Метод сберегающего газового динамического торможения высокоскоростных ударников с высокой кинетической энергией
METHOD OF SAVING GAS DYNAMIC BRAKING OF HIGH-SPEED STRIKERS WITH HIGH KINETIC ENERGY

Изобретение относится к области новых методик сберегающего торможения высокоскоростных ударников с начальной скоростью 500-2200 м/с, массой от нескольких грамм до десятков килограмм и более с применением стандартных изделий ВВ и образования ими встречных, фронтальных, сверхплотных зон аэродинамического торможения. Предназначено для проведения разовых или серийных испытаний новых образцов, конструкционных разработок, отдельных элементов, в том числе аэродинамического удара головных частей снарядов, ракет, исследовании опытных образцов на тележках разгонных трасс; опытно-исследовательских работах при разработке новых изделий; исследованиях научно-технических аэродинамических расчётно-характеристических. Областью исследования является обеспечение недеформирующего торможения конструктивных элементов в развивающейся оборонной и мирной сферах деятельности государства с целью сохранения геометрических форм и чистоты поверхности метаемого ударника. Устанавливается отдельным самостоятельным тормозным блоком в начальной фазе самых высоких скоростей всей траектории тормозной установки в качестве предварительного торможения со сверхвысоких скоростей до высоких и средних скоростей кинетических ударников. Торможение высокоскоростных ударников с большой массой и скоростью представляет сложный энергетический физико-механический процесс со многими зависимостями ввиду высокой энергии кинетического импульса при его же очень узкой пиковой временной характеристики метаемого ударника и может быть осуществлено в том числе на физических принципах, характеристиках и свойствах газового аэродинамического торможения.
Близких по физической и технической концепции аналогов предлагаемого метода не выявлено. Известен метод приближенный к заявленному - это метод контрольного отстрела огнестрельного оружия, реализующий торможение пуль огнестрельного оружия в тормозном блоке, обеспечивая отсутствие дополнительных деформирующих следов после прохождения тормозной среды [Алексенцева С.Е. Механизированный комплекс контрольного отстрела огнестрельного оружия / Самара:Изд. НИЦ, «Л-Журнал», Тенденции развития науки и образования.- 2020. - ноябрь, №67, Часть 2. - С.20-23.]. Решены задачи по улавливанию пуль огнестрельного оружия с сохранёнными следами от винтовых нарезов ствола и улавливанию выброшенных из патронника стреляных гильз с характерными следами от стреляющего, подающего патроны и выбрасывающего гильзы механизма.
Основным является блок предварительного торможения, который обеспечивает динамическое торможение в тормозной среде, обеспечивая «мягкое» недеформирующее торможение. В блоке предварительного торможения в качестве тормозной среды применена композиция из парафина и смесей аморфных углеводородов, может быть использована бумажная среда, мелкодисперсная резина.
Однако, данный метод предназначен для улавливания пуль и гильз огнестрельного оружия и не может обеспечить недеформирующее торможение высокоскоростных ударников с начальной скоростью 500-2200 м/с и массой до десятков килограмм и более.
Предлагаемое изобретение на основе физического принципа фронтального газового динамического торможения высокоскоростных ударников с высокой кинетической энергией за счёт применения стандартных детонирующих изделий безоболочных ВВ и инициирования встречных зон ударной взрывной волны, обеспечивает следующий технический результат: недеформирующее торможение высокоскоростных ударников с начальной скоростью 500-2200 м/с и массой от нескольких грамм до десятков килограмм и более.
Технический результат достигается за счёт того, что метод сберегающего газового динамического торможения высокоскоростных ударников с высокой кинетической энергией с сохранением целостности метаемого элемента, в котором используют блок торможения, отличающийся тем, что инициируют метание ударника в блок торможения, выполненный из установленных последовательно друг за другом колец из детонирующих ленточных шнуров без медной облицовки, каждое кольцо которого выполняют одновитковым, многовитковым или в виде трубки, выполненной из оборотов детонирующих шнуров вплотную виток к витку, а центры колец совмещают на одной осевой линии по которой пойдёт высокоскоростной ударник, с микрозадержкой инициируют первое тормозное кольцо, подход ударника к каждому следующему кольцу рассчитывают с учётом снижения его скорости и увеличения пути, с уменьшением скорости ударника увеличивают микрозадержку инициирования, каждое последующее кольцо инициируют с микрозадержкой посредством предыдущего, каждое кольцо при детонации создаёт кольцевую ударную волну, направленную в том числе от периферии к собственному центру с получением газового ядра, инициированием колец создают тормозящую встречную фронтальную ударную волну и обеспечивают недеформирующее торможение высокоскоростного ударника с начальной скоростью 500-2200 м/с и массой от нескольких грамм до десятков килограмм.
Реализация физического принципа показана на чертеже и осуществляется через конструктивный технологический способ создания встречной фронтальной ударной волны как газовой среды аэродинамического сопротивления от дополнительно установленных сработавших изделий ВВ кольцевой формы - 2. Через геометрические центры кольцевых детонирующих элементов проходит вся осевая баллистической траектория метаемого ударника - 1.
Для практической реализации данного метода применяются в качестве дополнительных изделий ВВ шнуровые и ленточные стандартные бризантные безоболочечные изделия заводского производства (детонирующие шнуры мягкие эластичные гибкие, ленточные, на основе каучуков ШКЗ без медной облицовки, которым можно от руки легко придавать формы окружностей разных диаметров с выведенным отрезком под детонатор и начальный разгонный участок).
Отрезок детонирующего шнура, свёрнутого в кольцо (плоскость кольца), при детонации начинает создавать кольцевую ударную волну, направленную в том числе от периферии к собственному центру, - подобие эффекта формирования кумулятивного заряда. В центре все радиусы сходятся и схлопываются, образуя короткий по времени и максимальный по напряжённой плотности суммарный пик показателя газовой сверхконцентрации продуктов взрывообразного сгорания. В пространстве получаем относительную форму газового шара - газового ядра, в который входит кинетический ударник, получая вектор встречной тормозящей силы с обратным знаком, - результат вычитания векторов, Дж. На деле ожидаема более сложная форма газовой "юлы" в динамике, чем ровное геометрическое ядро, газ - легко текучая среда. Ударник проходит газовую среду, не оставляя на себе следов торможения, какие бы оставили разброс первичных или вторичных твёрдотельных осколков, оболочек, обломков.
Сколько ВВ в изделии установить - таков будет показатель встречного торможения (на открытых пространствах полигонов, капониров - дешевле и быстрее).
Кольцо встречного газодинамического торможения может быть установлено одно. Может быть установлено несколько таких колец последовательно друг за другом вдоль оси тормозной установки, объединяющей в единую траекторию метаемый ударник, все центры колец, остаточную тормозную среду и финальный материал упора останова. Точность разброса центров колец не больше 10 мм, в идеале "0".
В одном кольце может быть n-витков, "пакетом, жгутом", где все витки вплотную прижаты друг к другу, а поверх поперёк скрепляются изолентой, бичевой, швейной нитью. Кольцо работает не как несколько витков прохода детонационной волны, а как суммарный по мощности единый виток по кратчайшему расстоянию, перебрасывая поперечную боковую детонацию с витка на виток, заводясь друг от друга.
Подход кинетического ударника к каждому следующему кольцу должен быть ориентировочно рассчитан с учётом снижения его скорости и увеличении пути. С уменьшением скорости ударника увеличивается микрозадержка инициирования. Инициирование изделия формирования и метания кинетического ударника начинает работать первым. Одновременно он же с микрозадержкой запускает инициирование первого тормозного кольца. Первое тормозное кольцо с микрозадержкой запускает инициирование второго кольца, и т.д. друг за другом.
Каждое кольцо выполняется в виде одного витка диаметром 120 - 200 мм. Чем меньше диаметр кольца, тем лучше. Потерю мощности малых диаметров и навесок ВВ можно компенсировать количеством витков в кольце, увеличивая общую массу ВВ. Возможно изготовлении не кольца, а короткой трубки торможения L=60-100 мм, из нескольких, 5-9 оборотов применяемых шнуров ВВ виток к витку вплотную с образованием не ядра, а стержня тормозной газовой сверхплотности. Имеет смысл объёмные трубочные тормозные формы дополнительных изделий ставить первыми-вторыми в последовательном ряду перехватывая начальные максимальные скорости ударника, дальше устанавливаются плоскостной кольцевой формы, ещё дальше применяя обычные физические тормозные материалы, заканчивая толстой пухлой подушкой пакетов прирастающей массы из тканей арамидного волокна.
В установке торможения из нескольких колец, по расчёту газовой динамики УВ, число витков в каждом последующем кольце может нарастать от первого к последнему. Сколько витков в каждом кольце и в каком по счёту определяется по поставленной задаче проведения опытно-экспериментальной серии испытаний. Количество устанавливаемых колец, количество витков в каждом кольце, и нужно ли вообще аэродинамическое торможение, зависит от требуемых расчётных мощностей формируемой тормозной ударной волны. Зависит от ударника, - расчётного показателя энергии кинетического импульса: масса, скорость, путь, поперечное сечение приложения сил, время действия импульса. От требуемого показателя торможения одноразового или торможения многоразового ступенчатого по заданному пошаговому снижению величины энергетического импульса и скорости кинетического ударника. В том числе от экономики, трудозатрат и время работ.
Физически, конструктивно исполнение последовательности, допустим четырёх колец торможения, достаточно вольное, не критическое. С одним условием - чтобы совпадали все четыре центра окружности на одной осевой линии по которой пойдёт ударник. Допускается разброс центров окружностей колец, ещё раз, не более 10 мм. Это к тому, что в целях экономии средств и материалов свёрнутые из детонирующих шнуров кольца можно наклеивать на обёрточную бумагу, хоть на газету, предварительно начертив на бумаге окружность с центром осей. По начерченной окружности обогнуть шнур, отрезать, оставив отрезок, приклеить любым удерживающим клеем, посадить на пластилин или мягкую замазку, прихватить ниткой с иголкой к листу бумаги, но не сморщивая газетного листа. На верхних углах листа сделать две петельки для свободного перемещения листа с приклеенным изделием. Так все четыре. Повесить на общий прочный подвес, не дающий прогиба от веса всех изделий. Установить заданные расстояния между листами с изделиями.
Середину окружности в каждом листе бумаги можно вырезать окружностью на 1/3 меньшего диаметра. Пусть ударник на траектории вообще не касается ничего материального, даже газетного листа, - оставит микросетку. Кроме того, на всех четырёх листах открывается сквозная прямая видимость оси прицеливания, механического, оптического, лазерного.
При угловых отклонениях метаемого ударника от оси расчётной траектории каждое кольцо будет стремиться вернуть ядро точно в собственный геометрический центр - стабилизация общей траектории. Из-за расклада радиальных равнодействующих векторных сил окружности к центру, и любое отклонение ударника от центра ближе к краю окружности будет означать более сильное давление на ударник, задавая угловое отклонение, возвращая его на нулевое место равноденствия сил, - в центр окружности. Даже если ударник изначально подошёл к подвесу колец неправильно под небольшим углом к осевой тормозной установки, то весь подвес колец на выходе вернёт ударник на осевую, стабилизирует его баллистику.
Предлагаемый метод предназначен для решения задач возможных потребностей для российской научной прикладной и опытно-экспериментальной площадки РФ, государственным оборонным и бюджетным организациям; частным организациям, занимающихся теоретическим поиском новых физических возможностей, новыми разработками и сериями опытно-экспериментальных работ; для научных исследовательских и испытательных лабораторий, полигонных испытательных работ; в гражданских отраслевых секторах аэродинамических испытаний, в космо-, аэро-, аква-, авто- специфических специальных направлениях науки. Применим для испытаний готовых опытных образцов на прострел, на удар, рикошет, прочность, аэродинамическую центровку центров тяжестей, на серийное снятие показателей и построение характеристик, свойств, сводных таблиц разработок, рекомендации изготовителю.