СТЕНД ДЛЯ УДАРНЫХ ИСПЫТАНИЙ

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к баллистическим установкам, предназначенным для испытания на ударные воздействия конструкций различного назначения, материалов, приборов и т.п.
Известна установка для ударных испытаний (см. С.А.Новиков, В.А.Петров, В.А.Сушков, В.Н.Хворостин, Новосибирск, АН СССР Сибирское отделение, Физика горения и взрыва, №4, стр.147-151, 1989 г.), содержащая одну или несколько взрывных камер, разгонный, дренажный и тормозной отсеки, причем торможение объекта, подвергшегося испытательной нагрузке, - в дальнейшем контейнер, производится за счет неупругого присоединения к нему массы полиэтиленовой стружки, заполняющей тормозной отсек, а на финишном участке - за счет деформации тормозного демпфера.
Недостатком данной установки является непрогнозируемое торможение, зависящее от ряда неконтролируемых параметров (плотность забивки полиэтиленовой стружки, геометрические размеры и т.п.).
Известна установка, принятая за прототип, предназначенная для экспериментальной отработки ракетно-артиллерийского вооружения на воздействие интенсивных механических нагрузок (см. А.К.Ботвинкин, А.В.Родионов, В.Н.Хворостин, Москва, Российская Академия ракетных и артиллерийских наук, Известия РА РАН, выпуск 3 (48), стр.14-18, 2006 г.); включающая массивный откатник, в задачу которого входит уменьшение перемещения стенда в процессе проведения опыта, взрывную камеру (или взрывной генератор давления) - основной энергетический узел стенда, во внутреннем объеме которого осуществляется подрыв заряда ВВ, заряд ВВ, обеспечивающий необходимую энергию нагружающего импульса, устройство, обеспечивающее формирование формы нагружающего импульса - глушитель ударных волн, разгонный отсек, представляющий собой цилиндрическую камеру, в которой происходит нагружение контейнера механическим импульсом, калибр которой определяет калибр стенда и максимальные поперечные размеры контейнера. В боковых стенках разгонного отсека расположены дренажные отверстия, предназначенные для сброса давления продуктов взрыва. Положение отверстий - расстояние от глушителя ударных волн до переднего среза отверстий, определяет заданную длительность нагружения контейнера в каждом конкретном стенде. Кроме того, известная установка содержит пневмоотсек, состоящий из отсеков высокого и низкого давлений, выполняющих роль пневматического цилиндра, обеспечивающего торможение контейнера за счет сжатия им в процессе движения воздуха, находящегося в отсеках, мембранные отсеки - узлы или детали, содержащие корпуса отсеков, в которых закреплены тонкостенные мембраны, обеспечивающие герметичность отсека высокого давления и ограничивающие его объем, буферную массу - специальную конструкцию, монолитную или сборную, обеспечивающую минимизацию перегрузок при торможении контейнера, и силовые элементы - элементы конструкции стенда, обеспечивающие соединение его в единую конструкцию. Вес и конструкция буферной массы, а также положение ее в отсеке низкого давления определяются расчетным путем с учетом данных, полученных в процессе специально проведенных калибровочных опытов.
Торможение контейнера в установке происходит за счет последовательного сжатия воздуха в пневмоотсеках высокого и низкого давлений и постепенного перехода кинетической энергии испытательного контейнера в потенциальную энергию сжатого воздуха, а затем, после прорыва последней мембраны, в кинетическую энергию буферной массы, которая после завершения процесса торможения контейнера приобретает скорость, близкую к скорости контейнера, и с этой скоростью вылетает из пневмоотсека.
Недостатком данной установки является необходимость применения в ней буферной массы, которую необходимо тормозить после вылета из пневмоотсека с высокой скоростью. При достаточно больших буферных массах (более нескольких сотен килограмм), вылетающих из пневоотсека со скоростями несколько сотен метров в секунду, проблема их торможения становится сложной технической задачей, что увеличивает опасность проведения работ.
Решаемая техническая задача состоит в обеспечении торможения контейнера в пневмоотсеке без применения буферной массы за счет сжатого воздуха, находящегося в пневмоотсеке перед движущимся контейнером.
Указанная техническая задача решена за счет того, что стенд для ударных испытаний, содержащий взрывную камеру с зарядом ВВ, разгонный отсек с установленным в нем контейнером и пневмоотсек, обеспечивающий торможение контейнера после приобретения им заранее заданной скорости в разгонном отсеке, снабжен перекрывающей выходное отверстие пластиной, по крайней мере, с одним отверстием, площадь сечения которого выбрана из условия обеспечения полной остановки контейнера в стенде.
Такая остановка обеспечивается за счет того, что диаметр отверстия (или нескольких отверстий) в пластине, через которое происходит истечение воздуха из пневмоотсека, выбран меньшим диаметра пневмоотсека, в котором как поршень под действием инерционных сил движется контейнер. Поскольку скорость истечения воздуха ограничена размером отверстия (или отверстий) в пластине, в объеме пневмоотсека, заключенном между передним торцом контейнера и пластиной, перекрывающей пневмоотсек, воздух находится под избыточным давлением, которое, воздействуя на передний торец контейнера, создает постоянно действующее усилие торможения последнего.
На приведенной фигуре показан заявляемый стенд для ударных испытаний.
Стенд для ударных испытаний содержит массивный откатник 1, взрывную камеру (или взрывной генератор давления) 2, заряд ВВ 3, устройство, обеспечивающее формирование нагружающего импульса (глушитель ударных волн) 4, контейнер 5, размещенный внутри разгонного отсека 6 с дренажными отверстиями 7, пневмоотсек, состоящий, например, из отсека 8 высокого давления, ограниченного с двух сторон мембранными отсеками 9, и отсека 10 низкого давления, пластину 11, перекрывающую выход из пневмоотсека, с отверстием 12, силовые элементы 13, объединяющие ударный стенд в единую конструкцию. Площадь сечения отверстия (отверстий) выбирается из условия обеспечения полной остановки контейнера в стенде с учетом калибра установки, массы контейнера и его скорости перед выходом в пневмоотсек, объема пневмоотсека и величины давления в нем.
Стенд для ударных испытаний работает следующим образом. Заряд ВВ 3 подрывается во взрывной камере 2, после чего продукты взрыва из полости взрывной камеры 2 через отверстия глушителя ударных волн 4 проникают в полость разгонного отсека 6 и, воздействуя на днище контейнера 5, разгоняют последний. После прохождения контейнером 5 дренажных отверстий 7 продукты взрыва выходят из разгонного отсека 6 в окружающее стенд пространство, а контейнер 5, продолжая двигаться с постоянной скоростью, доходит до первого мембранного отсека 9 и, прорвав мембрану, запирающую отсек 8 высокого давления, начинает тормозиться, сжимая находящийся в отсеке 8 воздух.
После достижения давления воздуха, находящегося в полости отсека 8 в объеме между передним торцом движущегося контейнера 5 и вторым мембранным узлом 9, некой, заранее заданной величины, соответствующей пределу прочности мембраны, последняя, под воздействием давления воздуха разрывается, и воздух начинает перетекать в отсек 10, за счет чего в отсеке 10 начинает подниматься давление, и воздух из отсека 10 начинает выходить через отверстие 12 в пластине 11 в пространство, окружающее стенд. Поскольку расход выходящего из отсека 10 воздуха ограничен пропускной способностью отверстия 12 в пластине 11, а контейнер 5 продолжает двигаться в отсеке 10, сжимая находящийся в нем воздух, скорость контейнера 5 продолжает падать, в связи с чем интенсивность сжатия воздуха, находящегося в полости отсека 10 между передним торцом контейнера 5 и пластиной 11, снижается и в некоторый момент времени рост давления в этой полости прекращается. В связи с дальнейшим снижением скорости контейнера 5 давление в полости отсека 10 низкого давления начинает также снижаться. Тем не менее, контейнер продолжает двигаться с уменьшением скорости, вплоть до полной остановки.
Применение заявляемого стенда для ударных испытаний позволяет осуществлять торможение контейнера практически с любой заранее заданной интенсивностью торможения за счет выбора диаметра отверстия (или отверстий) в пластине, перекрывающей выходное отверстие, без применения буферной массы.
Работа стенда проверена экспериментально и планируется к применению во всех ударных стендах аналогичного назначения.