УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ОТРАБОТКИ РАЗДЕЛЯЮЩИХСЯ РЕАКТИВНЫХ СНАРЯДОВ Российский патент 2006 года по МПК F42B35/00 G01M7/08 G01N3/313 

Изобретение относится к военной технике, а именно к экспериментальным устройствам отработки процесса разделения реактивных снарядов, преимущественно залпового огня.

Для анализа внутрикамерного процесса, оценки достоверности результатов теоретического исследования и проверки работоспособности реактивного снаряда в процессе разделения используются различные подходы к проведению экспериментальной отработки PC. При этом одной из важных задач экспериментальной отработки является обеспечение сохранности и многократности использования объекта испытаний (чаще всего головной части с полезной нагрузкой), что позволяет сократить количество дорогостоящих испытаний и тем самым уменьшить временные и материальные затраты на разработку новых образцов вооружения.

По материалам книги А.В.Чернышева «Проектирование стендов для испытаний и контроля бортовых систем летательных аппаратов» (Москва, «Машиностроение», 1983 г., стр.146) известна конструкция стенда с воспроизведением ударного импульса на этапе разгона. Экспериментальное устройство имеет в своем составе объект испытаний, размещенный на тележке с тормозным устройством. Тележка установлена на направляющих и снабжена штоком с поршнем, которые ускоряются с требуемыми перегрузками за счет подбора навески пороха, срабатывающей в рабочем отсеке ускоряющего устройства (ствола орудия).

Указанная конструкция стендового устройства позволяет: за счет использования энергии порохового заряда воспроизвести ударный импульс на этапе разгона; за счет использования тормозного устройства в виде сжимающейся пружины обеспечить торможение тележки с объектом испытаний. Однако пружинное тормозное устройство затруднительно использовать для гашения мощных силовых воздействий, возникающих в процессе разделения масс порядка 200 кг со скоростями 30-40 м/с. Поэтому такой стенд из соображений техники безопасности можно строить только в расчете на сравнительно небольшую мощность ударного импульса, достаточную для испытаний небольших изделий.

Таким образом, задачей указанного экспериментального стендового устройства является воспроизведение и гашение ударного импульса небольшой энергоемкости.

Общими признаками известного технического решения с предлагаемой авторами конструкцией стендовой установки является наличие отсека с пороховым зарядом и жесткого основания с направляющими, на которых размещен объект испытаний.

По патенту №2235302 (заявка №2002122582 от 20.08.2002 г., МПК G 01 М 7/08, G 01 N 3/313) известен стенд для испытаний изделий на ударное воздействие, разгонное и тормозное устройства стенда.

Стенд для испытаний изделий на ударное воздействие содержит разгонное устройство в виде стволика, зарядную камеру с пороховым зарядом и инициатором, каретку для установки испытуемого изделия, соединенную с помощью проушин с направляющими, и тормозное устройство. Разгонное устройство установлено на стволе артиллерийского орудия через опору, оправку с хомутом, а направляющие выполнены гибкими из стальных канатов, пропущенных через пазы в опоре и натянутых вдоль ствола орудия.

Разгонное устройство стенда для испытаний изделий на ударное воздействие содержит зарядную камеру с пороховым зарядом, донную крышку и инициирующее устройство. Инициирующее устройство выполнено в виде форкамеры, в которой размещен дополнительный пороховой заряд и электровоспламенитель, установленной перпендикулярно оси стволика и сообщающейся радиальным каналом с кольцевой проточкой с угловой перемычкой со стороны зарядной камеры.

Тормозное устройство стенда для испытаний изделий на ударное воздействие содержит демпферное устройство и поглотитель энергии. Демпферное устройство установлено за тормозным участком и выполнено в виде надетых на каждую направляющую втулок, соединенных между собой упругой связью. Причем направляющие пропущены через блоки, установленные на основании в конце тормозного участка, а поглотитель энергии выполнен в виде ленты из эластичного материала, инерционная масса которой распределена по длине тормозного участка по закону, обеспечивающему требуемые ускорения каретки с изделием при торможении.

Описанная конструкция стенда, принятая авторами за прототип, позволяет проводить испытания изделий на ударное воздействие за счет наличия разгонного устройства с пороховым зарядом, обеспечивающего заданный уровень действующих нагрузок, и тормозного устройства с демпферным устройством, обеспечивающего требуемые ускорения каретки с изделием при торможении ее на направляющих.

Однако практическое использование такого устройства и, в первую очередь, для эффективного торможения разделяющихся частей снаряда (РЧ и ГЧ), получающих мощные силовые импульсы в процессе разделения, является проблематичным в связи со сложностью функционирования и необходимостью размещения его в двух противоположных направлениях (РЧ и ГЧ).

Таким образом, задачей данного экспериментального устройства является испытание изделий на регламентируемые ударные воздействия, создаваемые за счет наличия зарядной камеры с пороховым зарядом.

Общими признаками известного ударного стенда с предлагаемой авторами конструкцией экспериментального устройства для отработки разделяющихся PC в стендовых условиях является наличие отсека (камеры) с пороховым зарядом и тормозного устройства с направляющими.

В отличие от прототипа в предлагаемой конструкции устройства для экспериментальной отработки разделяющихся PC в стендовых условиях:

- основание выполнено в виде внутренней и внешней опорных направляющих швеллерной формы, симметрично скрепленных между собой основаниями и упорно взаимодействующих боковыми полками с поверхностями макетов головной и ракетной частей снаряда в вертикальном и горизонтальном направлениях;

- устройство дополнительно снабжено тормозными блоками, размещенными на основании перед макетами разделяемых частей на расстояниях, соответствующих путям разгона разделяемых частей снаряда на траектории;

- тормозные блоки выполнены в виде цилиндров, торцевые поверхности которых снабжены осесимметричными внутренними и внешними фиксирующими поверхностями конической формы;

- масса тормозных блоков выбирается из условия обеспечения осевых перегрузок, не превышающих допустимые значения перегрузок на разделяемые элементы снаряда в процессе эксплуатации, а количество тормозных блоков определяется соотношением

где

mⁱ _p, m_т.б. - массы разделяемых частей и тормозного блока соответственно;

Vⁱ _р, V_к - скорости разделяемых частей в процессе отделения и тормозных блоков в конце процесса торможения;

i - индекс разделяемых частей.

Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение скоростей движения макетов головной и ракетной частей в процессе движения по направляющей, снижение ударных перегрузок на испытуемые макеты ГЧ и РЧ в момент соударения с преградой (ловушкой) и сокращение полного пути разделяемых элементов от точки разделения до полного торможения.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в конструкции известного устройства, содержащего макет головной части с отсеком разделения и макет ракетной части, размещенные на жестком основании лоткового типа, основание выполнено в виде внутренней и внешней опорных направляющих швеллерной формы, симметрично скрепленных между собой основаниями и упорно взаимодействующих боковыми полками с поверхностями макетов головной и ракетной частей снаряда в вертикальном и горизонтальном направлениях.

Устройство дополнительно снабжено тормозными блоками, размещенными на основании перед макетами разделяемых частей на расстояниях, соответствующих путям разгона разделяемых частей снаряда на траектории. При этом тормозные блоки выполнены в виде цилиндров, торцевые поверхности которых снабжены осесимметричными внутренними и внешними фиксирующими поверхностями конической формы (α_к≈22°). Масса тормозных блоков выбирается из условия обеспечения осевых перегрузок, не превышающих допустимые значения перегрузок на разделяемые элементы снаряда в процессе эксплуатации. А количество тормозных блоков определяется соотношением

где

mⁱ _p, m_т.б. - массы разделяемых частей и тормозного блока соответственно;

Vⁱ _р, V_к - скорости разделяемых частей в процессе отделения и тормозных блоков в конце процесса торможения;

i - индекс разделяемых частей.

Новая совокупность конструктивных узлов и элементов, а также кинематических связей между ними позволяет получить новый положительный эффект. Так, например, выполнение основания устройства в виде внутренней и внешней опорных направляющих швеллерной формы, симметрично скрепленных между собой основаниями и упорно взаимодействующих боковыми полками с поверхностями макетов головной и ракетной частей снаряда в вертикальном и горизонтальном направлениях, обеспечивает за счет увеличения количества линий контакта более плавное безударное движение макетов по лотковой направляющей, исключающее выброс макетов РЧ и ГЧ в процессе разделения.

Снабжение устройства тормозными блоками, выполненными в виде цилиндров, торцевые поверхности которых снабжены осесимметричными внутренними и внешними фиксирующими поверхностями конической формы, позволяет за счет соударения подвижных и неподвижных элементов поэтапно гасить скорость движения макетов в процессе движения их по направляющей и тем самым снижать ударные нагрузки в момент соударения с преградой. Кроме того, за счет сокращения полного пути макетов от точки разделения до полного торможения представляется возможность использования устройства в условиях крытого помещения.

Выбор массы тормозных блоков из условия обеспечения осевых перегрузок, не превышающих допустимые значения перегрузок на разделяемые элементы снаряда в процессе эксплуатации, обеспечивает сохранность и работоспособность экспериментального устройства в стендовых условиях. При этом количество тормозных блоков, определяемых из соотношения

назначается из условия V_к=0 или V_к=V_зад. В первом случае осуществляется полное торможение разделяемых частей PC на основании, а во втором - до заданного или допускаемого режима схода ГЧ и РЧ с основания.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид экспериментального устройства, на фиг.2 - схема размещения датчиков измерения скорости, а на фиг.3 - продольный разрез отсека разделения.

Устройство для экспериментальной отработки разделяющихся PC в стендовых условиях содержит макет ГЧ 4 с отсеком разделения 5 и макет ракетной части 6, размещенных на основании лоткового типа 1, отличающееся тем, что в нем основание выполнено в виде внутренней 7 и внешней 8 опорных направляющих швеллерной формы, симметрично скрепленных между собой основаниями и упорно взаимодействующих боковыми полками с поверхностями макетов головной и ракетной частей снаряда в вертикальном и горизонтальном направлениях.

Устройство дополнительно снабжено тормозными блоками 2, размещенными на основании перед макетами разделяемых частей на расстояниях, соответствующих путям разгона разделяемых частей снаряда (L_ГЧ и L_РЧ) на траектории.

Масса тормозных блоков выбирается из условия обеспечения осевых перегрузок, не превышающих допустимые значения перегрузок на разделяемые элементы снаряда в процессе эксплуатации, а количество тормозных блоков назначается из условий полного или частичного торможения разделяемых частей (V_к=0 или V_r=V_зад).

Экспериментальное устройство работает следующим образом.

Для задействования устройства подается инициирующий импульс на заряд разделения 11. Продукты сгорания заряда заполняют рабочую полость отсека разделения 5, и при величине давления, соответствующего давлению форсирования, происходит разрушение узла форсирования 12. Под действием внутреннего давления (регистрируемого датчиком типа ЛХ-412) разделяемые элементы (макеты ГЧ и РЧ - 4,6) начинают ускоряться, и при величине суммарного перемещения, равного пути вскрытия (L_вскр=L_РЧ+L_ГЧ), происходит полное разделение макетов и автономное движение их по направляющей 1 в противоположных направлениях.

В процессе движения макетов их внешние поверхности упорно взаимодействуют с боковыми полками швеллеров 9, 10 и предотвращают выпадение разделяемых частей из направляющих. Причем перемещения макетов в горизонтальном направлении (вправо и влево) предотвращаются за счет упорного взаимодействия их с боковыми направляющими (полками) внешнего швеллера 10, а возможные перемещения в вертикальном направлении предотвращаются, во-первых, за счет упорного взаимодействия двух боковых направляющих внутреннего швеллера 9 (вниз) и, во-вторых, за счет массовых сил макетов, исключающих выброс их из направляющих вверх. Таким образом, за счет линейного взаимодействия макетов с четырьмя боковыми направляющими основания достигается их устойчивое движение в направлении тормозных блоков. Одновременно при пересечении макетами зон измерения (L_u), на границах которых устанавливаются излучатели света с фотоприемниками 3, обеспечивается измерение скоростей разделения макетов ГЧ и РЧ с необходимой степенью точности.

При достижении макетами ГЧ и РЧ первых тормозных блоков 2 происходит процесс соударения, сопровождающийся взаимодействием внутренних и внешних фиксирующих поверхностей конической формы и потерей кинетической энергии макетов. При этом масса тормозных блоков должна выбираться из условия обеспечения осевых перегрузок, не превышающих допускаемые значения перегрузок, действующих на разделяемые элементы снаряда в процессе эксплуатации. Это условие в упрощенном виде может быть представлено в виде , где

nⁱ _доп - допускаемые значения перегрузок на разделяемые части снаряда;

mⁱ _уск - масса ускоряемых частей;

mⁱ _гр. - масса тормозного блока;

ϕ_пр - приведенное значение коэффициента потерь кинетической энергии при соударении разделяемых частей снаряда и тормозных блоков.

Следует отметить, что с целью снижения перегрузок в момент столкновения макетов с тормозными блоками последние могут снабжаться демпферами, использующими, в самом простом случае, плотную упругую резину, закрепленную на упорных торцах тормозных блоков. Это, естественно, снижает приведенное значение коэффициента потерь ϕ_пр.

Дальнейшее движение макетов с присоединенными грузами аналогично описанному выше, что, в конечном итоге, приводит к частичному или полному торможению разделяемых частей на основании. При этом процесс торможения характеризуется выбором величины конечной скорости торможения (V_к=0 или V_к=V_зад). Тем самым, за счет постепенного торможения обеспечивается сохранность макетов, которые могут быть изучены и повторно использованы. Кроме того, вследствие сокращения тормозного пути разделяемых макетов достигается возможность использования экспериментального устройства в условиях закрытого помещения.

Таким образом, выполнение экспериментального устройства в соответствии с предлагаемым изобретением позволяет расширить возможности его практического использования и сократить временные и финансовые затраты на отработку процесса разделения реактивных снарядов в стендовых условиях.

Изобретение может быть использовано для экспериментальной отработки снарядов с отделяемыми головными частями и, в первую очередь, для реактивных систем залпового огня.

Указанный положительный эффект подтвержден результатами испытаний ряда опытных образцов разделяющихся реактивных снарядов, проведенных в стендовых условиях на экспериментальном устройстве, выполненном с учетом отличительных признаков, изложенных в предлагаемом изобретении.

Изобретение относится к военной технике, а именно к экспериментальным устройствам для отработки процесса разделения реактивных снарядов. Устройство содержит макет головной части с отсеком разделения и макет ракетной части, которые размещены на жестком основании лоткового типа. Основание выполнено в виде внутренней и внешней опорных направляющих швеллерной формы, симметрично скрепленных между собой основаниями и взаимодействующих боковыми полками с поверхностями макетов головной и ракетной частей снаряда в вертикальном и горизонтальном направлениях. Устройство снабжено тормозными блоками, размещенными на основании перед макетами разделяемых частей на расстояниях, соответствующих путям разгона разделяемых частей снаряда на траектории. Тормозные блоки выполнены в виде цилиндров, торцевые поверхности которых снабжены осесимметричными внутренними и внешними фиксирующими поверхностями конической формы. Масса тормозных блоков выбирается из условия обеспечения осевых перегрузок, не превышающих допустимые значения, а количество тормозных блоков выбирается из определенного соотношения. Реализация изобретения позволяет расширить возможности использования и сократить затраты на отработку процесса разделения реактивных снарядов. 3 ил.

Устройство для экспериментальной отработки разделяющихся реактивных снарядов, содержащее макет головной части с отсеком разделения и макет ракетной части, размещенные на жестком основании лоткового типа, отличающееся тем, что основание выполнено в виде внутренней и внешней опорных направляющих швеллерной формы, симметрично скрепленных между собой основаниями и упорно взаимодействующих боковыми полками с поверхностями макетов головной и ракетной частей снаряда в вертикальном и горизонтальном направлениях, устройство дополнительно снабжено тормозными блоками, размещенными на основании перед макетами разделяемых частей на расстояниях, соответствующих путям разгона разделяемых частей снаряда на траектории, при этом тормозные блоки выполнены в виде цилиндров, торцевые поверхности которых снабжены осесимметричными внутренними и внешними фиксирующими поверхностями конической формы, масса тормозных блоков выбирается из условия обеспечения осевых перегрузок, не превышающих допустимые значения перегрузок на разделяемые элементы снаряда в процессе эксплуатации, а количество тормозных блоков определяется соотношением

где

mⁱ _р, m_т.б. - массы разделяемых частей и тормозного блока соответственно;

Vⁱ _p, V_к - скорости разделяемых частей в процессе отделения и тормозных блоков в конце процесса торможения;

i - индекс разделяемых частей.