УСТАНОВКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ПОРОХА
PLANT FOR POWDER BURNING

Предложенная конструкция установки для сжигания пороха относится к области измерительной техники и предназначена для имитации артиллерийского выстрела для проведения динамического тарирования сферических крешеров и испытаний крешерных приборов.
Известны устройства для сжигания пороха - манометрические бомбы (далее МБ), которые представляют собой замкнутые сосуды с малым неизменяемым объемом, снабженные прибором для измерения и регистрации величины давления пороховых газов и характера его изменения во времени. Они применяются для исследования характеристик порохов и взрывчатых веществ и явлений, сопровождающих предварительный период артиллерийского выстрела. Содержанием указанного периода является горение пороха в замкнутом объеме.
Известна из описания к патенту №2236003 на изобретение (дата подачи заявки 2003.05.27, регистрационный номер заявки 2003115774/28) манометрическая бомба высокого давления для эксплуатации до давлений 1100 МПа, в том числе, для изучения характера нарастания давления пороховых газов и установления его максимального значения. МБ содержит корпус, выполненный из двух цилиндров, с определенным натягом вставленных один в другой, с двух сторон корпуса расположены стальные обтюрирующие кольца, которые прижаты к корпусу проставкой замера давлений и воспламенительной проставкой с крышками. Обтюрирующие кольца в поперечном сечении имеют форму треугольника с его основанием к малому диаметру кольца. Навеску пороха размещают во внутренней полости МБ. Навеску воспламенителя располагают между электровводами, один из которых изолирован от корпуса. Между электровводами расположена проволока накаливания, которая контактирует с навеской воспламенителя. Для выпуска газов после сжигания пороха воспламенительная проставка снабжена устройством выпуска газа, которое состоит из стального шарика, винта, который прижимает шарик к седлу, и ворота со стальным тросом, которые предназначены для дистанционного воздействия на устройство выпуска газов. Для защиты торцевых поверхностей проставок от воздействия продуктов горения пороха предусмотрены медные экраны.
Известная конструкция МБ имеет малый объем внутренней полости и воспроизводит явления, сопровождающие артиллерийский выстрел, только на предварительном его периоде.
Известна из описания к патенту №58716 на полезную модель установка для сжигания пороха (далее Установка). Установка воспроизводит условия предварительного, первого и второго периодов артиллерийского выстрела в диапазоне давлений до 1000 МПа в объеме, достаточном для размещения обоймы с крешерными приборами, и предназначена для проведения динамического тарирования сферических крешеров и испытаний крешерных приборов в условиях, максимально приближенных к артиллерийскому выстрелу. Крешерный метод измерения максимального давления является основным при баллистических испытаниях в артиллерийской практике.
Установка содержит корпус, выполненный из двух цилиндров с определенным натягом, вставленных один в другой. С одной стороны корпуса помещено устройство уплотнения, закрепленное гайкой на крышке. Устройство уплотнения содержит следующие детали: стержень со шляпкой, цилиндрическую втулку и гайку, для осуществления предварительного поджатия обтюрирующего кольца, состоящего из кольца из упругого материала, например из резины, размещенного в трех стальных кольцах, имеющих одинаковые поперечные сечения в форме прямоугольного треугольника. У упругого кольца выполнены наружные и внутренняя фаски, на которых размещены кольца. Такое исполнение обтюрирующего кольца обеспечивает защиту резины от выжимания. Крышки выполнены в виде цилиндров с осевыми отверстиями и упорной резьбой.
С другой стороны корпуса расположены обтюрирующее кольцо, воспламенительная проставка, крышка. Обтюрирующее кольцо имеет в поперечном сечении форму равнобедренного треугольника с его основанием к малому диаметру кольца и помещено в имеющих поперечное сечение в форме прямоугольного треугольника кольцевых канавках, выполненных на сопрягаемых боковой поверхности корпуса и торцевой поверхности воспламенительной проставки. Оно поджато вставленной с определенным натягом воспламенительной проставкой и крышкой. Воспламенительная проставка выполнена в виде цилиндра с осевым отверстием, имеющем цилиндрическую и конические поверхности, и снабжена устройством выпуска газов с деталями: сменяемой конической втулкой, размещенной большим основанием во внутреннюю полость, и разрушаемым элементом, выполненным в виде содержащего буртик цилиндра с продольными отверстиями, помещенного в осевое отверстие конической втулки со стороны внутренней полости установки.
В боковой поверхности корпуса радиально и симметрично относительно оси корпуса выполнены отверстия для размещения пьезокварцевых датчиков. Во внутренней (рабочей) полости Установки размещают навеску пороха в картузе с воспламенительной навеской и электровоспламенителем. Электроввод к электровоспламенителю осуществляется с помощью двух изолированных проводов, подсоединенных к соответствующему устройству через продольные отверстия разрушаемого элемента устройства выпуска газов и через осевые отверстия определенного диаметра электровоспламенительных проставки и крышки. Между торцом конусной втулки узла выпуска газа и стенкой уступа в осевом отверстии воспламенительной проставки установлена кольцевая прокладка, например, из алюминия, для исключения сваривания указанных стальных поверхностей при выходе из установки раскаленных газов. Детали Установки (кроме упругого кольца устройства уплотнения) выполнены стальными (из специальных сталей). Установка содержит крепежные элементы, один из которых - гайка. Установка может быть размещена на лафете артиллерийского орудия.
Недостатком указанной Установки является сохранение работоспособности на небольшом количестве сжиганий пороха при высоких значениях давлений (около 1000 МПа) во внутренней полости Установки из-за недостаточной обтюрации в месте соединения торцев корпуса Установки и воспламенительной проставки и прогара истекающими пороховыми газами воспламенительной крышки.
Целью изобретения является увеличение срока службы Установки и количества сжиганий пороха при значениях давлений до 1000 МПа во внутренней (рабочей) полости Установки.
Поставленная цель достигается выполнением в Установке воспламенительной проставки в виде цилиндрической втулки с двумя уступами на одном конце на ее наружной поверхности и сквозным осевым отверстием, имеющим чередующиеся цилиндрические и конические поверхности, образующие последовательно внутреннюю (рабочую) полость Установки совместно с крышкой, полость для размещения конусной втулки устройства выпуска газов, большим основанием обращенной во внутреннюю (рабочую) полость Установки с разрушаемым элементом устройства выпуска газов, каналы для выпуска пороховых газов, и установленной внутри корпуса с совмещением уступов, выполненных на внутренней поверхности корпуса и на наружной поверхности втулки. На торцах корпуса Установки закреплены крышки. Крайний уступ воспламенительной проставки сопряжен с торцевой и внутренней поверхностью воспламенительной крышки. Размещение канала для выпуска пороховых газов с конической поверхностью внутри сквозного осевого отверстия воспламенительной крышки обеспечивает ее защиту от прогара. На другой крышке закреплено устройство уплотнения, часть элементов которого размещена во внутренней полости Установки. Таким образом, в предлагаемой Установке обеспечена надежная обтюрация, исключено воздействие пороховых газов при проведении сжиганий на механическое соединение воспламенительной крышки и торца корпуса Установки, а вынесенный к краю корпуса Установки канал для выпуска пороховых газов с конической поверхностью обеспечивает защиту воспламенительной крышки от прогара истекающими пороховыми газами. Указанные результаты увеличивают срок службы Установки и количество сжиганий пороха с созданием давлений до 1000 МПа.
На фиг. представлена конструкция предлагаемой Установки, где 1 - гайка устройства уплотнения; 2 - крышка; 3 - цилиндрическая втулка устройства уплотнения; 4 - кольцо, составная часть обтюрирующего кольца устройства уплотнения; 5 - резиновое кольцо, составная часть обтюрирующего кольца устройства уплотнения; 6 - кольцо, составная часть обтюрирующего кольца устройства уплотнения (2 шт.); 7 - стержень со шляпкой устройства уплотнения; 8 - отверстие для установки датчика давления (2 шт.); 9 - корпус; 10 - воспламенительная проставка; 11 - конусная втулка устройства выпуска газов; 12 - кольцевая прокладка; 13 - гайка для установки крепежных элементов; 14 - воспламенительная крышка; 15 - изолированные провода, осуществляющие электроввод; 16 - разрушаемый элемент устройства выпуска газов; 17 - электровоспламенитель.
Установка содержит корпус 9, выполненный из двух цилиндров с определенным натягом, вставленных один в другой, воспламенительную проставку 10 с узлом выпуска газов, размещенную во внутреннем объеме корпуса 9, устройство уплотнения, элементы которого 3, 4, 5, 6, 7 размещены в крайней полости воспламенительной проставки 10, крышку 2 с закрепленным на ней устройством уплотнения и крышку 14, размещенные на торцах корпуса 9 Установки. Устройство уплотнения содержит следующие детали: стержень со шляпкой 7, цилиндрическую втулку 3 и гайку 1, для осуществления предварительного поджатия обтюрирующего кольца, состоящего из кольца из упругого материала 5, например из резины, размещенного в трех стальных кольцах 4, 6, имеющих одинаковые поперечные сечения в форме прямоугольного треугольника. У упругого кольца 5 выполнены наружные и внутренняя фаски, на которых размещены кольца 4, 6. Такое исполнение обтюрирующего кольца обеспечивает защиту резины от выжимания. Крышки 2 и 14 выполнены в виде цилиндров с осевыми сквозными отверстиями и упорной резьбой.
Воспламенительная проставка 10 выполнена в виде цилиндрической втулки с двумя уступами на наружной поверхности на одном конце, сквозным осевым отверстием, имеющим чередующиеся цилиндрические и конические поверхности, образующие последовательно внутреннюю (рабочую) полость Установки совместно с крышкой, полость для размещения конусной втулки устройства выпуска газов 11 большим основанием во внутреннюю (рабочую) полость Установки с разрушаемым элементом устройства выпуска газов 16, каналы для выпуска пороховых газов, и установленной внутри корпуса с совмещением уступов, выполненных на внутренней поверхности корпуса 9 и на наружной поверхности втулки 10. Крайняя часть сквозного осевого отверстия с цилиндрической поверхностью выполнена с наибольшим диаметром. Крайний уступ на внешней поверхности воспламенительной проставки 10 сопряжен с торцевой и внутренней поверхностью воспламенительной крышки 14. Канал для выпуска пороховых газов с конической поверхностью размещен в осевом сквозном отверстии воспламенительной крышки для ее защиты от прогара. Торцы воспламенительной проставки 10 и корпуса 9 поджаты с одной стороны крышкой 2, а с другой - воспламенительной крышкой 14.
В боковой поверхности Установки радиально и симметрично относительно оси корпуса выполнены отверстия 8 для размещения пьезокварцевых датчиков, с помощью которых измеряется непрерывно давление во внутренней (рабочей) полости Установки во время сжигания. Во внутренней полости Установки размещают навеску пороха в картузе с воспламенительной навеской и электровоспламенителем 17. Электроввод к электровоспламенителю 17 осуществляется с помощью двух изолированных проводов 15, подсоединенных к соответствующему устройству через продольные отверстия разрушаемого элемента устройства выпуска газов 16 и через осевые отверстия определенного диаметра электровоспламенительных проставки 10 и крышки 14. Между торцом конусной втулки узла выпуска газа 11 и стенкой уступа в осевом отверстии воспламенительной проставки 10 установлена кольцевая прокладка 12, например, из алюминия для исключения сваривания указанных стальных поверхностей при выходе из внутренней (рабочей) полости Установки раскаленных газов. Детали Установки (кроме упругого кольца устройства уплотнения) выполнены стальными (из специальных сталей). Установка содержит крепежные элементы, один из которых - гайка 13. Установка может быть размещена на лафете артиллерийского орудия.
Перед проведением испытаний крышка 2 Установки с закрепленным на ней устройством уплотнения, состоящим из деталей 1, 3, 4, 5, 6, 7, вывинчивается из корпуса 9. Из-за значительности веса крышки 2 с устройством уплотнения они могут перемещаться по направляющим, входящим в состав крепежных элементов. В коническую полость воспламенительной проставки 10 вкладывается с кольцевой прокладкой 12 конусная втулка устройства выпуска газов 11 с соответствующим осевым отверстием. Для обеспечения электроввода к электровоспламенителю 17 от соответствующего устройства, например пульта, прокладывают провода 15 через продольные отверстия разрушаемого элемента 16 и осевое отверстие воспламенительной проставки 11, образующее каналы для выпуска пороховых газов, и осевое отверстие воспламенительной крышки 14. Цилиндрическая часть разрушаемого элемента 16 крепится к поверхности сквозного осевого отверстия в конической втулке устройства выпуска газов 11 крешерной мастикой. Во внутреннюю (рабочую) полость Установки помещают навеску пороха в картузе с воспламенительной навеской и электровоспламенителем 17. Затем устанавливают обойму с крешерными приборами в области расположения пьезокварцевых датчиков давления, ввинчивают и затягивают гаечным ключом крышку 2, с закрепленным и предварительно поджатым гайкой 1 устройством уплотнения.
При подаче напряжения на электровоспламенитель 17, например, от пульта воспламеняется навеска пороха. В качестве электровоспламенителя могут быть использованы воспламенители типа МБ-2Н, МБ-5, ЭВ-15, либо аналогичные. Возрастающее давление пороховых газов воздействует на торцевую поверхность шляпки стержня 7 устройства уплотнения, вызывая деформацию в поперечном сечении предварительно поджатого упругого кольца 5 устройства уплотнения, помещенного в металлические кольца 4, 6. Деформация упругого кольца 5 увеличивается с увеличением давления пороховых газов, обеспечивая надежную обтюрацию.
На другом конце внутренней (рабочей) полости Установки обтюрацию обеспечивает коническая втулка устройства выпуска газов 11 с разрушаемым элементом 16, выполняющим на начальном этапе работы установки роль пробки. Горение пороха происходит в замкнутом неизменяемом объеме при нарастании давления пороховых газов. В Установке, таким образом, воспроизводится предварительный период артиллерийского выстрела.
Известно, что величина максимального давления, время ее достижения могут регулироваться массой пороха, геометрической формой пороховых элементов, но это не является предметом настоящего описания.
Первый или основной период артиллерийского выстрела начинается с момента начала движения снаряда в канале ствола до момента окончания горения пороха. Содержанием указанного периода является горение пороха в изменяющемся объеме, достижение максимального давления пороховых газов с последующим уменьшением давления пороховых газов.
В Установке при достижении определенного значения давления, которое срезает буртик с разрушаемого элемента 16, начинается истечение пороховых газов через осевые отверстия деталей 11, 10, 14, то есть, происходит изменение объема, в котором продолжается горение пороха.
Величина скорости истечения пороховых газов может быть изменена использованием сменных конусных втулок узла выпуска газов 11, имеющих разные диаметры сквозного осевого отверстия. Толщина буртика, имеющего определенную механическую прочность, задает величину указанного выше определенного значения давления. Давление пороховых газов в установке при выбранной навеске пороха возрастает, несмотря на истечение газа, до полного сгорания пороха. Известно, что скорость горения пороха в некотором объеме тем выше, чем больше давление, при котором происходит горение. То есть, изменением механической прочности разрушаемого элемента 16 при одинаковой навеске пороха в установке изменяют скорость нарастания давления и величину максимального давления. В установке происходит сгорание пороха в изменяемом объеме с нарастанием давления пороховых газов и достижением максимального давления пороховых газов. В установке, таким образом, воспроизводится первый период артиллерийского выстрела.
Второй период артиллерийского выстрела начинается с момента окончания горения порохового заряда до выхода снаряда из канала ствола. Этот период считается периодом адиабатического расширения газов.
В Установке после полного сгорания порохового заряда продолжается истечение пороховых газов и согласно общей теории истечения этот процесс рассматривается как адиабатический (скорость указанного процесса может быть изменена использованием сменных конических втулок устройства выпуска газов 11 с различными диаметрами осевого отверстия). В Установке, таким образом, воспроизводится второй период артиллерийского выстрела.
Измерение максимальных давлений при баллистических испытаниях в артиллерийской практике производят с применением крешерных приборов и пьезокварцевых датчиков. В реальных условиях крешера и крешерные приборы подвергаются во время выстрела не только действию давления пороховых газов, но и мощному температурному удару. Поэтому величины измеренных давлений в предлагаемой Установке имеют большую достоверность, чем результаты, полученные другими методами, отличными от стрельб. Установка позволяет сжигать пороха, воспроизводить условия, максимально приближенные к артиллерийскому выстрелу, создавать давления до 1000 МПа в объеме, достаточном для размещения обоймы с испытуемыми крешерными приборами, обеспечивая надежную обтюрацию, защиту от прогара истекающими пороховыми газами воспламенительной крышки. В Установке проводят замены конической втулки узла выпуска пороховых газов 11 и воспламенительной проставки 10 после проведения определенного количества испытаний для каждой из них. Применение Установки позволит значительно увеличить срок службы и количество проводимых сжиганий при высоких значениях давления и тем самым исключить такие дорогостоящие методы тарирования сферических крешеров и испытаний крешерных приборов, как стрельбы из артиллерийских систем.