БАЛЛИСТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА И СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСТРЕЛА ИЗ НЕЕ Российский патент 2006 года по МПК F41A1/00 

Изобретение относится к испытательной технике. Преимущественная область использования - аэробаллистические испытания моделей летательных аппаратов.

Аэробаллистические испытания моделей летательных аппаратов осуществляются методом их отстрела из ствольных баллистических установок в невозмущенную воздушную среду испытательной трассы, постановка которых изложена в монографии С.И.Герасимова, Ю.И.Файкова и С.А.Холина "Кумулятивные источники света", РФЯЦ-ВНИИЭФ, г.Саров, 2002 г., стр.167-168, рис.3.66. Для определения пространственного положения аэродинамической модели посредством многоракурсной фотосъемки на ее боковую поверхность наносится термостойкое лакокрасочное покрытие с системой реперных знаков. При разгоне модели, установленной в ведущем поддоне, в стволе баллистической установки перед моделью образуется воздушная "пробка", в которой, как показали расчеты, при скорости модели на дульном срезе ≈2000 м/с температура может достигать ≈2600 К, а давление - ≈9 МПа. При взаимодействии модели с такой воздушной "пробкой" происходит обгорание термостойкого лакокрасочного покрытия и повреждение реперной системы (см. там же, стр.176 и 177, рис.3.80), в результате чего увеличивается погрешность, а иногда и становится невозможным определение пространственного положения модели, а следовательно, и ее аэродинамических характеристик.

Известно "Dispositif pour accelerer des charges utiles jusqu'a la vitesse du son et audela" (устройство ускорения полезных масс до скоростей звука и выше), патент FR №2309827 МПК F 41 F 1/00, опубл. 26.11.1976 г., выбранное в качестве прототипа. Устройство ускорения полезных масс содержит камеру высокого давления, ствол (участок разгона), устройство остановки, полезную массу, разгоняемую по стволу, и рабочую диафрагму, отделяющую вакуумируемый участок разгона от участка остановки. К недостатку данного устройства следует отнести то, что в случае разгона модели в вакуумированном стволе в связи с отсутствием воздушной "пробки" имеет место взаимодействие модели с диафрагмой, в результате чего лакокрасочное покрытие также получит повреждение, так как диафрагма, предназначенная для герметизации ствола и способная выдержать перепад давления 0,1 МПа, должна изготавливаться из высокопрочной пленки.

Известен способ производства выстрела из одно- и двухступенчатых баллистических установок, предназначенных для метания аэродинамических моделей, описанный в статье "Аэробаллистическая установка - инструмент современной экспериментальной гиперзвуковой аэродинамики", сборник "Теоретические и экспериментальные исследования гиперзвуковых течений при обтекании тел и в следах" под редакцией Г.Г.Черного и С.Ю.Чернявского, изд-во Московского университета, 1979 г., стр.12-13, выбранный в качестве прототипа. Способ включает общую для обоих типов баллистических установок последовательность операций, заключающихся в установке в ствол поддона с моделью, вакуумировании ствола перед поддоном с моделью, создании давления метающего газа в камере высокого давления и производстве выстрела. Недостатком данного способа является то, что он предполагает выстрел моделью в вакуумируемую трассу и не обеспечивает постановку аэробаллистических испытаний в невозмущенной воздушной среде, что, естественно, сужает возможности аэробаллистического эксперимента.

Решаемой технической задачей является создание баллистической установки и способа производства выстрела из нее, обеспечивающих сохранность реперной системы, наносимой на поверхность испытываемых аэродинамических моделей, при постановке аэробаллистических экспериментов в условиях невозмущенной воздушной среды.

Ожидаемый технический результат заключается в повышении информативности аэробаллистических экспериментов.

Технический результат достигается за счет применения баллистической установки, содержащей камеру высокого давления, ствол с установленным в нем поддоном с аэродинамической моделью и рабочую диафрагму, размещенную на дульном срезе ствола. В стенке конечного участка ствола выполнены каналы для соединения с вакуумной системой и системой газового наполнения. На срезе ствола закреплено надульное устройство, состоящее из последовательно установленных рабочей диафрагмы из легко разрушаемого материала, отделенной от нее разделительным кольцом технологической диафрагмы из прочного материала, уплотнительного кольца и закрепленного на стволе прижимного кольца, отверстие в котором выполнено с коническим расширением в сторону технологической диафрагмы. Внутренние диаметры разделительного, уплотнительного и прижимного колец выполнены больше диаметра канала ствола.

Технический результат достигается также за счет применения способа производства выстрела из представленной выше баллистической установки, заключающегося в установке в ее ствол поддона с аэродинамической моделью, вакуумировании ствола перед поддоном с моделью, создании давления метающего газа в камере высокого давления и производстве выстрела, при предварительном размещении перед выстрелом на срезе ствола надульного устройства, содержащего рабочую из легко разрушаемого материала и технологическую из прочного материала диафрагмы, заполнении объема ствола перед поддоном с моделью после его вакуумирования инертным легким газом и удалении технологической диафрагмы.

Сопоставительный анализ предлагаемой баллистической установки и ее прототипа показывает, что предлагаемое решение отличается совокупностью следующих конструктивных признаков:

- в стенке конечного участка ствола выполнен канал для соединения с вакуумной системой;

- в стенке конечного участка ствола выполнен канал для соединения с системой газового наполнения;

- надульное устройство содержит рабочую диафрагму из легко разрушаемого материала;

- надульное устройство содержит технологическую диафрагму из прочного материала;

- рабочая диафрагма отделена от технологической диафрагмы разделительным кольцом;

- надульное устройство содержит уплотнительное кольцо;

- надульное устройство содержит закрепленное на стволе прижимное кольцо;

- в прижимном кольце выполнено отверстие с коническим расширением в сторону технологической диафрагмы;

- внутренние диаметры разделительного, уплотнительного и прижимного колец выполнены больше диаметра канала ствола.

Выполнение в стенке конечного участка ствола канала для соединения с вакуумной системой обеспечивает вакуумирование объема ствола перед поддоном с аэродинамической моделью.

Выполнение в стенке конечного участка ствола канала для соединения с системой газового наполнения обеспечивает заполнение объема ствола перед поддоном с аэродинамической моделью инертным легким газом.

Выполнение рабочей диафрагмы из легко разрушаемого материала является необходимым условием для обеспечения разрыва ее в процессе выстрела формирующейся перед моделью газовой "пробкой" до момента времени, когда модель может коснуться своим носиком диафрагмы.

Выполнение технологической диафрагмы из прочного материала является необходимым условием для исключения разрыва рабочей диафрагмы от атмосферного давления при вакуумировании ствола или при несанкционированном превышении требуемой величины давления при заполнении ствола инертным легким газом.

Отделение рабочей диафрагмы от технологической разделительным кольцом необходимо для исключения возможности повреждения рабочей диафрагмы при удалении технологической путем ее вырезания по контуру.

Наличие уплотнительного кольца обусловлено необходимостью герметизации ствола.

Наличие прижимного кольца необходимо для обжатия пакета из рабочей и технологической диафрагм по контуру заделки.

Выполнение в прижимном кольце отверстия с коническим расширением в сторону технологической диафрагмы облегчает удаление технологической диафрагмы путем ее вырезания по контуру без повреждения рабочей диафрагмы.

Выполнение внутренних диаметров разделительного, уплотнительного и прижимного колец больше диаметра канала ствола исключает задевание поддона о кольца при выходе его из ствола.

Сопоставительный анализ предлагаемого способа выстрела из баллистической установки и его прототипа показывает, что предлагаемое решение отличается совокупностью следующих признаков:

- перед выстрелом на срез ствол баллистической установки закрепляют надульное устройство, содержащее рабочую из легко разрушаемого материала диафрагму и устанавливаемую после нее технологическую диафрагму из прочного материала;

- после вакуумирования заполняют ствол перед поддоном с аэродинамической моделью инертным легким газом;

- удаляют технологическую диафрагму.

Закрепление на срезе ствола баллистической установки надульного устройства, содержащего рабочую из легко разрушаемого материала диафрагму и устанавливаемую после нее технологическую диафрагму из прочного материала, решает задачу вакуумирования ствола и его последующего заполнения инертным легким газом.

Заполнение ствола перед поддоном с аэродинамической моделью инертным легким газом позволяет понизить температуру в газовой "пробке" и исключить обгорание термостойкого лакокрасочного покрытия поверхности аэродинамической модели.

Удаление технологической диафрагмы, изготовленной из прочного материала и, соответственно, разрывающейся при существенно более высоком давлении, нежели рабочая диафрагма, исключает контакт с нею аэродинамической модели и, как следствие, повреждение реперной системы, нанесенной на поверхность модели.

На фиг.1 приведена схема предлагаемой баллистической установки и способа производства выстрела из нее, на фиг.2 - конструкция надульного устройства.

Баллистическая установка содержит камеру высокого давления 1, ствол 2 с установленным в нем поддоном 3 с аэродинамической моделью 4. В стенке конечного участка ствола 2 выполнены каналы: 5 - для соединения с вакуумной системой и 6 - с системой газового наполнения. На срезе ствола 2 закреплено надульное устройство 7, состоящее из последовательно установленных рабочей диафрагмы 8 из легко разрушаемого материала, отделенной от нее разделительным кольцом 9 технологической диафрагмы 10 из прочного материала, уплотнительного кольца 11 и закрепленного на стволе 2 прижимного кольца 12, отверстие 13 в котором выполнено с коническим расширением 14 в сторону технологической диафрагмы 10. Внутренние диаметры разделительного 9, уплотнительного 11 и прижимного 12 колец выполнены больше диаметра канала ствола 2.

Работа баллистической установки и способа производства из нее выстрела для проведения аэробаллистического эксперимента осуществляются следующим образом.

На срез ствола 2 баллистической установки устанавливают надульное устройство 7, состоящее из последовательно размещенных рабочей диафрагмы 8 из легко разрушаемого материала, отделенной от нее разделительным кольцом 9 технологической диафрагмы 10 из прочного материала, уплотнительного кольца 11 и прижимного кольца 12. Каналы 5 и 6, выполненные в стенке конечного участка ствола 2, посредством штуцеров 15 и 16 и трубопроводов 17 и 18 соединяются с вакуумным насосом 19 и баллоном 20 с инертным легким газом. В казенную часть ствола помещают поддон 3 с аэродинамической моделью 4, на боковой поверхности которой нанесена с применением термостойкого лакокрасочного покрытия система реперных марок 21. Далее для удаления воздуха из ствола 2 перед поддоном 3 с моделью 4 осуществляют его вакуумирование. Поскольку давление разрыва рабочей диафрагмы 8, выполненной из легко разрушаемого материала, должно быть ниже величины атмосферного давления, применение технологической диафрагмы 10 из прочного материала предохраняет рабочую диафрагму 8 от разрушения при вакуумировании ствола. Это обеспечивается выравниванием давления по обе стороны рабочей диафрагмы 8 за счет того, что в процессе вакуумирования рабочая диафрагма 8 прогибается во внутрь ствола 2, в связи с чем увеличивается объем между рабочей 8 и технологической 10 диафрагмами и понижается в нем давление. После завершения вакуумирования ствол 2 перед поддоном 3 с моделью 4 заполняют из баллона 20 инертным легким газом, например гелием. Далее технологическую диафрагму 10 вырезают по контуру, причем, для того чтобы исключить повреждение рабочей диафрагмы 8, отверстие 13 в прижимном кольце 12 выполняют с коническим расширением 14 в сторону технологической диафрагмы 10. Создают давление в камере высокого давления 1 баллистической установки, и поддон 3 с аэродинамической моделью 4 под действием метающего газа ускоряется по каналу ствола 2. Образующаяся перед поддоном 3 с моделью 4 газовая "пробка" 22 разрушает рабочую диафрагму 8 до момента времени, когда модель 4 может коснуться своим носиком диафрагмы. При этом расчеты показали, что замена воздуха гелием при скорости модели на дульном срезе ≈2000 м/с позволяет снизить температуру в гелиевой "пробке" 22 перед моделью до величины ≈ 850 К и давление до ≈1,7 МПа. Благодаря этому обеспечивается сохранение лакокрасочного покрытия с системой реперных знаков 21 на поверхности испытываемой аэродинамической модели. Выполнение внутренних диаметров разделительного 9, уплотнительного 11 и прижимного 12 колец больше диаметра канала ствола 2 обеспечивает беспрепятственный выход поддона с моделью из ствола баллистической установки.

Предлагаемая баллистическая установка и способ производства выстрела из нее обладают существенными положительными свойствами по сравнению с прототипами, которые позволяют повысить информативность аэробаллистических экспериментов при постановке их в условиях невозмущенной воздушной среды за счет обеспечения сохранности реперной системы, наносимой на поверхность испытываемой аэродинамической модели.

Предлагаемые технические решения прошли экспериментальную проверку, которая подтвердила их работоспособность.

Группа изобретений относится к испытательной технике. Преимущественная область использования - аэробаллистические испытания моделей летательных аппаратов. Сущность устройства заключается в том, что баллистическая установка содержит камеру высокого давления, ствол с установленным в нем поддоном с аэродинамической моделью и рабочую диафрагму, размещенную на дульном срезе ствола. В стенке конечного участка ствола выполнены каналы для соединения с вакуумной системой и системой газового наполнения. На срезе ствола закреплено надульное устройство, состоящее из последовательно установленных рабочей диафрагмы из легко разрушаемого материала, отделенной от нее разделительным кольцом технологической диафрагмы из прочного материала, уплотнительного кольца и закрепленного на стволе прижимного кольца, отверстие в котором выполнено с коническим расширением в сторону технологической диафрагмы. Внутренние диаметры разделительного, уплотнительного и прижимного колец выполнены больше диаметра канала ствола. В способе производства выстрела предусмотрено размещение на срезе ствола надульного устройства, заполнение ствола перед поддоном с моделью после его вакуумирования инертным легким газом и удаление технологической диафрагмы. Технический результат заключается в повышении информативности аэробаллистических экспериментов. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Баллистическая установка, содержащая камеру высокого давления, ствол с установленным в нем поддоном с аэродинамической моделью и рабочую диафрагму, размещенную на дульном срезе ствола, отличающаяся тем, что в стенке конечного участка ствола выполнены каналы для соединения с вакуумной системой и системой газового наполнения, на срезе ствола закреплено надульное устройство, состоящее из последовательно установленных рабочей диафрагмы из легко разрушаемого материала, отделенной от нее разделительным кольцом технологической диафрагмы из прочного материала, уплотнительного кольца и закрепленного на стволе прижимного кольца, отверстие в котором выполнено с коническим расширением в сторону технологической диафрагмы, при этом внутренние диаметры разделительного, уплотнительного и прижимного колец выполнены больше диаметра канала ствола.2. Способ производства выстрела из баллистической установки, включающий установку в ее ствол поддона с аэродинамической моделью, вакуумирование ствола перед поддоном с моделью, создание давления метающего газа в камере высокого давления и производство выстрела, отличающийся тем, что перед вакуумированием на срезе ствола размещают надульное устройство, содержащее последовательно установленные рабочую из легко разрушаемого материала и технологическую из прочного материала диафрагмы, заполняют ствол перед поддоном с моделью после его вакуумирования инертным легким газом и удаляют технологическую диафрагму.