БАЛЛИСТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА С ОТСЕКАТЕЛЕМ
BALLISTIC UNIT WITH SPLITTER

Изобретение относится к технике высокоскоростного метания в лабораторных условиях и предназначено для аэробаллистических исследований и экспериментов по высокоскоростному взаимодействию ударников с преградами. При проведении таких экспериментов модели и ударники, как правило, ускоряются в пластмассовых поддонах. Часто необходимо отделять поддон от метаемого элемента, что является достаточно сложной проблемой. Кроме того, для некоторых исследований нежелательным является попадание в баллистическую трассу и метающего газа (движение моделей в реагирующих средах, исследование чувствительности взрывчатых веществ к удару и др.).
Известны различные устройства для отделения (отсечки) поддона. Простейшим из них является преграда из картона или фанеры [1]. При соударении с такой преградой поддон дробится и его осколки отстают от метаемого элемента. Влияние такой преграды на метаемый элемент незначительно. Однако метающий газ практически полностью перетекает в трассу.
Наиболее близкой по технической сущности и условиям применения является баллистическая установка, к стволу которой последовательно пристыкованы отсекатель газа и отсекатель поддонов [2, 3]. Отсекатель газа имеет камеру с отверстиями, которые перед выстрелом закрываются резиновыми пробками. После выхода метаемой сборки из ствола метающий газ выбивает эти пробки и отсек соединяется с атмосферой, что позволяет уменьшить количество метающего газа, попадающего в баллистическую трассу. Отделение элементов разрезного поддона происходит коническим отсекателем, а разведение их в стороны происходит за счет аэродинамических сил. Для этого в отсекателях газа и поддонов перед выстрелом устанавливается давление 50…100 мм рт.ст.
Недостатки описанной выше баллистической установки заключаются в следующем:
- общая длина отсекателя составляет не менее 3-х метров, что накладывает ограничение на длину экспериментального помещения;
- наличие давления в отсекателях для разведения в стороны элементов разрезного поддона приводит к торможению также и метаемого элемента;
- неполная отсечка метающего газа, так как определенная часть метающего газа движущегося по оси выстрела попадает в трассу вслед за метаемым элементом или даже впереди него;
- возможность попадания в трассу осколков поддона или продуктов абляции ствола и поддона.
Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение длины установки, уменьшение торможения метаемого элемента после выхода из ствола, полная отсечка метающего газа и элементов поддона.
в
к
Поставленная задача решается тем, что ствол баллистической установки, в котором ускоряется метаемая сборка (метаемый элемент в поддоне) состыкован с цилиндроконическим насадком, у которого диаметр входного цилиндрического участка равен калибру ствола, а выходного цилиндрического участка d=1,2…1,4d, где d - калибр метаемого элемента. Во входную часть цилиндроконического насадка вставлен цилиндроконический буфер из пластического материала, например полиэтилена, с внутренним каналом диаметром d=1,1…1,2d.
При скоростях метания свыше 2-х км/с перед пластическим буфером может быть установлен демпфер из градиентного или однородного материала с высоким энергопоглощением, например из пористой меди.
Поддон метаемой сборки выполнен в виде двух вставленных один в другой стаканов. Причем наружный стакан изготовлен из мягкого пластического материала, например из полиэтилена, а внутренний - из прочного термопласта (фенилон, графилон, поликарбонат) или легкого сплава с высокой удельной прочностью (В-95, МА-4, Д16-Т).
Торможение поддона в цилиндроконическом насадке длиной порядка 0,3…0,5 м вместо аэродинамического разведения элементов поддона позволяет существенно уменьшить длину баллистической установки и полностью исключить попадание метающего газа, а также продуктов абляции ствола и поддона в трассу. Кроме этого, такая конструкция позволяет проводить исследования по высокоскоростному соударению “стреляя в упор”, что в свою очередь позволяет существенно уменьшить размеры экспериментального помещения. Диаметры внутреннего канала буфера и выходного цилиндра насадка выбраны из условия беспрепятственного пролета метаемого элемента при обычных допусках на несоосность и непрямолинейность соединения ствола и насадка.
На чертеже приведен пример реализации предлагаемого изобретения. Баллистическая установка создана на базе двухступенчатой легкогазовой установки ППХ 23/8 [4] и включает в себя пороховую камеру 1 с кольцевым вкладышем 2, ствол 3, в начале которого размещена метаемая сборка, состоящая из внешнего 4 и внутреннего стакана 5. Во внутреннем стакане 5 выполнена полость для метаемого элемента 6. Ствол 3 дульным срезом состыкован с двухслойным цилиндроконическим насадком, в котором кожух 7 одет на лейнер 8 с помощью горячей посадки. В цилиндроконический насадок вставлен буфер 9. С тыльной стороны в цилиндроконический насадок вставлен электромагнитный датчик скорости 10 с патрубком для соединения с вакуумным насосом. Дульный срез датчика скорости 10 герметично закрыт лавсановой или майларовой пленкой 11, которая закрепляется прижимным кольцом 12. Перед буфером 9 может располагаться кольцевой демпфер 13 с коническим внутренним каналом.
Процесс выстрела происходит следующим образом. После инициирования порохового заряда в пороховой камере 1 продукты сгорания ускоряют метаемую сборку 4, 5, 6 в стволе 3. Наличие в пороховой камере 1 кольцевого вкладыша 2 позволяет выбрать необходимую плотность заряжания порохового заряда, обеспечивающую максимальную воспроизводимость заданной скорости для различных метаемых элементов [5-8]. После соприкосновения внешнего стакана 4 с демпфером 13 стакан 4 начинает тормозиться. После соприкосновения внутреннего стакана 5 с демпфером 13 стакан 5 также начинает тормозиться. Материал демпфера подбирается таким образом, чтобы скорость звука в нем была выше, чем скорость метаемой сборки. Это, а также коническая форма канала демпфера позволяет более плавно начать ускорение буфера 9. Метаемый элемент 6 продолжая движение с прежней скоростью, пролетает канал пластического буфера 9, выходной цилиндр цилиндроконического насадка 8, канал электромагнитного датчика 10, пробивает лавсановую пленку 11, и используется далее для экспериментов по высокоскоростному взаимодействию или в аэробаллистической трассе. После полного сжатия демпфера 13 буфер 9 ускоряется и движется в цилиндроконическом насадке, его канал охлопывается, что полностью исключает возможность попадания метающего газа, а также каких-либо частей поддона в баллистическую трассу. После схлопывания канала и подхода буфера 9 к выходному цилиндру он тормозится и останавливается.
Предложенная конструкция баллистической установки с отсекателем газов и поддонов обеспечивает получение “абсолютно чистого метаемого элемента” и позволяет существенно уменьшить экспериментальное помещение. Кроме этого, обеспечивается существенное уменьшение звука выстрела и, практически, полное отсутствие отката баллистической установки. Достаточно установить ствол в подвижных люнетах с резиновыми упорами. И, наконец, загерметизированный в стволе метающий газ может быть откачан непосредственно в вентиляционную систему, что исключает попадание его в экспериментальное помещение.
Источники информации
1. Златин Н.А., Красильщиков А.П., Мишин Г.И., Попов Н.Н. Баллистические установки и их применение в экспериментальных исследованиях. М.: Наука, 1974, 344 с.
2. Теоретические и экспериментальные исследования гиперзвуковых течений при обтекании тел и в следах: Сб. статей./Под ред. Г.Г.Черного, С.Ю.Чернявского. М.: Изд-во Моск. гос. ун-та, 1979.
3. Аэробаллистическая установка - инструмент современной экспериментальной гиперзвуковой аэродинамики. Отчет. / Институт Механики МГУ, №2032. Рук. темы Черный Г.Г., Чернявский С.Ю. М.: 1977, 43 с.
4. Христенко Ю.Ф. К проблеме повышения живучести двухступенчатых баллистических установок. "Прикладная механика и техническая физика", 2000. Т.41, №6. С.153-160.
5. Христенко Ю.Ф. Экспериментальные исследования основных внутрибаллистических процессов легкогазовых установок. Избранные доклады "Всесибирские чтения по математике и механике". Томск: изд. Томск. ун-та, 1997. Т.2. Механика. С.207-213.
6. Христенко Ю.Ф. Двухступенчатая легкогазовая установка. Патент РФ №2251063. Бюл. №12, 2005.
7. Кульпин В.И., Синяев С.В., Христенко Ю.Ф. Датчик положения и скорости перемещения быстродвижущихся тел. Патент РФ №2193207. Бюл. №32, 2002.
8. Кульпин В.И., Синяев С.В., Христенко Ю.Ф. Датчик момента пролета и скорости перемещения быстродвижущихся тел. Заявка на изобретение №2005100882/28(000968). Приоритет от 17.01.2005.