СТЕНД ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ
DYNAMIC TEST BENCH

Изобретение относится к испытательной технике. Преимущественная область использования - исследование стойкости различных изделий, их узлов и приборов к воздействию импульсных инерционных нагрузок.
Эксперименты такого вида включают в себя разгон объекта испытаний на стенде с реализацией импульса разгонной перегрузки заданной формы и последующее торможение, при котором величина перегрузки должна быть на один - два порядка ниже разгонной.
Известен ударный стенд, описанный в статье А.К.Ботвинкина, Н.В.Брюханова и др. «Взрывные ударные установки для экспериментальной отработки ракетно-артиллерийского вооружения на воздействие интенсивных механических нагрузок». (Сб. «Современные методы проектирования и отработки ракетно-артиллерийского вооружения». - Саров, ВНИИЭФ, 2000 г., стр.177, рис.2.) Стенд включает в свой состав взрывную камеру с зарядом ВВ, один торец которой закрыт подвижной пробкой (затвором), закрепленной на массивном откатнике, а на другом торце размещена дроссельная заглушка с отверстиями и мембраной, разгонный отсек (ствол) с установленным в нем контейнером с объектом испытания и тормозной отсек, выполненный в виде четырех направляющих и оканчивающийся конусной втулкой. В тормозном отсеке последовательно по ходу движения объекта испытания размещены пенопластовый демпфер и тормозная масса в виде полиэтиленовой стружки, а в конце отсека установлен пенополистирольный демпфер, работающий на принципе продавливания через конусную втулку. К недостаткам данного стенда следует отнести:
- большие величины нагрузок, действующих на объект испытания при его торможении;
- сложные и трудоемкие в эксплуатации конструкции взрывной камеры и тормозного отсека.
9
Известен «Стенд для динамических испытаний», патент РФ №2280849, МПК G01M 7/08, опубл. 27.07.06, бюл. №21, выбранный в качестве прототипа и содержащий основание, на котором установлено разгонное устройство, выполненное в виде ствола с размещенным в нем источником давления, поршень (контейнер), своей хвостовой частью заходящий в ствол и выступающий за его срез, выполненный с возможностью закрепления объекта испытания снаружи ствола, установленные на основании снаружи ствола одну верхнюю и одну нижнюю рельсовые направляющие, продольные оси которых лежат в плоскости, проходящей через продольную ось ствола. Контейнер выполнен с возможностью перемещения по закрепленным снаружи ствола одной верхней и одной нижней направляющим, а разгонное устройство выполнено с возможностью перемещения по нижней направляющей, - той же, что и контейнер. Длина верхней направляющей меньше, чем длина нижней направляющей, но при этом должна обеспечивать возможность движения контейнера по обеим направляющим на пути, составляющем не менее длины его заходной части. К недостатку данного стенда следует отнести отсутствие возможности реализации инерционных импульсных нагрузок большой длительности вследствие ограниченной длины хвостовой части контейнера, заходящей в ствол разгонного устройства.
Решаемой технической задачей является реализация условий нагружения объекта испытаний, приближенных к натурным.
Ожидаемый технический результат заключается в обеспечении возможности проводить испытания в широком диапазоне длительностей инерционных импульсных нагрузок, прилагаемых к объекту испытания, при незначительном увеличении разгоняемой массы.
Технический результат достигается за счет использования стенда динамических испытаний, содержащего основание, на котором закреплены верхняя и нижняя рельсовые направляющие, разгонное устройство, включающее ствол и источник давления, установленное на нижней направляющей с возможностью перемещения по ней, контейнер для размещения объекта испытаний, содержащий заходящую в ствол хвостовую часть, выполненный с возможностью перемещения по верхней и нижней направляющим, при этом плоскости симметрии направляющих расположены в вертикальной плоскости, проходящей через ось ствола. В отличие от прототипа предлагаемый стенд снабжен поршнем, установленным в стволе за контейнером, вплотную к его хвостовой части и выполненным из менее плотного материала, чем хвостовая часть контейнера.
Задний торец поршня может быть выполнен под углом к оси ствола, отличным от 90°.
Снабжение стенда динамических испытаний поршнем, установленным в стволе за контейнером вплотную к его хвостовой части, позволяет при незначительном повышении разгоняемой массы (контейнер с объектом испытаний, поршень) использовать ствол большей длины и тем самым увеличить длительность нагружающего импульса. Если бы увеличение длительности нагружения достигалось удлинением хвостовой части контейнера, то это привело бы к значительному увеличению разгоняемой массы (в конструкции прототипа ≈ на 17%). Кроме того, удлинение хвостовой части контейнера повлекло бы за собой увеличение опрокидывающего момента при торможении контейнера. Вдобавок ко всему применение поршня, выполненного из менее плотного материала, чем хвостовая часть контейнера (например, полиэтилена или капролона), обеспечивает надежную обтюрацию пороховых газов в зарядной камере.
Выполнение заднего торца поршня под углом к оси ствола, отличным от 90°, позволяет дульным выхлопом направленно уводить поршень после выхода его из ствола с траектории движения контейнера, сориентировав нужным образом скос поршня в стволе перед выстрелом, и тем самым избежать его столкновения с измерительной аппаратурой (при ее наличии), размещенной рядом с нижней рельсовой направляющей.
Конструкция и принцип действия предлагаемого стенда динамических испытаний поясняются рисунками: фиг.1 - общий вид стенда динамических испытаний; фиг.2 - поршень с задним торцом, выполненным под углом к оси ствола, отличным от 90°; фиг.3-5 - стадии функционирования стенда динамических испытаний.
Стенд динамических испытаний (фиг.1) содержит основание 1, на котором закреплены верхняя 2 и нижняя 3 рельсовые направляющие. На нижней рельсовой направляющей 3 с возможностью перемещения вдоль нее установлено разгонное устройство 4, включающее ствол 5 и источник давления 6, например пороховой, состоящий из порохового заряда 7 и инициирующего устройства 8. Плоскости симметрии направляющих расположены в вертикальной плоскости, проходящей через ось ствола. Контейнер 9, предназначенный для размещения объекта испытаний 10 и содержащий заходящую в ствол 5 разгонного устройства 4 хвостовую часть 11, выполнен металлическим с возможностью перемещения по верхней 2 и нижней 3 рельсовым направляющим на башмаках 12 (опорах скольжения), закрепленных на его наружной поверхности. В стволе 5 разгонного устройства 4 между хвостовой частью 11 контейнера 9 и источником давления 6, вплотную к хвостовой части контейнера, установлен поршень 13 (например, из полиэтилена или капролона), выполненный из менее плотного материала, чем хвостовая часть контейнера.
Задний торец 14 поршня 13 может быть выполнен под углом к оси ствола 15, отличным от 90° (фиг.2).
Функционирование стенда динамических испытаний осуществляется следующим образом.
При подаче электрического импульса на инициирующее устройство 8 происходит воспламенение порохового заряда 7 (фиг.3). Продукты сгорания 16 пороха воздействуют на задний торец поршня 13, через который усилие передается на контейнер 9, разгоняя его по верхней 2 и нижней 3 рельсовым направляющим (фиг.5). Благодаря тому, что в процессе разгона контейнер 9 движется по обеим направляющим, исключается воздействие на него опрокидывающего момента. При разгоне происходит нагружение объекта испытаний 10, размещенного в контейнере 9, с реализацией импульса разгонной перегрузки заданной формы. В начале нагружения уровень перегрузки слишком высок для того, чтобы задействовать поршень вне ствола для передачи давления пороховых газов непосредственно контейнеру с объектом испытаний. Для этого задействована металлическая хвостовая часть контейнера, имеющая более высокие прочностные характеристики и более высокую плотность, чем материал поршня. В это время поршень целиком находится внутри ствола в состоянии всестороннего сжатия, позволяющем ему передавать давление пороховых газов контейнеру с объектом испытаний. Передний торец поршня выходит из ствола после того, как уровень перегрузки снизится до значения, когда прочностные характеристики материала поршня обеспечат его устойчивость без опирания на стенки канала ствола.
Информация о функционировании объекта испытания 10 в процессе нагружения, а также о величине действующей на него перегрузки по проводной линии связи (на фиг. не показана) передается на наземную регистрирующую аппаратуру или на автономные регистрирующие устройства (на фиг. не показаны), размещаемые на борту контейнера 10.
После схода верхнего башмака 12 (фиг.5) контейнера 9 с верхней рельсовой направляющей 2 движение его происходит только по нижней направляющей 3. Некоторое время после выхода из ствола 5 поршень 13 продолжает двигаться вместе с контейнером 9, а затем под действием упругих сил, силы тяжести и реакции со стороны тормозящегося контейнера 9 отделяется от него и уходит в сторону. Выполнение заднего торца 14 поршня 13 (фиг.2) под углом к оси 15 ствола 5, отличным от 90°, позволяет воздействием дульного выхлопа 17 уводить поршень 13 с траектории движения контейнера 9 в заданном направлении (фиг.5), для чего скос поршня в стволе 5 перед выстрелом ориентируется нужным образом.
Торможение контейнера 9 (фиг.5) осуществляется при помощи тормозного устройства 18. При этом перегрузка торможения на два - три порядка ниже разгонной, что гарантирует сохранность контейнера 9 с объектом испытаний 10 и корректность, полученной после нагружения, информации о работоспособности объекта испытаний 10, так как многие испытываемые объекты 10 могут быть рассчитаны только на одностороннее нагружение.
Разгонное устройство 4 под действием реактивной силы (отдачи) движется в противоположном направлении по нижней направляющей 3, пока не остановится под действием его тормозного устройства 19.
Таким образом, использование заявляемого стенда динамических испытаний позволяет увеличить длительность нагружающего импульса при незначительном увеличении разгоняемой массы за счет использования поршня для передачи давления (усилия) пороховых газов на разгоняемый контейнер с объектом испытаний.
Предлагаемый стенд динамических испытаний успешно прошел экспериментальную проверку.