УСТРОЙСТВО РЕГИСТРАЦИИ ДИНАМИКИ И СОСТОЯНИЯ УДАРНО НАГРУЖЕННОЙ СФЕРИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ ЛАЙНЕРА
APPARATUS FOR RECORDING DYNAMICS AND CONDITION OF IMPACT-LOADED SPHERICAL LINER SURFACE

Изобретение относится к области измерительной техники, а, именно к регистрации параметров динамики ударно-индуцированного «пыления» с внутренней поверхности сферического лайнера разгоняемого энергией взрыва, при исследовании его поведения при нагрузке.
Известно, что при выходе ударной волны на свободную поверхность разгоняемого сферического лайнера, с него может происходить выброс частиц материала, так называемое ударно-индуцированное «пыление». Размеры частиц «пыли» варьируются от единиц до сотен микрон, а их скорость достигает нескольких километров в секунду. На параметры «пылевых» потоков влияет множество факторов - характеристики начальных возмущений на свободной поверхности и внутренние дефекты материала, профиль ударной волны, фазовое состояние материала, наличие газа перед свободной поверхностью и давление в нем. Для исследования динамики движения и состояния поверхности лайнера, в том числе параметров ударно-индуцированного «пыления», используются специально сконструированные макеты.
Так, например, из описания к патенту RU 192997 (публик. 09.10.2019) известно устройство для регистрации динамики ударно нагруженной сферической поверхности лайнера и параметров сжатия газа сходящимся полусферическим лайнером, содержащее основание в виде стального диска, на котором симметрично относительно оси устройства установлен полусферический заряд ВВ, в полости которого установлен стальной лайнер, между лайнером и зарядом ВВ установлена оболочка, выполненная из материала с низким динамическим импедансом, на внутренней и/или наружной поверхностях лайнера и/или оболочки установлены электроконтактные датчики. В основании под лайнером выполнена полость для напуска газа, в которой герметично закреплен полусферический сегмент кварцевого стекла, в основании под выполненной полостью установлены датчики-коллиматоры измерительного приемника, которые установлены симметрично относительно оси устройства по схеме гетеродин-интерферометра, при этом датчики-коллиматоры установлены по нормали и без зазора к поверхности сегмента кварцевого стекла, введены световоды для пирометра, которые установлены в основании по нормали и без зазора к поверхности сегмента кварцевого стекла. По диаграммам скорости W(t) движения внутренней границы металлического лайнера судят о состоянии лайнера (наличие откола, «пыления»), степени чистоты исследуемого газа, симметрии и динамики его движения.
Недостатком этого устройства является отсутствие возможности измерения количественных характеристик потока частиц, а именно распределение плотности и массы потока частиц в направлении его движения.
Из описания к патенту RU 2699382 (публик. 05.09.2019) известно еще одно устройство для регистрации динамики состояния ударно нагруженной сферической поверхности лайнера путем регистрации движения ударной волны по элементам конструкции (симметрии и динамики движения лайнеров в газовой среде). Устройство содержит размещенные на стальном сплошном основании полусферический заряд ВВ, в основании под лайнером выполнена полость для напуска газа под высоким начальным давлением, в которой герметично закреплено оптическое окно из кварцевого стекла, при этом под зарядом ВВ соосно установлены полусферические прокладка из материала с низким динамическим импедансом и два стальных лайнера, в одном из которых -внутреннем, выполнены отверстия. На прокладке и ближнем к ней лайнере установлены электроконтактные датчики, оптические коллиматоры измерительного приемника установлены в основании по нормали к поверхности окна вплотную к нему. Такое ус тройство в эксперименте позволяет регистрировать время и разновременность начала движения прокладки и ближайшего к ней лайнера, непрерывно регистрировать диаграмму скорости W(t) движения внутренних границ обоих металлических лайнеров. По виду диаграммы судят о скорости, динамике и состоянии лайнеров (наличие откола, «пыления»). Данное устройство выбрано в качестве ближайшего аналога.
Недостатком такого устройства является отсутствие возможности измерения распределения плотности и массы потока частиц в направлении его движения. Определение указанных параметров необходимо, потому что они влияют на степень засорения газа в различных устройствах с использованием его сжатия, а также для создания физико-математической модели процесса ударно-индуцированного «пыления»,с помощью которой косвенно судят о параметрах процесса «пыления».
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение информативности результатов эксперимента путем определения количественных характеристик процесса ударно-индуцированного «пыления».
Указанный технический результат достигается тем, что с помощью заявляемого устройства регистрации динамики ударно нагруженной сферической поверхности лайнера определяют количественные характеристики процесса ударно-индуцированного «пыления». Заявляемое устройство регистрации динамики и состояния ударно нагруженной сферической поверхности лайнера включает размещенный на основании полусферический заряд ВВ и датчики, регистрирующие движение лайнера, который установлен в полости заряда ВВ с возможностью формирования герметичного объема, соединенного с системой газоввода, при этом лайнер установлен примыкающим к заряду ВВ, герметичный объем сформирован между лайнером и полусферическим кронштейном, закрепленным на основании выпуклостью в сторону лайнера, герметичный объем предназначен для создания разрежения, для чего система газоввода соединена с насосом для создания разрежения, кроме того дополнительно установлены датчики, основанные на разных физических принципах, для измерения скорости, распределения плотности и массы пылевого потока, вылетающего с поверхности лайнера, которые закреплены на кронштейне и размещены в герметичном объеме на разных расстояниях от поверхности лайнера.
Установка лайнера примыкающим к заряду ВВ дает возможность формировать процесс ударно-индуцированного «пыления» поверхности лайнера.
Выполнение внутреннего герметичного объема между поверхностью лайнера и полусферическим кронштейном, размещенным выпуклостью в сторону лайнера, позволяет сформировать место радиального размещения датчиков.
Использование датчиков, основанных йа различных физических принципах (пьезодатчики, коллиматоры с индикаторными экранами), установленных на разных расстояниях от внутренней поверхности сферического лайнера, при отсутствии преграды в виде герметизирующего слоя, дает возможность исследовать динамику (скорость) и количественные характеристики пылевого потока (распределение плотности и массы в направлении движения), выбрасываемого со свободной поверхности лайнера. В том числе, можно наблюдать протекание процесса до и после прихода второй ударной волны.
Подключение внутренней полости устройства к системе газоввода насоса для создания разрежения позволяет контролировать давление разрежения внутри устройства, тем самым нивелировать влияние газовой ударной волны на проводимые измерения.
Размещение датчиков на разном расстоянии от поверхности внутреннего лайнера позволяет получить информацию на разных этапах развития исследуемого процесса (нагружение одной, двумя и т.д. ударными волнами).
Свободный объем кронштейна после размещения датчиков заливают компаундом, в качестве дополнительной меры герметизации.
На фиг. схематично изображено заявляемое устройство, где:
1 - заряд ВВ;
2 - лайнер;
3 - кронштейн;
4 - компаунд;
5 - герметизирующие прокладки
В качестве примера конкретного выполнения заявляемого устройства может служить макет для исследования процесса выброса частиц со свободной поверхности лайнера из свинца при ударно-волновом нагружении. Макет включает полусферический заряда ВВ, размещенный на стальном основании, в полости которого осесимметрично установлен лайнер в виде полусферической оболочки из свинца. В основании закреплен полусферический кронштейн выпуклостью в сторону лайнеров. Между поверхностью лайнера и полусферическим кронштейном сформирован внутренний герметичный объем, соединенный с системой газоввода, которая соединена с насосом для создания разрежения. Для обеспечения герметичности установлены прокладки между основанием и кронштейном, и между основанием и лайнером. Во внутреннем герметичном объеме на кронштейне закреплены датчики различных типов на четырех базах измерения. Заподлицо с наружной поверхностью полусферического кронштейна установлены датчики-коллиматоры, а на расстояниях 6, 8 и' 18 мм - пьезодатчики, коллиматоры с индикаторными экранами. Датчики предварительно проходят проверки на герметичность.
В экспериментах регистрируют скорость контактной границы лайнера, скорость, плотность и удельную на единицу поверхности массу пылевого потока. Регистрацию осуществляют следующим образом. При инициировании заряда ВВ 1 формируется сферическая ударная волна, которая выходит на свободную поверхность лайнера 2. В момент выхода ударной волны на поверхность исследуемого лайнера из свинца, с определенной шероховатостью Ra≥0,13, с нее выбрасывается высокоскоростной поток частиц.
Кинематические и динамические параметры данного процесса (скорость свободной поверхности, скорость пылевого потока, скорость индикаторных экранов) регистрируются с помощью датчиков, закрепленных в кронштейне 3, включающем коллиматоры с индикаторными экранами и пьезодатчики. Оценивают (вычисляют) распределения плотностей и масс потока частиц в направлении его движения, с использованием результатов измерений и известных математических вычислений.
Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает возможность проведения испытаний по определению количественных характеристик процесса ударно-индуцированного «пыления» сферической поверхности лайнера, разгоняемого энергией взрыва взрывчатого вещества.