ЗОНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ПРОНИКАНИЯ В ПРЕГРАДУ
PROBE FOR INVESTIGATION OF PROCESS OF HIGH-SPEED PENETRATION INTO OBSTACLE

Изобретение относится к измерительной технике, а конкретно к проникающим зондам (ПЗ) или пенетрометрам для исследования процесса высокоскоростного проникания в преграду с определением множества параметров состояния взаимодействующих материалов зонда и грунта во время проникновения, оснащенных соответствующими датчиками физических параметров в составе регистрирующей аппаратуры (РА), соединенной линией связи с передающей аппаратурой (ПА), транслирующей полученную информацию непосредственно на поверхность преграды.
5
6
В статье О.И. Жиганова, В.Ю. Клименко, М.А. Невоструевой «Разработка методом компьютерного моделирования способа эффективного гашения энергии пули», журнал «Оборонная техника», №1-2, 2017 г., представлены результаты компьютерного моделирования процесса проникания стальной пули калибра 7,62 мм при скорости 700 м/с в гетерогенную броню - слойки, состоящей из пластичного и хрупкого материалов. Графики изменения скорости показывают, что время полного торможения пули происходит за время ≈70 мкс при применении керамики в качестве хрупкого материала. При этом на графике изменения скорости пули можно выделить два характерных участка: в течение ≈10 мкс по мере внедрения наконечника пули в преграду происходит плавное снижение скорости на несколько десятков м/с, при этом реализуется перегрузка ≈10; затем происходит практически линейное снижение скорости до нулевой с перегрузкой ≈10.
Представленный пример дает качественную картину процесса проникания тел в преграды, причем характерный для однородной структуры преграды. В случае размещения в преграде слоя из высокоплотного и твердого материала, например пластины из вольфрамового сплава, процесс торможения проникающего тела будет еще более интенсивным. Если для процесса торможения пули указанный фактор можно считать положительным (необходимо погасить энергию пули), то для зонда, обеспечивающего измерение параметров проникания, это может привести к его преждевременному разрушению.
5
Для лабораторных и полигонных условий измерения параметров интенсивных ударных нагружений известен ударник с контактными пьезоакселерометрами, соединенными электрической связью с регистрирующей аппаратурой, расположенной вне преграды, рассчитанного на воздействие перегрузки ≈10 в течение десятков миллисекунд, описанный в патенте РФ №2287756, МПК G01N 3/30, опубл. 20.11.2006 г. под названием «Устройство проводной электрической связи для метаемого тела и способ испытаний метаемых тел с непрерывной регистрацией баллистических параметров». Результаты замера ускорений и обработка их по определенному алгоритму позволяют не только определять динамические характеристики сопротивляемости различных материалов прониканию и деформированию, но и дают возможность тестирования расчетных методик.
Основным недостатком указанного устройства является низкая надежность электрической линии связи, вероятность обрыва которой определяется множеством факторов: ее длиной, сечением и прочностью проводов, величиной и длительностью действующих перегрузок, характеристиками преграды и параметрами образующейся каверны.
Известен пенетрометр из патента US 4492111, МПК G01N 3/00, опубл. 08.01.1985 г. для одновременного определения характеристик грунта во время проникновения, а также в состоянии покоя после полного проникания. Устройство содержит прочный корпус, в котором размещены бортовой источник питания и множество чувствительных элементов, подключенных к телеметрическому оборудованию для генерации характеристик грунта и передачи таких сигналов на поверхность по радиорелейной линии связи.
Указанное устройство обладает более высокой надежностью ввиду отсутствия проводной линии связи между телеметрической аппаратурой и внешним приемником.
Однако, даже при сохранении целостности корпуса пенетрометра и высокой ударостойкости измерительной аппаратуры, его надежность будет ограничена работоспособностью телеметрического оборудования, содержащего радиоэлектронные компоненты, являющегося наиболее слабым звеном в конструкции устройства.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является зонд для исследования свойств грунта, описанный в патенте RU №2111476, МПК G01N 3/30, 3/48, E02D 1/00, опубл. 20.05.1998 г., использующийся для дистанционного определения физико-механических и прочностных свойств грунта. Зонд для исследования процесса высокоскоростного проникания в преграду, содержит носовую часть, примыкающий к ней корпус, и регистрирующую аппаратуру, расположенную в носовой части зонда.
К недостаткам прототипа следует отнести то, что регистрирующая аппаратура размещена непосредственно в носовой части зонда. При резком увеличении перегрузки, например, при попадании зонда в скальный грунт, может произойти отказ регистрирующей аппаратуры при достижении для нее критических значений перегрузки, хотя при этом носовая часть зонда может сохранить свою конструктивную целостность.
Задачей заявляемого изобретения является увеличение времени работы регистрирующей аппаратуры проникающего зонда при достижении на ней критических значений перегрузки, при одновременном повышении надежности получения информации о процессе проникания.
Технический результат, который позволяет решить поставленную задачу, заключается в создании зонда для исследования процесса высокоскоростного проникания в преграду, позволяющего увеличить время работы регистрирующей аппаратуры проникающего зонда при одновременном повышении надежности получения и регистрации информации о процессе проникания.
Это достигается тем, что в зонде для исследования процесса высокоскоростного проникания в преграду, содержащем носовую часть, примыкающий к ней корпус, регистрирующую аппаратуру, отделяющийся хвостовик с передающей аппаратурой, соединенной с регистрирующей аппаратурой линией связи, согласно изобретению, носовая часть выполнена с полостью, в которую установлен контейнер с регистрирующей аппаратурой, закрепленный посредством разрушаемого крепежного элемента, при этом между полостью и контейнером выполнены осевой и радиальный зазоры.
Кроме того, разрушаемый крепежный элемент выполнен в виде одной или нескольких шаровых опор.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «новизна» по действующему законодательству.
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного технического уровня техники.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «изобретательский уровень».
Предлагаемое изобретение проиллюстрировано следующим чертежом, на котором представлено продольное сечение зонда для исследования процесса высокоскоростного проникания в преграду.
На чертеже введены следующие обозначения:
1 - носовая часть;
2 - корпус;
3 - отделяющийся хвостовик;
4 - передающая аппаратура (ПА);
5 - линия связи;
6 - регистрирующая аппаратура (РА);
7 - контейнер;
8 - полость;
9 - разрушаемый крепежный элемент;
10 - осевой зазор;
11 - радиальный зазор;
12 - датчики физических параметров.
Зонд для исследования процесса высокоскоростного проникания в преграду содержит (фиг.) носовую часть 1, примыкающий к ней корпус 2, отделяющийся хвостовик 3 с передающей аппаратурой 4 (ПА), линию связи 5 и регистрирующую аппаратуру 6 (РА), размещенную в контейнере 7. Носовая часть 1 выполнена с полостью 8, в которой с помощью разрушаемого крепежного элемента 9, например одной или нескольких шаровых опор, расположен контейнер 7 с РА 6, при этом между полостью 8 и контейнером 7 выполнены осевой 10 и радиальный 11 зазоры. В носовой части 1 размещены датчики физических параметров 12.
Устройство работает следующим образом: при достижении в носовой части 1 зонда для исследования процесса высокоскоростного проникания в преграду перегрузки, величина которой близка к критической для РА 6, происходит разрушение крепежного элемента 9, соединяющего носовую часть 1 и контейнер 7 с размещенной в нем РА 6. При этом контейнер 7 с РА 6 продолжает свободное движение в полости 8 с сохранением своей работоспособности и обеспечивает посредством любой линии связи 5 (электрической, волоконно-оптической, радиорелейной или оптической) передачу информации о процессе проникания в ПА 4, которая, в свою очередь, передает информацию на поверхность. Воздействие инерционных нагрузок на ПА 4 снижено ввиду ее размещения в отделяющемся хвостовике 3. Работоспособность РА обеспечивается как при действии осевых, так и поперечных перегрузок, при этом время, в течение которого обеспечивается работоспособность РА, определяется скоростью движения контейнера 7 после разрушения крепежного элемента 9 и величиной зазоров 10 и 11 между контейнером 7 и носовой частью 1 зонда для исследования процесса высокоскоростного проникания в преграду. Например, при скорости контейнера 500 м/с и зазоре 100 мм, дополнительное время работоспособности РА составит 200 мкс, что сравнимо со временем проникания зондов в прочные грунты.
Кроме того, заявляемое устройство выполняет функцию датчика предельных ускорений, в котором чувствительным элементом является собственно контейнер 7, а факт достижения предельной перегрузки регистрируется началом свободного движения контейнера 7 в полости носовой части 1 после разрушения крепежного элемента 9, соединяющего его с носовой частью 1 зонда для исследования процесса высокоскоростного проникания в преграду.
Заявляемое устройство обеспечивает существенное увеличение времени работоспособности зонда при превышении перегрузки, величина которой близка к критической для регистрирующей аппаратуры, при этом обеспечивается высокая надежность регистрации параметров процесса проникания в различные преграды, что является важнейшим параметром устройства, определяющим такие его характеристики как универсальность применения, достоверность и точность получения экспериментальных данных.
Для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных конструктивных решений, а именно получен зонд для исследования процесса высокоскоростного проникания в преграду с улучшенными характеристиками.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».