СПОСОБ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ПОРОХОВОГО ЗАРЯДА В БАЛЛИСТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКЕ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF POWDER CHARGE IGNITION IN THE BALLISTIC INSTALLATION AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к испытательной технике. Преимущественная область применения - воспламенение пороховых зарядов в пороховых баллистических установках, используемых в качестве разгонных устройств в стендах для испытаний конструкций на воздействие интенсивных механических нагрузок.
Известен способ воспламенения порохового заряда в баллистической установке и пороховая баллистическая установка, описанные в патенте RU 02467300, "Стенд динамических испытаний", МПК G01M 7/08(2006.01), опубл. 20.11.2012. Стенд динамических испытаний содержит разгонное устройство (пороховую баллистическую установку (ПБУ)), включающее ствол, источник давления в виде порохового заряда (зарядного модуля), размещенного в зарядной камере, и инициирующее устройство. При подаче электрического импульса на инициирующее устройство производят воспламенение порохового заряда в зарядной камере, вследствие чего в ней увеличивается давление, под действием которого осуществляется разгон контейнера - метаемого объекта (МО). В процессе разгона происходит нагружение размещенного в МО объекта испытаний (ОИ) с реализацией требуемых параметров импульса ускорения.
Недостатками данных способа и установки являются следующие.
Для улучшения условий воспламенения порохового заряда зарядный модуль расположен вплотную или на некотором малом расстоянии от отверстия, предназначенного для подвода форса пламени от воспламенителя в объем зарядной камеры. Под действием давления продуктов сгорания воспламенителя происходит перемещение зарядного модуля вдоль зарядной камеры и последующее его ударное взаимодействие с МО, что, в свою очередь, приводит к появлению в нем продольных колебаний, воспринимаемых размещенным в нем ОИ, и искажению заявленного режима нагружения ОИ, выражающемуся в появлении паразитных наложенный колебаний.
В то же время для устранения указанного ударного воздействия зарядного модуля на МО и соответственно искажения режима нагружения, зарядный модуль размещают вплотную к МО или на некотором малом расстоянии от него. При этом интенсивность воспламенения порохового заряда уменьшается вследствие значимых тепловых потерь воспламеняющих газов на прогрев стенок камеры и воздушного промежутка между зарядным модулем и отверстием, из которого они истекают (отверстием, подводящим форс пламени от воспламенителя в объем зарядной камеры), что приводит к снижению стабильности воспроизведения воспламенительного периода и, как следствие, нестабильному воспроизведению внутрибаллистических параметров (и параметров нагружения ОИ). Согласно экспериментальным данным при максимальном давлении пороховых газов 300 МПа наблюдается разброс по длительности фронта нарастания давления до максимума ±15%.
Известен способ воспламенения порохового заряда и баллистическая установка, описанные в патенте RU69218, "Метательный заряд", МПК F41F 1/00 (2006.01), опубл. 10.12.2007, и выбранные в качестве прототипа для заявляемых способа и установки. Метательный заряд, устанавливаемый в зарядной камере баллистической установки, включает в себя несколько цилиндрических модулей, состоящих из порохового заряда, размещенного в оболочке из сгораемого материала, и последовательно установленных в зарядной камере вплотную друг к другу. В полости порохового заряда размещен стержневой осевой воспламенитель из детонирующего шнура. При подаче электрического импульса на инициирующее устройство производят подрыв взрывчатого вещества (ВВ), входящего в состав осевого воспламенителя. Продукты детонации производят воспламенение порохового заряда, начинается газоприход в зарядной камере ствола пороховой баллистической установки, вследствие чего в зарядной камере увеличивается давление, под действием которого в стволе ПБУ осуществляют разгон МО.
Данный способ воспламенения порохового заряда и пороховая баллистическая установка имеют значимый недостаток, не позволяющий использовать их при проведении динамических испытаний. При детонации ВВ, входящего в состав детонирующего шнура, формируется кратковременное нагружающее воздействие на МО, приводящее к преднагружению размещенного в нем ОИ и возникновению колебаний в конструкции МО, искажающих воспроизводимый режим нагружения ОИ.
Решаемой технической задачей является создание способа воспламенения порохового заряда в баллистической установке и установки для его осуществления, используемой в качестве разгонного устройства в стендах для испытаний конструкций на воздействие механических нагрузок, обеспечивающих стабильные условия воспламенения порохового заряда от опыта к опыту, высокую воспроизводимость внутрибаллистических параметров и, как следствие, параметров механического нагружения ОИ, размещенного в МО, отсутствие «паразитных» воздействий на ОИ (продольных колебаний конструкции МО).
Технический результат достигается за счет применения способа воспламенения порохового заряда в баллистической установке, включающего размещение порохового заряда, выполненного из модулей, содержащих оболочки из сгораемого материала, в зарядной камере баллистической установки, его воспламенение. В отличие от прототипа в заявляемом способе пороховой заряд выполняют состоящим из двух разнесенных модулей, первый модуль устанавливают вплотную к отверстию, предназначенному для подвода форса пламени от воспламенителя в объем зарядной камеры, и фиксируют его в заданном положении, а второй - вплотную к метаемому объекту, сначала производят воспламенение первого модуля, а воспламенение второго модуля осуществляют продуктами сгорания воспламенителя и первого зарядного модуля.
Технический результат достигается также за счет применения пороховой баллистической установки, содержащей ствол для размещения в нем МО, пороховой заряд, выполненный из модулей, содержащих оболочки из сгораемого материала, установленный в зарядной камере, воспламенитель. В отличие от прототипа пороховой заряд выполнен состоящим из двух разнесенных модулей. Первый модуль размещен в металлическом стакане с перфорированным дном, разделяющим зарядную камеру на две части и фиксирующим первый зарядный модуль вплотную к отверстию, предназначенному для подвода форса пламени от воспламенителя в объем зарядной камеры. Второй модуль установлен вплотную к МО.
Выполнение порохового заряда состоящим из двух разнесенных модулей позволяет установить первый модуль вплотную к отверстию, предназначенному для провода форса пламени от воспламенителя в объем зарядной камеры, а второй - вплотную к МО.
Установка первого модуля вплотную к отверстию, предназначенному для подвода форса пламени от воспламенителя в объем зарядной камеры, и фиксация его в заданном положении с последующим его воспламенением позволяет реализовать стабильные условия воспламенения данного модуля, а следовательно, и всего заряда в целом, что обеспечивает высокую воспроизводимость внутрибаллистических параметров и параметров механического нагружения ОИ.
Установка второго зарядного модуля вплотную к МО с последующим его воспламенением продуктами сгорания воспламенителя и первого зарядного модуля позволяет исключить его перемещение вдоль зарядной камеры под действием давления продуктов сгорания и ударное взаимодействие с МО, и тем самым избежать «паразитных» воздействий на ОИ (продольных колебаний конструкции МО).
Размещение первого модуля в металлическом стакане с перфорированным дном, разделяющим зарядную камеру на две части и фиксирущим первый зарядный модуль вплотную к отверстию, предназначенному для подвода форса пламени от воспламенителя в объем зарядной камеры, позволяет, с одной стороны, обеспечить стабильные условия воспламенения модуля, с другой - исключить возможное перемещение модуля в сторону МО и их ударное взаимодействие, что приводило бы к появлению «паразитных» воздействий на ОИ (продольных колебаний конструкции МО).
Заявляемый способ воспламенения порохового заряда в баллистической установке и установка для его осуществления поясняются чертежами: фиг. 1 - пример конструктивного исполнения ПБУ; фиг. 2 - экспериментальные зависимости давления от времени на участке нарастания, полученные при использовании способа и установки, описанных в аналоге (патент RU 02467300) (демонстрируют нестабильность воспроизведения длительности фронта нарастания давления до максимума); фиг. 3 - экспериментальные зависимости давления от времени на участке нарастания, полученные при использовании предлагаемых способа и установки (демонстрируют стабильность воспроизведения длительности фронта нарастания давления до максимума); фиг. 4 - экспериментальная зависимость ускорения ОИ от времени при использовании способа и установки, описанных в аналоге (патент RU 02467300) (демонстрирует наличие продольных колебаний конструкции МО); фиг. 5 - экспериментальная зависимость ускорения ОИ от времени при использовании предлагаемых способа и установки (демонстрирует отсутствие продольных колебаний конструкции МО).
ПБУ (фиг. 1) включает в свой состав ствол 1 с установленным в нем МО 2, зарядную камеру 3, размещенный в ней пороховой заряд, выполненный из двух разнесенных цилиндрических модулей 4, 5, содержащих оболочки из сгораемого материала 6, 7 соответственно, и воспламенитель 8, в качестве которого может быть использован пиропатрон вместе или без дополнительного воспламенителя 9 из пороха ДРП-1. При использовании ПБУ в качестве разгонного устройства в стенде для испытаний конструкций на воздействие механических нагрузок в МО 2 (контейнере) закреплен ОИ 10.
Первый модуль 4 размещен в металлическом стакане 11 с перфорированным дном 12 вплотную к отверстию 13, предназначенному для подвода форса пламени от воспламенителя 8 в объем зарядной камеры 3. Перфорированное дно 12 стакана 11 разделяет зарядную камеру 3 на две части 14, 15 и фиксирует первый зарядный модуль 4 в заданном положении (вплотную к отверстию 13). Второй модуль 5 установлен вплотную к МО 2.
Функционирование заявляемой ПБУ, обеспечивающей реализацию заявляемого способа воспламенения порохового заряда, осуществляется следующим образом.
После инициирования воспламенителя 8 происходит истечение его продуктов сгорания из отверстия 13 в объем 14 зарядной камеры 3 и воспламенение ими размещенного в нем первого зарядного модуля 4. Благодаря тому, что первый модуль 4 размещен и зафиксирован вплотную к отверстию 13, продукты сгорания воспламенителя 8 омывают и воспламеняют пороховые зерна первого модуля 4 непосредственно при истечении из отверстия 13. В связи с этим, тепловые потери продуктов сгорания воспламенителя 8 минимальны. Это благоприятно влияет на интенсивность процесса воспламенения первого зарядного модуля 4 и позволяет реализовать стабильные условия его воспламенения от опыта к опыту, при которых обеспечивается и высокая стабильность воспроизведения внутрибаллистических параметров в целом.
Воспламенение второго зарядного модуля 5 осуществляется продуктами сгорания воспламенителя 8 и первого зарядного модуля 4, истекающими через перфорации в дне 12 стакана 11 в объем 15 зарядной камеры. Благодаря большому количеству высокотемпературных продуктов сгорания и относительно высокому начальному давлению пороховых газов, образованных при сгорании части слоя пороховых зерен первого модуля 4, реализуются благоприятные условия для воспламенения второго зарядного модуля 5, обеспечивающие стабильность воспроизведения внутрибаллистических параметров. Разновременность процессов воспламенения модулей 4 и 5 минимальна и датчиком давления, расположенным вблизи МО 2, не регистрируется. Расположение второго модуля 5 вплотную к МО 2 исключает перемещение модуля вдоль зарядной камеры 3 и его ударное взаимодействие с МО, при котором в его конструкции появляются продольные колебания, воздействующие на размещенный в нем ОИ 10.
На фиг. 2 представлены пять экспериментальных зависимостей давления в зарядной камере от времени на участке нарастания, реализованных при одинаковых параметрах заряжания ПБУ и при использовании способа и установки, описанных в аналоге (RU 02467300). А на фиг. 3 - три зависимости, полученные при использовании предлагаемых способа и установки. В обоих случаях все зависимости совмещены по уровню давления, равному 35 МПа, что составляет ≈0,1 от максимальной величины давления в зарядной камере. В первом случае наблюдается существенный разброс времен (±15%) нарастания давления до максимума (длительностей фронта нарастания), а во втором - фронты давлений совпали, что позволяет говорить о высокой стабильности воспроизведения параметров давления в зарядной камере (соответственно и параметров нагружения ОИ) от опыта к опыту при использовании заявляемых способа и установки, что подтверждает изложенный в данной заявке материал.
На фиг. 4 представлена экспериментальная зависимость ускорения ОИ от времени при использовании способа и установки, описанных в аналоге (RU 02467300). Зависимость демонстрирует ярко выраженный колебательный процесс, который является следствием ударного взаимодействия зарядного модуля (разогнанного продуктами сгорания воспламенителя вдоль зарядной камеры) с МО, в результате которого в конструкции МО появились продольные колебания. Как правило, такие колебания не предусмотрены требованиями, предъявляемыми к режиму нагружения ОИ, и, по сути, являются «паразитным» эффектом. На фиг. 5 представлена экспериментальная зависимость ускорения ОИ от времени, полученная при использовании заявляемых способа и установки. Данная зависимость демонстрирует практически полное отсутствие колебаний, что подтверждает изложенный в данной заявке материал.
Заявляемые способ воспламенения порохового заряда в баллистической установке и установка для его осуществления успешно прошли экспериментальную проверку, подтвердившую обеспечение ими стабильных условий воспламенения порохового заряда от опыта к опыту, высокую воспроизводимость внутрибаллистических параметров и, как следствие, параметров механического нагружения ОИ, размещенного в МО, отсутствие «паразитных» воздействий на ОИ (продольных колебаний конструкции МО).