Стенд для исследования высокоскоростных соударений
STAND FOR INVESTIGATION OF HIGH-SPEED COLLISIONS

Изобретение относится к испытательной технике. Преимущественная область использования - исследования высокоскоростных ударных явлений.
Исследования высокоскоростных ударных явлений осуществляются, как правило, с применением ствольных метательных установок. Метаемое тело, помещенное в ведущий поддон, разгоняется в стволе метательной установки, отделяется от поддона и нагружает исследуемую мишень. Разгон метаемого тела и его последующий полет до соударения с мишенью должны проходить в вакууме, так как при движении в воздухе метаемое тело интенсивно теряет скорость и нагревается до высокой температуры, вследствие чего происходит изменение его формы и массы. Кроме того, должны быть исключены воздействия на мишень как поддона, так и истекающего из ствола метательной установки рабочего газа.
Известен стенд для исследования высокоскоростных соударений, описание которого приведено в книге Н.А. Златина и Г.И. Мишина «Баллистические установки и их применение в экспериментальных исследованиях», изд-во «Наука», М., 1974 г., стр. 43. В состав стенда входят метательная установка (легкогазовая пушка) и вакуумная трасса. Последняя состоит из отсека сброса, в котором происходит основная задержка рабочего газа, как правило, водорода, истекающего из ствола легкогазовой пушки, трубы, где осуществляется измерение скорости метаемого тела, и вакуумной камеры, в которую помещается исследуемая мишень.
К недостаткам данного стенда следует отнести:
- возможность прохождения в вакуумную камеру части истекающего из метательной установки рабочего газа и воздействия его на мишень;
- необходимость продувки отсека сброса инертным газом в целях исключения образования в его замкнутом объеме взрывоопасной концентрации смеси водорода с воздухом.
Известен «Стенд для исследования высокоскоростных соударений», патент РФ №2289774 F41F 1/00 (2006.01), опубл. 20.12.2006, бюл. №35, выбранный в качестве прототипа. Стенд содержит метательную установку и вакуумную трассу, состоящую из последовательно расположенных и соединенных переходными устройствами отсека сброса рабочего газа из метательной установки с установленным на выходе из него отсекателем поддона и вакуумной камеры с мишенью. Отсек сброса рабочего газа выполнен из легко разрушаемого безосколочного материала, на входе в него закреплено устройство отделения поддона от метаемого тела, а перед входом в вакуумную камеру размещен отражатель газовой струи.
К недостаткам данного стенда следует отнести:
- необходимость замены после каждого эксперимента отсека сброса рабочего газа, выполненного в виде легко разрушаемой трубы;
- возможность прохождения в вакуумную камеру части истекающего из метательной установки рабочего газа и воздействия его на мишень, поскольку отсек сброса рабочего газа (труба) до момента его разрушения сдерживает распространение потока рабочего газа в радиальном направлении и направляет его по оси стенда.
Решаемой технической задачей является создание стенда для исследования высокоскоростных соударений, при постановке экспериментов на котором упрощается его эксплуатация и исключены прохождение в вакуумную камеру истекающего из метательной установки рабочего газа и воздействие его на мишень.
Ожидаемый технический результат заключается в повышении достоверности получаемой в эксперименте информации.
Технический результат достигается за счет использования стенда для исследования высокоскоростных соударений, содержащего метательную установку, устройство отделения поддона от метаемого тела и вакуумную трассу, состоящую из последовательно расположенных и соединенных отсека сброса истекающего из метательной установки рабочего газа, снабженного, по крайней мере, одним отражателем струи рабочего газа, и вакуумной камеры с мишенью. Отражатели струи рабочего газа установлены в отсеке сброса рабочего газа под углом к продольной оси стенда и снабжены отверстиями для пролета метаемого тела. На боковой поверхности отсека сброса рабочего газа выполнено окно, закрытое пленочной диафрагмой, разрушаемой под действием давления рабочего газа. Пленочная диафрагма может быть размещена между двумя установленными на окне отсека сброса рабочего газа пластинами с отверстиями.
Сопоставительный анализ предлагаемого стенда для исследования высокоскоростных соударений и прототипа показывает, что заявляемый стенд отличается от прототипа совокупностью следующих новых конструктивных признаков:
- отражатели струи рабочего газа установлены в отсеке сброса рабочего газа под углом к продольной оси стенда;
- отражатели струи рабочего газа снабжены отверстиями для пролета метаемого тела;
- на боковой поверхности отсека сброса рабочего газа выполнено окно, закрытое пленочной диафрагмой;
- пленочная диафрагма выполнена разрушаемой под действием давления рабочего газа;
- пленочная диафрагма размещена между двумя установленными на окне отсека сброса рабочего газа пластинами с отверстиями.
Размещение отражателей струи рабочего газа в отсеке сброса рабочего газа под углом к продольной оси стенда обеспечивает увод с траектории полета метаемого тела локализованной в отсеке струи истекающего из метательной установки рабочего газа.
Снабжение отражателей струи рабочего газа отверстиями для пролета метаемого тела позволяет последнему беспрепятственно пройти в вакуумную камеру для соударения с мишенью.
Выполнение на боковой поверхности отсека сброса рабочего газа окна, закрытого пленочной диафрагмой, позволяет отделить внутренний тракт стенда от атмосферы с возможностью его вакуумирования.
Выполнение пленочной диафрагмы разрушаемой под действием давления рабочего газа обеспечивает его выброс в атмосферу.
Размещение пленочной диафрагмы между двумя установленными на окне отсека сброса рабочего газа пластинами с отверстиями обеспечивает сохранность пленочной диафрагмы при больших размерах окна при воздействии на нее атмосферного давления и ее разрушение давлением истекающего из отсека рабочего газа, существенно превосходящим атмосферное.
Изобретение поясняется фигурами. На фиг. 1 приведен вид стенда сбоку, на фиг. 2 - вид стенда сверху, на фиг. 3 - метаемое тело в поддоне при выходе из ствола метательной установки; на фиг. 4 - фрагмент пластин с размещенной между ними пленочной диафрагмой, на фиг. 5 - метаемое тело перед отражателем струи рабочего газа.
Стенд для исследования высокоскоростных соударений содержит метательную установку 1, устройство 2 отделения поддона от метаемого тела и вакуумную трассу 3. Вакуумная трасса 3, в свою очередь, состоит из отсека 4 сброса истекающего из метательной установки рабочего газа и вакуумной камеры 5. Отсек 4 сброса истекающего из метательной установки рабочего газа представляет собой емкость с размещенными в ней под углом к продольной оси стенда отражателями 6 газовой струи, снабженными отверстиями 7 для пролета метаемого тела 8. На боковой поверхности отсека 4 выполнено окно 9, закрытое пленочной диафрагмой (например, лавсановой пленкой) 10, при этом пленочная диафрагма может быть размещена между двумя установленными на окне 9 отсека сброса рабочего газа 4 пластинами 11 с отверстиями 12.
Стенд для исследования высокоскоростных соударений работает следующим образом. Перед проведением выстрела (см. фиг. 1) через штуцер 13, размещенный в вакуумной камере 5, производится вакуумирование внутреннего тракта стенда, благодаря чему на всей дистанции полета метаемого тела 8 исключены потеря его скорости и нагрев. При выстреле перед входом в отсек 4 сброса истекающего из метательной установки рабочего газа осуществляется отделение метаемого тела 8 от поддона 14 устройством 2 (см. фиг. 1 и 3). Метаемое тело 8, продолжая свой полет через отсек 4 и отверстия 7 в отражателях 6 (см. фиг. 5), входит в вакуумную камеру 5 и взаимодействует с мишенью 15, а фрагменты 16 разрушенного поддона 14, имеющие радиальную составляющую скорости, задерживаются отражателями 6. Струя рабочего газа, истекающего из ствола метательной установки 1 в отсек 4 (см. фиг. 1, 2 и 4), отклоняется отражателями 6 в сторону окна 9, разрушает пленочную диафрагму 10 и истекает в атмосферу, Предложенный стенд обладает существенными положительными качествами по отношению к прототипу, позволяющими упростить его эксплуатацию и повысить достоверность получаемой в эксперименте информации благодаря исключению прохождения в вакуумную камеру истекающего из метательной установки рабочего газа и воздействия его на мишень.