УДАРНЫЙ СТЕНД
SHOCK TABLE

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытаний объектов на воздействие перегрузок.
Известен ряд взрывных ударных установок, основанных на использовании энергии взрыва взрывчатого вещества (ВВ), подрываемого в закрытом объеме взрывной камеры, состоящих из цилиндрической взрывной камеры с зарядом ВВ, с одной стороны которого установлена массивная заглушка, с другой - в разгонном отсеке объект испытаний (ОИ) с возможностью перемещения под действием давления продуктов взрыва и последующего торможения. Между взрывной камерой и разгонным отсеком установлен гаситель ударных волн (ГУВ), выполненный в виде перфорированного отверстиями диска.
Известен ударный стенд, выбранный в качестве прототипа, содержащий цилиндрическую взрывную камеру с установленным в нее зарядом ВВ, к которой прикреплены с одной стороны разгонный отсек, предназначенный для установки в него объекта испытания, а с другой - заглушка. Между взрывной камерой и разгонным отсеком соосно продольной оси стенда установлен ГУВ, выполненный в виде диска, перфорированного отверстиями, размещенными равномерно и концентрично относительно продольной оси стенда (см. Ботвинкин А.К., Родионов А.В., Хворостин В.Н. «Взрывные ударные установки для экспериментальной отработки ракетно-артиллерийского вооружения на воздействие интенсивных механических нагрузок» в журнале «Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук», Москва, 2006 г., Вып. №3(48), стр.14-18), а также С.А.Новиков и В.А.Петров, «Установки взрывного типа для механических испытаний материалов конструкций», (обзор), Москва, Государственный комитет по использованию атомной энергии, ЦНИИАТОМИНФОРМ, 1989 г., стр.20, рис.11).
Недостатком данных взрывных ударных установок является то, что перфорированным сквозными отверстиями диском невозможно обеспечить требуемые (с заданным темпом снижения перегрузки во времени с одновременным снижением интенсивности ударных волн) режимы нагружения ОИ. Экспериментально установлено, что ГУВ со сквозной перфорацией с суммарной площадью поперечного сечения отверстий, равной ≤10% площади поперечного сечения разгонного отсека, обеспечивает гашение образовавшихся при инициировании ВВ во взрывной камере ударных волн, но не обеспечивает требуемый переток газов (продуктов взрыва) в полость перед ОИ и соответственно требуемой зависимости перегрузки ОИ от времени (темп снижения перегрузки выше заданного). ГУВ со сквозной перфорацией с суммарной площадью поперечного сечения отверстий, равной ≥30% площади поперечного сечения разгонного отсека, обеспечивает необходимый переток газов, но не обеспечивает гашение ударных волн (на нагружаемой поверхности ОИ реализуются пики давлений, в 2-2,5 раза превышающие требуемое давление).
Задачей заявляемого изобретения является обеспечение заданного темпа перетока газов в полость перед ОИ с практически полным гашением ударных волн.
Технический результат - приближение условий испытаний к натурным.
Технический результат достигается тем, что в ударном стенде, содержащем цилиндрическую взрывную камеру с установленным в нее зарядом ВВ, к которой прикреплены с одной стороны разгонный отсек, предназначенный для установки в него объекта испытания, а с другой - заглушка, ГУВ, выполненный в виде диска, закрепленного между взрывной камерой и разгонным отсеком соосно продольной оси стенда и снабженного отверстиями диаметром D на его поверхности, обращенной к заряду ВВ, размещенными равномерно и концентрично относительно продольной оси стенда, в отличие от прототипа отверстия на поверхности ГУВ, обращенной к заряду ВВ, выполнены глухими, глубиной Н, соответствующей диапазону 2D≤H≤5D, при этом количество отверстий выбрано таким, чтобы суммарная площадь их поперечного сечения со стороны, обращенной к заряду ВВ, составляла 30-35% площади поперечного сечения разгонного отсека. На противоположной поверхности ГУВ концентрично относительно продольной оси стенда выполнены кольцевые проточки, пересекающие отверстия таким образом, что площадь сквозной перфорации ГУВ составляет 5-10% площади поперечного сечения разгонного отсека. Площадь пересечения каждого отверстия с проточкой равна или больше площади поперечного сечения отверстия, площадь сечения каждой проточки плоскостью, перпендикулярной продольной оси стенда, равна или больше суммарной площади поперечного сечения отверстий, выходящих на эту проточку, а участки проточек, расположенные между отверстиями и разгонным отсеком, выполнены расширяющимися в направлении разгонного отсека.
Выполнение в ударном стенде, содержащем цилиндрическую взрывную камеру с установленным в нее зарядом ВВ, к которой прикреплены с одной стороны разгонный отсек, предназначенный для установки в него объекта испытания, а с другой - заглушка, гаситель ударной волны, выполненный в виде диска, закрепленного между взрывной камерой и разгонным отсеком соосно продольной оси стенда и снабженного отверстиями диаметром D на его поверхности, обращенной к заряду ВВ, размещенными равномерно и концентрично относительно продольной оси стенда, отверстий на поверхности ГУВ, обращенной к заряду ВВ, глухими, глубиной Н, соответствующей диапазону 2D≤H≤5D, выбор количества отверстий из условия обеспечения равенства суммарной площади их поперечного сечения 30-35% площади поперечного сечения разгонного отсека; выполнение на противоположной поверхности ГУВ концентрично относительно продольной оси стенда кольцевых проточек, пересекающих отверстия таким образом, что площадь сквозной перфорации ГУВ составляет 5-10% площади поперечного сечения разгонного отсека, а площадь пересечения каждого отверстия с проточкой равна или больше площади поперечного сечения отверстия, при этом площадь сечения каждой проточки плоскостью, перпендикулярной продольной оси стенда, равна или больше суммарной площади поперечного сечения отверстий, выходящих на эту проточку, позволяет обеспечить требуемый переток газов через ГУВ, так как площадь поперечного сечения потока газов на всем пути их движения через ГУВ выполнена не ниже 30% от площади поперечного сечения разгонного отсека, и в то же время обеспечить гашение ударных волн, так как площадь сквозной перфорации ГУВ (на просвет) составляет не более 10% площади поперечного сечения разгонного отсека.
Выполнение участков проточек, расположенных между отверстиями и разгонным отсеком, расширяющимися в направлении разгонного отсека, способствует расширению газов при подходе к ОИ и соответственно выравниванию давления действующего на обращенную к ГУВ поверхность ОИ.
Выполнение отверстий глубиной Н, соответствующей диапазону 2D≤H≤5D, позволяет конструктивно обеспечить прочность ГУВ.
Изобретение поясняется чертежами:
- на фиг.1 изображен общий вид стенда;
- на фиг.2 изображен элемент продольного сечения ГУВ;
- на фиг.3 изображен элемент вида ГУВ со стороны заряда ВВ;
- на фиг.4 изображен элемент вида ГУВ со стороны разгонного отсека;
- на фиг.5 изображен увеличенный вид отверстия ГУВ со стороны заряда ВВ;
- на фиг.6 изображено продольное сечение отверстия ГУВ.
1
2
Ударный стенд содержит цилиндрическую взрывную камеру 1 с установленным в ней зарядом ВВ 2. С одной стороны взрывной камеры 1 прикреплен разгонный отсек 3 с установленным в нем с возможностью свободного перемещения ОИ 4, а с другой - заглушка 5. Между взрывной камерой 1 и разгонным отсеком 3 соосно продольной оси стенда закреплен ГУВ 6, выполненный в виде диска. На поверхности ГУВ 6 со стороны, обращенной к ВВ 2, равномерно и концентрично относительно продольной оси стенда выполнены глухие отверстия 7 диаметром D, глубиной Н, соответствующей диапазону 2D≤H≤5D. Количество отверстий выбрано из условия обеспечения суммарной площади их поперечного сечения со стороны, обращенной к заряду ВВ 2, равной 30-35% площади поперечного сечения разгонного отсека 3. На противоположной поверхности ГУВ 6 концентрично относительно продольной оси стенда выполнены кольцевые проточки 8, пересекающие отверстия таким образом, что площадь сквозной перфорации ГУВ (на просвет) составляет 5-10% площади поперечного сечения разгонного отсека 3, площадь пересечения каждого отверстия 7 с проточкой 8 (это сумма площадей S+S, см. фиг.5 и фиг.6) равна или больше площади поперечного сечения отверстия 7. При этом площадь сечения каждой проточки 8 плоскостью, перпендикулярной продольной оси стенда, равна или больше суммарной площади поперечного сечения отверстий 7, выходящих на эту проточку 8. Участки проточек 8, расположенные между отверстиями 7 и разгонным отсеком 3, выполнены расширяющимися в направлении разгонного отсека 3.
Работает ударный стенд в следующем порядке.
Во взрывной камере 1 инициируется заряд ВВ 2. Образовавшиеся газы (продукты взрыва) проходят через отверстия 7 и проточки 8 ГУВ 6 и действуют на объект испытаний 4. Под действием давления этих газов он движется с перегрузкой, изменяющейся во времени по заданному алгоритму. В первый момент времени газы напрямую проходят через отверстия 7 и проточки 8 по сквозной перфорации, составляющей 5-10% от площади поперечного сечения разгонного отсека 3, при этом гасятся пики ударных волн. Основной поток газов (~2/3 части всего потока) «ударяется» о дно отверстий 7, разворачивается в проточку 8, затем «ударяется» о стенку проточки 8, снова разворачивается и движется к ОИ 4. При этом ударные волны, прошедшие через ГУВ 6 в разгонный отсек 3, теряют свою интенсивность за счет потери потоком газов количества движения, обусловленного наличием препятствий и дифракции на границе отверстий 7 канала внутри ГУВ 6. Далее уже квазистационарный поток газов перетекает через ГУВ с не менее 30% перфорацией (-10% сквозной + ~20% лабиринтной) с требуемым темпом и обеспечивает заданный режим нагружения ОИ 4. Выполнение проточек расширяющимися к ОИ 4 после пересечения с торцом отверстий способствует расширению газов при подходе к ОИ 4 и соответственно выравниванию давления действующего на обращенную к ГУ В 6 поверхность ОИ 4.
После нагружения ОИ 4 выходит из разгонного ствола и тормозится тем или иным способом.
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет практически погасить ударные волны в газах, действующих на ОИ, и обеспечить необходимый темп притока газов из взрывной камеры в пространство разгонной камеры, образующееся в процессе движения ОИ, тем самым приблизить процесс нагружения ОИ к натурному.