в качестве измерительной базы испадьзуется длина пули или снаряда. Недостатком данного технического решения является зависимость от оптической проницаемости каналов измерения, чувствительности оптических каналов измерения к светящимся газам которые могут прорываться из заснарядного объема.
Известно устройство «Прибор и способ вычисления дульной скорости» патент США 6064196 от 31.12.1997 г., сущность изобретения заключается в том, что в качестве измерительной базы используются катушки, установленные на срезе ствола, а скорость вылета из ствола определяется путем измерения времени прохождения измерительной базы подмагниченным метаемым элементом. При прохождении метаемым элементом измерительного сечения катушки, формируется сигнал в соответствии с заданным пороговым значением определяются характерные точки. По ним определяется время прохождения метаемого элемента между измерительными сечениями. При условии, что расстояние между измерительными сечениями известно, вычисляется скорость метаемого элемента. Недостатком данного технического решения является необходимость использования подмагниченного метаемого элемента, что обусловлено низкой чувствительностью предлагаемого устройства. По той же причине авторы вынуждены использовать усилитель в схеме обработки сигнала.
Из известных технических решений наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому объекту является «Датчик положения и скорости перемещения быстро движущихся тел» Патент (RU 2331891), выбранный за прототип. Датчик положения и скорости перемещения быстродвижущихся тел, включающий корпус из высокоомного немагнитного материала, магнитопровод, измерительные катушки, магнитопровод выполнен в форме закрытой буквы Ш, средний стержень которого имеет воздушный зазор, через который проходит измерительный канал, магнитопровод расположен в плоскости, перпендикулярной оси измерительного канала, симметрично относительно его оси в неэлектропроводном материале, например мастике, измерительные катушки намотаны на концах среднего стержня магнитопровода, примыкающих к измерительному каналу, постоянные магниты присоединяются к противоположным концам среднего стержня одноименными полюсами относительно оси стержня, но противоположными полюсами относительно измерительного канала. Принцип работы такого датчика основан на замыкании (движущееся тело - ферромагнетик) или размыкании (движущееся тело - диамагнетик) магнитной цепи магнитопровода, что приводит к изменению магнитного потока в магнитопроводе и, в свою очередь, появлению ЭДС на измерительной катушке. Описанный выше датчик с магнитопроводом в виде закрытой буквы Ш имеет недостаточно высокий уровень полезного сигнала, так как форма магнитопровода и исполнение средних стержней на которые намотаны измерительные катушки не позволяет обеспечить максимум напряженности магнитного поля в измерительном сечении.
Задачей изобретения является повышение уровня полезного сигнала на измерительных катушках датчика дульной скорости.
Поставленная задача решается следующим способом. Датчик дульной скорости, включающий корпус из немагнитного материала, магнитопровод, измерительные катушки, средний стержень магнитопровода имеет воздушный зазор, через который проходит измерительный канал, магнитопровод расположен в плоскости, перпендикулярной оси измерительного канала, симметрично относительно его оси, измерительные катушки намотаны на концах среднего стержня магнитопровода, примыкающих к измерительному каналу, магнитопровод имеет форму кольца, измерительные катушки установлены в углублениях выполненных на концах средних стержней магнитопровода, примыкающих к измерительному каналу, торцевая поверхность среднего стержня, обращенная к измерительному каналу заострена либо выполнена в виде полусферы. Предлагаемые технические решения позволили значительно увеличить амплитуду полезного сигнала при сохранении массогабаритных характеристик прибора. Увеличить помехозащищенность в экспериментах по электротермохимической технологии метания. Измерять скорость подкалиберных метаемых элементов без дополнительных манипуляций. Надежно регистрировать скорость метаемого элемента в экспериментах с использованием присоединенного заряда.
Техническая сущность полезной модели поясняется рисунками:
Фиг. 1. Напряженность магнитного поля в измерительном сечении.
Фиг. 2. Конструкция магнитопровода датчика дульной скорости.
Сущность полезной модели сводится к следующему, получить максимум напряженности магнитного поля в измерительном сечении без увеличения массогабаритных характеристик датчика. Оптимизация магнитной системы датчика дульной скорости, как и в случае [4] требует изменения формы и конструкции магнитопровода. Для решения поставленной задачи необходимо использовать магниты с наибольшей остаточной магнитной индукцией, например неодимовые. Форма магнитопровода в виде закрытой буквы Ш (Фиг. 1. а) не позволяет в полной мере реализовать имеющийся потенциал. Как показало моделирование процесса прохождения метаемого элемента по измерительному сечению, форма магнитопровода в виде кольца, как показано на (Фиг. 1. б), позволяет увеличить напряженность магнитного поля в измерительном сечении на 15%. Полученные результаты хорошо соотносятся с [5]. Углубления на средних стержнях, в местах на которые осуществляется намотка измерительных катушек Фиг. 2. позволяют сократить площадь воздушного зазора и повысить напряженность магнитного поля в измерительном сечении. Выполнение торцевой поверхности средних стержней обращенной к измерительному каналу в виде конуса либо полусферы Фиг. 2. обеспечивает тот же эффект. Перечисленные технические решения позволяют обеспечить получение технического результата - значительное увеличение амплитуды полезного сигнала. Накопленный эксперементальный материал показывает, что амплитудное значение полезного сигнала с измерительных катушек в случае исполнения магнитопровода в виде закрытой буквы Ш (Фиг. 1. а.) не превышает 870 мВ. В случае, если конфигурация магнитопровода имеет форму кольца (Фиг. 1. б.), амплитудное значение достигает 3,6 В при равных прочих условиях эксперимента. Вследствие увеличения амплитуды полезного сигнала становится возможным увеличение порога запуска приборов регистрации и синхронизации в три раза. Этим обеспечивается помехозащищенность измерительной цепи, защита от ложных запусков, что особенно важно в электротермохимической схеме метания, когда зажигание метательного заряда ВВ инициируется разрядом генератора импульсных токов. Увеличение амплитуды полезного сигнала на измерительных катушках позволяет измерять скорость метаемых элементов, в том числе и подкалиберных. Ранее приходилось вводить в конструкцию метаемой сборки дополнительную деталь «метку» - диск либо кольцо, например из пермаллоя, либо предварительно намагничивать метаемый элемент. Принятые технические решения позволяют повысить достоверность измерений в схеме выстрела с присоединенным зарядом. Истекающие на срезе ствола (либо в процессе разгона метаемого тела по стволу) из заснарядного объема метающие газы имеют более высокую скорость и температуру. Истечение газов из заснорядного объема сопровождается формированием ударно волновых процессов, которые влияют на магнитную проницаемость зазора в измерительных сечениях датчика дульной скорости, как следствие идентифицировать полезный сигнал было затруднительно. Таким образом, в сравнении с прототипом предлагаемый датчик дульной скорости имеет увеличенную более чем в три раза амплитуду полезного сигнала при сохранении массогабаритных характеристик прибора.
Это позволяет расширить область применения датчика дульной скорости.
Увеличить помехозащищенность в экспериментах по электротермохимической технологии метания.
Измерять скорость подкалиберных метаемых элементов без дополнительных манипуляций.
Достоверно регистрировать скорость метаемого элемента в экспериментах с использованием присоединенного заряда.
Пример осуществления полезной модели показан на Фиг. 2. Магнитопровод состоящий из двух полуколец Фиг. 2. 1. выполненных, например из стали, средних стержней Фиг. 2. 2. выполненных, например из феррита, имеющих углубления в которые установлены измерительные катушки Фиг. 2. 3. Торцевая поверхность средних стержней обращенная к измерительному каналу заострена либо выполнена в виде полусферы. Магниты Фиг. 2. 4., например неодимовые, установленные в магнитопровод полюсами в соответствии с Фиг.2. а. формируют магнитный поток в измерительном зазоре датчика дульной скорости Фиг. 1. б. Обмотки измерительных катушек Фиг. 2. 3. могут содержать по 140 витков и обладать внутренним сопротивлением, например 300 Ом. Форма магнитопровода в виде кольца, как показано на (Фиг. 1. б), позволяет увеличить напряженность магнитного поля в измерительном сечении на 15%. Углубления в средних стержнях в местах на которые осуществляется намотка измерительных катушек, позволяют сократить площадь воздушного зазора. Как следствие еще повысить напряженность магнитного поля в измерительном сечении. Выполнение торцевой поверхности средних стержней обращенной к измерительному каналу в виде конуса либо полусферы обеспечивает тот же эффект. При прохождении через датчик, металлические элементы метаемого тела взаимодействуют с магнитным полем измерительных сечений, в результате чего в измерительных катушках возникает ЭДС индукции. Электрические сигналы фиксируются, например осциллографом. Поскольку в предлагаемой конструкции магнитопровода напряженность магнитного поля в измерительном канале значительно выше, как следствие, в момент прохождения метаемого тела по измерительному сечению ЭДС наводимое на измерительной катушке будет значительно выше.
ЛИТЕРАТУРА
1. «Устройство для определения дульной скорости снаряда», патент RU 2204111, от 12.27.2000 г, Адамович Б.А., Дербичев Ахмет Гири Бамат Гиреевич, Дудов В.И., Кобяков Д.П., Трубицын А.П.
2. «Аппарат и способ расчета начальной скорости», патент США 6064196, от 31.12.1997 г., Richard P. Oberlin, Doug R. Cullison
3. «Датчик положения и скорости перемещения быстродвижущихся тел», патент RU 2331891, Хоменко Ю.П., Барышев М.С, Федосов О.Ю., Ищенко А.Н.
4. «Постановка задачи оптимизации магнитной системы датчика скорости в приборах контроля параметров удара машин и механизмов ударного действия», Н.В. Захарова, А.С. Татевосян, Материалы VIII Международной научно-технической конференции «ДИНАМИКА СИСТЕМ, МЕХАНИЗМОВ И МАШИН», 2012 г.
5. «Компьютерное моделирование магнитного поля индукционного бесконтактного датчика скорости вращения и расчет выходного сигнала», А.П. Попов, А.А. Моисеенко, Омский научный вестник №3 2009 г. С. 188-191.