Установка для исследования внутрикамерных процессов боеприпасов
INSTALLATION FOR THE STUDY OF INTRA-CHAMBER PROCESSES OF AMMUNITION

Изобретение относится к измерительной техники в области высоких давлений и предназначено для исследования и установления закономерностей внутрикамерных процессов, протекающих при функционировании боеприпасов различного функционального назначения, преимущественно для систем залпового огня.
Исследование внутрикамерных процессов, оценка их влияния на узлы и конструктивные элементы боеприпаса во время разделения имеет большое значение для обеспечения надежного его функционированиия. Получение необходимой информации связано со значительными временными и материальными затратами, поэтому создание установки, позволяющей исследовать внутрикамерные процессы, протекающие в момент разделения боеприпасов, а также оценить их влияние на конструктивные элементы является актуальной задачей.
Известна установка для исследования процессов горения пороха в замкнутом объеме по патенту РФ №182995 на полезную модель (опубл. 07.09.2018 БИ №25). В конструкции установки используются цилиндрический корпус, датчик давления, электровоспламенитель, заглушки и пороховая навеска.
Задачей данного технического решения является исследование внутрикамерных процессов, возникающих при горении пороховой навески, имеющей различную плотность заряжания.
Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией установки является наличие цилиндрического корпуса, датчика давления, электровоспламенителя, дренажного устройства для стравливания продуктов сгорания.
Однако использование такого устройства не позволяет осуществлять исследования внутрикамерных процессов в требуемом диапазоне параметров, так как устройство обеспечивает возможность регулирования внутрикамерных процессов только за счет изменения характеристик пороховой навески.
Наиболее близкой по технической сути и достигаемому техническому результату к предлагаемому авторами техническому решению является установка по патенту РФ №133919 на полезную модель (опубл. 27.10.2013 БИ №30), принятая авторами в качестве прототипа. Она содержит основание, корпус, дренажную камеру, скрепленные фланцевыми соединениями, передаточный канал, электровоспламенитель, пороховую навеску и датчик давления.
Задачей данного технического решения является измерение скорости распространения продуктов горения по длине метательных зарядов различной длины.
Однако использование такого устройства не позволяет исследовать внутрикамерные процессы в требуемом диапазоне параметров, так как конструктивное исполнение устройства выполнено для измерения скорости распространения продуктов горения по длине метательных зарядов различной длины за счет изменения характеристик пороховой навески.
Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией установки является наличие основания, корпуса, дренажной камеры, скрепленных фланцевыми соединениям, передаточного канала, электровоспламенителя, пороховой навески и датчика давления.
В отличие от прототипа в предлагаемой авторами установке для исследования внутрикамерных процессов боеприпасов, дренажная камера снабжена поршнем со штоком, поршень оснащен узлом герметизации, на штоке смонтированы съемные элементы переменной массы, на внутренних торцах дренажной камеры размещены кольцевые демпферы, кроме того в верхней части дренажной камеры образован воздушный демпфер, а в нижней части расположены радиальные дренажные каналы с резьбовыми заглушками, при этом на торце дренажной камеры выполнено дросселирующее отверстие с возможностью возвратно-поступательного перемещения в нем штока с кольцевым зазором 0,5…1,5 мм.
В частных случаях, то есть в конкретных формах выполнения изобретение характеризуется следующими признаками:
2
- передаточный канал выполнен с проходным сечением не более 80 мм;
- объем передаточного канала, не превышает объем камеры сгорания, при этом их общий объем выбирают не менее 0,015 объема рабочей камеры;
- объем рабочей камеры, корректируют посредством установки компенсаторных вкладышей;
- радиальные дренажные каналы расположены равномерно по периметру корпуса;
- радиальные дренажные каналы размещены рядами;
- кольцевые демпферы выполнены, например, из резины или резиноподобных материалов;
- снабжение датчиком температуры.
Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.
Указанные признаки, отличительные от прототипа и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, во всех случаях достаточны.
Учитывая быстротечность внутрикамерных процессов боеприпасов, а также заданные диапазоны давлений и температур, необходимые для обеспечения работоспособности узлов и изделий и позволяющие сохранить конструктивные элементы, эта задача требует тщательного подхода при выборе конструктивно-компоновочной схемы устройства, позволяющего регулировать давление во внутреннем объеме установки и стравливать продукты сгорания из внутреннего объема установки через определенный временной интервал.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка конструкции устройства, позволяющего исследовать быстропротекающие внутрикамерные процессы в заданных диапазонах давлений и температур, необходимых для обеспечения работоспособности боеприпасов, оценивать влияние на функционирование узлов, иных конструктивных элементов, входящих в состав боеприпаса, регулировать давление во внутреннем объеме установки и удалять продукты сгорания через определенный временной интервал.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известной установке, включающей основание, корпус, дренажную камеру, скрепленных фланцевыми соединениям, передаточный канал, электровоспламенитель, пороховую навеску и датчик давления, особенность заключается в том, что дренажная камера снабжена поршнем со штоком, поршень оснащен узлом герметизации, на штоке смонтированы съемные элементы переменной массы, на внутренних торцах дренажной камеры размещены кольцевые демпферы, кроме того в верхней части дренажной камеры образован воздушный демпфер, а в нижней части расположены радиальные дренажные каналы с резьбовыми заглушками, при этом на торце дренажной камеры выполнено дросселирующее отверстие с возможностью возвратно-поступательного перемещения в нем штока с кольцевым зазором 0,5…1,5 мм.
Новая совокупность существенных признаков, а также наличие связей между ними позволяют, в частности, за счет:
- снабжения дренажной камеры поршнем со штоком, изменять скорость нарастания давления и время протекания внутрикамерного процесса;
- оснащения поршня узлом герметизации, исключить прорыв горячих продуктов горения в область воздушного демпфера;
- монтажа на штоке съемных элементов переменной массы, обеспечить требуемые параметры градиента давления в рабочей камере;
- размещения на внутренних торцах дренажной камеры кольцевых демпферов, снизить ударные нагрузки, исключить нарушение целостности конструктивных элементов установки в процессе ее функционирования;
- образования в верхней части дренажной камеры воздушного демпфера, снизить ударные нагрузки в верхней части дренажной камеры;
- расположения в нижней части радиальных дренажных каналов с резьбовыми заглушками, обеспечить регулирование времени протекания процесса и характеристики изменения давления путем освобождения от резьбовых заглушек дренажных каналов;
- выполнения на торце дренажной камеры дросселирующего отверстия с возможностью возвратно-поступательного перемещения в нем штока с кольцевым зазором 0,5…1,5 мм, обеспечить эффективность работы воздушного демпфера и требуемые параметры динамических процессов движения поршня, при зазоре менее 0,5 мм возрастает сила динамического удара при возврате поршня в исходное положение, при зазоре более 1,5 мм увеличивается риск повреждения верхней части установки.
Признаки, характеризующие изобретение в конкретных формах выполнения позволяют, в частности, за счет:
2
- выполнения передаточного канала с проходным сечением не более 80 мм, обеспечивает необходимые условия для стабильной работы пороховой навески;
- объема передаточного канала, не превышающего объем камеры сгорания, и выбора их общего объема не менее 0,015 объема рабочей камеры, обеспечивает необходимые условия для требуемых параметров нарастания давления в рабочей камере, при величине общего объема менее 0,015 существенно снижается скорость заполнения рабочей камеры продуктами сгорания пороховой навески;
- корректировки объема рабочей камеры, посредством установки компенсаторных вкладышей, обеспечить его соответствие объему исследуемого боеприпаса;
- расположения радиальных дренажных каналов равномерно по периметру корпуса, обеспечить равномерное распределение газодинамических нагрузок на установку;
- размещения радиальных дренажных каналов рядами, обеспечить регулирование времени протекания процесса и характеристики изменения давления путем порядного освобождения от резьбовых заглушек дренажных каналов, а также равномерное распределение газодинамических нагрузок на установку;
- выполнения кольцевых демпферов, например, из резины или резиноподобных материалов, упростить обслуживание и снизить себестоимость эксплуатации установки;
- снабжения датчиком температуры, обеспечить контроль тепловых характеристик протекающих внутрикамерных процессов.
Признаки, отличающие предлагаемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и не известны из уровня техники в процессе проведения патентных исследований, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизны».
Исследуя уровень техники в ходе проведения патентного поиска по всем видам сведений, доступных в странах бывшего СССР и зарубежных странах, обнаружено, что предлагаемое техническое решение явным образом не следует из известного на сегодня уровня техники, следовательно, можно сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения заключается в том, что в установке для исследования внутрикамерных процессов боеприпасов, дренажная камера снабжена поршнем со штоком, поршень оснащен узлом герметизации, на штоке смонтированы съемные элементы переменной массы, на внутренних торцах дренажной камеры размещены кольцевые демпферы, кроме того в верхней части дренажной камеры образован воздушный демпфер, а в нижней части расположены радиальные дренажные каналы с резьбовыми заглушками, при этом на торце дренажной камере выполнено дросселирующее отверстие с возможностью возвратно-поступательного перемещения в нем штока с кольцевым зазором 0,5…1,5 мм.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен общий вид установки для исследования внутрикамерных процессов боеприпасов.
Установка для исследования внутрикамерных процессов боеприпасов содержит основание 1, корпус 2, дренажную камеру 3, скрепленные фланцевыми соединениями 4, пороховую навеску 5, электровоспламенитель 6, передаточный канал 7, камеру сгорания 8, рабочую камеру 9, исследуемый объект 10, компенсаторы объема 11, датчик давления 12, датчик температуры 13, поршень 14 со штоком 15, поршень оснащен узлом герметизации 16, съемные элементы переменной массы 17, на внутренних торцах дренажной камеры 3 размещены кольцевые демпферы 18, а в верхней части дренажной камеры 3 образован воздушный демпфер 19, в верхней части дренажной камеры 3 выполнено дросселирующие отверстие 20 с возможностью возвратно-поступательного перемещения в нем штока 15, дренажные каналы 21, резьбовые заглушки 22.
Установка для исследования внутрикамерных процессов боеприпасов функционирует следующим образом.
При подготовке установки к работе исследуемый объект 10 и компенсаторы объема 11, размещают в рабочей камере 9, на штоке 15 поршня 14 монтируют съемные элементы переменной массы 17, выбор времени воздействия продуктов сгорания на исследуемый объект 10 устанавливают путем монтажа резьбовых заглушек 22 в дренажные каналы 21, а в камере сгорания 9 размещают пороховую навеску 5. После скрепления фланцев 4, подают команду на электровоспламенитель 6 и воспламеняют пороховую навеску 5. Продукты сгорания подают через передаточный канал 7 в рабочую камеру 9, под их действием поршень 14, оснащенный узлом герметизации 16, перемещают вверх, во время движения поршня 14 продукты сгорания сбрасывают через дренажные каналы 21 без резьбовых заглушек 22 за пределы установки, одновременно формируют воздушный демпфер 19, в зазоре дросселирующего отверстия 20 перемещают шток 15, при этом поршень 14 взаимодействует с кольцевым демпфером 18 на верхнем торце дренажной камеры 3, при возврате поршень 14 взаимодействует с кольцевым демпфером 18 на нижнем торце камеры 3, при этом параметры процесса регистрируют датчиком давления 12 и датчиком температуры 13.
Выполнение установки в соответствии с изобретением позволяет исследовать внутрикамерные процессы и оценивать их влияние на функционирование узлов и изделий, входящих в состав боеприпасов.
Изобретение может быть использовано при исследовании внутрикамерных процессов, протекающих в боеприпасах, анализировать процессы, проходящие при функционировании исследуемых объектов и подтверждать работоспособность создаваемых изделий.
Указанный положительный эффект подтвержден испытаниями на опытных образцах установок, изготовленных по данному техническому решению.
В настоящее время разработана конструкторско-технологическая документация, проведены испытания и намечено производство установок в соответствии с предлагаемым изобретением.