Стенд для испытаний датчиков цели взрывательных устройств
TEST BENCH FOR TESTING TARGET SENSORS OF FUZE DEVICES

Предлагаемое изобретение относится к области испытания боеприпасов, конкретно - контактных датчиков цели различных взрывательных устройств (ДЦ ВУ) инженерных боеприпасов (ИБ) наземного применения.
В соответствии с работой /1/ датчики цели являются важнейшим и неотъемлемым устройством сенсорной системы ВУ боеприпасов, и служат для выработки первичного достоверного сигнала (механического, электрического и т.д.) свидетельствующего о наличии в зоне поражения заданной цели, и последующей его передачи в систему предохранения или систему инициирования ВУ.
Наиболее распространенные в настоящее время контактные ДЦ механического действия ИБ наземного применения условно можно разделить на две группы:
1) Чувствительные непосредственно к внешнему механическому воздействию на контактный элемент (шток/кнопку) датчика:
- при нагружении;
- при снятии заранее приложенной нагрузки.
2) Чувствительные к изменению пространственного положения ВУ вследствие внешнего механического воздействия, используемые в неизвлекаемых ИБ.
От надежного срабатывания ДЦ ВУ зависит работа инженерного боеприпаса, поэтому ДЦ ВУ в обязательном порядке должны подвергаться испытаниям на чувствительность к внешним механическим воздействиям, подтверждающим соответствующие характеристики, заданные в конструкторской и эксплуатационной документации, - в процессе отработки новых изделий, - при приемке выпускаемых промышленностью, - при проверке изделий, находящихся на хранении (с заданной периодичностью), а также - при возможном продлении ресурса по истечении гарантийного срока хранения (ГСХ), т.е. практически на протяжении всего жизненного цикла изделий.
В силу конструктивных особенностей ДЦ первой условной группы, при их испытаниях необходимо определять величину усилия внешнего силового воздействия на контактный элемент (шток/кнопку) датчика при нагружении или при снятии заранее приложенной нагрузки, при котором происходит срабатывание датчика с выдачей соответствующего сигнала в измерительную цепь (на прибор) и (или) на систему инициирования ВУ.
Для ДЦ второй группы условия срабатывания датчика могут определяться по углу наклона ВУ, содержащего данный датчик, относительно горизонтальной поверхности (плоскости установки ВУ или ИБ), также с выдачей сигнала от датчика в измерительную цепь (на прибор), или на ВУ снаряженного ИБ.
Одним из известных устройств, пригодных для определения механических характеристик объектов, является, например, образцовая силоизмерительная машина ОСМ-2-5-0,5 /2/, содержащая несущую металлоконструкцию, связанную с ней опорную плиту для размещения испытываемого изделия, механизм нагружения и устройства измерения усилий и перемещений.
Недостатки данного устройства применительно к возможности использования для испытаний ДЦ ВУ следующие:
- отсутствие и сложность обеспечения взрывозащиты при периодических испытаниях ДЦ ВУ, входящих в конструкцию ИБ;
- большие габариты и масса;
- возможность только ступенчатого силового нагружения через рычажный механизм, что не дает достаточной точности измерений;
- скорость нагружения в механическом режиме только ступенчатая;
- опорная плита горизонтальная и механизма ее поворота не предусмотрено, что не позволяет осуществлять испытания ДЦ ВУ, чувствительных к изменению пространственного положения.
Более близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату может служить стенд /3/, также содержащий несущую металлоконструкцию, связанную с ней опорную плиту для размещения испытываемого изделия, механизм нагружения и устройства измерения усилий и перемещений.
В отличие от устройства-аналога этот стенд, судя по приведенной в описании изобретения графической информации, конструктивно более прост, имеет меньшие массогабаритные характеристики, при некоторых доработках позволяет обеспечить взрывозащиту основных его компонентов, а также осуществлять прямое силовое нагружение испытываемого объекта с возможностью регулирования скорости и усилия.
Однако, данный стенд не лишен и ряда недостатков, присущих аналогу:
- опорная плита здесь тоже имеет фиксированное горизонтальное исполнение без механизма поворота;
- регулирование скорости и усилия силового нагружения осуществляется вручную, поэтому стенд данной конструкции для проведения периодических испытаний инженерных боеприпасов, содержащих ДЦ ВУ, неприменим ввиду повышенной опасности.
Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности безопасного проведения испытаний различных типов ДЦ ВУ на всех стадиях их жизненного цикла, с ускоренным процессом обработки результатов и повышенной степенью точности измерений.
Решение задачи достигается тем, что в известном стенде для испытания датчиков цели взрывательных устройств, содержащем несущую металлоконструкцию, связанную с ней опорную плиту для размещения испытываемого изделия, механизм нагружения и комплект измерительных устройств, включающий устройства измерения усилий и перемещений, в соответствии с изобретением фронтальная часть несущей металлоконструкции выполнена из бронелиста, связанная с ней опорная плита выполнена с возможностью регулируемого поворота относительно горизонтальной оси посредством закрепления на удлиняющих элементах системы параллельных рычагов, установленных на общем валу, приводимом во вращение посредством дополнительного рычага, соединенного с линейным механическим актуатором, механизм нагружения выполнен в виде тонкостенной емкости, снабженной трубопроводными линиями с соответствующими регулирующими клапанами для наполнения/опорожнения жидкостью, устройство измерения перемещений выполнено в виде измерителя угла отклонения опорной плиты от горизонтали, а комплект измерительных устройств дополнительно содержит звукозаписывающую аппаратуру и регистрирующую высокоскоростную фотоаппаратуру.
Необходимость и достаточность вышеуказанных отличительных признаков предложенного технического решения может быть пояснена следующим образом.
При проведении испытаний инженерных боеприпасов, содержащих ДЦ ВУ, находящихся на хранении или при определении возможности продления ресурса по истечении ГСХ, наиболее целесообразно испытывать боеприпас с подрывом, т.е. с учетом надежности действия всех входящих в его конструкцию устройств. Однако, в этом случае от воздействия поражающих факторов взрыва возможно разрушение базовых элементов конструкции стенда.
Исполнение фронтальной части несущей металлоконструкции стенда из бронелиста позволит защитить от взрывного воздействия как остальные ее элементы, так и размещенные за ней устройства измерения усилий и перемещений, и линейный механический актуатор, служащий для осуществления привода поворота опорной плиты, а выполнение опорной плиты с возможностью регулируемого поворота относительно горизонтальной оси необходимо для испытаний на стенде ДЦ ВУ, чувствительных к изменению пространственного положения.
Предложенная конструкция рычажного поворотного механизма опорной плиты (см. далее фиг. 1 и фиг. 2) с размещением общего вала, системы параллельных рычагов, дополнительного рычага и линейного механического актуатора практически вне зоны возможного взрывного воздействия, выбрана исходя из условий максимальной взрывозащиты устройства. Удлиняющие элементы системы рычагов могут быть легко заменены в случае повреждения, а параллельность системы рычагов обеспечивает исходное горизонтальное положение опорной плиты.
В качестве дополнительного средства защиты привода поворота от взрывного воздействия может служить выполнение опорной плиты и удлиняющих элементов системы рычагов из легкоразрушаемых материалов, например опорной плиты - из жесткого пенополистирола, а удлиняющих элементов системы рычагов - из дерева, - при их разрушении под действием взрыва усилия взрывного воздействия на механизм поворота передаваться не будут.
Также при необходимости дополнительной защиты привода, шарнирное соединение дополнительного рычага со штоком актуатора\устройства измерения усилий (см. далее фиг. 3) может быть выполнено быстроразъемным, или же из легкоразрушаемого материала (дерева, пластика) может быть выполнена ось шарнирного соединения дополнительного рычага со штоком актуатора\устройства измерения усилий.
Использование в качестве механизма нагружения тонкостенной емкости, снабженной трубопроводными линиями с соответствующими регулирующими клапанами для наполнения/опорожнения жидкостью (в обычных условиях - водой) позволит осуществлять нагрузку/разгрузку чувствительных элементов ДЦ ВУ плавно, с заданной скоростью, и с высокой точностью измерений. Выполнение емкости тонкостенной предложено исходя из того, чтобы вес ее был минимальным, и не превышал усилия срабатывания ДЦ ВУ. Кроме того целесообразно выполнить ее из прозрачного материала и снабдить мерной шкалой, что позволит осуществлять видеофиксацию процесса наполнения/опорожнения, - фактически нагрузки/разгрузки ДЦ ВУ, повысив тем самым точность и надежность измерений.
2
Для обеспечения возможности проведения испытаний в условиях отрицательных температур, в качестве наполняющей емкость (или истекающей из нее) жидкости могут использоваться различные солевые растворы, например СаСl. При этом, вследствие большей по сравнению с водой плотностью растворов, время наполнения/опорожнения емкости при заданном расходе до срабатывания ДЦ ВУ будет меньшим, что позволит сократить срок испытаний.
Выполнение устройства измерения перемещений в виде измерителя угла отклонения опорной плиты от горизонтали при испытаниях ДЦ ВУ, чувствительных к пространственному положению, позволит точно определить условия срабатывания датчика.
В силу конструктивных особенностей практически всех ДЦ, нагрузка/разгрузка их чувствительных элементов, или изменение пространственного положения в момент срабатывания сопровождается звуковым эффектом - характерным щелчком (взрывом). Поэтому наличие в комплекте измерительных устройств стенда звукозаписывающей аппаратуры является дополнительным средством повышения точности проводимых измерений.
Комплект регистрирующей высокоскоростной фотоаппаратуры предназначен для видеофиксации процесса проведения испытаний, и по ее результатам посредством покадровой развертки с наложением координатной сетки позволит определить условия срабатывания ДЦ ВУ.
Изобретение поясняется следующей графической информацией:
На фиг. 1 в качестве примера представлена принципиальная схема стенда для испытаний ДЦ ВУ в процессе испытания датчика, чувствительного к внешнему силовому механическому воздействию на контактный элемент (шток, кнопку) датчика при нагружении.
На фиг. 2 представлено схематичное изображение стенда со стороны механизма привода поворота опорной плиты (вид стенда сзади).
На фиг. 3 показан вариант исполнения быстроразъемного шарнирного соединения дополнительного рычага со штоком актуатора\устройства измерения усилий.
Для упрощения изображения боковые, тыльная и верхняя защитные элементы металлоконструкции стенда, силовая электрическая линия для привода поворота опорной плиты, а также проводные линии связи измерительных и регистрирующих элементов с контрольно-измерительной и регистрирующей аппаратурой и сама аппаратура условно не показаны.
Стенд для испытания ДЦ ВУ содержит несущую металлоконструкцию 1, связанную с ней опорную плиту 3 для размещения испытываемого изделия, механизм нагружения 9 и комплект измерительных устройств 14…17, включающий устройства измерения усилий 14 и угловых величин 15 (фиг. 2).
Фронтальная часть несущей металлоконструкции 1 выполнена из бронелиста 2, связанная с ней опорная плита 3 выполнена с возможностью регулируемого поворота относительно горизонтальной оси посредством закрепления на удлиняющих элементах 4 системы параллельных рычагов 5, установленных на общем валу 6, размещенном за фронтальной частью несущей металлоконструкции и приводимом во вращение посредством дополнительного рычага 7, соединенного с линейным механическим актуатором 8 (фиг. 2).
При ограничениях по ширине стенда, общий вал 6 привода поворота опорной плиты 3 может размещаться перед фронтальной частью 2 несущей металлоконструкции 1 и защищаться от повреждений дополнительной стальной пластиной (как более сложное в исполнении, на приведенных иллюстрациях данное конструкторское решение не показано).
Механизм нагружения выполнен в виде тонкостенной емкости 9, снабженной трубопроводными линиями 10, 11 с соответствующими регулирующими клапанами 12, 13 для наполнения/опорожнения жидкостью.
Устройство измерения перемещений выполнено в виде измерителя угла 15 отклонения опорной плиты от горизонтали, а комплект измерительных устройств дополнительно содержит звукозаписывающую аппаратуру 16 и регистрирующую высокоскоростную фотоаппаратуру 17.
При необходимости дополнительной защиты привода, шарнирное соединение (фиг. 3) дополнительного рычага 7 со штоком актуатора\устройства измерения усилий 14 выполняется быстроразъемным, или же из легкоразрушаемого материала (дерева, пластика) выполняется ось шарнирного соединения 18.
Работа стенда может осуществляется в нескольких режимах.
1) Испытание ДЦ ВУ, чувствительных непосредственно к внешнему силовому механическому воздействию на контактный элемент (шток, кнопку) датчика при нагружении, без подрыва ВУ (ИБ).
а) На опорную плиту 3 стенда, закрепленную на удлиняющих элементах 4 системы параллельных рычагов 5, установленных на общем валу 6, размещенном за бронеплитой 2 металлоконструкции 1, последовательно устанавливают ВУ 19 с чувствительным элементом ДЦ 20, и затем на него емкость - 9. Для вертикальной ориентации емкости 9 (и соответственно горизонтальной - ее днища) используют направляющую конструкцию типа штатива 21 (например, цилиндрическое кольцо с внутренним диаметром равным диаметру емкости, снабженное опорами).
б) Измерительные устройства 14, 16, 17 и контактные выводы ДЦ по соответствующим проводным линиям связи подключаются к регистрирующей аппаратуре.
в) В стартовый момент времени одновременно включают измерительно-регистрирующие устройства 14, 16, 17 и по трубопроводу 10 через регулирующий клапан 12 осуществляют с заранее установленным расходом подачу жидкости в емкость 9. Емкость 9 своей донной частью давит на чувствительный элемент ДЦ 20 устройства 19 и при достижении ее весом порогового для датчика значения, датчик срабатывает, что сопровождается соответствующим звуковым эффектом (щелчком, взрывом) и выдачей соответствующего сигнала о замыкании его контактной группы.
г) Показания задействованных в данном испытании измерительных устройств фиксируются и регистрируются от стартового момента и до момента срабатывания ДЦ. Момент срабатывания определяется звуковым эффектом и (или) замыканием контактной группы.
2) Испытание ДЦ ВУ, чувствительных непосредственно к внешнему силовому механическому воздействию на контактный элемент (шток, кнопку) датчика при разгрузке, без подрыва ВУ (ИБ).
Действия по пунктам «а», «б» и «г» испытаний аналогичны режиму 1.
в) По трубопроводу 10 через регулирующий клапан 12 осуществляют заполнение емкости 9 до веса, заведомо превышающего порог срабатывания датчика при разгрузке.
В стартовый момент времени одновременно включают измерительно-регистрирующие устройства 14, 16, 17 и по трубопроводу 11 через регулирующий клапан 13 осуществляют опорожнение емкости 9 с заранее установленным расходом.
Сначала емкость 9 своей донной частью давит на чувствительный элемент ДЦ 20 устройства 19 с заведомо большим усилием, а затем при достижении ее весом порогового для датчика значения, датчик срабатывает, что сопровождается соответствующим звуковым эффектом (щелчком) и выдачей соответствующего сигнала о замыкании его контактной группы.
3) Испытание ДЦ ВУ, чувствительных непосредственно к внешнему силовому механическому воздействию на контактный элемент (шток, кнопку) датчика при нагрузке\разгрузке с подрывом ВУ (ИБ).
Режимы нагружения/разгрузки контактного элемента датчика 20 осуществляют аналогично предыдущим случаям дистанционно.
Акустический канал измерений 16, и канал на замыкание контактных элементов ДЦ не задействуют.
Весовая нагрузка на контактный элемент датчика 20 регистрируется по линии связи «силоизмерительное устройство 14 - регистрирующий прибор», а также по результатам видеозаписи посредством скоростной фоторегистрирующей аппаратуры 17.
Момент срабатывания - взрыв ВУ (ИБ).
4) Испытания ДЦ ВУ, чувствительных к изменению пространственного положения ВУ (без подрыва и с подрывом ВУ ИБ).
а) Датчик цели, или содержащее его ВУ 19 закрепляется на опорной плите 3, и если испытание проводится без подрыва, к регистрирующей аппаратуре по соответствующим проводным линиям связи подключаются контактные выводы ДЦ, а также микрофон звукозаписывающей аппаратуры.
б) Одновременно включаются привод линейного механического актуатора 8 и скоростная фоторегистрирующая аппаратура 17.
Шток линейного механического актуатора 8, перемещаясь вверх, действует на рычаг 7 через силоизмерительное устройство 14 и далее - через ось шарнирного соединения 18, вследствие чего приводится во вращение вал 6, и осуществляется поворот установленной на нем системы параллельных рычагов 5, связанных с ними удлиняющих элементов 4, и в итоге - закрепленной на последних опорной плиты 3.
в) При достижении опорной плитой 3 угла наклона к горизонтали, соответствующего условиям срабатывания ДЦ, закрепленный на ней датчик срабатывает, т.е. контактная группа в нем замыкается, что или фиксируется регистрирующей аппаратурой (изменение сопротивления цепи контактной группы датчика + акустический сигнал), или же осуществляется подрыв ВУ (ИБ).
Угол срабатывания ДЦ в зависимости от условий испытаний определяется либо по измерителю 15, либо по результатам скоростной видеосъемки.
Момент срабатывания определяется, соответственно, - или по фиксации замыкания контактной группы датчика, или по моменту взрыва.
Как вышеупомянуто, при всех испытаниях ДЦ ВУ с подрывом, опорная плита 3 и удлиняющие элементы 4 системы рычагов 5 должны быть выполнены из легкоразрушаемых материалов. Также для дополнительной защиты привода, шарнирное соединение дополнительного рычага 7 со штоком актуатора\устройства измерения усилий 14 выполняется быстроразъемным, или же из легкоразрушаемого материала выполняется ось шарнирного соединения 18.
Таким образом, стенд предложенной конструкции позволяет осуществлять безопасное проведение испытаний различных типов ДЦ ВУ на всех стадиях их жизненного цикла, с ускоренным процессом обработки результатов и повышенной степенью точности измерений, т.к. измерение физических характеристик, определяющих срабатывание датчиков осуществляется по нескольким информационным каналам.
Управление стендом осуществляется в дистанционном режиме.
Непосредственно измерения и их математическая обработка могут осуществляться с применением современных программно-аппаратных средств. Одновременно с повышением точности измерений и снижением трудозатрат это является предпосылкой создания и совершенствования автоматизированных систем сбора и обработки информации при испытательных работах.
Источники информации, принятые во внимание при оформлении заявки:
1) Козлов В.И. Особенности проектирования и испытаний датчиков цели взрывательных устройств. - М.: изд. МГЛУ им. Н.Э. Баумана, 2007, 47 с.
2) www.testmachines.ru/evolution/osm2.html Образцовые силоизмерительные машины ОСМ-2.
3) Авторское свидетельство СССР SU №214169, Устройство для испытания пружин, G01M 13/00, 1967 г.