УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ ПОРОХОВЫХ ГАЗОВ

Предлагаемое к рассмотрению устройство для определения максимального давления пороховых газов в артиллерийских орудиях относится к средствам измерительной техники, предназначенным для проведения испытаний боеприпасов и их составных частей, артиллерийских систем, исследований порохов.
Измерение давления является одним из основных видов измерений, применяемых в экспериментальной баллистике и для решения практических задач. Измерение максимального давления проводят при исследованиях порохов, создании навесок и испытаниях артиллерийских орудий. Основным методом измерения максимального давления в артиллерийской практике является крешерный метод (иначе метод остаточных или пластических деформаций), применяемый в способах проектирования и испытания артиллерийских орудий, зарядов и снарядов в силу исключительной простоты. Крешерный метод используется для измерений максимальных давлений в необходимом диапазоне давлений для испытаний давно известных артиллерийских орудий, современных артиллерийских орудий и вновь разрабатываемых. В известных устройствах, реализующих этот метод, определяют максимальное значение давления пороховых газов по величине осевой остаточной деформации измерителя, выполненного из пластического металла, обычно меди, который размещен в крешерном приборе. Диапазон измеряемых ими максимальных давлений в артиллерийской практике заявителя от 80 МПа до 10000 МПа.
Известно устройство, реализующее крешерный метод, предназначенное для измерения максимального давления пороховых газов в диапазоне давлений от 250 до 650 МПа (далее устройство) в каморе артиллерийского орудия или гильзе с пороховым зарядом (см. Руденко В.Л. Измерение внутрибаллистического давления. Методы, приборы, аппаратура: Курс лекций - Нижний Тагил: Изд-во ФКП «НТИИМ», 2013, С 52.). Оно содержит вкладной крешерный прибор (КП 6000) с размещенным в нем сферическим крешерным элементом - измерителем (далее - измеритель). Измеритель выполнен в виде медного шара диаметром 6 мм из крешерной медной проволоки, технические требования к которой соответствуют ГОСТ 4752-79. Вкладной крешерный прибор является измерительным преобразователем, предназначенным для передачи измерителю силы давления пороховых газов (ОСТ B84-1980-82). Крешерный прибор, предназначенный для работ в указанном диапазоне давлений, содержит цилиндрический стальной корпус с медной защитной оболочкой для предохранения нарезов канала ствола от повреждений, направляющую втулку, поршень, измеритель, цилиндрическую пружину, центрирующее кольцо.
Для перехода от осевой деформации измерителя к давлению применяют таражную таблицу, составленную при проведении динамического тарирования соответствующей партии сферических крешерных элементов (см. Методика применения крешерных приборов со сферическими крешерными элементами АШВ 0283.001 Д, ФКП «НТИИМ»). За величину деформации измерителя принимают разность между величинами диаметра измерителя перед испытанием и после испытания. К партии сферических крешерных элементов предъявляется требование об однообразии их механических свойств. Для проведения динамического тарирования сферического крешерного элемента применяют стрельбы или специальные установки (см. патент на изобретение №2447436 «Установка для сжигания пороха», ФКП «НТИИМ»). Известное устройство для измерения максимального давления пороховых газов позволяет получить величины давления практически совпадающие с величинами давления, измеренными пьезокварцевыми датчиками, которые принято считать «истинным» давлением, (см. Руденко В.Л. Измерение внутрибаллистического давления. Методы, приборы, аппаратура: Курс лекций - Нижний Тагил: Изд-во ФКП «НТИИМ», 2013, С 55-57). Крешерный прибор относят к изделиям точной механики, к точности и чистоте его отдельных поверхностей установлены высокие требования (см. Технологический процесс на изготовление прибора крешерного вкладного КП 6000 АШВ 2.839.005; КП 8000 2.839.006; КП 10000 2.839.004; АШВ 01.101.00112, ФКП «НТИИМ»). После изготовления его подвергают испытаниям, а в дальнейшем при применении установлены процедуры подготовки его к использованию, обработки после использования и подготовки к хранению (см. Комплект документов на технологический процесс подготовки и проведения испытаний сферических крешерных приборов КП 6000, КП 8000, КП 10000, 02306.00352, ФКП «НТИИМ»).
Недостатками известного устройства являются необходимость преобразования измеряемого давления для проведения измерения, высокая стоимость входящего в его состав крешерного прибора, большие затраты, связанные с его применением.
3
2
Известно устройство для определения максимального давления пороховых газов в диапазоне давлений от 343,2 до 500 МПа в каморе артиллерийского орудия или гильзе с пороховым зарядом на основе крешерного метода. Оно содержит вкладной крешерный прибор (Л44-0,5), предназначенный для указанного диапазона давлений в соответствии с ОСТ В84-1980-82, и цилиндрический крешерный элемент - измеритель (далее измеритель) с определенными размерами, указанными ОСТ В84-1980-82. Цилиндрический крешерный элемент - измеритель, размещенный во вкладном крешерном приборе (Л44-0,5), выполнен в виде медного цилиндрического столбика с диаметром 8 мм и длиной 13 мм. Измеритель с указанными размерами в указанном диапазоне давлений дает наиболее надежные результаты. Крешера изготавливают из крешерной медной проволоки, удовлетворяющей требованиям ГОСТ 4752-79, в соответствии с требованиями, установленными ГОСТ 3779-55. При изготовлении к цилиндрическим крешерным элементам партии предъявляется требование об однообразии их механических свойств. Вкладной крешерный прибор является измерительным преобразователем, предназначенным для передачи измерителю силы давления пороховых газов. Он содержит стальной цилиндрический корпус с крышкой и медной защитной оболочкой для предохранения нарезов канала ствола от повреждений, втулку (лейнер), поршень, цилиндрический крешерный элемент - измеритель (см. чертеж 4 - 27117 СБ, разработанный в/ч 33491 Прибор крешерный вкладной лейнированный объемом 44 см с площадью поршня 0,5 см). Крешерный прибор относят к изделиям точной механики, установлены высокие требования к точности и чистоте его отдельных поверхностей (см. Технологический процесс АШВ 01.101.00113 на изготовление прибора крешерного вкладного лейнированного Л44-0,5, ФКП «НТИИМ»). После изготовления он подвергается испытаниям в соответствии с Инструкцией 34-63 по приемным и контрольным испытаниям вкладных крешерных приборов (далее Инструкция), разработанной в/ч 33491, согласно ОСТ В84-1980-82. Указанной Инструкцией установлены процедуры проведения контрольных испытаний, подготовки его к использованию, обработки после использования и подготовки к хранению.
Переход от осевой деформации измерителя к давлению осуществляют по коэффициенту жесткости, определенному по двум предварительным обжатиям цилиндрического крешерного элемента - измерителя.
Недостатками известного устройства являются необходимость преобразования измеряемого давления пороховых газов для проведения измерения; высокая стоимость изготовления входящего в его состав крешерного прибора, большие затраты, связанные с его применением, а также измерение «крешерного давления», имеющего отличие от величин давления, измеренных пьезокварцевыми датчиками, от 5 до 30% в сторону уменьшения давления.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание устройства для измерения максимального давления простого в изготовлении и применении и не дорогого.
Техническим результатом нового устройства является создание устройства, конструкция которого способна в рабочем диапазоне пластически деформироваться в поперечном направлении при непосредственном действии на нее давления пороховых газов в заданной части артиллерийского орудия, у которого зависимость величины этой пластической деформации от величины прилагаемого давления близка к линейной, а измеренные величины давления близки к величинам давлений, измеренных устройством, содержащем крешерный прибор и сферический крешерный элемент.
Предлагается устройство для измерения максимального давления пороховых газов в артиллерийских орудиях (далее Устройство), содержащее металлический элемент цилиндрической формы, отличающееся тем, что этот элемент выполнен с центральным сквозным цилиндрическим отверстием, замкнут с двух концов цельными металлическими пробками, внешние части цельных металлических пробок, выполненные в виде полусфер, состыкованы с торцами металлического элемента цилиндрической формы и соединены с ним герметично, а внутренние части цельных металлических пробок выполнены в виде цилиндров, торцы которых образуют внутри металлического элемента цилиндрической формы полость, длина которой L выбирается из интервала 0,8D≤L≤1,1D где D - наружный диаметр металлического элемента цилиндрической формы. По величине максимальной поперечной деформации в средней части металлического элемента цилиндрической формы, состоящей в уменьшении его наружного диаметра, применяя таражную таблицу, полученную при динамическом тарировании определенного числа Устройств из их партии, устанавливают величину максимального давления пороховых газов в соответствующей части орудия.
На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого Устройства с осевым сечением, где 1 - металлический элемент цилиндрической формы (далее элемент 1), 2 - цельные металлические пробки (далее пробки 2). На фиг. 2 представлены две таражные кривые, где P - величины давления на оси ординат, ΔD - величины пластической деформации на оси абсцисс, 3 - таражная зависимость для Устройства, 4 - таражная зависимость для известного устройства, содержащего крешерный прибор и сферический крешерный элемент.
Предложено Устройство, содержащее металлический элемент цилиндрической формы 1 (далее элемент 1) с центральным сквозным цилиндрическим отверстием, замкнутый с обоих концов одинаковыми цельными металлическими пробками 2 (далее пробки 2). Внешние части пробок 2 выполнены в виде полусфер с радиусом равным половине диаметра D наружной поверхности элемента 1. Они состыкованы с соответствующими торцами элемента 1 и соединены герметично с применением лазерной сварки (круговой). Внутренние части пробок 2 выполнены цилиндрической формы и с натягом размещены в центральном сквозном цилиндрическом отверстии элемента 1 на соответствующих его концах, образуя в нем полость, длина L которой выбрана в соответствии с зависимостью 0,8D≤L≤1,1D для получения максимальной деформации в середине элемента 1. В предложенной конструкции величина наружного диаметра неизменна и равна 8 мм. Размеры элементов реализованной конструкции предложенного Устройства следующие: длина столбика - 14 мм, наружный диаметр столбика 1-8 мм, внутренний диаметр столбика 1-5,2 мм, длина цилиндрической внутренней части пробок 2-3 мм, радиус полусферы внешней части пробок 2-4 мм. Все элементы Устройства, выполнены на токарных станках из крешерной медной проволоки по ГОСТ 4752-79. Устройство работает в диапазоне давлений от 100 до 500 МПа, таражная кривая 3 для него, полученная в результате динамического тарирования определенного количества Устройств из их партии, имеет практически линейный характер в указанном диапазоне. Для применения Устройства по указанному назначению изготавливают партию этих Устройств. Одним из основных требований к Устройствам из партии заключается в однообразии их механических свойств. Точность изготовления элементов Устройства установлена та же, что и для изготовления цилиндрических крешерных элементов по ГОСТ 3779-55. Для получения таражной зависимости проводят динамическое тарирование Устройств из партии в специальных установках, обеспечивающих всестороннее непосредственное воздействие на него измеряемого давления (см. патент на изобретение №2447436 «Установка для сжигания пороха», ФКП «НТИИМ»).
Для защиты Устройства от факторов, сопровождающих горение пороха в артиллерийском орудии, его перед помещением в пороховой заряд покрывают силиконовой смазкой, заворачивают в асбестовую бумагу, далее этот сверток заворачивают в сетку (по ГОСТ 15527) с крупными ячейками, свободные концы которой закручивают. В каморе орудия или гильзе при выстреле Устройство подвергается всестороннему воздействию давления пороховых газов. После извлечения Устройства из орудия защитные оболочки снимают и проводят измерение максимальной величины его поперечной деформации, которая максимальна на его середине (на средней части элемента 1), путем измерения наружного диаметра его середины микрометром с точностью до 0,001 мм. За величину деформации принимается разность между величинами наружного диаметра элемента 1 на его середине перед испытанием и после испытания. Применяя таражную кривую 3, полученную в результате динамического тарирования Устройств из той же партии, находят соответствующее этой деформации давление. Сравнивая в диапазоне давлений от 200 до 500 МПа таражную зависимость 3 для предлагаемого Устройства и таражную зависимость 4 для устройства (аналог), содержащего крешерный прибор и сферический крешерный элемент, можно сделать вывод о соразмерности полученных результатов измерений.
Предложено Устройство, которое имеет простую, удлиненную конструкцию, состоящую из элементов простых в изготовлении, просто собираемых, способную непосредственно воспринимать давление пороховых газов в артиллерийском орудии. Эта конструкция способна равномерно деформироваться посередине. Величина этой деформации проявляется в уменьшении наружного диаметра элемента 1 Устройства в его средней части. Определение давления при применении Устройства осуществляется с помощью таражной зависимости, полученной в результате динамического тарирования определенного числа Устройств из той же партии. Применение динамического тарирования позволяет получить результат измерения максимального давления пороховых газов в каморе или гильзе артиллерийского орудия приближенный к реальному давлению пороховых газов. Конструкция предложенного устройства, выполненная из указанного материала, позволяет измерять максимальные давления в диапазоне от 100 до 500 МПа, в котором работает часть применяемых на полигонных испытаниях артиллерийских орудий, получая результаты соразмерные результатам, полученным известным устройством. Затраты на изготовление предложенного Устройства существенно меньшие по сравнению с прототипом.