СПОСОБ НАГРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТА ДВУМЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМИ ИМПУЛЬСАМИ СЖАТИЯ И УДАРНИК ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
OBJECT LOADING METHOD USING TWO SEQUENTIAL PULSES OF COMPRESSION, AND STRIKER FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к испытательной технике. Преимущественная область применения - моделирование нагружения испытываемого объекта двумя последовательными импульсами сжатия.
При изучении высокоскоростных ударных явлений возникают задачи, в которых необходимо моделировать высокоскоростное соударение неподвижного объекта с летящей преградой в виде двух параллельно расположенных и разнесенных тонких металлических пластин.
Известен «Способ откольного разрушения пластины», а.с. SU 1672274, МПК 5 G01N 3/30, опубл. 23.08.91, бюлл. №31, согласно которому пластину (ударник), выполненную составной по толщине из двух слоев, неразъемно соединенных по всей поверхности контакта, разгоняют с помощью генератора ударной волны, включающего заряд взрывчатого вещества и детонатор, и нагружают ею испытываемую однородную пластину (объект).
К недостатку данного способа следует отнести невозможность реализации нагружения объекта двумя последовательными импульсами сжатия.
Известен «Способ ударных испытаний объекта», патент RU 2091746 C1, МПК 6 G01N 3/30, G01M 7/08, опубл. 27.09.97, выбранный в качестве прототипа для заявляемого способа, согласно которому производят нагружение объекта двумя последовательными импульсами сжатия с помощью метаемого ударника, содержащего две пластины, расположенные по оси его действия, причем непосредственно контактирующую с объектом пластину выполняют в виде комплекса элементов, обладающего периодической в плоскости удара структурой.
К недостаткам данного способа следует отнести:
- неизбежность деформации второй части пластинчатого ударника в случае выполнения ее тонкой и опертой по контуру в уступ на внутренней поверхности обоймы при их совместном разгоне взрывом заряда взрывчатого вещества;
- отсутствие возможности изменять интервал времени между импульсами сжатия.
Известен снаряд для легкогазовой пушки, конструкция которого приведена на рисунке 2.5 монографии под общей редакцией М.В.Жерноклетова «Методы исследования свойств материалов при интенсивных динамических нагрузках», Саров: ФГУП РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2003, стр.41. Снаряд состоит из металлической пластины-ударника, цилиндрического башмака из поликарбоната, в который в горячем состоянии запрессовывается ударник, и полиэтиленового колпачка, плотно надеваемого на башмак с задней стороны и обеспечивающего обтюрацию метающего газа.
К недостаткам данного устройства следует отнести:
- невозможность реализации нагружений объекта двумя последовательными импульсами сжатия с помощью данного ударника;
- воздействие на объект помимо пластины-ударника соединенными с нею башмака и полиэтиленового колпачка.
Известен снаряд (ударник) для баллистической ударной трубы, конструкция которого приведена на рисунке 2.9 монографии под общей редакцией М.В.Жерноклетова «Методы исследования свойств материалов при интенсивных динамических нагрузках», Саров: ФГУП РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2003, стр.44, выбранный в качестве прототипа для заявляемого ударника. Ударник выполнен в виде подвижного стакана, плотно перекрывающего канал ствола, устанавливаемого открытым торцом в сторону камеры высокого давления и снабженного направляющими и стопорным кольцами.
К недостатку данного устройства следует отнести:
- невозможность реализации нагружений объекта двумя последовательными импульсами сжатия с помощью данного ударника;
- недостаточную обтюрацию метающих газов при разгоне ударника в канале ствола.
Решаемой технической задачей является создание способа и устройства для реализации данного способа, обеспечивающих возможность моделирования высокоскоростного соударения неподвижного объекта с летящей преградой в виде двух параллельно расположенных и разнесенных тонких металлических пластин.
Ожидаемый технический результат заключается в возможности воспроизведения приближенных к реальным условий ударных нагружений объектов двумя импульсами сжатия в течение короткого интервала времени.
Технический результат достигается применением способа нагружения объекта двумя последовательными импульсами сжатия, заключающегося во взаимодействии объекта с ударником, содержащим две пластины, расположенные по оси его действия, при этом ударник выполняют из двух вложенных один в другой стаканов, ориентированных в направлении испытываемого объекта доньями, выполняющими функцию нагружающих пластин, метание ударника производят из ствольной баллистической установки, после чего выполняют перемещение внутреннего стакана относительно наружного под действием набегающего потока воздуха и осуществляют с заданным временным интервалом нагружение испытываемого объекта доньями стаканов.
Технический результат достигается также за счет применения ударника, выполненного в виде подвижного стакана, плотно перекрывающего канал ствола, дополнительно снабженного внутренним стаканом, обтюрирующей оболочкой из полимерного материала и манжетой. Внутренний стакан установлен с возможностью перемещения в наружном и соприкасается с наружным стаканом боковой поверхностью и дном. Обтюрирующая оболочка сопряжена с наружной боковой поверхностью наружного стакана и выполнена расширяющейся в направлении его открытого торца. Дно наружного стакана снабжено, по крайней мере, двумя сквозными симметрично расположенными и смещенными от его центра отверстиями. Манжета установлена на открытом торце внутреннего стакана. На внутренней боковой поверхности наружного стакана со стороны его открытого торца могут быть симметрично выполнены выступы, а на наружной поверхности внутреннего стакана могут быть соответственно выполнены пазы.
Сопоставительный анализ предлагаемого способа нагружения объекта двумя последовательными импульсами сжатия и его прототипа показывает, что предлагаемое решение отличается совокупностью следующих новых признаков:
- ударник выполняют из двух вложенных один в другой стаканов, ориентированных в направлении объекта испытаний доньями, выполняющими функцию нагружающих пластин;
- метание ударника производят из ствольной баллистической установки;
- выполняют перемещение внутреннего стакана относительно наружного под действием набегающего потока воздуха и осуществляют с заданным временным интервалом нагружение объекта испытаний доньями стаканов.
Выполнение ударника в виде двух вложенных один в другой стаканов, донья которых выполняют функцию нагружающих пластин, позволяет обеспечить их параллельное расположение во все время движения ударника, а ориентация доньев в направлении объекта испытания есть необходимое условие его нагружения.
Метание ударника из ствольной баллистической установки обеспечивает возможность за счет изменения параметров ее заряжания проводить ударные испытания объектов в широком диапазоне скоростей. Кроме того, разгонные перегрузки ударника в ствольной баллистической установке существенно ниже, нежели во взрывном метательном устройстве.
Перемещение внутреннего стакана относительно наружного под действием набегающего потока воздуха, проникающего к дну внутреннего стакана через отверстия в дне наружного стакана, и последующее соударение их доньев с объектом испытания с заданным временным интервалом есть необходимое условие ударного нагружения объекта двумя импульсами сжатия.
Сопоставительный анализ предлагаемого ударника и его прототипа показывает, что предлагаемое решение отличается совокупностью следующих конструктивных признаков:
- ударник дополнительно снабжен внутренним стаканом;
- внутренний стакан установлен с возможностью перемещения в наружном и соприкасается с наружным стаканом боковой поверхностью и дном;
- ударник снабжен обтюрирующей оболочкой из полимерного материала, которая сопряжена с наружной боковой поверхностью наружного стакана и выполнена расширяющейся в направлении его открытого торца;
- ударник снабжен манжетой, установленной на открытом торце внутреннего стакана;
- дно наружного стакана снабжено, по крайней мере, двумя сквозными симметрично расположенными отверстиями;
- отверстия смещены относительно центра дна;
- на внутренней боковой поверхности наружного стакана со стороны его открытого торца могут быть симметрично выполнены выступы, а на наружной поверхности внутреннего стакана могут быть соответственно выполнены пазы.
Снабжение ударника в дополнение к наружному стакану внутренним стаканом, донья которых выполняют функцию нагружающих пластин, позволяет нагрузить испытываемый объект двумя последовательными импульсами сжатия.
Размещение внутреннего стакана с возможностью перемещения внутри наружного и с касанием его наружной поверхностью внутренней поверхности наружного стакана обеспечивает строго ориентированное и параллельное перемещение стаканов и соответственно их доньев относительно друг друга, а соприкосновение доньев стаканов, выполняющих функцию нагружающих тонких пластин, придает ударнику в процессе разгона в стволе баллистической установки, сопровождающегося большими величинами разгонных перегрузок, необходимую прочность.
Снабжение ударника обтюрирующей оболочкой, которая сопряжена с наружной боковой поверхностью наружного стакана и выполнена расширяющейся в направлении его открытого торца, обеспечивает надежную герметизацию ствола баллистической установки по поверхности контакта с ударником от прорыва метающих газов, а выполнение оболочки из полимерного материала, кроме того, способствует уменьшению износа канала ствола.
Снабжение ударника манжетой, установленной на открытом торце внутреннего стакана, исключает затекание метающего газа между боковыми поверхностями стаканов, по которым происходит их взаимное перемещение друг относительно друга.
Выполнение в дне наружного стакана, по крайней мере, двух сквозных симметрично расположенных отверстий обеспечивает затекание набегающего потока воздуха между доньями стаканов для их расхождения перед соударением с испытываемым объектом на требуемое расстояние, причем темп расхождения можно регулировать диаметром отверстий и их количеством.
Смещение отверстий относительно центра дна стакана необходимо для исключения нахождения их в зоне взаимодействия ударника и испытываемого объекта.
Выполнение на внутренней боковой поверхности наружного стакана со стороны его открытого торца симметрично расположенных выступов, а на наружной поверхности внутреннего стакана соответственно пазов предназначено для организации замка, исключающего вылет внутреннего стакана из наружного и позволяющего, при необходимости, организовать нагружение объекта с заданным временным интервалом.
На фиг.1 и 2 приведены схемы, поясняющие реализацию способа нагружения испытываемого объекта двумя последовательными импульсами сжатия, на фиг.3 и 4 - схемы конструкций ударников.
Ударник 1 снабжен установленным с возможностью перемещения внутри наружного стакана 2 внутренним стаканом 3, обтюрирующей оболочкой 4 из полимерного материала, например полиэтилена, и манжетой 5, также выполненной, например, из полиэтилена. Стаканы соприкасаются боковыми: внутренней для наружного стакана 2 и наружной для внутреннего стакана 3 поверхностями и в исходном состоянии доньями 6 и 7. Для корректности постановки эксперимента диаметр D внутреннего стакана 3 должен быть выполнен большим наибольшего поперечного размера d испытываемого объекта 14 (фиг.1). Обтюрирующая оболочка 4 сопряжена с наружной боковой поверхностью наружного стакана 2 и выполнена расширяющейся в направлении его открытого торца. Дно 6 наружного стакана 2 снабжено, по крайней мере, двумя сквозными симметрично расположенными отверстиями 8, смещенными от его центра. Манжета 5 установлена на открытом торце внутреннего стакана 3. На внутренней боковой поверхности наружного стакана 2 со стороны его открытого торца могут быть симметрично выполнены выступы 9, а на наружной поверхности внутреннего стакана 3 соответственно выполнены пазы 10.
Реализация способа нагружения испытываемого объекта двумя последовательными импульсами сжатия и работа ударника осуществляются следующим образом.
Ударник 1 помещают в ствол 11 баллистической установки, при этом внутренний стакан 3 с установленной на его открытом торце манжетой 5 вводят в наружный стакан 2 до соприкосновения их доньев 7 и 6. Расклинивают обтюрирующую оболочку 4 перемещением по сопряженной с нею наружной поверхности наружного стакана 2 в направлении движения ударника 1 по стволу 11. Инициирующим устройством 12 воспламеняют заряд 13 и под действием давления продуктов его сгорания производят метание ударника 1. За срезом ствола 11 набегающим потоком воздуха, проникающим через отверстия 8 между доньями 6 и 7 стаканов, производят перемещение внутреннего стакана 3 относительно наружного стакана 2 на требуемое расстояние L между их доньями 6 и 7 и осуществляют последовательное нагружение испытываемого объекта 14 сначала дном 6, а затем дном 7 стаканов с необходимым временным интервалом. Расстояние L на момент встречи ударника 1 с испытываемым объектом 14 может регулироваться как изменением диаметра и количества отверстий 8 в дне 6 наружного стакана 2, определяющих темп перемещения внутреннего стакана 3 относительно наружного стакана 2, так и изменением расстояния испытываемого объекта 14 от среза ствола 11.
1
В случае (фиг.2), если расстояние между доньями 6 и 7 наружного 2 и внутреннего 3 стаканов на момент взаимодействия ударника 1 с испытываемым объектом 14 не должно превышать заданной величины L, независимо от отстояния испытываемого объекта 14 от среза ствола 11, и величина L меньше длины L наружного стакана 2, вводят внутренний стакан 3 в наружный стакан 2, совмещая выступы 9 с пазами 10, и осуществляют разворот внутреннего стакана 3 в наружном стакане 2 относительно их общей продольной оси и, таким образом, исключают вылет внутреннего стакана 3 из наружного стакана 2 во все время его движения.
Предлагаемые способ нагружения испытываемого объекта двумя последовательными импульсами сжатия и ударник для его реализации обладают существенными положительными качествами по сравнению с прототипами, заключающимися в возможности воспроизведения приближенных к реальным условий ударного нагружения объекта двумя импульсами сжатия в течение короткого интервала времени.