СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ФУГАСНОСТИ БОЕПРИПАСА
METHOD FOR DETERMINING AMMUNITION FUGACITY CHARACTERISTICS

Изобретение относится к области испытательной и измерительной техники, а именно к способам определения фугасного действия объектов испытаний.
Известен способ определения фугасного действия объектов испытаний /1/, включающий регистрацию датчиками воздушной ударной волны (ВУВ), сопровождающей подрыв объекта, осуществляемый следующим образом.
ВУВ регистрируют датчиками, расположенными на поверхности испытательной площадки не менее чем в трех измерительных точках, дополнительно на пункте управления испытаниями устанавливают информационный датчик (например, радиолокационную станцию), имеющий геодезическую привязку к системе пространственных координат испытательной площадки, устанавливают на объект маяк (например, радиолокационный), включают маяк объекта испытаний и измерители давления, имеющие приемопередающую антенну, соединенные каждый с матрицей из n датчиков ВУВ, расположенные в каждой измерительной точке, принимают измерительным датчиком сигналы от маяка объекта испытаний и измерителей давления, обрабатывают поступившие сигналы, определяют пространственные координаты объекта испытаний и измерителей давления на площадке, сохраняют их памяти ЭВМ, убирают маяк с объекта испытаний, производят его подрыв, измеряют профиль и параметры ВУВ в каждой измерительной точке, по запросу информационного датчика передают показания, зафиксированные в измерителях давления на пункт управления, записывают параметры ВУВ в каждой измерительной точке в блок памяти ЭВМ, формируют документ испытания.
Недостатки данного способа следующие.
1) Способ не оговаривает условия размещения датчиков на измерительной площадке - в случае наличия на пути распространения ВУВ естественных преград возможна суперпозиция "прямой" волны и отраженной "боковой" волны от преграды.
2) В случае же измерительной площадки с ровной поверхностью датчики наряду с прямой ВУВ воспринимают и отраженную непосредственно от поверхности, т.е. все равно датчиком воспринимается некая "сумма" волн.
3) Способ не предусматривает определение фугасного действия объектов испытаний, взрываемых на некоторой высоте над земной поверхностью.
4) Наконец, усложненная, дорогая, экологически небезопасная по отношению к персоналу и сложно осуществимая геодезическая привязка заряда, датчиков и пункта управления к условиям измерительной площадки.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ определения характеристик фугасности /2/, в котором устранен ряд недостатков, присущих способу-аналогу.
Чтобы избежать отражения ВУВ от различных преград и наложения отраженных волн на положительную фазу проходящей ВУВ, здесь испытания осуществляются при подрыве над жесткой поверхностью измерительной площадки.
Способ заключается в размещении на жесткой поверхности измерительной площадки в радиальных направлениях и на заданных расстояниях от заданной точки подрыва в измерительных точках датчиков давления, установку объекта испытаний на поверхности измерительной площадки, его подрыв в заданной точке и регистрацию характеристик проходящей ВУВ в полупространстве. После размещения на жесткой поверхности испытательной площадки датчиков давления сначала производят выстрел объекта испытаний в виде фрагмента или уменьшенной модели боеприпаса из баллистической установки, подрывают его в заданной точке, регистрируют характеристики проходящей ВУВ, образующейся при подрыве объекта, имеющего на момент подрыва собственную скорость и их распределение в полупространстве.
Установку аналогичного объекта испытаний в виде фрагмента или уменьшенной модели боеприпаса на поверхности площадки после этого производят так, чтобы точка подрыва его заряда совпадала с заданной точкой, а его ось симметрии совпадала с траекторией полета, сопоставляют полученные в результате подрывов характеристики проходящей ВУВ, определяют коэффициенты, характеризующие влияние собственной скорости объекта испытаний на изменение его характеристик фугасности. Затем при таких же условиях осуществляют подрыв полномасштабного макета испытываемого боеприпаса регистрацией тех же характеристик и т.д. с последующей обработкой результатов с использованием методов теории подобия.
Данный способ также не лишен некоторых недостатков.
1) Ввиду малой высоты подрыва объекта испытаний над жесткой площадкой с высокой долей вероятности датчиками давления наряду с ВУВ будет восприниматься и сейсмическая ударная волна.
2) Способ не учитывает возможные возмущения от низкопролетающего объекта испытаний над измерительной площадкой при регистрации характеристик воздушной ударной волны. Т.е. свободное поле распространения ВУВ на момент подрыва отсутствует. Вышеуказанные недостатки способа снижают точность измерений и усложняют обработку их результатов.
3) Сложность подрыва движущегося объекта испытаний в заданной точке измерительной площадки (точке пересечения измерительных лучей).
4) Отсутствие регистрации характеристик ВУВ на высоте подрыва.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение точности и расширение диапазона применения способа-аналога, путем осуществления возможности определения ударно-волновых характеристик надповерхностного взрыва, источник которого расположен на некоторой высоте от земли.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном способе определения характеристик фугасности боеприпаса, включающем размещение на поверхности измерительной площадки на измерительных лучах, в заданных направлениях и на заданных расстояниях от точки подрыва датчиков давления, установку испытуемого боеприпаса в заданной точке с последующим подрывом или подрыв его в заданной точке в процессе перемещения с регистрацией характеристик проходящей ударной воздушной волны в измерительных точках, в соответствии с изобретением точку подрыва размещают над поверхностью измерительной площадки на заданной высоте и при этом дополнительно устанавливают несколько датчиков на высоте подрыва, а перемещение боеприпаса при необходимости осуществляют в вертикальном направлении.
Дополнительные датчики на высоте подрыва целесообразно устанавливать на измерительном луче параллельном одному из наземных.
Также дополнительные датчики можно располагать линейно на разных высотах на наклонном луче, проекция которого совпадает с наземным.
В качестве дополнительных датчиков предпочтительно использовать датчики с низким коэффициентом аэродинамического сопротивления (обтекаемые), так называемые "карандашного типа".
Перемещение же испытуемого боеприпаса по вертикали можно осуществлять посредством минометного старта.
При полигонных испытаниях современных боеприпасов на фугасное действие достаточно часто возникает необходимость экспериментального определения ударно-волновых характеристик взрыва, источник которого расположен на некоторой высоте от земли. Воздушная ударная волна, формирующаяся над землей, отражается от подстилающей поверхности с образованием ударного скачка, уходящего вверх от земли, и скользящей вдоль земной поверхности волны Маха. Поэтому использование для определения характеристик ВУВ от надземного взрыва только поверхностных датчиков зачастую дает необъективные результаты. Для объективной же оценки показателей качества функционирования испытываемого изделия в таких условиях, помимо обычно проводимых измерений ударно-волновых параметров на поверхности измерительной площадки, требуется регистрация зависимостей избыточного давления от времени на определенной высоте от земли. Это осуществимо, как вышеупомянуто в отличительных признаках предложенного технического решения, либо путем размещения дополнительных датчиков давления на высоте подрыва, либо линейно на разных высотах, начиная с высоты подрыва. При этом расположение датчиков или на одном уровне на прямом измерительном луче, параллельном одному из наземных, или же на наклонном луче, проекция которого совпадает с наземным, позволит оценить и сравнить характеристики и возможное воздействие ВУВ, распространяющейся в направлении измерительного луча, как на наземные объекты, так и на находящиеся на некоторой высоте от земной поверхности.
При этом надземные датчики с низким коэффициентом аэродинамического сопротивления (обтекаемые), располагаемые на измерительном луче, будут вносить минимальное влияние на фронт ВУВ как при достижении им датчика, так и дальнейшем перемещении в пространстве.
Перемещение в случае необходимости испытуемого боеприпаса по вертикали (например, с использованием минометного старта) позволит осуществить точную привязку к эпицентру точки подрыва, к которой в свою очередь геодезически "привязаны" используемые датчики, что существенно повысит точность обработки получаемых результатов измерений.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1, 2 приведены схемы проведения испытаний по определению характеристик фугасности боеприпаса с различным расположением дополнительных надземных датчиков.
На фиг. 3 - образец записи сигналов (напряжение U - время t) от первичных преобразователей давления, установленных на уровне заряда.
На фиг. 4…6 - сопоставление экспериментальных и теоретических результатов замеров максимального избыточного давления при взрыве заряда на различной высоте.
Предложенный способ определения характеристик фугасности боеприпаса осуществляется следующим образом (фиг. 1, 2). На поверхности измерительной площадки 1 на измерительных лучах 2 в заданных направлениях и на заданных расстояниях от эпицентра О′ точки подрыва О размещают необходимое количество поверхностных (наземных) датчиков давления 3. На измерительном луче 4, расположенном на высоте точки подрыва, размещают высотные (надземные) датчики 5. На фиг 1. показано размещение дополнительных датчиков 5 на высоте подрыва на измерительном луче, параллельном одному из наземных, на фиг. 2 - наклонном, проекция которого совпадает с наземным.
Испытуемый боеприпас 6 подрывают в точке О, размещенной на заданной высоте h.
Монтаж дополнительных датчиков и размещение испытуемого боеприпаса в заданной точке осуществляют с использованием рамной металлоконструкции 7, обеспечивающей практически свободное распространение ударной волны в воздушной среде в зоне измерений.
В случае подрыва неподвижного заряда он подвешивается в точке О над эпицентром О′ на тросе 8. Датчики крепятся к массивному элементу металлоконструкции 9 посредством жестких кронштейнов 10.
В случае необходимости проведения испытаний движущегося боеприпаса устройство минометного старта 11 размещают в эпицентре подрыва - точке О′ с вертикальной ориентацией ствола.
Опробование предложенного способа с неподвижными зарядом ВВ проводилось на испытательной площадке ФКП «НИИ «Геодезия».
3
В частности, на предмет определения характеристик фугасности исследовались сферические заряды насыпного тротила плотностью ~940 кг/м на различной высоте от земли. Заряды имели массу m от 11,15 до 12,54 кг. Инициирование детонации осуществлялось в центре симметрии зарядов. Регистрация ударно-волновых параметров воздушного взрыва проводилась одновременно на поверхности измерительной площадки и на высоте установки заряда. Для регистрации зависимости избыточного давления от времени применялись пьезокварцевые датчики давления фирмы РСВ Piezotronics серий 102В и 137. Датчики серии 102В устанавливались в плоскости земли, а «карандашные» датчики серии 137 (обтекаемые, с низким коэффициентом аэродинамического сопротивления) размещались таким образом, чтобы их чувствительные элементы находились на уровне центра сферического заряда.
Образец записи сигналов (напряжение U - время t) от первичных преобразователей давления, установленных на уровне заряда, представлен на фиг. 3. Здесь отчетливо видны первый и второй пики давления, отвечающие соответственно приходам в точку регистрации ударной волны, приходящей от заряда, и ударной волны, отраженной от земли.
m
o
1/3
Полученные в результате обработки осциллограмм значения максимального избыточного давления воздушной ударной волны Δp, отнесенного к давлению окружающей среды p, для приведенных высот подрыва , равных 3,58; 2,84 и 2,00 м/кг, и различных удалений от заряда и от эпицентра взрыва  приведены в таблицах 1…3. В верхней части таблиц представлены данные измерений на уровне расположения заряда, а в нижней части - данные измерений на поверхности земли.
Для наглядности полученные результаты также представлены в графической интерпретации - фиг. 4…6. Для сравнения на графиках построены теоретические кривые, отвечающие формуле М.А. Садовского /3/ для взрыва на земле:
где m - масса заряда, кг;
r - удаление от центра взрыва, м;
а также - при взрыве в безграничной атмосфере - формула, получаемая подстановкой в вышеприведенную формулу вместо величины m значения m/2.
m
Из приведенных графических зависимостей видно, что значения максимального избыточного давления, полученные при измерениях на уровне размещения заряда, лежат достаточно близко к значениям Δp, найденным по формуле Садовского для взрыва в безграничной воздушной среде (максимальные расхождения между ними не превышает ошибки измерений).
m
m
1/3
1/3
Результаты измерения величины Δp на поверхности измерительной площадки показывают, что чем меньше высота подрыва, тем выше амплитуда воздушной ударной волны. Так, в случае взрыва заряда на высоте 2 м/кг максимальное избыточное давление на расстояниях от эпицентра взрыва более 3,15 м/кг оказывается больше величины Δp, вычисленной по формуле Садовского для взрыва на земле.
Предлагаемый способ определения характеристик фугасности боеприпаса при испытаниях в случае использования многоуровневой аналого-цифровой системы записи и передачи сигналов на обработку с имеет большую точность и достоверность определения параметров ВУВ по сравнению со способом-прототипом. По мере набора статистических данных его применение ускорит создание максимально автоматизированных систем сбора и обработки информации о взрывных процессах, происходящих при испытаниях боеприпасов. Такие системы будут иметь ряд очевидных преимуществ перед существующими в настоящее время, основанными на использовании датчиков давления воздушной ударной волны располагающимися только на поверхности испытательных площадок.
Источники информации
1. Патент RU 2519614, F42B 35/00. Способ определения фугасного действия объекта испытаний. 15.04.2013.
2. Патент RU 2522740, F42B 35/00. Способ определения характеристик фугасности (варианты). 17.07.2012 (прототип).
3. Садовский М.А. Избранные труды. Геофизика и физика взрыва. - М.: Наука, 1999. - 335 с.