Способ оценки характеристик фугасности при взрыве в воздухе движущегося объекта испытания (варианты)
METHOD OF ESTIMATION OF FOUGASSENESS CHARACTERISTICS IN AIR EXPLOSION OF A MOVING TEST OBJECT (VARIANTS)

Изобретение относится к испытательной технике. Преимущественная область использования - испытания по определению характеристик фугасности (амплитуды избыточного давления и удельного импульса положительной фазы проходящей воздушной ударной волны (ВУВ)) при взрыве зарядов боеприпасов (БП), имеющих собственную скорость полета, которая с определенных значений оказывает существенное влияние на их поражающую способность.
Известен способ определения характеристик фугасности движущегося БП (патент РФ №2522740, МПК F42В 35/00 (2006.01), опубл. 20.07.2014, Бюл. №20). Объект испытания (ОИ) в виде фрагмента или уменьшенной модели БП разгоняют с помощью баллистической установки и подрывают на жесткой поверхности в заданной точке траектории. Осуществляют регистрацию пространственного положения ОИ в точке подрыва и распределение характеристик ВУВ в полупространстве в радиальных направлениях и на заданном расстоянии от точки подрыва с применением датчиков давления, чувствительные элементы которых расположены заподлицо с поверхностью измерительного поля (ИП). Далее осуществляют подрыв неподвижного ОИ, расположенною на жесткой поверхности таким образом, чтобы совпадали точка его подрыва с точкой подрыва, зарегистрированной в эксперименте с движущимся ОИ, и ось симметрии с траекторией полета. Также осуществляют регистрацию распределения характеристик ВУВ в полупространстве в радиальных направлениях и на заданном расстоянии от точки подрыва с применением датчиков давления, чувствительные элементы которых расположены заподлицо с поверхностью ИП. На следующем этапе регистрируют характеристики ВУВ в измерительных точках и их распределения в полупространстве при подрыве на поверхности ИП БП, установленного так, чтобы совпадали точка его подрыва с точкой подрыва ОИ и его ось симметрии с траекторией полета ОИ. После обработки экспериментальной информации проводят сопоставление характеристик ВУВ от подрыва движущегося и неподвижного ОИ. Определяют коэффициенты, характеризующие влияние собственной скорости ОИ на изменение его характеристик фугасности. На основании определенных коэффициентов получают характеристики фугасности БП, имеющего удвоенную массу и собственную скорость на момент его подрыва, и их распределение в безграничном пространстве. Затем, используя метол подобия и полученные коэффициенты, определяют характеристики фугасности БП, имеющего собственную скорость, и их распределение в безграничном пространстве. Способ выбран в качестве прототипа.
Данный способ не позволяет определять абсолютное значение амплитуды ВУВ как одной из характеристик фугасности БП в любой измерительной точке области, ограниченной в направлении движения БП углом полураствора, так как внутри нее происходит разлет осколков оболочки БП. Высокоскоростные разнокалиберные осколки формируют головные ударные волны, которые накладываются на основную ВУВ, и в ряде случаев, амплитуда головных ВУВ существенно превышает амплитуду, получающуюся от взрыва заряда взрывчатого вещества (ВВ) БП. В данном способе для определения характеристик фугасности БП обязательным условием является проведение серии испытаний с разгоном и последующим подрывом в заданной точке траектории ОИ, что существенно увеличивает временные затраты на проведение работы, трудозатраты и материальные затраты, в том числе физический износ дорогостоящего испытательного оборудования.
Изобретение направлено на создания способа определения характеристик фугасности при подрыве в воздухе БП, имеющего собственную скорость полета.
Технический результат: возможность определения с требуемой погрешностью реальных характеристик фугасности БП, имеющею собственную скорость полета, при значительном уменьшении стоимости экспериментальных работ по определению данных характеристик разрабатываемых БП.
Поставленная задача решается за счет того, что по первому варианту в заявляемом способе определения характеристик фугасности движущегося объекта испытания с сосредоточенным зарядом ВВ в виде боеприпаса с сосредоточенным зарядом ВВ, или его модели, или фрагмента, включающем размещение на жесткой поверхности ИП в радиальных направлениях и на заданных расстояниях от заданной точки в измерительных точках (ИТ) датчиков давления, подрыв неподвижного ОИ, установленного в заданной точке па жесткой поверхности ИП, регистрацию в полупространстве, ограниченном углом полураствора характеристик ВУВ, определение на основе полученных данных характеристик фугасности движущегося ОИ, в котором в отлично от проточина после регистрации характеристик проходящей ВУВ последовательно определяют:
- зависимости удельного импульса положительной фазы ВУВ и по времени прихода ВУВ в ИТ зависимости максимального значения избыточного давления во фронте ВУВ от расстояния и направления ее распространения;
- коэффициенты в формулах Садовского М.А., обеспечивающие в полупространстве, ограниченном углом полураствора 90 градусов в направлении движения ОИ, совпадение соответствующих зависимостей характеристик фугасности от расстояния, определенных по результатам регистрации характеристик проходящей ВУВ и времен ее прихода ВУВ в ИТ, с полученными расчетным путем для заряда ВВ в составе неподвижного ОИ в тротиловом эквиваленте;
- для заданной ИТ путем подстановки массы эквивалентного неподвижного заряда ВВ в тротиловом эквиваленте, масса которого соответствует массе заряда ВВ, энергия взрывчатого превращения которого равна сумме энергии взрывчатого превращения заряда ВВ в составе неподвижного ОИ и кинетической энергии ОИ для заданного значения собственной скорости, в соответствующую формулу Садовского М.А. с полученными коэффициентами для каждой характеристики фугасности, относительно центра взрыва заряда ВВ в составе неподвижного ОИ, определяют радиус области, ограниченной изолинией с соответствующим значением характеристики фугасности, равным значению характеристики для заданной ИТ при взрыве заряда ВВ в составе неподвижною ОИ;
- смещение каждой этой области в направлении движения ОИ относительно соответствующей области для заряда ВВ в составе неподвижного ОИ из условия пересечения указанных областей для заряда ВВ в составе неподвижного ОИ и эквивалентного неподвижного заряда ВВ в двух точках, расположенных на прямой, перпендикулярной направлению движения ОИ и проходящей через центр взрыва заряда ВВ в составе неподвижного ОИ;
- для каждой характеристики фугасности геометрически определяют радиус области для эквивалентного неподвижного заряда ВВ из условия, что изолиния, ограничивающая область для определяемой характеристики фугасности, проходит через заданную ИТ и радиусы, каждый из которых соединяет центр области с точкой пересечения изолинии, ограничивающей данную область, и линии, проходящие центр взрыва заряда ВВ в составе неподвижного ОИ и заданную ИТ, параллельны;
- затем путем подстановки в соответствующую формулу Садовского М.А с полученными коэффициентами для массы эквивалентного неподвижною заряда ВВ и радиуса области для каждой определяемой характеристики фугасности определяют характеристику фугасности, соответствующую характеристике фугасности при взрыве движущегося с заданным значением собственной скорости объекта испытания (ОИ) с сосредоточенным зарядом ВВ.
Применение всей совокупности признаков по первому варианту заявляемого способа позволяет, используя установленную экспериментально взаимосвязь характеристик распространения ВУВ для взрыва неподвижного заряда ВВ, энергия взрывчатого превращения которого равна сумме энергии взрывчатого превращения неподвижного заряда и его кинетической, и характеристик распространения ВУВ, образованной в результате взрыва движущегося заряда ВВ, определять с заданной погрешностью реальные значения характеристик фугасности при подрыве сосредоточенного заряда ВВ, входящего в состав БП, имеющего собственную скорость и различные габариты.
Поставленная задача решается за счет того, что по второму варианту в заявляемом способе определения характеристик фугасности движущегося объекта испытания с удлиненным зарядом ВВ в виде боеприпаса с удлиненным зарядом ВВ, или его модели, или фрагмента, включающем размещение на жесткой поверхности ИП в радиальных направлениях и на заданных расстояниях от заданной точки в ИТ датчиков давления, подрыв неподвижного ОИ, установленного в заданной точке на жесткой поверхности ИП, регистрацию в полупространстве, ограниченном углом полураствора характеристик ВУВ, определение на основе полученных данных характеристик фугасности движущегося ОИ, в котором в отличии от прототипа после регистрации характеристик проходящей ВУВ последовательно определяют:
- зависимости удельного импульса положительной фазы ВУВ и по времени прихода ВУВ в ИТ зависимости максимального значения избыточного давления во фронте ВУВ от расстояния и направления ее распространения;
- коэффициенты в формулах Садовского М.А., обеспечивающие в полупространстве, ограниченном углом полураствора 90 градусов в направлении движения ОИ, совпадение соответствующих зависимостей характеристик фугасности от расстояния, определенных по результатам регистрации характеристик проходящей ВУВ и времен ее прихода ВУВ в ИТ, с полученными расчетным путем для заряда ВВ в составе неподвижного ОИ в тротиловом эквиваленте;
- для заданной ИТ путем подстановки массы эквивалентного неподвижного заряда ВВ в тротиловом эквиваленте, масса которого соответствует массе заряда ВВ, энергия взрывчатого превращения которого равна сумме энергии взрывчатого превращения заряда ВВ в составе неподвижного ОИ и кинетической энергии ОИ для заданного значения собственной скорости, в соответствующую формулу Садовского М.А. с полученными коэффициентами для каждой характеристики фугасности, относительно центра взрыва заряда ВВ в составе неподвижного ОИ, определяют радиус области, ограниченной изолинией с соответствующим значением характеристики фугасности, равным значению характеристики для заданной ИТ при взрыве заряда ВВ в составе неподвижного ОИ;
- смещение каждой этой области в направлении движения ОИ относительно соответствующей области для заряда ВВ в составе неподвижного ОИ из условия пересечения указанных областей для заряда ВВ в составе неподвижного ОИ и эквивалентного неподвижного заряда ВВ в двух точках, расположенных на прямой, перпендикулярной направлению движения ОИ и проходящей через центр взрыва заряда ВВ в составе неподвижного ОИ;
- для каждой характеристики фугасности геометрически определяют радиус области для эквивалентного неподвижного заряда ВВ из условия, что изолиния, ограничивающая область для определяемой характеристики фугасности, проходит через заданную ИТ и радиусы, каждый из которых соединяет центр области с точкой пересечения изолинии, ограничивающей данную область, и линии, проходящие центр взрыва заряда ВВ в составе неподвижного ОИ и заданную ИТ, параллельны;
- затем для заданной ИТ в угле полураствора от 45 до 90 градусов относительно направления движения ОИ путем подстановки в соответствующую формулу Садовского М.А с полученными коэффициентами для массы эквивалентного неподвижного заряда ВВ и радиуса области для каждой определяемой характеристики фугасности определяют характеристику фугасности, соответствующую характеристике фугасности при взрыве движущегося с заданным значением собственной скорости удлиненного заряда ВВ в составе ОИ;
- а для заданной ИТ в угле полураствора от 0 до 45 градусов относительно направления полета ОИ характеристики фугасности при взрыве движущегося с заданным значением собственной скорости удлиненного заряда ВВ в составе ОИ определяют как для ИТ, расположенной на линии, проходящей через центр взрыва заряда ВВ в составе неподвижного ОИ под углом 45° градусов относительно направления движения ОИ, и на расстоянии от центра взрыва заряда ВВ в составе неподвижного ОИ, равном расстоянию заданной ИТ от центра взрыва заряда ВВ в составе неподвижного ОИ.
Применение всей совокупности признаков по второму варианту заявляемого способа позволяет, используя установленную экспериментально взаимосвязь характеристик распространения ВУВ для взрыва неподвижного заряда ВВ, энергия взрывчатого превращения которого равна сумме энергий взрывчатого превращения неподвижного заряда и его кинетической, и характеристик распространения ВУВ, образованной в результате взрыва движущегося заряда ВВ, определять с заданной погрешностью реальные значения характеристик фугасности при подрыве удлиненного заряда ВВ, входящего в состав БП, имеющего собственную скорость и различные габариты.
экв
экв1
Изобретение поясняется фигурами 1-4, на которых изображена последовательность осуществления способа: на фиг. 1 приведена схема определения радиуса R области регистрации зависимостей амплитуды избыточного давления, соответствующего расстоянию от точки подрыва, на котором реализуются параметры поражения минимально защищенной из рассматриваемого ряда целей, на фиг. 2 приведена схема определения радиуса области R, ограниченной изолинией с соответствующим значением характеристики фугасности, равным значению характеристики для заданной ИТ при взрыве заряда ВВ в составе БП, на фиг. 3 приведена схема определения смешения L каждой области в предполагаемом направлении движения БП относительно соответствующей области для заряда ВВ в составе неподвижного БП, на фиг. 4 приведена схема определения радиуса области R для эквивалентного неподвижного заряда ВВ.
По первому варианту заявляемого способа определение характеристик фугасности для ОИ с сосредоточенным зарядом ВВ осуществляется следующим образом.
Формируют ИП, имеющую гладкую жесткую поверхность. Размеры поверхности ИП определяют следующим образом. Каждый БП предназначен для поражения определенного ряда целей, для которых известна поражающая способность ВУВ, выраженная в значениях амплитуды избыточного давления и удельного импульса положительной фазы. Для исследуемого БП, имеющего сосредоточенный заряд ВВ с использованием широко известных формул вычисления амплитуды избыточного давления во фронте ВУВ, длительности положительной фазы и удельного импульса положительной фазы определяют радиус R области регистрации зависимостей амплитуды избыточного давления, соответствующий расстоянию от точки подрыва, на котором реализуются параметры поражения минимально защищенной из рассматриваемого ряда целей (см. фиг. 1). Для зарядов ВВ с цилиндрической симметрией достаточно осуществлять регистрацию зависимостей амплитуды избыточного давления от времени ΔР(t) в полуплоскости полупространства. На поверхности ИП от заданной точки подрыва ОИ в радиальных направлениях трассируют измерительные лучи, в ИТ на заданном расстоянии от точки подрыва устанавливают датчики давления. При этом чувствительные элементы датчиков помещают в ИТ заподлицо с поверхностью рабочего поля и ориентируют вертикально вверх. Положение ИТ определяют полярным радиусом, исходящим из точки подрыва, и узлом α, отсчитываемым от “пулевого луча”.
Чтобы избежать отражения ВУВ от различных преград и наложения отраженных волн на положительную фазу ВУВ обеспечивают:
1
- увеличение радиуса области регистрации на расстояние L
1
ув1
+1
L=D⋅τ,
ув1
+1
где D - скорость распространения фронта ВУВ в крайней ИТ измерительного луча, τ - длительность положительной фазы ВУВ в крайней ИТ измерительного луча;
2
- расположение точки подрыва от края поверхности рабочего поля на расстоянии L
2
ув2
+2
L=D⋅τ,
ув2
+2
где D - скорость распространения фронта ВУВ в ближайшей к точке подрыва ИП измерительного луча, τ - длительность положительной фазы ВУВ в ближайшей к точке подрыва ИТ измерительного луча.
Объект испытания в виде БП устанавливают на ИП таким образом, чтобы проекция его точки подрыва совпадала с точкой подрыва на поверхности ИП, а ось симметрии данного БП совпадала с пулевым лучом. Производят подрыв БП и регистрацию в полупространстве, ограниченном углом полураствора характеристик проходящей ВУВ в ИТ. По зарегистрированным зависимостям избыточного давления в ИТ ИП определяют аппроксимационные зависимости удельного импульса положительной фазы ВУВ от расстояния и направления ее распространения. С применением значений времен прихода ВУВ в ИТ по методу, изложенному в ГОСТ В 25801-83, определяют зависимости максимального значения избыточного давления во фронте ВУВ от расстояния и направления ее распространения. Далее определяют коэффициенты ''А'' и ''В'' в формулах Садовского М.А. (Физика взрыва. В двух томах. Под ред. Л.П. Орленко. - М.: ФИЗМАЛИТ, 2002):
,
,
(где ΔР - значение избыточного давления во фронте ВУВ, m - масса заряда ВВ, r - расстояние от центра взрыва; J - удельный импульс положительной фазы ВУВ) для характеристик фугасности, обеспечивающие в полупространстве, ограниченном углом полураствора 90 градусов в предполагаемом направлении движения ОИ совпадение соответствующих зависимостей характеристик фугасности от расстояния, определенных по результатам регистрации характеристик проходящей ВУВ и времен се прихода ВУВ в ИТ, с полученными расчетным путем для заряда ВВ в составе неподвижного ОИ в тротиловом эквиваленте.
Определяют массу эквивалентного неподвижного заряда ВВ, масса которого соответствует массе заряда ВВ, энергия взрывчатого превращения которого равна сумме энергии взрывчатого превращения заряда ВВ с составе неподвижного ОИ и кинетической энергии ОИ для заданного значения собственной скорости:
тнтэкв
кин
вр
тнт
М=(Е+Q)/Q,
кин
где Е - кинетическая энергия БП, движущегося с заданной скоростью;
вр
Q - теплота взрывчатого превращения заряда ВВ в составе БП;
тнт
Q - теплота взрывчатого превращения тротила.
ИТ
экв
Для заданной ИТ пространства (R) путем подстановки значения массы эквивалентного неподвижного заряда ВВ в формулу Садовского М.А. с полученными коэффициентами для каждой характеристики фугасности определяют радиус области R, ограниченной изолинией с соответствующим значением характеристики фугасности, равным значению характеристики для заданной ИТ при взрыве заряда ВВ в составе БП (см. фиг. 2).
Далее вычисляют смещение L каждой этой области в предполагаемом направлении движения БП относительно соответствующей области для заряда ВВ в составе неподвижного БП из условия пересечения областей для заряда ВВ в составе неподвижного БП и эквивалентного неподвижного заряда ВВ в двух точках, расположенных на прямой, перпендикулярной предполагаемому направлению движения БП и проходящей через точку подрыва неподвижного БП (см. фиг. 3).
экв1
экв
экв1
Для каждой характеристики фугасности определяют радиус области R для эквивалентного неподвижного заряда ВВ, из условия, что изолиния, ограничивающая область для определяемой характеристики фугасности, проходит через заданную ИТ и радиусы R и R параллельны (см. фиг. 4).
тнтэкв
экв1
Затем путем подстановки в соответствующую формулу Садовского М.А с полученными коэффициентами для значения массы эквивалентного неподвижного заряда ВВ М и радиуса области R для каждой определяемой характеристики фугасности определяют характеристику фугасности, соответствующую характеристике фугасности при взрыве движущегося с заданным знамением собственной скорости БП с сосредоточенным зарядом ВВ.
Осуществление второго варианта заявляемого способа определения характеристик фугасности для ОИ с удлиненным зарядом ВВ производится аналогично осуществлению заявляемого способа по первому варианту, изложенному выше, до заключительного этапа определения характеристик фугасности.
тнтэкв
экв1
Для заданной ИТ в угле полураствора от 45 до 90 градусов относительно предполагаемого направления движения БП путем подстановки в соответствующую формулу Садовского М.А с полученными коэффициентами для значения массы эквивалентного неподвижного заряда ВВ M и радиуса области R для каждой определяемой характеристики фугасности определяют характеристику фугасности, соответствующую характеристике фугасности при взрыве движущегося с заданным значением собственной скорости удлиненного заряда ВВ в составе БП (см. фиг. 4)
Для заданной ИТ в угле полураствора от 0 до 45 градусов относительно предполагаемого направления полета БП характеристики фугасности при взрыве движущегося с заданным значением собственной скорости удлиненного заряда ВВ в составе БП определяют как для ИТ, расположенной на линии, проходящей через центр взрыва заряда ВВ в составе неподвижного БП под углом 45° градусов относительно предполагаемого направления движения БП, и на расстоянии от центра взрыва заряда ВВ в составе неподвижного БП, равном расстоянию заданной ИТ от центра взрыва БП.
Данный способ был применен в экспериментальных исследованиях и позволил с заданной точностью определить реальные значениям характеристики фугасности БП.
Данный способ может быть применен ко всем известным на сегодняшний день осесимметричным формам БП и используемым в них взрывчатым материалам.