СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ МЕТАЕМОГО ОБЪЕКТА Российский патент 2000 года по МПК G01M7/08 

Изобретение относится к испытательной технике. Преимущественная область применения - техника экспериментальных аэробаллистических исследований.

Одной из задач, решаемых при постановке аэробаллистических исследований, является изучение процесса разделения на составные части объектов, метаемых из баллистических установок, и совместного полета составных частей (см., например, Ю.Л. Карпов и др. К расчету отрывного течения между двумя телами, "Механика жидкости и газа", N 3, 1968 г., с.90).

Для создания устройств, обеспечивающих требуемые параметры процесса разделения метаемых объектов, необходима предварительная отработка их на стенде.

Известна установка взрывного типа для механических испытаний (ударный стенд), содержащая разгонное устройство, выполненное в виде ствола и источника давления, состоящего из нескольких взрывных камер с зарядами взрывчатого вещества. В стволе выполнены разгонный, дренажный и тормозной отсеки. Внутренние полости взрывных камер и разгонного отсека разделены перегородками с дроссельными отверстиями. Плавное торможение объекта производится за счет неупругого присоединения к нему массы полиэтиленовой стружки и деформации тормозного демпфера, расположенных в тормозном отсеке ствола (см. С.А. Новиков и др. Установки взрывного типа для механических испытаний, "Физика горения и взрыва", N4, 1989 г., стр. 147-151).

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является выбранный в качестве прототипа стенд для ударных испытаний изделий (см. патент России N 2009456C1, МПК5 G 01 M 7/08, опубл. 15.03.94, бюл. N5).

Данный стенд содержит основание, установленное на нем разгонное устройство, выполненное в виде источника давления и ствола, в котором размещены поршень с объектом испытания, поршень-боек и поршень-инерционная масса, тормозное устройство, расположенное перед срезом ствола. Нагружение поршня с объектом испытания осуществляется через воздушную подушку поршнем-бойком, разогнанным сжатым воздухом. После нагружения поршень с объектом испытания тормозится в стволе при взаимодействии также через воздушную подушку с инерционной массой. Торможение инерционной массы осуществляется за пределами ствола с помощью демпферов, размещенных в направляющем цилиндре. В стенке ствола в конце участка разгона поршня-бойка и на участке между поршнем для закрепления объекта испытания и инерционной массой выполнены окна для сброса давления газа.

Недостатком аналога и прототипа является отсутствие возможности исследования процесса разделения объекта испытания без взаимного соударения его составных частей в процессе торможения.

Решаемой технической задачей является обеспечение возможности исследования процесса разделения объекта испытания, в том числе и отработки устройства разделения объекта, срабатывающего при воздействии заданной перегрузки, последующего автономного движения составных частей по инерции и торможения их без взаимного соударения.

Технический результат - получение информации о параметрах, характеризующих процесс разделения объекта, метаемого из баллистической установки, обеспечение возможности повторяемости эксперимента, снижение себестоимости отработки процесса разделения объекта.

Техническая задача решается за счет того, что в стенде для исследования процесса разделения, состоящем из разъемно соединенных частей метаемого объекта, содержащем основание, на котором установлено разгонное устройство, выполненное в виде ствола и источника давления, размещенный в стволе поршень, устройство для закрепления метаемого объекта и тормозное устройство, расположенное перед срезом ствола, устройство для закрепления метаемого объекта выполнено в виде установленных снаружи ствола направляющих, продольные оси которых расположены попарно в плоскостях, пересекающихся по линии, совпадающей с продольной осью ствола, и выполненных с возможностью соединения с метаемым объектом кареток. При этом в каретках соосно с направляющими установлены демпферные втулки из пластичного материала, выполненные с утолщениями в направлении движения метаемого объекта. Каретки размещены на направляющих с обеспечением возможности перемещения каждой из частей метаемого объекта по отдельной паре направляющих. Длина поршня выбрана из условия обеспечения контакта одной из частей метаемого объекта с передним по направлению движения торцом поршня. Тормозное устройство выполнено в виде установленных на направляющих металлических втулок, профиль наружной поверхности которых может иметь форму усеченного конуса, обращенного меньшим основанием в сторону метаемого объекта. Возможно также выполнение металлических втулок, состоящих из расположенных соосно одной цилиндрической, а другой - с профилем наружной поверхности в виде усеченного конуса частей, причем меньшее основание конической части втулки обращено в сторону метаемого объекта, а диаметр большего основания равен диаметру боковой поверхности цилиндрической части. Длины металлических втулок для каждой отдельной пары направляющих выбраны из условия обеспечения торможения частей метаемого объекта без соударения друг с другом. Металлические втулки установлены на направляющих с возможностью ограничения их перемещения в направлении движения объекта.

Сопоставительный анализ предлагаемого решения и прототипа показал, что заявленный стенд отличается совокупностью новых конструктивных признаков:
устройство для закрепления метаемого объекта выполнено в виде установленных снаружи ствола направляющих и кареток;
продольные оси направляющих расположены попарно в плоскостях, пересекающихся по линии, совпадающей с продольной осью ствола;
каретки выполнены с возможностью соединения с метаемым объектом;
в каретках установлены демпферные втулки;
демпферные втулки установлены соосно с направляющими;
демпферные втулки выполнены из пластичного материала;
демпферные втулки имеют утолщение в направлении движения метаемого объекта;
каретки размещены на направляющих с обеспечением возможности перемещения каждой из частей метаемого объекта по отдельной паре направляющих;
длина поршня выбрана из условия обеспечения контакта одной из частей метаемого объекта с передним по направлению движения торцом поршня;
тормозное устройство выполнено в виде металлических втулок;
металлические втулки установлены на направляющих с возможностью ограничения их перемещения в направлении движения объекта;
профиль наружной поверхности металлических втулок может иметь форму усеченного конуса, меньшее основание которого расположено первым по направлению движения метаемого объекта;
металлические втулки тормозного устройства могут состоять из расположенных соосно одной цилиндрической, другой - с профилем наружной поверхности в виде усеченного конуса частей, причем меньшее основание конической части металлической втулки расположено первым по направлению движения метаемого объекта, диаметр большего основания конической части металлической втулки равен диаметру боковой поверхности цилиндрической части;
длины металлических втулок для каждой отдельной пары направляющих выбраны из условия обеспечения торможения частей метаемого объекта без соударения друг с другом.

Выполнение устройства для закрепления метаемого объекта в виде установленных снаружи ствола направляющих с каретками дает возможность исследовать процесс разделения метаемых объектов произвольной формы и габаритов и обеспечивает возможность скольжения объекта по направляющим. Расположение продольных осей направляющих попарно в плоскостях, пересекающихся по линии, совпадающей с продольной осью ствола, обеспечивает безмоментное нагружение частей метаемого объекта в процессе их торможения.

Установка в каретках демпферных втулок дает возможность торможения частей метаемого объекта при взаимодействии демпферных втулок с тормозным устройством.

Установка демпферных втулок соосно с направляющими исключает заедание метаемого объекта и его частей при перемещении их по направляющим. Выполнение демпферных втулок из пластичного материала снижает величину перегрузки при взаимодействии демпферных втулок с тормозными устройствами.

Наличие утолщения демпферных втулок в направлении движения метаемого объекта предотвращает выдавливание их из кареток при взаимодействии с тормозными устройствами.

Размещение кареток на направляющих с обеспечением возможности перемещения каждой из частей метаемого объекта по отдельной паре направляющих дает возможность торможения обеих частей метаемого объекта без их взаимного соударения с помощью тормозных устройств, установленных на направляющих.

Обеспечение контакта одной из частей метаемого объекта с передним по направлению движения торцом поршня обеспечивает безударный разгон метаемого объекта.

Выполнение тормозного устройства в виде металлических втулок дает возможность его многократного использования.

Установка металлических втулок на направляющих с возможностью ограничения их перемещения в направлении движения объекта обеспечивает торможение частей метаемого объекта путем взаимодействия их с демпферными втулками, установленными в каретках.

Выполнение профиля наружной поверхности металлических втулок в виде усеченного конуса позволяет изменять величину тормозного усилия при взаимодействии демпферных втулок из пластичного материала с металлическими втулками.

Расположение металлических втулок меньшим основанием первым по направлению движения метаемого объекта обеспечивает плавное возрастание перегрузки при торможении частей метаемого объекта.

Выполнение металлических втулок состоящими из расположенных соосно одной - цилиндрической, другой - с профилем наружной поверхности в виде усеченного конуса, частей целесообразно при наличии ограничения на поперечные габариты металлических втулок, кареток и демпферных втулок и отсутствии ограничения на длину металлических втулок.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 показана схема стенда для исследования процесса разделения метаемого объекта, на фиг.2 - сечение А-А, на фиг.3 - сечение Б-Б, на фиг.4 - сечение В-В.

Заявляемый стенд включает в себя основание 1, на котором закреплены четыре направляющих 2, выполненных в виде прутков, и разгонное устройство, включающее в себя источник давления (зарядную камеру) 3 и ствол 4. В зарядной камере 3 размещены пороховой заряд 5 и инициирующее устройство 6. В стволе 4 размещен поршень 7, выступающий за срез ствола 4. Метаемый объект может состоять из двух разъемно соединенных частей: задней 8 и надетой на нее передней 9. Задняя часть 8 метаемого объекта в свою очередь надета на ствол 4 до упора в передний по направлению движения торец поршня 7. Части 8 и 9 метаемого объекта соединены с каретками 10, в которых установлены соосно направляющим 2 демпферные втулки 11 из пластичного материала, выполненные с утолщением в направлении движения метаемого объекта. Каретки 10 каждой из частей метаемого объекта размещены попарно на своей паре направляющих 2 и имеют возможность свободного перемещения по ним. В метаемом объекте может быть установлен пиротехнический механизм разделения 12, выступающий в полость 13, образованную разделяемыми частями метаемого объекта. Тормозное устройство расположено перед срезом ствола 4 и выполнено в виде металлических втулок 14. Металлические втулки 14 могут быть выполнены с профилем наружной поверхности в виде усеченного конуса или состоять из расположенных соосно одной цилиндрической, другой - с профилем наружной поверхности в виде усеченного конуса, частей, причем меньшее основание втулки с профилем наружной поверхности в виде усеченного конуса расположено первым по направлению движения метаемого объекта, а диаметр большего основания равен диаметру боковой поверхности цилиндрической части. Ограничение перемещения металлических втулок 14 в направлении движения объекта осуществляется в данном случае при помощи стоек 15.

Функционирование стенда осуществляется следующим образом.

При подаче электрического импульса на инициирующее устройство 6 пороховой заряд 5, размещенный в зарядной камере 3, воспламеняется. Образующиеся при этом пороховые газы давят на поршень 7, размещенный в стволе 4. Поршень 7, опирающийся своим передним торцом в заднюю часть 8 метаемого объекта, надетую на ствол 4, толкает метаемый объект. Под действием перегрузки, возникающей при разгоне метаемого объекта, срабатывает пиротехнический механизм разделения 12, продукты сгорания которого, попадают в полость 13, образованную задней 8 и надетой на нее передней 9 частями метаемого объекта. После достижения заданной величины давления в этой полости начинается расхождение частей 8 и 9 метаемого объекта (передняя часть 9 сдергивается с задней части 8). Перемещение частей метаемого объекта в процессе совместного разгона, разделения и последующего автономного движения осуществляется по своей паре направляющих 2. После достижения передними каретками установленных на их пути металлических втулок 14 начинается торможение частей 8 и 9 метаемого объекта.

Длины металлических втулок 14 выполняются такими, чтобы торможение обеих частей метаемого объекта начиналось одновременно, или первой начинала тормозиться задняя часть 8 метаемого объекта, а затем передняя часть 9. Благодаря этому обеспечивается отсутствие соударений частей метаемого объекта в процессе их торможения. Торможение осуществляется за счет деформации демпферных втулок 11 при взаимодействии их с металлическими втулками 14, которые состоят из расположенных соосно одной цилиндрической, другой - с профилем наружной поверхности в виде усеченного конуса, частей, причем меньшее основание втулки с профилем наружной поверхности в виде усеченного конуса расположено первым по направлению движения метаемого объекта, а диаметр большего основания равен диаметру боковой поверхности цилиндрической части.

В процессе разгона метаемого объекта, его разделения на составные части, движения их по инерции и последующего торможения осуществляется регистрация давления пороховых газов в стволе 4 и в полости 13 между разделяемыми частями 8 и 9 метаемого объекта, а также перегрузки и скорости движения указанных частей. (Датчики, регистрирующие названные параметры, на фиг. 1-4 не показаны).

Изобретение относится к испытательной технике. Преимущественная область применения - техника экспериментальных аэробаллистических исследований. Стенд содержит основание. На нем установлены разгонное устройство, выполненное в виде ствола и источника давления, размещенный в стволе поршень, тормозное устройство, расположенное перед срезом ствола, устройство для закрепления метаемого объекта, каретки, выполненные с возможностью соединения с метаемым объектом. Продольные оси направляющих расположены попарно в плоскостях, пересекающихся по линии, совпадающей с продольной осью ствола, и кареток. При этом в каретках соосно направляющим установлены демпферные втулки из пластичного материала, выполненные с утолщениями в направлении движения метаемого объекта. Каретки размещены на направляющих с обеспечением возможности перемещения каждой из частей метаемого объекта по отдельной паре направляющих. Длина поршня выбрана из условия обеспечения контакта одной из частей метаемого объекта с передним по направлению движения торцом поршня. Тормозное устройство выполнено в виде установленных на направляющих металлических втулок, которые выполнены с профилем наружной поверхности в виде усеченного конуса. Стенд обеспечивает возможность исследования процесса разделения метаемого объекта на составные части, срабатывающего при достижении заданной перегрузки в процессе разгона метаемого объекта по направляющим, последующего автономного движения составных частей по инерции и торможения их без взаимного соударения, позволяет снизить себестоимость отработки процесса разделения объекта, и обеспечивает возможность повторяемости эксперимента. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Стенд для исследования процесса разделения метаемого объекта, состоящего из разъемно-соединенных частей, содержащий основание, на котором установлено разгонное устройство, выполненное в виде ствола и источника давления, устройство для закрепления метаемого объекта, размещенный в стволе поршень, тормозное устройство, расположенное перед срезом ствола, отличающийся тем, что устройство для закрепления метаемого объекта выполнено в виде установленных снаружи ствола направляющих, продольные оси которых расположены попарно в плоскостях, пересекающихся по линии, совпадающей с продольной осью ствола, и выполненных с возможностью соединения с метаемым объектом кареток с установленными в них соосно направляющим демпферными втулками из пластичного материала, выполненными с утолщением в направлении движения метаемого объекта, размещенных на направляющих с обеспечением возможности перемещения каждой из частей метаемого объекта по отдельной паре направляющих, длина поршня выбрана из условия обеспечения контакта одной из частей метаемого объекта с передним по направлению движения торцом поршня, тормозное устройство выполнено в виде установленных с возможностью ограничения их перемещения в направлении движения объекта на направляющих металлических втулок, длина которых для каждой отдельной пары направляющих выбрана из условия обеспечения торможения частей метаемого объекта без соударений друг с другом. 2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что металлические втулки тормозного устройства выполнены с профилем наружной поверхности в виде усеченного конуса, меньшее основание которого расположено первым по направлению движения метаемого объекта. 3. Стенд по п.1, отличающийся тем, что металлические втулки тормозного устройства выполнены состоящими из расположенных соосно одной - цилиндрической, другой - с профилем наружной поверхности в виде усеченного конуса, частей, причем меньшее основание втулки с профилем наружной поверхности в виде усеченного конуса, частей, причем меньшее основание втулки с профилем наружной поверхности в виде усеченного конуса расположено первым по направлению движения метаемого объекта, а диаметр большего основания равен диаметру боковой поверхности цилиндрической части.