Способ управления газоприходом в пороховой баллистической установке и установка для его осуществления
METHOD OF CONTROLLING GAS INLET IN POWDER BALLISTIC APPARATUS AND APPARATUS THEREFOR

Изобретения относятся к испытательной технике. Преимущественная область применения - пороховые баллистические установки, используемые в качестве разгонных устройств в стендах для испытаний конструкций на воздействие интенсивных механических нагрузок.
Известен способ управления газоприходом в пороховой баллистической установке (ПБУ) и установка для его осуществления, описанные в патенте RU 02467300, "Стенд динамических испытаний", МПК G01M 7/08 (2006.01), опубл. 20.11.2012, выбранные в качестве прототипа для заявляемых изобретений. Стенд динамических испытаний содержит разгонное устройство (ПБУ), включающее ствол, источник давления в виде порохового заряда, размещенного в зарядной камере, и инициирующее устройство. При подаче электрического импульса на инициирующее устройство производят воспламенение порохового заряда, начинается газоприход в зарядной камере, вследствие чего в ней увеличивается давление, под действием которого осуществляется разгон контейнера (метаемого объекта (МО)). В процессе разгона происходит нагружение размещенного в контейнере объекта испытаний (ОИ) с реализацией требуемых параметров импульса ускорения.
Длительность фронта нарастания ускорения ОИ определяется длительностью фронта нарастания давления в зарядной камере ПБУ в результате газоприхода от горения порохового заряда и газорасхода вследствие увеличения заснарядного пространства по мере разгона контейнера с ОИ.
Осуществление данного способа управления газоприходом в ПБУ и применение реализующей его установки, обеспечивающей нагружении ОИ, при использовании штатных пироксилиновых порохов (ВТ, 6/7фл, 9/7 и пр.) и при максимальном давлении в зарядной камере менее 200 МПа не позволяет обеспечить длительность фронта нарастания давления менее 1 мс при сохранении наполненности диаграммы давления.
Решаемой технической задачей является создание способа управления газоприходом в ПБУ и установки для его осуществления, используемой в качестве разгонного устройства в стендах для испытаний конструкций на воздействие механических нагрузок, обеспечивающих параметры нагружения ОИ, приближенные к параметрам нагружения, имеющим место при его натурном применении.
Ожидаемый технический результат заключается в уменьшении длительности фронта нарастания давления в зарядной камере ПБУ до требуемой величины (менее 1 мс при максимальном давлении менее 200 МПа) при одновременном сохранении наполненности диаграммы давления.
Технический результат достигается за счет применения способа управления газоприходом в ПБУ, включающего инициирование порохового заряда, установленного в зарядной камере, с последующим началом газоприхода в зарядной камере, разгон МО в стволе под действием продуктов сгорания порохового заряда. В отличие от прототипа в предлагаемом способе зарядную камеру ПБУ снабжают дополнительной камерой с пороховым зарядом, сообщающейся с зарядной камерой. Производят инициирование порохового заряда в дополнительной камере, продуктами сгорания которого производят инициирование порохового заряда в зарядной камере, причем пороховой заряд в зарядной камере устанавливают из условия обеспечения в ней более интенсивного роста давления по сравнению с дополнительной камерой. В ходе разгона МО осуществляют разобщение камер, после превышения давления в дополнительной камере над давлением в зарядной камере осуществляют сообщение камер и перетекание продуктов сгорания из дополнительной камеры в зарядную камеру.
Снабжение зарядной камеры ПБУ дополнительной камерой с пороховым зарядом, сообщающейся с зарядной камерой, позволяет обеспечить наполнение диаграммы давления в зарядной камере путем истечения в требуемый момент времени пороховых газов из дополнительной камеры в зарядную камеру.
Осуществление инициирования порохового заряда в дополнительной камере, продуктами сгорания которого производят инициирование порохового заряда в зарядной камере, позволяет задействовать для двух пороховых зарядов, размещенных в разных камерах, только одно средство инициирования, а также обеспечить стабильное и практически одновременное воспламенение пороховых зарядов в зарядной и дополнительной камерах.
Установка порохового заряда в зарядной камере из условия обеспечения в ней более интенсивного роста давления по сравнению с дополнительной камерой позволяет за счет перепада давления осуществить разобщение камер при помощи устройства типа «обратный клапан».
Осуществление в ходе разгона МО разобщения камер позволяет сформировать фронт нарастания давления, а также максимальную величину давления в зарядной камере (после разобщения камер) только за счет газоприхода от горения порохового заряда, размещенного в зарядной камере, и газорасхода за счет перемещения МО. После разобщения камер горение в дополнительной камере происходит в замкнутом объеме и не участвует в формировании фронта нарастания и максимальной величины давления в зарядной камере, что позволяет, используя малую величину объема зарядной камеры при максимальном давлении менее 200 МПа, обеспечить длительность фронта нарастания давления менее 1 мс.
Осуществление после превышения давления в дополнительной камере над давлением в зарядной камере сообщения камер и перетекания продуктов сгорания из дополнительной камеры в зарядную камеру обеспечивает требуемое наполнение диаграммы давления в зарядной камере. Это необходимо в связи с тем, что использование малого объема зарядной камеры для формирования в ней короткого фронта нарастания давления обеспечивает слабую наполненность диаграммы давления, т.е. интенсивный спад давления в зарядной камере после наступления его максимума.
Технический результат достигается также за счет применения пороховой баллистической установки, содержащей ствол для размещения в нем МО, пороховой заряд, установленный в зарядной камере, средство инициирования. В отличие от прототипа ПБУ снабжена дополнительной камерой с пороховым зарядом, обеспечивающим менее интенсивный рост давления по сравнению с зарядной камерой, соединенной с дополнительной камерой через обратный клапан, обеспечивающий перетекание продуктов сгорания порохового заряда из дополнительной в зарядную камеру, при этом средство инициирования установлено в дополнительной камере.
Снабжение ПБУ дополнительной камерой с пороховым зарядом, обеспечивающим менее интенсивный рост давления по сравнению с зарядной камерой, позволяет за счет разности давлений в камерах управлять газоперетоком между ними при помощи устройства типа «обратный клапан».
Соединение зарядной камеры с дополнительной камерой через обратный клапан, обеспечивающий перетекание продуктов сгорания порохового заряда из дополнительной в зарядную камеру, позволяет вначале за счет более интенсивного роста давления в зарядной камере разобщить камеры, а далее, после превышения давления в дополнительной камере над давлением в зарядной, сообщить камеры. Разобщение камер позволяет сформировать фронт нарастания давления и максимальное давление в зарядной камере за счет газоприхода от горения размещенного в нем порохового заряда и газорасхода за счет движения МО. При этом за счет малой величины объема зарядной камеры при максимальном давлении менее 200 МПа обеспечивается длительность фронта нарастания менее 1 мс. А сообщение камер позволяет организовать истечение продуктов сгорания порохового заряда из дополнительной камеры в зарядную камеру и тем самым обеспечить наполнение диаграммы давления в зарядной камере на участке спада.
Установка средства инициирования в дополнительной камере позволяет использовать только одно средство инициирования, а инициирование порохового заряда в зарядной камере производить продуктами сгорания порохового заряда из дополнительной камеры, что обеспечивает стабильное и практически одновременное воспламенение пороховых зарядов в дополнительной и зарядной камерах.
Заявляемый способ управления газоприходом в ПБУ и установка для его осуществления поясняются чертежами: фиг. 1 - пример конструктивного исполнения ПБУ, фиг. 2 - экспериментальные зависимости давления пороховых газов в зарядной и дополнительной камерах от времени.
ДК
ЗК
ПБУ (фиг. 1) включает в свой состав ствол 1 с установленным в нем МО 2, зарядную камеру 3, размещенный в ней пороховой заряд 4 и средство инициирования 5, в качестве которого может быть использован, например, пиропатрон. Зарядная камера 3 через обратный клапан 6 соединена с дополнительной камерой 7. В дополнительной камере размещен пороховой заряд 8, обеспечивающий менее интенсивный рост давления (Р - давление в дополнительной камере) по сравнению с зарядной камерой (Р - давление в зарядной камере). При использовании зарядов с одинаковой маркой пороха плотность заряжания в зарядной камере 3 обеспечивается более высокой, чем в дополнительной камере 7. В случае применения зарядов с разными марками порохов в зарядной камере 3 располагают порох с толщиной горящего свода меньшей, чем у пороха, размещаемого в дополнительной камере 7. Обратный клапан 6 обеспечивает перетекание продуктов сгорания порохового заряда 8 из дополнительной камеры 7 в зарядную камеру 3. Средство инициирования 5 размещено в дополнительной камере 7.
Функционирование заявляемой ПБУ, обеспечивающей реализацию заявляемого способа управления газоприходом, осуществляется следующим образом.
ДК
ЗК
ЗК
ДК
ЗК
ЗК
ДК
ЗК
После инициирования порохового заряда 8 происходит нарастание давления Р в дополнительной камере 3 за счет газоприхода от горения порохового заряда 8, продукты сгорания которого, перетекая через обратный клапан 6 в зарядную камеру 3, воспламеняют размещенный в ней пороховой заряд 4. За счет газоприхода от горения порохового заряда 4 происходит нарастание давления Р в зарядной камере 3 и начинается разгон МО 2. В связи с тем, что пороховой заряд 4 в зарядной камере 3 устанавливают из условия обеспечения в ней более интенсивного роста давления Р по сравнению с дополнительной камерой 7 Р, обратный клапан 6 за счет перепада давлений в камерах разобщает их. После разобщения камер скорость нарастания давления Р в зарядной камере 3, формирующая длительность фронта его нарастания, и максимум давления определяются только газоприходом от горения порохового заряда 4, размещенного в зарядной камере 3, и газорасхода за счет увеличения объема зарядной камеры 3 при перемещении МО 2. Использование малого объема зарядной камеры 3 позволяет при максимальном давлении менее 200 МПа обеспечить длительность фронта нарастания ускорения менее 1 мс. В это время (после разобщения камер) горение порохового заряда 8 в дополнительной камере 7 происходит в замкнутом объеме и не участвует в формировании фронта нарастания и максимальной величины давления Р в зарядной камере 3. Увеличение заснарядного пространства (увеличение объема зарядной камеры 3) по мере разгона МО 2 приводит к выравниванию и последующему превышению в зарядной камере 3 газорасхода над газоприходом. При этом в зарядной камере 3 наступает максимум давления, за которым следует спад давления. Давление Р в дополнительной камере 7 в этот момент начинает превышать давление Р в зарядной камере 3 и за счет перепада давления между камерами обратный клапан 6 сообщает камеры и начинается истечение продуктов сгорания порохового заряда 8 из дополнительной 7 в зарядную камеру 3. Благодаря этому в зарядной камере 3 возникает дополнительный газоприход, который увеличивает наполненность диаграммы давления на участке спада.
Использование заявляемых способа управления газоприходом в ПБУ и установки для его осуществления позволяет снизить длительность фронта нарастания давления в зарядной камере при сохранении наполненности диаграммы давления (фиг. 2).
Предлагаемый способ управления газоприходом в ПБУ и установка для его осуществления успешно прошли экспериментальную проверку.