СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ОБЪЕКТА НА ОДИНОЧНЫЙ УДАР Российский патент 2005 года по МПК G01M7/08 

Изобретение относится к области испытательной техники, а именно к способам испытания объектов на воздействие ударных нагрузок.

Известны способы испытания объектов на воздействие ударных нагрузок, реализуемые в пневматических ударных стендах.

В патенте США №2824444, класс 73-12, 1958, описано устройство, в котором сжатый газ из компрессора через механический вентиль поступает в цилиндрическую камеру, отделенную от второй цилиндрической камеры мембраной. При разрыве мембраны по второму цилиндру пробегает ударная волна и приводит в движение испытуемый объект, расположенный в конце второй камеры.

В авторском свидетельстве СССР №1430777, класс G 01 М 7/08, 1988, описано устройство, в котором реализован способ испытания объекта на ударную нагрузку. Поршень с испытуемым объектом устанавливают в стволе разгонного устройства и подвергают объект ударному нагружению путем сообщения ему кинетической энергии сжатым газом, который подают через газовпускную систему. Газовпускная система выполнена в виде нормально закрытого быстродействующего клапана, который размещен между камерой высокого давления и предпоршневой полостью ствола.

При испытаниях бортовых накопителей информации и других электротехнических объектов на одиночный удар стандарты TSO-124 (США), ОСТ 01080-95, МЭК 68-2-87, устанавливают требование к импульсу ускорения: форма - полусинусоида, пиковое значение - 3400 g, время действия - 6,5 мс.

Недостатком существующих ударных стендов является то, что с их газовпускной системой и «быстродействующим» клапаном получить требуемый импульс не удается. Мала пропускная способность и велика инерционность существующих клапанов. Кроме того, требуемся баллоны на высокое давление (более 400·10⁵ Па), которые сложны в производстве и небезопасны в эксплуатации.

Сущность изобретения состоит в исключении из процесса инерционной газовпускной системы путем получения сжатого газа непосредственно в предпоршневой полости ствола (камеры) сжиганием в ней пороха.

В предпоршневой полости (камере) 11 ствола 1 (фиг.1) сжигается заряд из порохов 16, 17. Под действием пороховых газов (ПГ) движется поршень 3 с испытуемым объектом 7. Известно (М.Е.Серебряков. Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ракет, Оборонгиз, 1962, 703 с.), что форма кривой давления в этом случае близка к полусинусоиде 14 (фиг.2). Однако при этом существует проблема воспламенения и горения порохового заряда.

Для воспламенения заряда из порохов 16, 17 и сгорания его до выхода поршня 3 из канала ствола 1 заряд из порохов 16, 17 помещают в специальном устройстве - форкамере 2. Форкамера 2 состоит из перфорированного стакана 15 (рисунок 3), перфорированной трубки 20 и крышки 21. Трубку 20 располагают в стакане 15 соосно. В трубке 20 размещают порох 17, а в стакане 15 - порох 16. Форкамеру 2 размещают в камере 12 соосно. К трубке 20 для воспламенения порохов 16, 17 подсоединяют пиропатрон 12.

Элементы форкамеры 2 имеются в патенте №7414990 -7 (Швеция). Однако, во-первых, перфорированный стакан в нем применяют для отвода ПГ из гильзы и через сопло в атмосферу для компенсации силы отдачи (безоткатное артиллерийское орудие), во-вторых, при произвольном использовании форкамеры на ударном стенде импульсы воспроизводятся со значительным разбросом и искаженными по форме.

Экспериментально показано, что, если трубку 20 и стакан 15 обклеивать тонкой (папиросной) бумагой с внутренней и наружной сторон 18, а заряд 16 в стакане 15 прижимать бумажным (ватман) кольцом 19, то разброс характеристик импульса уменьшается с 8,5% до 2,5%, что вполне допустимо для испытаний.

Искажение импульса по форме происходит при проходе ПГ через отверстия в стакане 15. Степень искажения зависит от отношения S_v: суммарной площади S_c отверстий в стакане 15 к объему V_c между стаканом 15 и трубкой 20. Если выбирать отношение S_с=S_c/V_c=20-30, то искажения сведуться к минимуму. При этом прочность стакана 15 сохраняется. График 22 на фиг.4 показывает зависимость коэффициента расхода ПГ через отверстия в стакане 15 от S_v. Видно, что коэффициент расхода при S_v=20-30 имеет минимум, при котором искажения импульса практически незаметны.

При испытаниях на одиночный удар импульс ускорения формируется при разгоне объекта 7. К концу нагружения объект 7 приобретает большую скорость (˜140 м/с), которую необходимо каким-либо способом погасить, сохраняя объект 7. При этом ускорение торможения (отрицательное ускорение) должно быть как можно меньше (<5 g). Предлагается поршень 3 жестко соединить с так называемой кареткой, свободно скользящей на башмаках 9 по протяженному рельсу 8 до полной остановки. Каретка состоит из поршня 3, толкателя 4, платформы 5, на которой крепится объект 7, и башмаков 9.

При использовании каретки, у которой между платформой 5 и поршнем 3 имеется промежуточный протяженный элемент - толкатель 4, возникает вопрос о контроле передачи ускорения от поршня 3 до платформы 5. Для контроля передачи ускорения от поршня 3 к объекту 7 предлагается сравнивать результаты измерения ускорения платформы 5, на которой закрепляется объект 7 датчиками ускорения 6, и определения ускорения поршня 3 по результатам измерения давления в камере 11 датчиками 13 (по формуле 2-го закона Ньютона). При совпадении результатов (отклонение не более 3%) передачу ускорения считают удовлетворительной. На фиг.5 показаны графики ускорений 23 и 24 при такой передаче импульса.

Цель изобретения - воспроизведение на известных ударных стендах импульсов ускорения, удовлетворяющих требованиям стандартов при испытании бортовых накопителей информации («черных ящиков»).

На фиг.1-5 приведены схемы стенда, форкамеры, а также графики процессов.

фиг.1 - схема ударного стенда «Монорельс»;

фиг.2 - пример типичной кривой давления 14 в камере артиллерийского орудия;

фиг.3 - форкамера;

фиг.4 - график зависимости коэффициента расхода через отверстия в стакане от комплекса S_v;

фиг.5 - графики импульса ускорения, полученные по результатам измерения ускорения платформы 24 и давления в камере ствола 23, а также допустимый коридор 25 по стандарту МЭК68-2-27-87.

Стенд состоит из

неподвижной части: ствола 1, форкамеры 2, упора 10, пиропатрона 12 и датчиков давления 13,

подвижной части (каретки с объектом 7): поршня 3, толкателя 4, платформы 5, башмаков 9, датчиков ускорения 6.

Каретка состоит из поршня 3, толкателя 4, платформы 5 и башмаков 9. Ствол 1 закрепляется при помощи упора 10 на рельсе 8. Каретка с объектом 7 свободно скользит по рельсу 8 на башмаках 9.

Форкамера 2 состоит из перфорированного стакана 15, перфорированной трубки 20, крышки 21, порохового основного заряда 16, порохового воспламенительного заряда 17, тонкой бумаги 18, перекрывающей отверстия, кольцевого бумажного пыжа 19, прижимающего заряд 16 в стакане 15.

Ударный стенд подготовляется и работает следующим образом.

Башмаки 9 проводят через головку рельса 8. На рельсе 8 закрепляют ствол 1 при помощи упора 10. В донную часть ствола 1 вворачивают датчики давления 13. На платформе 5 закрепляют датчики ускорения 6 и испытуемый объект 7. Снаряжают форкамеру 2: заклеивают тонкой бумагой (курительной) 18 отверстия трубки 20 и стакана 15 с наружной и внутренней сторон, засыпают порох 17 в трубку 20, засыпают порох 16 в стакан 15, прижимают порох 16 в стакане 15 бумажным кольцевым пыжом (ватман) 19, закрывают стакан 15 крышкой 21. Форкамеру 2 вворачивают в гнездо дна ствола 1. Вводят поршень 3 в ствол до упора в крышку 21 форкамеры 2. Вворачивают пиропатрон 12. Подсоединяют пиропатрон 12 к источнику напряжения. Подсоединяют датчики давления 13 и ускорения 6 к информационно-измерительной системе. Подачей напряжения на пиропатрон 12 производят запуск стенда и нагружение объекта 7.

Изобретение относится к испытательной технике. Сущность: поршень с испытуемым объектом устанавливают в стволе разгонного устройства и подвергают объект ударному нагружению путем сообщения ему кинетической энергии сжатым газом, который подают в предпоршневую камеру ствола. Для получения сжатого газа используют порох, сжигаемый в специальном устройстве-форкамере, установленной в предпоршневой камере ствола. Стакан и трубка форкамеры выполнены перфорированными, а количество и диаметр отверстий в стакане выбирают так, чтобы отношение суммарной площади отверстий в стакане к объему между стаканом и трубкой было в пределах (20÷30) м^-1. Технический результат: повышение точности испытаний. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ испытания объекта на ударную нагрузку, по которому поршень с испытуемым объектом устанавливают в стволе разгонного устройства и подвергают объект ударному нагружению путем сообщения ему кинетической энергии сжатым газом, который подают в предпоршневую камеру ствола, отличающийся тем, что для получения сжатого газа используют порох, сжигаемый в специальном устройстве-форкамере, установленной в предпоршневой камере ствола, при этом стакан и трубка форкамеры выполнены перфорированными, а количество и диаметр отверстий в стакане выбирают так, чтобы отношение суммарной площади отверстий в стакане к объему между стаканом и трубкой было в пределах (20÷30) м^-1.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что трубку и стакан форкамеры обклеивают тонкой, например папиросной, бумагой, с внутренней и внешней сторон, а пороховой заряд в стакане прижимают бумажным, например из ватмана, кольцевым пыжом.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что поршень жестко соединен с кареткой, состоящей из толкателя платформы, на которой крепится объект, и башмаков, на которых каретка скользит по протяженному рельсу до полной остановки.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что определяют разность между ускорениями платформы и поршня, причем ускорение платформы измеряют датчиками ускорения, установленными на платформе, а ускорение поршня рассчитывают по результатам измерения давления в камере.