ИМИТАТОР ОСКОЛКА ЕСТЕСТВЕННОГО ДРОБЛЕНИЯ БОЕПРИПАСОВ Российский патент 1994 года по МПК F42B12/32 

Изобретение относится к осколочным боеприпасам, а более конкретно к методам испытания стойкости различных преград, в том числе средств индивидуальной бронезащиты, к осколочному действию.

Известны имитаторы осколков естественного дробления (ЕД) боеприпасов. В США используются имитаторы осколков ЕД (fragment simulator) по меньшей мере четырех типов (кубы, параллелепипеды, "рыскающие дротики" (yaw dart) и цилиндры) (см. "Ballistic materials and penetration mechanics" R.C. Laible, Elsevier scient. publ. comp., V. 5, 1980). Наибольшее распространение получил имитатор осколка ЕД в виде цилиндра с двумя скосами на переднем торце, разработанный Уотертаунским арсеналом. Используются имитаторы десяти различных масс от 0,087 г до 53,8 г, образующие параметрический ряд. Судя по литературным данным, наиболее широко применяется имитатор ЕД с массой 1,1 г (диаметр 0,22 дюйма), обозначаемый сокращением ASF ("American standard fragment" - американский стандартный осколок).

Основным недостатком имитатора ASF является несоответствие его формы форме реального осколка ЕД осколочных и осколочно-фугасных боеприпасов, в том числе невозможность воспроизведения формы удлиненных осколков, составляющих основную часть осколочной массы.

Е. С. Вентцель предложена модель осколка ЕД в виде параллелепипеда с произвольным отношением длин ребер, позволяющая воспроизводить форму удлиненных осколков (А.Н. Дорофеев, В.А. Кузнецов, Р.С. Саркисян "Авиационные боеприпасы", изд. ВВИА им. Жуковского, 1968 г., стр. 324), принятая в качестве прототипа. Основным недостатком этой модели является то, что она не воспроизводит основную особенность формы реальных осколков ЕД, а именно, наличие сдвиговых поверхностей, образующих режущие кромки с углом при них ≈ 30-50^о. Эта особенность существенно изменяет характеристики формы, а с другой стороны, принципиально изменяет характер процесса проникания осколка в волокнистые преграды типа тканевых бронежилетов.

Настоящее изобретение направлено на устранение указанных недостатков. С этой целью видоизменяется форма имитатора, а именно, параллелепипед заменяется многогранником, имеющим не менее двух ребер с двугранным углом при них 40-75^о. Указанные существенные признаки являются новыми по отношению к прототипу (для которого все двугранные углы составляют 90^о), таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна". Признаки, отличающие заявленное техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей техники. Наличие признаков в их совокупности позволяет получить технический результат - адекватное воспроизведение имитатором формы реального осколка ЕД боеприпасов.

Учитывая требования простоты и технологичности имитатора в изготовлении, наиболее перспективной конфигурацией является прямая или косая призма, изготавливаемая резкой прутка заданного сечения. Форма сечения прутка фиксирована (равносторонний треугольник, квадрат), либо задана одним (ромб, равнобедренный треугольник, прямоугольник) или двумя (параллелограмм, трапеция) параметрами. Проведенный анализ показал, что оптимальной формой сечения является ромб с острым углом β, причем величина угла β определяется в основном типом стали, из которой изготовлена оболочка боеприпаса (см. таблицу,здесь Ω - относительный периметр поперечного сечения осколка ,Ω = P/, P,Ψ - соответственно периметр и площадь сечения).

В соответствии с современными представлениями форма осколка ЕД с достаточной полнотой определяется комби- нацией двух безразмерных показателей: параметра формы Φ = S/V^2/3 и отношения σ_mm = S_max/S_min(здесь S, S_max, S_min - соответственно математическое ожидание площади проекции осколка, ее максимальное и минимальное значение, V - объем осколка). Отсюда следует, что точка на плоскости Φ - σ_mm для имитатора должна лежать внутри соответствующей зоны для осколков ЕД, определенной экспериментом.

Графические изображения представлены на фиг. 1 - 9. Фиг. 1 - имитатор осколка ЕД в форме косого плоскосимметричного параллелепипеда. Фиг. 2 - имитатор осколка ЕД в форме прямой призмы с ромбическим основанием Фиг. 3 - имитатор осколка ЕД в форме косой призмы квадратного сечения. Фиг. 4 - расчетная зависимость отношения площадей проекций от параметра формы для косого плоскосимметричного параллелепипеда. Фиг. 5 - расчетная зависимость параметра формы от углов β и ζ для того же параллелепипеда Фиг. 6 - расчетная зависимость отношения площадей проекций от углов β и ζ для того же параллелепипеда Фиг. 7 - экспериментальные точки для различных сталей на плоскости параметр формы - отношение площадей проекций Фиг. 8 - расчетная зависимость параметра формы от удлинения осколка для прямой призмы ромбического сечения Фиг. 9 - расчетная зависимость отношения миделей от удлинения осколка для той же призмы.

Приводится несколько конкретных исполнений имитатора. Имитатор, показанный на фиг. 1, получен сечением призмы с ромбическим основанием, имеющим острый угол β, под углом ζ к ребру при угле 180^о - β и представляет косой плоскосимметричный параллелепипед. Форма определяется тремя параметрами: двумя углами β , ζ и относительной длиной ребра λ_D = l/D (D - большая диагональ ромба). Имитатор этого типа предназначен в основном для имитации осколков ЕД мелких фракций (m = 0,1 - 2 г).

Имитатор, показанный на фиг. 2, получен сечениями той же призмы перпендикулярно образующей. Форма определяется двумя параметрами: углом β и относительной высотой призмы λ_D = l/D. Имитатор этого типа предназначен для имитации крупных удлиненных осколков (основных, "квазирегулярных" (см. статью В.А. Одинцова "Бимодальное распределение фрагментов цилиндров", "Физика горения и взрыва", N 5, 1991 г.).

Имитатор, показанный на фиг. 3, получен сечением бруска квадратного сечения плоскостями, перпендикулярными к одной паре граней и образующими угол Ψ с другой парой граней. Форма определяется двумя параметрами: углом Ψ и относительной длиной ребра l/a. Имитаторы этого типа предназначены для имитации осколков как естественного, так и заданного дробления.

Для имитатора, показанного на фиг. 1, параметр формы определяется соотношением
Φ = . Аналогичная зависимость получена и для величины σ_mm. На фиг. 4 представлено семейство кривых σ_mm = f(Φ) при относительной длине ребра λ_D = 1. Каждая кривая построена при фиксированном значении β и изменении угла ζ в диапазоне от 30 до 90^о. Промежуточные черные точки на кривых соответствуют значениям ζ, равным 40^о и 60^о. Видно, что в одном и том же диапазоне углов 30-90^о величина угла β оказывает более существенное влияние на положение точки в плоскости Φ - σ_mm, чем величина угла ζ. Нижняя ветвь семейства отвечает диапазону компактных осколков ЕД, осколков заданного дробления и готовых поражающих элементов (например, для куба Φ = 1,5, σ_mm = 1,75). Верхняя ветвь семейства соответствует осколкам очень плохой конфигурации, получающимся при дроблении оболочек из низкоуглеродистых сталей зарядами низкобризантных взрывчатых веществ. Из фиг. 5, 6 видно, что модули производных и существенно увеличиваются с уменьшением угла β.

Из вышеизложенного ясно, что в принципе для каждого типа стали необходимо использовать свое сочетание определяющих параметров. Однако на практике, например, при стандартных испытаниях бронежилетов отстрелом, желательно иметь одну усредненную комбинацию этих величин. Для имитатора, показанного на фиг. 1, подбор этой комбинации проводился по результатам статистической обработки мелких фракций осколочных масс, полученных при подрывах осколочных цилиндров N 12, изготовленных с различными сочетаниями металл-ВВ. Результаты измерения величинΦ и σ_mmдля фракции 1 - 2 г представлены на фиг. 7. Приняты обозначения: - сталь 20, - сталь 60, - сталь 45Х, - кремнистая сталь, - высокоуглеродистая сталь. Тип ВВ обозначен заливкой знака: отсутствие заливки - ТНТ, половинная заливка - смесь гексоген - алюминий флегматизированная, сплошная заливка - октоген флегматизированный. Выбранное для имитатора сочетание обозначено знаком (β = 50^о, ζ = 40^о, λ_D = 1), что соответствует Φ = 1,94, σ_mm = 5,57.

В случае имитатора в форме прямой призмы (фиг. 2) получаем
Φ = (1 + 2 λ_D)/2^4/3 λ_D^2/3,
В данном случае функции аргументов четко разделены: величина угла β отражает форму поперечного сечения, величина λ_D - удлинение осколка. Зависимость параметров Φ, σ_mm от аргументов β и λ_D представлена на фиг. 8, 9. На графиках нанесены экспериментальные точки при λ_D = 6 для тех типов сталей (снаряжение - смесь гексоген - алюминий флегматизированная). Наблюдается вполне удовлетворительное согласие по величинам угла β, принятым для указанных сталей в вышеприведенной таблице.

Для воспроизведения осколков крупных фракций артиллерийских осколочных и осколочно-фугасных снарядов в широком диапазоне калибров могут быть использованы имитаторы по фиг. 2 с варьируемым значением размера D, являющимся членом ряда нормальных линейных размеров Ra10 по ГОСТ 6636-69 (D = 8, 10, 12, 16, 20, 25 мм). Рекомендуемые удлинения для осколков корпусов из среднеуглеродистых сталей составляют λ_D = 4, 6, 8.

В качестве примера приведем характеристики имитаторов, используемых в экспериментальных исследованиях МГТУ им. Баумана и других организаций. Имитатор (фиг. 1) изготовлен при указанном выше сочетании β, ζ, λ_D из стали 45 в четырех модификациях по массе: = 0,5; 1, 2, 4 г (размеры диагоналей D соответственно 6,6; 8,3; 10,4; 13,1 мм). При отстрелах использовались только имитаторы с массой 1 г. Имитатор (фиг. 3) выполнен со следующими характеристиками: m = 1 г, a = l = 5 мм, Ψ = 45^о) также из стали 45. Стрельба имитаторами по преградам проводилась из баллистической установки калибра 14 мм, с применением пластмассовых поддонов.

Сравнительные отстрелы различных преград, в том числе пластилиновых блоков и элементов бронежилетов, имитаторами и осколками ЕД той же массы подтвердили вполне удовлетворительную воспроизводимость имитаторами как физико-механических особенностей процесса проникания, так и конечных характеристик действия осколков ЕД реальных боеприпасов. При этом общие затраты на проведение испытаний при использовании имитаторов снижаются на 30-50%, в основном за счет ликвидации трудоемкой процедуры отбора осколков ЕД фиксированной массы.

Использование: при испытаниях стойкости различных преград, в том числе средств индивидуальной бронезащиты, к осколочному действию. Сущность изобретения: имитатор осколка выполнен в виде выпуклого многогранника, имеющего не менее двух ребер с двугранным углом при них 40 - 75°. По условиям простоты изготовления основные конфигурации имитатора: косой плоскосимметричный параллелепипед, прямая призма с основанием в виде ромба или параллелограмма. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. ИМИТАТОР ОСКОЛКА ЕСТЕСТВЕННОГО ДРОБЛЕНИЯ БОЕПРИПАСОВ, выполненный в виде выпуклого многогранника, отличающийся тем, что он выполнен с не менее чем двумя ребрами с двугранным углом при них 10 - 75^o. 2. Имитатор по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен в виде косого плоскосимметричного параллелепипеда. 3. Имитатор по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен в виде прямой призмы с ромбическим основанием. 4. Имитатор по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен в виде прямой призмы с основанием в виде параллелограмма.