Гидробаллистический стенд
HYDROBALLISTIC STAND

Изобретение относится к технике высокоскоростного метания в лабораторных условиях и предназначено для гидробаллистических исследований, а точнее, для изучения динамики движения метаемых моделей в жидкости при различных условиях. Может быть использовано для выбора материалов, отработки конструкции и форм метаемых элементов, наблюдения за гидродинамическими процессами, оценки устойчивости преград.
Известны различные по составу и конструкции стенды для гидродинамических исследований.
Гидродинамический стенд для технологических испытаний торпедных аппаратов (подводных пусковых устройств) [1], патент РФ №2203469, МПК F41F 3/10, 2003 г., содержит резервуар с водой, измерительно-регистрирующую и пусковую аппаратуру.
Гидродинамический стенд [2] патент СССР №1210079, МПК G01M, 10.2000 г., в котором с целью повышения экономичности работы предусмотрен сливной бак и насос с необходимой запорной аппаратурой.
В качестве прототипа выбран наиболее близкий по технической сущности и условиям использования «Экспериментальный баллистический комплекс» [3] патент RU №2591132, МПК F41F 1/00, 01.2006 г., содержащий соосно и последовательно по траектории движения метаемых моделей, вакуумируемый ствол баллистической установки, электромагнитный датчик скорости, вакуумный глушитель, камеру отделения ведущих частей, гидродинамическую камеру.
Взятая за прототип конструкция не позволяет вести наблюдение за процессом разгона метаемой сборки по стволу, отсутствует возможность наблюдения за процессом выхода метаемой сборки из ствола. Вода, попадающая в ходе эксперимента в объем вакуумного глушителя, отрицательно влияет на работу электромагнитного датчика скорости и состояние ускорительного канала метательной установки. Обслуживание установки и подготовку к следующему пуску возможно проводить только после слива воды, что объективно ограничивает объем используемой жидкости, как следствие, длину гидродинамического участка. Крепление разделительной мембраны непосредственно между гидродинамической камерой и камерой отделения ведущих частей не позволяет вести ее оперативную замену, затрудняет процесс подготовки эксперимента. Отсутствует возможность обслуживания пулеприемника (пулеуловителя) без выемки его из гидродинамической камеры.
Технической задачей настоящего изобретения является разработка конструкции гидробаллистического стенда, не имеющего перечисленных выше недостатков, улучшение условий обслуживания, сокращение времени подготовки, а также повышение качества эксперимента путем использования дополнительных средств контроля, наблюдения и измерений.
Технический результат изобретения достигается за счет того, что в гидробаллистическом стенде, содержащем расположенные соосно и последовательно по траектории движения метаемой модели вакуумируемый ствол баллистической установки, электромагнитный датчик дульной скорости, вакуумный глушитель с мембраной, камеру отделения ведущих частей и поддона от метаемой модели с иллюминаторами и запорной арматурой, гидродинамическую камеру с запорной арматурой, предусмотрены следующие отличия. Вакуумный глушитель выполнен подвижным относительно ствола баллистической установки и оснащен иллюминаторами, узел крепления мембраны вакуумного глушителя содержит клапан, а между камерой отделения ведущих частей и гидродинамической камерой дополнительно смонтирован шлюз, в корпус которого установлен гидроизолирующий каркас с отверстием по оси перекрываемым герметизирующей мембраной с возможностью ее прорыва метаемой моделью. Гидродинамическая камера состоит из отдельных взаимозаменяемых подвижных секций с иллюминаторами. Оконечная секция гидродинамической камеры оборудована уловителем метаемой модели и люком.
В вакуумном глушителе предложенного стенда предусмотрено окно из радиопрозрачного материала укомплектованное радаром миллиметрового диапазона.
Сущность изобретения поясняется рисунками.
Фиг. 1 - Гидробаллистический стенд, Фиг. 2 - Шлюз гидробаллистического стенда.
Гидробаллистический стенд Фиг. 1 состоит из пороховой баллистической установки с камерой сгорания (Фиг. 1, поз. 1), ствол которой (Фиг. 1, поз. 2) частично входит в вакуумный глушитель (Фиг. 1, поз. 3) через герметизирующий узел. Объем вакуумного глушителя зависит от объема камеры сгорания баллистической установки. Вакуумный глушитель снабжен герметичными каналами для ввода кабелей регистрации подключаемых к датчику скорости (Фиг. 1, поз. 4). Вакуумный глушитель имеет запорную арматуру посредством которой осуществляется удаление воздуха в период вакуумирования (Фиг. 1, поз. 5), отсос метающих газов после эксперимента в систему вентиляции (Фиг. 1, поз. 6), слив воды поступившей в процессе эксперимента (Фиг. 1, поз. 7). Вакуумный глушитель имеет узел крепления мембраны (Фиг. 1, поз. 8), которая обеспечивает отделение вакуумируемого объема, в период подготовки эксперимента. Узел крепления мембраны (Фиг. 1, поз. 8) имеет клапан. Клапан представляет собой сферу диаметром более диаметра проходного отверстия узла крепления мембраны (Фиг. 1, поз. 8). В качестве сферы может использоваться резиновый мяч, который свободно располагается в камере отделения ведущих частей и поддона от метаемой модели (Фиг. 1, поз. 9).
м
м
р
с
Работает клапан следующим образом. При прорыве метаемой моделью (Фиг. 1, поз. Э) мембраны (Фиг. 1, поз. 8) воздух из камеры отделения ведущих частей (Фиг. 1, поз. 9) начинает поступать в вакуумный глушитель (Фиг. 1, поз. 3). Поток воздуха подхватывает «мяч», который перекрывает отверстие узла крепления мембраны (Фиг. 1, поз. 8). Таким образом, исключается поступление воды в вакуумный глушитель (Фиг. 1, поз. 3). Вакуумный глушитель оборудован иллюминаторами, что позволяет наблюдать за процессом выхода метаемоой модели (Фиг. 1, поз. Э) из ствола на дистанции от среза электромагнитного датчика дульной скорости до узла крепления мембраны. Наблюдение осуществляется посредством специализированных фото- видеорегистраторов (Фиг. 1, поз. В). Обеспечена возможность подсветки области наблюдения импульсными источниками света (Фиг. 1, поз. И). В конструкции вакуумного глушителя предусмотрено окно из радиопрозрачного материала, на которое устанавливается радар (Фиг. 1, поз. Р) миллиметрового диапазона. Радар миллиметрового диапазона позволяет получить информацию о динамике разгона метаемоой модели в стволе. Вакуумный глушитель выполнен на подвижной платформе, что позволяет сдвигать его соосно ствола баллистической установки и для оперативной замены мембраны. К фланцу вакуумного глушителя крепиться камера отделения ведущих частей и поддона от метаемой модели (Фиг. 1, поз. 9). Разделение происходит аэродинамическим методом, длинна аэродинамического участка траектории - 3 м. Камера отделения ведущих частей и поддона имеет иллюминаторы для наблюдения за процессом отделения элементов метаемой сборки от метаемой модели. Камера отделения ведущих частей и поддона имеет запорную арматуру, которая позволяет увеличивать давление воздуха для активизации процессов отделения в ходе эксперимента, сливать либо перекачивать при помощи насоса (Фиг. 1, поз. М) воду после эксперимента. К камере отделения ведущих частей и поддона крепится шлюз (Фиг. 1, поз. 10), в который устанавливается каркас с герметизирующей мембраной. Далее, присоединены секции гидродинамической камеры (Фиг. 1, поз. 11). Секции имеют иллюминаторы, которые позволяют наблюдать за процессами, сопровождающими движение метаемых моделей в режиме суперкавитации на различных скоростях. Секции гидродинамической камеры унифицированы, имеют подвижную платформу, что позволяет изменять длину гидродинамической камеры. В настоящем техническом решении длинна гидродинамической камеры составляет более 10 м. В оконечной секции гидродинамической камеры установлена рама (Фиг. 1, поз. 12), к которой, в зависимости от требований эксперимента, могут крепиться различного рода преграды, на нее же может быть установлен уловитель метаемых моделей. Обслуживание уловителя метаемых моделей осуществляется через люк (Фиг. 1, поз. 13). Гидродинамическая камера имеет запорную арматуру, что обеспечивает возможность заполнения объема камеры водой, слива воды, изменение давления в соответствии с требованиями условий эксперимента.
Шлюз (Фиг. 1, поз. 10) гидробаллистического стенда - (Фиг. 2) состоит из корпуса (Фиг. 2, поз. А) и приваренного к нему патрубка (Фиг. 2, поз. Б). Диаметр отверстия (Фиг. 2, поз .С) равен внутреннему диаметру гидродинамической камеры. На гидроизолирующий каркас (Фиг. 2, поз. Д) крепится герметизирующая мембрана, например из полиэтиленовой пленки, после чего он вставляется в корпус. Посредством прижимных устройств (Фиг. 2, поз. Е) которые одновременно служат направляющими для установки каркаса, прижимается к стенке корпуса, с противоположной стороны которой приварен патрубок с фланцем для крепления шлюза к первой секции гидродинамической камеры.
Гидробаллистический стенд работает следующим образом.
В ствол (Фиг. 1, поз. 2) устанавливается метаемая модель (Фиг. 1, поз. Эм), объем вакуумного глушителя вакуумируется. По достижении форвакуума и завершении подготовительных работ производится выстрел. Ускорение метаемой модели в стволе регистрируется радаром миллиметрового диапазона. Далее метаемоя модель, проходя по датчику скорости генерирует импульсы, которые используются для определения скорости метаемой модели на срезе ствола и запускают генератор задержки синхроимпульсов для запуска приборов подсветки и регистрирующей аппаратуры. Метающие газы, истекающие из ствола, свободно распространяются в вакуумном глушителе. Метаемая модель, двигаясь по траектории, прорывает мембрану, установленную в узле крепления, и выходит в камеру разделения, где под действием воздуха от метаемоой модели отделяются толкающий поддон и ведущие части, которые либо отстают, либо разрушаются. Под действием потока воздуха, истекающего в вакуумный глушитель, срабатывает клапан, отделяя объемы вакуумного глушителя и камеры разделения. Двигаясь далее по траектории, метаемая модель прокалывает мембрану, установленную в шлюзе, и входит в гидродинамическую камеру. Иллюминаторы секций гидродинамической камеры позволяют наблюдать процессы, сопровождающие движение метаемой модели в воде на различных дистанциях. Тем временем, вода из гидродинамической камеры поступает в камеру разделения. Далее в ходе подготовки следующего эксперимента извлекается гидроизолирующий каркас из шлюза, производится замена мембраны. Каркас с мембраной устанавливается обратно в шлюз. Вода из камеры разделения перекачивается насосом обратно в гидродинамический участок. В тоже время, корпус вакуумного глушителя отстыковывается от фланца, содержащего узел крепления мембраны, сдвигается по стволу. Как только уровень воды в камере разделения снизится, может производится открытие клапана и замена мембраны в узле крепления (Фиг. 1, поз. 8). После присоединения корпуса вакуумного глушителя к фланцу и установки метаемой модели в ускорительный канал баллистической установки, стенд готов к проведению следующего эксперимента.
Предложенная конструкция гидробаллистического стенда позволяет проводить аэробаллистические исследования, эксперименты по высокоскоростному взаимодействию метаемых моделей с преградами, наблюдать за гидродинамическими процессами, изучать процессы суперкавитации.
Гидробаллистический стенд используется для выбора материалов, отработки конструкций и форм метаемых моделей, выбора материалов и отработки конструкций ведущих элементов, оценки устойчивости преград из различных материалов к воздействию различных метаемых моделей. Кроме того, позволяет наблюдать процессы, сопровождающие движение метаемых моделей на всей траектории, эффективно совершенствовать как саму метаемую модель, так и конструкцию метаемой сборки. Гидробаллистический стенд обеспечивает уменьшение звука выстрела, полностью локализует метающий газ, который после эксперимента удаляется в систему вентиляции. Исключает выброс воды за пределы экспериментальной установки.
Предложенные технические решения позволяют достаточно быстро заменять мембраны, что сокращает время подготовки эксперимента. Конструкция позволяет использовать широкий спектр контрольно-измерительного регистрирующего оборудования.
Опыт эксплуатации данного гидробаллистического стенда показал, что стенд возможно эффективно использовать в различных баллистических исследованиях.
ЛИТЕРАТУРА
1. «Гидродинамическая установка для модельных испытаний подводных снарядов», патент РФ №2203469, 27.04.2003, Дородных В.П., Царева З.В.
2. «Гидродинамический стенд», патент СССР №1210079, 12.04.1983, Есипенко Е.И., Молочков В.Я.
3. «Эксперементальный баллистический комплекс» патент РФ №2591132 10.07.2016, Бураков В.А., Буркин В.В., Ищенко А.Н., Корольков Л.В., Степанов Е.Ю., Чупашев А.В., Агафонов С.В., Рогаев К.С.