СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОКОЛОДУЛЬНОЙ СКОРОСТИ ОБЪЕКТА ИСПЫТАНИЙ ПРИ ЕГО ВЫСОКОСКОРОСТНОМ МЕТАНИИ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к системам определения скорости, основанным на оптико-физических схемах регистрации, а именно, схемах фиксации положений объекта испытаний (ОИ) при высокоскоростном метании на траектории его движения, и может быть использована для определения околодульной скорости ОИ при исследованиях в области аэродинамики, баллистики и т.д.
Известна система для определения скорости движения ОИ при его высокоскоростном метании (Н.А.Златин, Г.И.Мишин Баллистические установки и их применение в экспериментальных исследованиях, М. «Наука» 1974 г.) с помощью контактных рам-мишеней, работающих как на замыкание, так и на размыкание. Датчики установлены на заранее известном расстоянии друг от друга (база между двумя сечениями) S. При срабатывании датчиков определяется интервал времени ∆Т, и затем вычисляют значение скорости V.
Недостатком данной системы является неопределенность в моменте разрыва (замыкания) вследствие деформации проволоки (или фольги) и во влиянии датчиков на параметры движения и целостность самого ОИ. Кроме того, для увеличения точности определения скорости на участке траектории движения необходимо с высокой точностью проводить измерения времени и измерительной базы.
Технический результат при использовании заявляемой полезной модели состоит в исключении влияния фиксирующих положение средств на ОИ, движущийся по траектории полета, и сведении к минимуму погрешности измерения измерительной базы и времени.
Данный технический результат достижим в первом варианте системы за счёт того, что в отличие от известной системы для определения околодульной скорости движения объекта испытаний при его высокоскоростном метании ствольными метательными установками (МУ), состоящей из средств фиксации и регистрации начального и, по крайней мере, одного рабочих положений ОИ на траектории его движения, установленных в заранее заданных сечениях траектории движения ОИ с их привязкой к временной шкале, в предложенной схеме средством фиксации и регистрации начального положения ОИ служит фотодатчик (ФД), ориентированный на срез канала ствола, средством фиксации рабочего положения является по меньшей мере одна фотокамера с импульсным источником света, установленная в требуемом сечении, ФД связан с блоком дискретной задержки (БДЗ), обеспечивающим синхронное срабатывание источника света и фотокамеры в моменты появления ОИ в заданном сечении, а в качестве средства регистрации рабочего положения ОИ на траектории движения использован экран с реперной маркой, установленный напротив соответствующей фотокамеры.
В конкретной реализации, в заявляемой системе в качестве фотокамеры может быть использована цифровая камера с возможностью функционирования в режиме многокадровой экспозиции при помощи двух импульсных источников света, синхронизированных БДЗ с движением ОИ по траектории.
Заявляемый технический результат достижим во втором варианте системы за счёт того, что в отличие от известной системы для определения околодульной скорости движения объекта испытаний при его высокоскоростном метании ствольными метательными установками, состоящей из средств фиксации и регистрации начального и, по крайней мере, одного из рабочих положений ОИ на траектории его движения, установленных в заранее заданных сечениях траектории движения ОИ с их привязкой к временной шкале, в предложенной системе средством фиксации начального положения ОИ, характеризуемого световой вспышкой на выходе ОИ из ствола, формирующей начальный импульс света, является фотоприемное устройство (ФПУ), а средством фиксации рабочего положения является установленный в требуемом сечении бесконтактный датчик пролета ОИ, представляющий собой фотодатчик с излучателем, электрически соединенный с импульсным источником света, формирующим рабочий импульс света, при этом средством регистрации зафиксированных положений ОИ служит осциллограф, связанный с фотоприемным устройством.
2
1
1
2
2
1
Для первого варианта системы, в которой фиксацию положений ОИ осуществляют бесконтактным образом с применением оптико-электронных средств, в частности, задающим реперную марку может быть отвес. В этом случае, определение значения фактической околодульной скорости между полученными положениями ОИ в заданных сечениях на траектории движения ОИ производится исходя из априорного знания фактического расстояния между отвесами (S - S) и расстояний, измеренных по фотоснимкам на экране, между положением ОИ и реперной системой в двух рабочих сечениях (l - недолет и l - перелет) с учетом масштабного коэффициента (отношение фактической длины ОИ к длине ОИ на фотоснимке) к разности временных установок БДЗ (Т - Т), с которыми осуществлялся запуск импульсных источников света.
В случае, где в качестве регистратора используется цифровая камера с возможностью функционирования в режиме многокадровой экспозиции для определения околодульной скорости используется отношение расстояния между двумя положениями ОИ на фотоснимке с учетом масштабного коэффициента (отношение фактической длины ОИ к длине ОИ на снимке) к интервалу времени между срабатываниями двух ИИС, связанных с фотокамерой.
Во втором варианте фиксацию положений ОИ осуществляют бесконтактным образом с применением оптико-электронных средств, при этом за начало отсчета времени выбирают момент выхода ОИ из канала ствола посредством фотоприемного устройства (ФПУ), регистрирующего изменение фонового излучения от появления свечения пороховых газов, движущихся за ОИ, а в момент прохождения ОИ заданного сечения определяется датчиком пролета ОИ, настроенного на изменение освещенности от излучателя на фоточувствительных элементах при пролете ОИ, который выдает импульс запуска на ИИС. Определение фактической околодульной скорости ОИ на участке траектории движения ОИ от среза канала ствола до плоскости регистрации ФПУ осуществляется из отношения данной длины S к интервалу времени, определяемого по осциллограмме на цифровом осциллографе, полученной от ФПУ, регистрирующего выхлоп метательной установки (начальный импульс света), и моменту срабатывания импульсного источника света ∆Т (рабочий импульс света).
Замена контактного метода измерений на бесконтактный при регистрации положений ОИ на траектории его движения позволяет исключить влияние фиксирующих положение ОИ средств на собственно ОИ.
Кроме того, как известно, относительная ошибка измерения скорости складывается из суммы относительных ошибок определения базы и времени. Поэтому при заявляемом подходе к измерениям в первом варианте системы определения скорости для уменьшения ошибки измерения базы увеличена длина базового расстояния. В частном случае реализации этого варианта величина базового расстояния уменьшена, но точность измерения базы увеличена за счет наличия двух положений ОИ на одном фотоснимке. Во втором варианте относительная ошибка измерения скорости уменьшена за счет более точного знания интервала времени, полученного по осциллограмме с цифрового осциллографа, являющегося практически прецизионным устройством.
Таким образом, при исключении влияния средств фиксации и регистрации положений ОИ на траектории его движения повышена точность определения околодульной скорости в первом случае (первый вариант) за счет увеличения базового расстояния, во втором случае - за счет проведения измерения базового расстояния на одном снимке и в третьем случае (второй вариант) за счет использования осциллографа как измерителя времени с высокой точностью.
На фиг.1 и фиг.2 изображены схемы регистрации, лежащие в основе первого варианта заявляемой системы, где 1 - метательная установка (МУ), 2 - импульсный источник света (ИИС), 3 - фотокамера (ФК), 4 - фотодатчик (ФД), 5 - блок дискретных задержек (БДЗ).
На фиг.3 изображена схема регистрации, лежащая в основе второго варианта заявляемой системы определения околодульной скорости, где 1 - МУ, 2 - ИИС, 6 - датчик пролета ОИ, представляющий собой фотодатчик с излучателем, 7 - ФПУ, 8 - цифровой осциллограф (ЦО).
При осуществлении системы по первому варианту (фиг.1) фотодатчик 4, ориентированный на срез канала ствола, реагирует на световое излучение при выходе ОИ из канала ствола МУ 1 и подает сигнал на БДЗ 5, где заранее установлены временные задержки Т1 и Т2 в соответствии с расчетной скоростью движения ОИ на участках траектории S1 и S2, для срабатывания ИИС 2. В момент их срабатывания фотокамеры 3 регистрируют положение ОИ на фоне экранов с закрепленными на них отвесами (репер). По полученным снимкам определяют положение модели относительно реперных марок на каждом фотоснимке с учетом масштабного коэффициента (отношение фактической длины ОИ к длине ОИ на снимке), а затем фактическое расстояние S между положениями модели на траектории ее движения. Зная данное расстояние и временной интервал между срабатываниями ИИС, легко определяется значение околодульной скорости на участке траектории S2 - S1.
При осуществлении системы по схеме реализации по первому варианту (фиг.2) ее работа осуществляется аналогично предыдущему варианту с отличием в том, что вместо двух фотокамер используется фотокамера 3 с многокадровой экспозицией, связанная с двумя ИИС, синхронизированными БДЗ с движением ОИ по траектории, и регистрируются на одном снимке сразу два положения модели. Скорость определяется на основе знания расстояния между этими положениями модели с учетом масштабного коэффициента и интервала между срабатываниями ИИС.
При реализации второго варианта системы (фиг.3) в качестве основного источника информации используется ФПУ 7, устанавливаемое таким образом, чтобы в «поле зрения» его попадал как выхлоп из ствола МУ 1, так и ИИС 2, подключенный к линии запуска от датчика пролета ОИ 6, который установлен на определенном расстоянии S от среза канала ствола и регистрирует момент пролета ОИ плоскости светового потока от излучателя. В момент выхода ОИ из канала ствола ФПУ 7 регистрирует изменение освещенности в данной зоне за счет появления продуктов горения, фиксируя при этом начальный импульс света на цифровом осциллографе 8. Далее при движении ОИ по траектории в момент пролета сечения датчика пролета 6 формируется импульс запуска на ИИС 2, и его короткий световой импульс (рабочий импульс света) фиксируется также ФПУ и регистрируется цифровым осциллографом 8 в виде короткого электрического импульса. По полученной осциллограмме определяется временной интервал от начала изменения фоновой освещенности (начальный импульс света) до начала импульса источника света (рабочий импульс света). По известному расстоянию S и временному интервалу, определенному по осциллограмме, рассчитывается скорость на участке от среза ствола до датчика пролета ОИ.
Таким образом, при исключении влияния средств фиксации и регистрации положений ОИ на траектории его движения повышена точность определения околодульной скорости в первом случае (первый вариант) за счет увеличения базового расстояния, во втором случае - за счет проведения измерения базового расстояния на одном снимке и в третьем случае (второй вариант) за счет использования осциллографа как измерителя времени с высокой точностью.
То есть исключено влияние средств регистрации на ОИ и минимизирована погрешность измерения измерительной базы и времени.