ДВУХКАСКАДНАЯ БАЛЛИСТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
TWO-CASCADE BALLISTIC INSTALLATION

Изобретение относится к области испытательной техники и предназначено для увеличения начальных скоростей полета метаемых объектов в процессе экспериментальной отработки новой техники с использованием ствольных пороховых баллистических установок (ПБУ).
В статье «Анализ и баллистическое проектирование многоступенчатых систем с использованием присоединенных к метаемому телу камер» авторов Л.В. Комаровского и А.И. Сафронова, опубликованной в сборнике материалов конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики», Томск: Томский государственный университет, 2008, стр.131, 132, описана многоступенчатая (двухкаскадная) баллистическая установка, выбранная в качестве прототипа, содержащая ствол с зарядной камерой, в которой устанавливается основной заряд со средством инициирования, поршень, размещенный на выходе из зарядной камеры с возможностью перемещения только по направлению к метаемому объекту (МО). Между поршнем и метаемым объектом располагается дополнительный заряд с устройством воспламенения, которое срабатывает с некоторой заранее заданной задержкой относительно времени инициирования основного заряда. Первым инициируют основной заряд. После достижения давления форсирования приходит в движение поршень и метаемый объект, которые первоначально жестко связаны друг с другом и образуют сборку, именуемую присоединенной камерой. Дополнительный заряд воспламеняют с некоторой заданной задержкой. После его воспламенения давление в присоединенной камере постепенно нарастает. Разделение поршня и МО происходит в момент, когда величина ускорения поршня под действием равнодействующей сил давления продуктов сгорания заднего и переднего зарядов становится меньше величины ускорения МО под действием на него давления продуктов сгорания дополнительного заряда. В дальнейшем МО и поршень двигаются по стволу раздельно. К недостаткам данного устройства следует отнести необходимость задействования в нем механизма для реализации задержки воспламенения движущегося в присоединенной камере дополнительного заряда. Данный механизм должен быть разработан и отработан в отдельно поставленных опытах, что увеличивает стоимость эксперимента. Кроме того, как это следует из результатов оптимизационных расчетов, приведенных в вышеназванной статье, погрешность реализации времени задержки воспламенения дополнительного заряда должна быть не хуже 10 мкс. Для реализации такой точности момента воспламенения дополнительного заряда потребуется прецизионное электронно-временное устройство. Дополнительная сложность заключается в том, как передать сигнал с такого устройства на воспламенитель заряда, расположенного внутри двигающейся с большой скоростью и высокими перегрузками присоединенной камере. Данное обстоятельство снижает надежность функционирования данной баллистической установки.
Заявляемое изобретение направлено на создание пороховой баллистической установки, обеспечивающей получение максимально высоких начальных скоростей метаемых объектов при экспериментальной отработке новой техники с использованием ствольных ПБУ.
Техническим результатом использования заявляемого изобретения является снижение трудоемкости и стоимости подготовки эксперимента, повышение надежности получения требуемой высокой начальной скорости полета МО при действующих ограничениях на максимально допустимые величины давления в стволе ПБУ и перегрузки МО.
Техническая задача решается следующим образом. Заявляемая двухкаскадная баллистическая установка содержит ствол с зарядной камерой, в которой установлен основной заряд со средством инициирования, поршень, размещенный на выходе из зарядной камеры с возможностью перемещения только по направлению к метаемому объекту, а также дополнительный заряд с устройством воспламенения, установленный между поршнем и метаемым объектом. В отличие от прототипа основной и дополнительный заряды выполнены из пороха. Средство инициирования основного заряда выполнено в виде удлиненного заряда BB, размещенного коаксиально внутри основного заряда с возможностью инициирования его с заданной задержкой относительно момента воспламенения дополнительного заряда, который выполнен с возможностью воспламенения в неподвижном состоянии.
В заявляемой двухкаскадной баллистической установке вследствие того, что и основной, и дополнительный заряды выполнены однозначно из пороха, имеется возможность управления импульсом давления (в отличие, например, от взрывчатого вещества, для которого невозможно управлять временем нарастания давления) в обеих рабочих полостях установки.
Выполнение средства инициирования основного заряда в виде удлиненного заряда BB гарантирует практически мгновенное нарастание давления до уровня, необходимого для воспламенения пороха, а его коаксиальное расположение в основном заряде обеспечивает распределение начального давления воспламенения по всему объему полости, в которой он располагается. Выполнение данных условий позволяет воспламенять основной пороховой заряд в заданный момент времени практически без задержки воспламенения, которая, как правило, имеет недопустимый в рамках рассматриваемого технического устройства нестабильный характер. В связи с этим, а также принимая во внимание тот факт, что в заявляемой двухкаскадной баллистической установке дополнительный заряд воспламеняется первым, имеется возможность последующей прецизионной реализации момента воспламенения основного заряда с заранее заданной, оптимальной с точки зрения наполненности диаграммы «давление-время», задержкой относительно момента воспламенения дополнительного заряда. Такая постановка выстрела обеспечивает воспламенение дополнительного заряда в неподвижном состоянии, что значительно облегчает экспериментальную отработку двухкаскадной установки и уменьшает ее стоимость, т.к. при этом есть возможность использования высокоточной (до 1 мкс) стационарной электрической системы управления выстрелом, формирующей импульсы «поджига» устройства воспламенения дополнительного заряда и средства инициирования основного заряда.
Изобретение поясняется чертежами.
На фигуре 1 представлена схема двухкаскадной баллистической установки, на фигуре 2 приведены графики зависимости перегрузки МО от времени.
Двухкаскадная баллистическая установка содержит ствол 1 с зарядной камерой 3, установленный в ней основной заряд 9 со средством инициирования 8, поршень 10, размещенный на выходе из зарядной камеры 3 с возможностью перемещения только по направлению к метаемому объекту 6 (перемещению поршня 10 внутрь зарядной камеры 3 препятствует гильза 11), дополнительный заряд 4 с устройством воспламенения 5 (капсюль-воспламенитель), установленный в стволе 1 между поршнем 10 и метаемым объектом 6.
Основной 9 и дополнительный 4 заряды выполнены из пороха, а средство инициирования 8 основного заряда 9 - в виде удлиненного заряда BB, размещенного коаксиально внутри основного заряда 9, выполненного с возможностью инициирования с заданной задержкой относительно момента воспламенения дополнительного заряда 4, выполненного с возможностью воспламенения в неподвижном состоянии.
Выстрел из заявляемой двухкаскадной баллистической установки происходит следующим образом.
Воспламенение дополнительного порохового заряда 4 производится классическим способом - при помощи устройства воспламенения 5 (капсюля-воспламенителя). Под действием силы давления продуктов сгорания дополнительного порохового заряда 4 начинается движение метаемого объекта 6. Спустя некоторое заранее определенное в оптимизационных расчетах время (время задержки воспламенения), отсчитываемое штатной стационарной электрической системой управления выстрелом (не показана), выдающей команды с точностью до 0,001 мс, приводится в действие электродетонатор 7, инициирующий средство инициирования основного заряда в виде удлиненного заряда BB 8. Продукты взрыва удлиненного заряда 8 воспламеняют основной пороховой заряд 9. Движение поршня 10 в сторону движения метаемого объекта 6 начинается в момент, когда сила давления продуктов сгорания основного заряда 9 становится больше силы давления продуктов сгорания дополнительного заряда 4. До этого поршень 10 прижат давлением продуктов сгорания первого заряда к переднему торцу гильзы 11.
Параметры двухкаскадной баллистической установки (объемы зарядных камер (задней 3 и передней 2), массы пороховых зарядов 4 и 9, масса поршня 10, время задержки воспламенения основного заряда 9) выбираются в оптимизационных расчетах (целевая функция - максимум дульной скорости МО) таким образом, чтобы метаемый объект 6, испытав на себе пик давления от сгорания заряда 4, через некоторое время получил дополнительный импульс разгонной силы за счет сжатия пороховых газов поршнем 10, разгоняемым продуктами сгорания основного заряда 9. При этом зависимость давления на дно МО от времени будет иметь два пика (на фигуре 2 зависимость обозначена цифрой 2; зависимость, обозначенная на фигуре 2 цифрой 1, реализуется в случае выстрела из классической артиллерийской установки). Очевидно, что вследствие наличия второго пика давления дульная скорость метаемого объекта 6 при выстреле из двухкаскадной баллистической установки на одном и том же пути разгона будет существенно выше, чем в случае выстрела из классической артиллерийской установки.
Кроме этого увеличение скорости МО в двухкаскадной пороховой баллистической установке по сравнению с классической пороховой баллистической установкой можно ожидать вследствие меньших потерь, связанных с работой, затрачиваемой на перемещение самой газопороховой смеси по стволу баллистической установки, оцениваемых, например, по формуле В.Е. Слухоцкого (см. М.Е. Серебряков. Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ракет. Оборонгиз, 1962 г., стр.355), т.к. масса основного порохового заряда, определяющая в конечном счете работу на перемещение газопороховой смеси, в двухкаскадной баллистической установке меньше массы порохового заряда в классической баллистической установке.
Предварительные расчетные оценки показали, что в некоторых случаях (например, при наличии жестких ограничений по величине максимально допустимой перегрузки метаемого объекта) применение двухкаскадной баллистической установки может повысить дульную скорость метаемого объекта на 15-20% по сравнению с классической пороховой баллистической установкой.