ПОДДОН ДЛЯ МЕТАНИЯ УДАРНИКОВ Российский патент 1997 года по МПК F42B14/06 G01M7/08 

Изобретение относится к приспособлениям, используемым при испытаниях конструкций на воздействие высокоскоростных ударников и входит в состав метательных устройств. При этом ударники могут иметь неправильную форму, относительно низкую прочность и разгоняться при помощи электромагнитных, пневматических, пороховых и других типов систем до заданных скоростей.

С помощью предлагаемого устройства можно моделировать воздействие града на вертолетные лопасти, элементы самолетов, низкопрочных частиц грунта на обшивку самолетов при посадке, вылетающих из под шасси, а также моделировать соударение птиц с конструкциями летательных аппаратов.

Известно устройство поддона (патент США 3610155,кл.102-93, 1971), представляющее собой разрезной цилиндрический корпус, состоящий из двух половинок и имеющий внутри полость для разгоняемого ударника.

Способ использования устройства состоит в следующем. Ударник укладывают в одну из половин разрезного цилиндрического корпуса, устанавливают вторую половину, размещают в стволе метательного устройства, в данном случае, пороховой пушки-баллистической установки (БУ) и производят выстрел. После выхода из ствола БУ половинки поддона под действием аэродинамической силы, действующей на конические поверхности, смещаются в перпендикулярном направлении от направления движения и отсекаются, встречая на своем пути прочную преграду, а ударник продолжает движение до взаимодействия с испытываемым элементом конструкции.

Недостатком аналога является ограниченная скорость разгона ударника вследствие его низкой прочности и большой локальной силы, действующей на ударник из-за малой площади его контакта с поддоном (особенно при разгоне ударника неправильной формы).

Известно устройство поддона [1] принятое за прототип, представляющее собой стакан с размещенным в ней ударником. Данный поддон помещают, например, в ствол баллистической установки и производят выстрел. Для отделения поддона от ударника используют отсекатели.

Недостатком прототипа является ограниченная скорость разгона ударника вследствие его низкой прочности и большой локальной силы, действующей на ударник из-за малой площади его контакта с поддоном (особенно при разгоне неправильной формы).

Для проведения испытаний в максимально приближенных условиях к натурным появляется необходимость использования ударников неправильной формы с физико-механическими характеристиками, идентичными натурным и соответствующими скоростями разгона. Вследствие низкой прочности ударников с интересующими параметрами скорость разгона таких ударников ограничена. Причем скорость разгона Y пропорциональна площади контакта ударника с поддоном (там же, стр. 110)

где η безразмерный коэффициент;
L_ст длина ствола;
m_э масса элемента;
s удельное давление на днища поддона со стороны газов.

Целью изобретения является повышение эффективности работы устройства путем исключения разрушения и увеличения предельной скорости разгона ударника (а также максимизирования площади контакта).

Достижение указанной цели осуществляется путем введения в поддон, состоящий из стакана с глухой полостью и размещенным в ней ударником разрезного цилиндрического насадка с мембраной, которая имеет ослабленное сечение, жестко связана с внутренней поверхностью насадка и плотно закрывает глухую полость, образуя замкнутый объем, полностью заполненный жидкостью, плотность которой равна плотности ударника, при этом внутренняя поверхность цилиндрического насадка взаимодействует с внешней поверхностью стакана, а ослабленное сечение мембраны и разрезы цилиндрического насадка лежат в одной плоскости.

Таким образом, ударник, полностью помещенный в жидкость, под действием перегрузок в стволе БУ находится в состоянии всестороннего сжатия, а площадь контакта в этом случае между поддоном и ударником будет максимальной и равна площади на границе раздела ударника и жидкости. Также исключается действие локальной силы на ударник в месте контакта с внутренней поверхностью поддона, которая может привести к разрушению ударника при разгоне под действием инерционной силы. Кроме того, в прототипе объект "ударник-поддон" должен быть равнопрочным для исключения разрушения одного из составляющих объекта, а в предлагаемом устройстве, благодаря введению среды в качестве жидкости, прочность материала поддона может быть максимально увеличена. Таким образом повышение площади контактной поверхности и введение жидкой среды ведут к максимизированию предельной скорости разгона хрупких ударников.

На фиг. 1, 2 и 3 дан пример исполнения поддона для метания низкопрочных ударников.

Стакан 1 с глухой полостью и размещенным в ней ударником 2 внешней поверхностью взаимодействует с внутренней поверхностью разрезного цилиндрического насадка 3 с мембраной 4. Мембрана имеет ослабленное сечение 5 и жестко связана с внутренней поверхностью насадка 3. Мембрана закрывает собой глухую полость, заполненную жидкостью 6, плотность которой равна плотности ударника 2. Ослабленное сечение мембраны 5 и разрезы цилиндрического насадка 7 лежат в одной плоскости. При производстве цилиндрического насадка рекомендуется сначала изготовить цилиндр с мембраной, а затем фрезеровать прорези на образующих цилиндра и плоскость мембраны.

Способ использования устройства состоит в следующем. Залив в стакан заранее рассчитанный объем жидкости с плотностью, равной плотности ударника, например бромистый бор (ВВ₃), укладывают ударник так, чтобы он не касался днища и стенок и был полностью погружен в жидкость.

Затем стакан вставляют в цилиндрический разрезной насадок 3 таким образом, что мембрана 4 плоскостью плотно закрывает полость стакана. Собранный поддон вставляют в ствол баллистической установки (БУ) цилиндрическим насадком в направлении мишени и производят выстрел. После выхода из ствола БУ цилиндрический разрезной насадок 3, соединенный перемычкой под ослабленным сечением мембраны, разрушается под действием аэродинамической силы и его половинки смещаются от траектории полета в перпендикулярном направлении. Затем половинки тормозятся щитом, имеющим отверстие, необходимое для пролета стакана с ударником, находящимся в жидкости. Далее тормозится стакан 1 таким же щитом, но имеющим меньшее отверстие, необходимое для пролета ударника. Остатки жидкости, не заторможенные последним щитом, отделяются от ударника под действием аэродинамической силы, разбиваясь на мелкие капли, не оказывающие влияние на результаты эксперимента.

Для метания, например, ударников из хрупких скальных и грунтовых пород, плотность которых находится в диапазоне 2,1.2,9 г/см³, авторы предлагают использовать жидкость ВВ₃, плотность которой 2,7 г/см³. Причем путем смешания жидкости с углеводородами и галогенопроизводными можно регулировать плотность жидкости, приближая ее максимально к плотности ударника. Для метания града можно использовать воду.

Таким образом изобретение позволяет разгонять до высоких скоростей низкопрочные хрупкие ударники без их разрушения до встречи с испытываемой преградой.

Использование: испытание конструкций на воздействие высокоскоростных ударников. Сущность изобретения: поддон содержит стакан с глухой полостью, заполненной жидкостью, плотность которой равна плотности размещенного в ней ударника. Стакан своей внешней поверхностью взаимодействует с внутренней поверхностью разрезного цилиндрического насадка с мембраной, которая имеет ослабленное сечение и жестко связана с внутренней поверхностью насадка. Ослабленное сечение мембраны и разрезы насадка лежат в одной плоскости. Стакан вставляют в насадок так, чтобы мембрана плотно закрывала полость стакана. Собранный поддон выстреливают из ствола. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Поддон для метания ударников, содержащий стакан для размещения в нем ударника, отличающийся тем, что он снабжен цилиндрическим разрезным насадком с прорезями и с мембраной, в которой выполнено ослабленное сечение, закрепленной на внутренней поверхности насадка, при этом насадок размещен на стакане с возможностью перекрытия мембраной полости стакана, заполненной жидкостью, плотность которой равна плотности материала ударника, а ослабленное сечение мембраны и разрезы цилиндрического насадка лежат в одной плоскости. 2. Поддон по п.1, отличающийся тем, что для метания грунтовых ударников в качестве жидкости используется раствор бромистого бора.