СТЕНД ДЛЯ УДАРНЫХ ИСПЫТАНИЙ
IMPACT TEST STAND

Изобретение относится к испытательной технике. Преимущественная область использования - исследования высокоскоростных ударных явлений.
Исследования высокоскоростных ударных явлений при прямых (лобовая поверхность ударника перпендикулярна траектории его полета) и косых (лобовая поверхность ударника расположена под углом к траектории его полета) соударениях ударника с мишенью осуществляются, как правило, с применением ствольных метательных установок. Ударник разгоняется в стволе метательной установки и после выхода из него нагружает исследуемую мишень, при этом по условиям испытаний требуется с высокой точностью обеспечивать заданные углы между вектором скорости ударника и его лобовой поверхностью, а также между соударяющимися поверхностями ударника и мишени. На участке "дульный срез ствола - мишень" также должна быть обеспечена минимальная потеря скорости ударника и исключено преднагружение мишени как метающими ударник газами, так и формирующейся в стволе перед движущимся ударником воздушной "пробкой".
Известна пневматическая установка для ударных испытаний, патент РФ №2023246, МПК5 G01M 7/00, опубл. 15.11.1994, содержащая ствол, размещенный в нем ударник и ресивер со сжатым газом, отделенный от ствола диафрагмой. На диафрагме вдоль радиусов размещены инициаторы раскрыва. Подрываемый заряд, выполненный в виде полос пленочного взрывчатого вещества, закреплен на диафрагме и снабжен электродетонатором, установленным на держателе в центре диафрагмы. Недостатком данной установки является то, что не представляется возможным реализовать требуемое высокоточное соударение лобовой поверхности ударника и поверхности мишени (плоскопараллельное соударение, соударение под углом), так как при движении в дульном выхлопе и при выходе из него ударник за счет нестационарного обтекания метающими газами получает возмущения. Кроме того, имеют место потери скорости ударника при полете в воздухе, поскольку для исключения преднагружения мишени метающими ударник газами и формирующейся перед движущимся в стволе ударником воздушной "пробкой" мишень должна быть размещена на значительном расстоянии от среза ствола.
Известен стенд для исследований высокоскоростных соударений, патент РФ №2289774, МПК8 F41F 1/00, опубл. 20.12.2006, бюл. №35, выбранный в качестве прототипа и содержащий метательную установку и вакуумную трассу, состоящую из последовательно расположенных и соединенных переходными устройствами отсека сброса рабочего газа из метательной установки с установленным на выходе из него отсекателем поддона и вакуумной камеры с мишенью. Отсек сброса рабочего газа выполнен из легко разрушаемого безосколочного материала, на входе в него закреплено устройство отделения поддона от метаемого тела, а перед входом в вакуумную камеру размещен отражатель газовой струи. В данном стенде исключены потери скорости ударника благодаря наличию вакуумной трассы, однако отсутствует возможность реализации требуемой высокоточной ориентации ударника в пространстве при взаимодействии его с мишенью.
Решаемой технической задачей является создание стенда для ударных испытаний, позволяющего реализовать с высокой точностью взаимную ориентацию ударника и мишени в момент их соударения и исключить при этом воздействие на исследуемую мишень факторов, сопровождающих процесс выстрела.
Ожидаемый технический результат заключается в повышении достоверности получаемой в эксперименте информации, а также снижении стоимости исследовательских работ за счет упрощения конструкции стенда.
Технический результат достигается за счет использования стенда для ударных испытаний, содержащего метательную установку с размещенным в ее стволе ударником и установленную на заданном расстоянии от ствола под заданным углом встречи с ударником мишень, который в отличие от прототипа снабжен датчиками регистрации момента прохода лобовой поверхностью ударника среза ствола и момента соударения ударника с мишенью, а на выходе из ствола размещены платформа и пленочная диафрагма, при этом ствол выполнен с возможностью вакуумирования участка между ударником и пленочной диафрагмой. Ударник снабжен расположенным сзади него обтюратором, причем суммарная длина обтюратора и ударника больше расстояния от среза ствола до мишени. Мишень закреплена на платформе легко разрушаемыми и регулируемыми по длине связями.
Снабжение стенда датчиками регистрации момента прохода лобовой поверхностью ударника дульного среза ствола и момента соударения ударника с мишенью позволяет определить скорость ударника при соударении с мишенью.
Размещение на выходе из ствола платформы обеспечивает возможность закрепления на ней исследуемой мишени вблизи дульного среза ствола.
Размещение на выходе из ствола пленочной диафрагмы и выполнение ствола с возможностью вакуумирования участка между ударником и пленочной диафрагмой исключают формирование перед движущимся в стволе ударником воздушной "пробки", которая могла бы вызвать преднагружение модели.
Снабжение ударника расположенным сзади него обтюратором обеспечивает герметизацию участка ствола, расположенного между ударником и пленочной диафрагмой.
Выполнение обтюратора и ударника суммарной длиной, большей расстояния от среза ствола до мишени, реализует соударение ударника с мишенью, когда хвостовая часть обтюратора еще находится в стволе, устраняя тем самым преднагружение мишени метающими ударник газами. Кроме того, благодаря отсутствию свободного полета ударника исключается потеря его скорости и с высокой точностью обеспечивается требуемая взаимная ориентация ударника и мишени в момент их соударения.
Закрепление мишени на платформе легко разрушаемыми и регулируемыми по длине связями позволяет осуществить ориентацию мишени под требуемым углом и на требуемом расстоянии от среза ствола, а также избежать повреждения платформы при соударении ударника с мишенью.
Закрепление исследуемой мишени на платформе вблизи среза ствола исключает свободный полет ударника за пределами ствола и, следовательно, позволяет отказаться от достаточно сложной вакуумной трассы, используемой в прототипе, чем упрощает конструкцию стенда.
Конструкция и принцип действия предлагаемого стенда для ударных испытаний поясняются чертежами. На фиг.1 приведена схема стенда для ударных испытаний, обеспечивающего прямые соударения ударника с мишенью, в исходном I и конечном II (в момент встречи ударника с мишенью) положениях при закреплении платформы на выходе из ствола на срезе ствола, на фиг.2 - схема такого же стенда при закреплении платформы автономно на выходе из ствола, на фиг.3 - схема стенда, обеспечивающего косые соударения ударника с мишенью.
Стенд состоит из метательной установки 1 с установленными в ее стволе 2 ударником 3 и источником давления 14. На выходе из ствола 2 размещены платформа 4 (может располагаться как на стволе - фиг.1, так и автономно, т.е., например, путем закрепления на дополнительной опоре рядом с дульным срезом ствола - фиг.2) и пленочная диафрагма 5. Участок ствола 2 между ударником 3 и пленочной диафрагмой 5 выполнен с возможностью вакуумирования, в данном случае через штуцер 6. К платформе 4 на легко разрушаемых и регулируемых по длине связях 7 крепится исследуемая мишень 8 на расстоянии L1 от ствола 2. Ударник 3 снабжен расположенным сзади обтюратором 9, при этом длина L ударника 3 с обтюратором 9 выбирается такой, чтобы выполнялось условие L>L1, т.е. в момент встречи ударника 3 с мишенью 8 хвостовая часть обтюратора 9 еще находилась в стволе 2. Это позволяет избежать воздействия метающих ударник 3 газов на мишень 8, а также обеспечить с высокой точностью требуемую взаимную ориентацию ударника 3 и мишени 8 в момент их соударения, благодаря отсутствию свободного полета ударника 3 за пределами ствола 2. На дульном срезе ствола 2 устанавливается датчик 10 регистрации момента прохода лобовой поверхностью 11 ударника 3 измерительного сечения А, на лобовой поверхности 12 мишени 8 размещается датчик 13 регистрации в измерительном сечении Б момента соударения ударника 3 с мишенью 8.
Стенд работает следующим образом. Для исключения преднагружения исследуемой мишени 8 воздушной "пробкой" ствол 2 вакуумируется через штуцер 6. При срабатывании источника давления 14 (пороховой заряд или сжатый газ) ударник 3 с обтюратором 9 разгоняется в стволе 2 метательной установки 1. При проходе лобовой поверхностью 11 ударника 3 измерительного сечения А датчик 10 регистрирует этот момент времени. Время соударения ударника 3 с мишенью 8 регистрирует в измерительном сечении Б установленный на лобовой поверхности 12 мишени 8 датчик 13. По величине расстояния L2 между датчиками 10 и 13 и времени движения ударника 3 на этом участке определяется средняя скорость ударника 3 на этом участке. Последняя может быть принята за скорость соударения ударника 3 с мишенью 8, поскольку расстояние между датчиками 10 и 13 невелико, а изменения скорости ударника 3 на конечном участке ствола 2 практически не происходит вследствие малой величины действующего на него давления газов, вырабатываемых источником давления 14. Расстояние L1 от среза ствола 2 до мишени 8 регулируется длиной связей 7.
В момент соударения ударника 3 и мишени 8 с высокой точностью обеспечивается требуемая взаимная ориентация их лобовых поверхностей 11 и 12 соответственно параллельно (фиг.1, 2) или под заданным углом (фиг.3), так как отсутствует свободный полет ударника 3 за пределами ствола 2 и, следовательно, его возможный разворот. Закрепление мишени 8 на платформе 4 легко разрушаемыми связями 7 позволяет избежать повреждения платформы 4 при взаимодействии ударника 3 с мишенью 8.
Предложенный стенд с высокой точностью обеспечивает требуемую взаимную ориентацию ударника и мишени в момент их соударения, исключает воздействие на мишень факторов, сопровождающих процесс выстрела и позволяет снизить при этом стоимость исследовательских работ благодаря упрощению его конструкции.
Предлагаемое техническое решение прошло экспериментальную проверку, которая подтвердила его работоспособность и наличие перечисленных выше преимуществ.