ПОДДОН ДЛЯ ПОДКАЛИБЕРНОЙ МОДЕЛИ Российский патент 1999 года по МПК F42B14/06 

Изобретение относится к ствольным баллистическим системам.

Преимущественная область применения - экспериментальная аэродинамика.

Для метания из ствольных баллистических установок подкалиберных моделей последние размещают в поддонах, ведущих моделей по каналу ствола и защищающих их от воздействия метающего газа. После вылета из ствола поддоны должны отделяться от моделей, не возмущая их движения.

Известен поддон, содержащий неразрезное основание, выполненное в виде диска, на которое модель опирается задним торцом, и разрезанную на несколько секторов опору, охватывающую модель по боковой поверхности и опирающуюся своим задним торцом на основание (см. "Теоретические и экспериментальные исследования гиперзвуковых течений при обтекании тел и в следах", МГУ, 1979 г. и G.I. Callaghan "The simulation of sonig boom by ballistic models", AIAA Paper, N 68-383, 1968 г.).

Недостатком такого поддона является то, что части опоры на участке отделения их от модели имеют некоторое время контакт с основанием поддона. В результате они в начальный момент отделения совершают только вращательное движение относительно точки контакта с основанием поддона. Поэтому отставание частей опоры от модели затягивается. Возмущение модели в результате асимметрии в движении частей поддона и интерференции ударных волн от них и модели является основным фактором, который приводит к отклонению траектории полета модели от заданной.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является поддон, также состоящий из двух частей: передней опоры и основания (см. патент США N 4638739 от 27.01.87 г. МКИ F 42 B 14/06). Передняя опора выполнена из полимерного материала и содержит несколько одинаковых секторов, образующих при соединении кольцо, в которое входит передняя часть модели. Основание представляет собой неразрезной металлический корпус, в который вставлен обтюратор из полимерного материала.

Данному поддону, выбранному в качестве прототипа, присущи следующие недостатки: в процессе движения модели в канале ствола происходит фрикционный износ обтюратора, вызывающий уменьшение жесткости задней опоры, вследствие чего, при определенном сочетании геометрических размеров и жесткостных свойств опор поддона, а также инерционно-массовых характеристик и параметров движения метаемой сборки в канале ствола, имеющем отклонения от прямолинейности, возникает неустойчивость в поперечном движении модели, приводящая к дополнительным возмущениям траектории ее полета за пределами канала ствола.

Решаемой технической задачей является повышение устойчивости поперечного движения метаемой сборки модели с поддоном в канале ствола. Технический результат: уменьшение возмущений траектории полета модели.

Это достигается тем, что в поддоне для подкалиберной модели, содержащем заднюю и переднюю опору, состоящую из секторов, образующих кольцевую обкладку, задняя опора выполнена с наружной боковой поверхностью в форме усеченного конуса, ориентированного большим основанием в сторону передней опоры, поддон снабжен охватывающим заднюю опору обтюратором и элементом, фиксирующим модель относительно задней опоры с возможностью освобождения ее после вылета из ствола.

Внутренний диаметр обтюратора в хвостовом сечении определен соотношением

где d, d_вн ^обт, d_осн - диаметр канала стволу внутренний диаметр обтюратора в хвостовом сечении и диаметр заднего торца задней опоры соответственно;
m, m_обт - массы метаемой сборки и обтюратора соответственно.

Расстояния от центра масс сборки снаряда с поддоном до передней и задней опор l₁ и l₂ находятся в интервале, границы которого определяются соотношениями


Здесь a₁, a₂ - жесткости передней и задней опоры соответственно; m, r - масса и радиус инерции метаемой сборки; V, W - максимальные расчетные значения скорости и ускорения метаемой сборки в канале ствола; L_в - длина волны отклонений оси канала ствола от прямолинейности.

Сопоставительный анализ предлагаемого решения и прототипа показывает, что заявленное устройство отличается от прототипа совокупностью новых конструктивных признаков: задняя опора поддона выполнена с наружной боковой поверхностью в форме усеченного конуса, ориентированного большим основанием в сторону передней опоры; поддон снабжен охватывающим заднюю опору обтюратором; наличие в поддоне элемента, фиксирующего модель относительно задней опоры с возможностью освобождения ее после вылета из ствола; внутренний диаметр обтюратора в хвостовом сечении определен соотношением (1); расстояния от центра масс сборки модели с поддоном до передней и задней опор l₁ и l₂ находятся в интервале, границы которого определяются соотношениями (2).

Выполнение задней опоры поддона с наружной боковой поверхностью в форме усеченного конуса, ориентированного большим основанием в сторону передней опоры, позволяет компенсировать фрикционный износ обтюратора за счет того, что охватывающий заднюю опору по конической поверхности обтюратор при фрикционном износе по поверхности, контактирующей со стволом, смещается в сторону передней опоры, обеспечивая постоянную надежную обтюрацию и необходимую для устойчивого поперечного движения метаемой сборки в канале ствола жесткость задней опоры.

Наличие в поддоне элемента, фиксирующего модель относительно задней опоры с возможностью освобождения ее после вылета из ствола, обеспечивает технологические удобства при установке метаемой сборки в канал ствола, исключая при этом заедания и возмущения при отделении модели от задней опоры поддона после вылета из ствола.

Выполнение внутреннего диаметра обтюратора в хвостовом сечении в соответствии с соотношением (1) позволяет организовать смещение обтюратора относительно задней опоры под действием давления метающего газа только в направлении передней опоры, создавая постоянный натяг по поверхностям контакта пар: "задняя опора-обтюратор" и "обтюратор-канал ствола" и обеспечивая условия для устойчивого поперечного движения метаемой сборки в канале ствола при фрикционном износе обтюратора.

Разнесение передней и задней опор поддона относительно центра масс метаемой сборки на расстояния l₁ и l₂ в соответствии с соотношениями (2) обеспечивает устойчивость поперечного движения модели в канале ствола, имеющем отклонения от прямолинейности.

На чертеже показан пример выполнения заявляемого поддона в сборе со снарядом, где 1 - задняя опора; 2 - обтюратор; 3 - передняя опора; 4 - фиксирующий элемент; 5 - обжимное кольцо; 6 - модель.

Поддон состоит из передней 3 и задней 1 опор, разнесенных на расстояния l₁ и l₂ относительно центра масс метаемой сборки. Заднюю опору 1 охватывает обтюратор 2. Передняя опора 3 представляет собой кольцо, разрезанное на несколько (не менее двух) равных секторов и охватывающее модель 6. Обтюратор 2 и передняя опора 3 выполнены из полимерного материала. Фиксирующий элемент 4 выполнен из легко деформируемого материала, например, пенопласта. Обжимное кольцо 5, выполненное, например, из резины, предназначено для фиксации секторов опоры 3 при постановке метаемой сборки в ствол.

Предлагаемый поддон работает следующим образом. Под действием давления метающего газа модель 6 с поддоном разгоняется по стволу баллистической установки. В процессе разгона происходит фрикционный нагрев и износ прилегающей к стволу поверхности обтюратора 2. При этом обтюратор 2, деформируясь в радиальном направлении, перемещается в сторону передней опоры 3 по конической поверхности задней опоры 1, обеспечивая отсутствие зазора между обтюратором и поверхностью канала ствола в течение всего времени разгона.

После выхода из канала ствола передней опоры 3 ее секторы под действием сил упругости в местах контакта с боковой поверхностью снаряда и давления набегающего потока воздуха разрушают обжимное кольцо 5 и разбрасываются в стороны. Давление набегающего потока воздуха тормозит заднюю опору 1 с обтюратором 2 интенсивнее, чем модель, за счет разности их баллистических коэффициентов. В результате этого происходит смятие фиксирующего элемента 4 и освобождение модели 6 от задней опоры 1.

Пример конкретного исполнения поддона для метания подкалиберной модели, имеющей в сборе с поддоном массу m = 0,24 кг из баллистической установки калибра d = 50 мм.

Задняя опора 1 поддона выполнена из сплава В-95, обтюратор 2 и передняя опора 3 - из полиэтилена, фиксирующий элемент 4 - из пенопласта ПС 1-100. Конструктивные параметры, входящие в соотношение (1), для данного поддона имеют величины: диаметр основания задней опоры d_осн = 40 мм, внутренний диаметр обтюратора в хвостовом сечении d_вн ^обт = 38 мм, масса обтюратора m_обт = 0.012кг. При этом соотношение (1) выполняется

за счет чего обеспечивается перемещение обтюратора при его износе только в сторону передней опоры.

Конструктивные параметры, входящие в соотношения (2), имеют величины: расстояние от центра масс сборки поддона с моделью до передней опоры l₁=33 мм, до задней опоры - l₂ = 53 мм, радиус инерции сборки r = 35 мм, жесткость передней опоры a₁ = 1,5-10⁷ H/м, жесткость задней опоры a² = 2,8-10⁷ H/м. При движении поддона с моделью по стволу с отклонениями от прямолинейности, длина волны которых составляет 5 м, с максимальными скоростью V = 3000 м/с и ускорением W = 2-10⁶ м/с².

Таким образом, соотношения (2) для данного поддона также выполняются, и за счет этого обеспечивается устойчивое поперечное движение поддона с моделью в канале ствола.

Изобретение относится к технике ствольных баллистических подкалиберных систем. Поддон для модели содержит секторную переднюю опору, образующую кольцевую обкладку для модели, и заднюю опору. Наружная боковая поверхность задней опоры имеет форму усеченного конуса, ориентированного большим основанием в сторону передней опоры. Поддон снабжен охватывающим заднюю опору обтюратором и элементом, фиксирующим модель на задней опоре с возможностью ее освобождения после вылета из ствола. Соотношения для определения внутреннего диаметра обтюратора в хвостовом сечении и расстояний от центра масс сборки модели с поддоном до передней и задней опор приведены в описании изобретения. Изобретение позволяет уменьшить возмущение траектории полета ракеты. 1 ил.

1. Поддон для подкалиберной модели, содержащий переднюю опору, состоящую из секторов, образующих кольцевую обкладку для модели, и заднюю опору, отличающийся тем, что задняя опора выполнена с наружной боковой поверхностью в форме усеченного конуса, ориентированного большим основанием в сторону передней опоры, поддон снабжен охватывающим заднюю опору обтюратором и элементом, фиксирующим модель относительно задней опоры с возможностью освобождения ее после вылета из ствола, при этом внутренний диаметр обтюратора в хвостовом сечении определен соотношением

где d, d_вн ^обт, d_осн - диаметр канала ствола, внутренний диаметр обтюратора в хвостовом сечении и диаметр заднего торца задней опоры соответственно;
m, m_обт - массы метаемой сборки и обтюратора соответственно. 2. Поддон по п.1, отличающийся тем, что расстояния l₁ и l₂ от центра масс сборки модели с поддоном до передней и задней опор находятся в интервале, границы которого определяются соотношениями


где a₁, a₂ - жесткости передней и задней опор соответственно;
m, r - масса и радиус инерции метаемой сборки;
v, w - максимальные расчетные значения скорости и ускорения метаемой сборки в канале ствола;
L_в - длина волны отклонений оси канала ствола от прямолинейности.