СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ОСКОЛОЧНОГО ПОЛЯ БОЕПРИПАСА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК F42B35/00 

Изобретение относится к области испытаний боеприпасов и может быть использовано для определения характеристик осколочного действия боеприпасов.

Известен способ определения начальной скорости осколка, заключающийся во взрывном метании осколка в заданном направлении и определении времени пролета осколком расстояния от точки взрыва до некоторого экрана, приведении средней скорости осколка к начальной скорости осколка с помощью уравнения движения его центра массы (А.Н.Дорофеев, А.П.Морозов, Р.С.Саркисян. Авиационные боеприпасы. ВВИА им. проф. Н.Е.Жуковского,1978, с.210-214, 218-219, 228).

Известно устройство для определения начальной скорости осколка, содержащее устройство метания, экран, устройство регистрации времени пролета осколка от точки взрыва до экрана (А.Н.Дорофеев, А.П.Морозов, Р.С.Саркисян. Авиационные боеприпасы. ВВИА им. проф. Н.Е.Жуковского, 1978, с.210-214, 218-219, 228).

Недостатком известных способа и устройства является недостаточная информативность, так как с их помощью определяется только начальная скорость одного осколка, но не определяются другие характеристики осколочного поля боеприпасов.

Известен способ определения характеристик осколочного поля боеприпасов, заключающийся в подрыве боеприпаса, расположенного горизонтально в центре полуцилиндрической мишени, и последующих расчетах дифференциального закона распределения осколков по направлениям разлета и закона распределения осколков по их массам (А.Н.Дорофеев, А.П.Морозов, Р.С.Саркисян. Авиационные боеприпасы. ВВИА им. проф. Н.Е.Жуковского, 1978, с.210-214, 218-219, 228).

Известно устройство, состоящее из боеприпаса, полуцилиндрической мишени и устройства инициирования (А.Н.Дорофеев, А.П.Морозов, Р.С.Саркисян. Авиационные боеприпасы. ВВИА им. проф. Н.Е.Жуковского, 1978, с.210-214, 218-219, 228).

Недостатком способа и устройства является недостаточная информативность, так как при их использовании определяются не все характеристики осколочного поля поражения боеприпасов, а именно скорости лидирующих и замыкающих осколков, средняя скорость и глубина осколочного поля поражения.

Наиболее близким к изобретению является способ определения характеристик осколочного поля боеприпаса, заключающийся в подрыве боеприпаса, расположенного горизонтально в центре полуцилиндрической мишени с помощью системы инициирования, определении по пробоинам, образованным осколками боеприпаса, в мишени дифференциального закона распределения осколков по направлениям разлета и закона распределения осколков по их массам, при этом подрыв боеприпаса осуществляют во взрывной камере, получают временную зависимость фильтрованных частот Доплера сигналов, отраженных от части осколочного поля, относительно момента подрыва боеприпаса путем установки радиолокационного измерителя скорости так, что ось диаграммы направленности антенны составляет с плоскостью, проходящей через продольную ось боеприпаса и продольную ось щели взрывной камеры, острый угол α, осуществлении фильтрации частот Доплера сигналов, отраженных от части осколочного поля, при его нахождении в пределах диаграммы направленности радиолокационного измерителя скорости, определении скорости лидирующих и замыкающих осколков, средней скорости и глубины осколочного поля по временной зависимости фильтрованных частот Доплера сигналов, отраженных от части осколочного поля, относительно момента подрыва боеприпас, отличающийся тем, что определяют количество эшелонов осколочного поля боеприпаса на основе анализа количество сработавших фильтров частот Доплера сигналов, отраженных от части осколочного поля (Мужичек С.М., Шайморданов С.Г., Новиков И.А., Винокуров В.И., патент РФ на изобретение №2451263 от 20.05.2012 г.).

Наиболее близким к изобретению является устройство определения характеристик осколочного поля боеприпаса, содержащее полуцилиндрическую мишень, взрывную камеру, боеприпас, устройство инициирования, радиолокационный измеритель скорости, электронно-вычислительную машину, при этом взрывная камера имеет щель, ширина и длина которой позволяют улавливать часть осколочного поля боеприпаса, летящую в направлении, определяемом двугранным углом Δθ, радиолокационный измеритель состоит из последовательно соединенных антенны, генератора высокой частоты, блока широкополосных усилителей, n фильтров, n ключей, вторые входы которых соединены с выходом устройства инициирования, а ось диаграммы направленности антенны составляет с плоскостью, проходящей через продольную ось боеприпаса и продольную ось щели взрывной камеры, острый угол α, выходы n ключей соединены n входами ЭВМ (Мужичек С.М., Шайморданов С.Г., Новиков И.А., Винокуров В.И., патент РФ на изобретение №2451263 от 20.05.2012 г.).

Недостатком способа и устройства, является недостаточная информативность, обусловленная невозможностью определения изменений характеристик осколочного поля боеприпасов в динамике.

Технической задачей изобретения является повышение информативности способа за счет определения характеристик изменения осколочного поля боеприпасов в динамике.

Решение технической задачи или сущность изобретения заключается в том, что в способе определения характеристик осколочного поля поражения боеприпасов, заключающемся в подрыве боеприпаса, расположенного горизонтально в центре полуцилиндрической мишени с помощью устройства инициирования, определении по пробоинам, образованным осколками боеприпаса в мишени, дифференциального закона распределения осколков по направлениям разлета и закона распределения осколков по их массам, при этом подрыв боеприпаса осуществляют во взрывной камере, получают временную зависимость фильтрованных частот Доплера сигналов, отраженных от части осколочного поля относительно момента подрыва боеприпаса, путем установки радиолокационного измерителя скорости так, что ось диаграммы направленности антенны составляет с плоскостью, проходящей через продольную ось боеприпаса и продольную ось щели взрывной камеры, острый угол α, осуществлении фильтрации частот Доплера сигналов, отраженных от части осколочного поля, при его нахождении в пределах диаграммы направленности радиолокационного измерителя скорости, определении скорости лидирующих и замыкающих осколков, средней скорости и глубины осколочного поля по временной зависимости фильтрованных частот Доплера сигналов, отраженных от части осколочного поля относительно момента подрыва боеприпаса, дополнительно определяют изменения характеристик осколочного поля боеприпаса в динамике путем осуществлении временного анализа сигналов отраженных от части осколочного поля.

Устройство, реализующее описанный способ, содержит полуцилиндрическую мишень, взрывную камеру, боеприпас, устройство инициирования, радиолокационный измеритель скорости, микроЭВМ, при этом взрывная камера имеет щель, ширина и длина которой позволяет полуцилиндрической мишени улавливать часть осколочного поля боеприпаса, летящую в направлении, определяемом двугранным углом Δθ, радиолокационный измеритель скорости, состоящий из последовательно соединенных антенны, генератора высокой частоты, блока широкополосных усилителей, n фильтров, n ключей, вторые входы которых соединены с выходом устройства инициирования, а ось диаграммы направленности антенны составляет с плоскостью, проходящей через продольную ось боеприпаса и продольную ось щели взрывной камеры, острый угол α, выходы n ключей соединены с n входами микроЭВМ, в которое дополнительно введены привод антенны, датчик привода, цифроаналоговый преобразователь, блок определения характеристик осколочного поля боеприпаса, причем датчик размещен на конструкции привода, выход датчика соединен с одним из n входом ЭВМ, выход которой через цифроаналоговый преобразователь соединен со входом привода, выход которого механически соединен с первым входом антенны, второй вход-выход которой соединен и имеет электромагнитное взаимодействие с осколочным полем боеприпаса, выход устройства инициирования соединен с входом блока определения характеристик осколочного поля боеприпаса, а выход которого соединен с входом радиолокационного измерителя скорости, блок определения характеристик осколочного поля боеприпаса в динамике состоит из генератора импульсов, элемента И, счетчика, n дешифраторов, элемента ИЛИ, причем входом блока определения характеристик осколочного поля боеприпаса в динамике являются вход дифференцирующей цепи и второй вход элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход - с первым входом счетчика, второй вход которого соединен с выходом дифференцирующей цепи, выход счетчика соединен с входами n дешифраторов, выходы которых соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого является выходом блока определения характеристик осколочного поля боеприпаса в динамике, кроме того, входом радиолокационного измерителя скорости являются вторые входы n ключей.

На фиг.1 приведена схема устройства определения характеристик осколочного поля поражения боеприпаса, где: 2 - полуцилиндрическая мишень; 1 - взрывная камера, 4 - боеприпас, 3 - устройство инициирования; 5 - радиолокационное устройство, 6 - микроЭВМ, 7 - привод антенны, 8 - датчик, 9 - цифроаналоговый преобразователь, 10 - блок дискретизации измерений, 11 - антенна; 12 - генератор высокой частоты; 13 - блок широкополосных усилителей; 14 - фильтры; 15 - ключи; 16 - генератор сигналов, 17 - элемент И, 18 - счетчик, 19 - n дешифраторов, 20 - элемент ИЛИ, 21 - дифференцирующая цепь. На фиг.2 приведена схема размещения боеприпаса во взрывной камере.

Устройство определения характеристик осколочного поля поражения осколочно-фугасных боеприпасов содержит взрывную камеру 1, полуцилиндрическую мишень 2, боеприпас 4, устройство 3 инициирования, радиолокационный измеритель 5 скорости, микроЭВМ 6, привод 7 антенны, датчик 8, цифроаналоговый преобразователь 9, блок 10 дискретизации измерений, радиолокационный измеритель 5 скорости состоит из последовательно соединенных антенны 11, генератора 12 высокой частоты, блока 13 широкополосных усилителей, n фильтров 14, n ключей 15, блок 10 дискретизации измерений содержит генератор 16 сигналов, элемент И 17, счетчик 18, n-дешифраторов 19, элемент ИЛИ 20, дифференцирующую цепь 21. Устройство функционирует следующим образом.

Исследуемый боеприпас размещается во взрывной камере 1 на высоте h от пола так, чтобы продукты взрыва его заряда взрывчатого вещества не оказывали влияния на процесс измерения скорости осколков, а продольная ось боеприпаса была совмещена со щелью взрывной камеры 1 таким образом, чтобы в щель попала часть осколочного поля боеприпаса, летящая в направлении, определяемом двугранным углом Δθ.

Пространство между щелью и полуцилиндрической мишенью 2 облучается СВЧ-энергией √, излучаемой генератором 12 через антенну 11.

Исследуемый боеприпас 4 подрывается с помощью устройства 3 инициирования, сигналом от которого происходит открывание элемента И 17.

При попадании заданной части осколочного поля в диаграмму направленности антенны 11 на выходе генератора 12 формируются сигналы с частотами Доплера Δ f_n, зависящими от скорости движения осколочного поля. Эти сигналы усиливаются в блоке широкополосных усилителей 13 и поступают на входы п фильтров 14. На выходе каждого фильтра 14 формируется сигнал, соответствующий частоте настройки фильтра f_n.

Сигналы с выходов n фильтров 14 через первые входы n ключей поступают на n входы микроЭВМ 6.

МикроЭВМ 6 осуществляет отображение временной зависимости фильтрованных частот Доплера сигналов, отраженных от заданной части осколочного поля относительно момента подрыва боеприпаса 4, определяет частоту (скорость) лидирующих и замыкающих осколков и глубину осколочного поля. Так, скорость лидирующих осколков определяется по значению частоты Доплера f_л сигнала, первого относительно момента подрыва боеприпаса 4 из выражения

Vn₁=(λfn)/2cosα₁,

где λ - длина волны излучаемого сигнала, α₁ - угол.

Скорость замыкающих осколков определяется по значению частоты Доплера f_з сигнала последнего относительно момента подрыва боеприпаса 4 из выражения

V_з1=(λfз)/2cosα₁,

где λ - длина волны излучаемого сигнала, α₁ - угол.

Средняя скорость осколочного потока определяется из выражения

.

Глубина осколочного поля определяется микроЭВМ 6 соответственно выражению L_п1=(V_п1-V_з1)/(t₂-t₁).

Где время t₁ и t₂ соответствует моментам появления и пропадания сигнала, отраженного от осколочного поля боеприпаса 4.

После пропадания сигнала, отраженного от осколочного поля снаряда, диаграмма направленности антенны с помощью привода антенны перемещается в угловое положение α₂ со скоростью большей, чем средняя скорость осколочного поля V_cp.

При попадании заданной части осколочного поля в диаграмму направленности антенны 11, центр которой находиться на угловом положении, на выходе генератора 12 формируются сигналы с частотами Доплера Δ f_n, зависящими от скорости движения осколочного поля. Эти сигналы усиливаются в блоке широкополосных усилителей 13 и поступают на входы n фильтров 14. Сигналы с выходов n фильтров 14 через первые входы n ключей 15 поступают на n входы микроЭВМ 6.

МикроЭВМ 6 осуществляет отображение временной зависимости фильтрованных частот Доплера сигналов, отраженных от заданной части осколочного поля относительно углового положения α₂, определяет частоту (скорость) лидирующих и замыкающих осколков и глубину осколочного поля. Так, скорость лидирующих осколков определяется по значению частоты Доплера f_л сигнала, первого относительно момента подрыва боеприпаса 4 из выражения

Vn₁=(λfn)/2cosα₂,

где λ - длина волны излучаемого сигнала, α₂ - угол.

Скорость замыкающих осколков определяется по значению частоты Доплера f_з сигнала последнего относительно момента подрыва боеприпаса 4 из выражения

V_з1=(λfз)/2cosα₂,

где λ - длина волны излучаемого сигнала, α₂ - угол.

Средняя скорость осколочного потока определяется из выражения

.

Глубина осколочного поля определяется микроЭВМ 6 соответственно выражению L_п2=(V_п1-V_з1)/(t₂-t₁).

Где время t₁ и t₂ соответствует моментам появления и пропадания сигнала, отраженного от осколочного поля боеприпаса 4.

После пропадания сигнала, отраженного от осколочного поля боеприпаса, диаграмма направленности со скоростью более скорости V_cp.2 перемещается в угловое положение α₃. Аналогично определяются параметры осколочного поля снаряда при нахождении диаграммы направленности антенны в угловом положении α₃.

Таким образом, за счет перемещения диаграммы направленности в различные угловые положения относительно траектории движения осколочного поля можно получить информацию о динамике изменения параметров движения осколочного поля боеприпаса.

Затем осколочное поле боеприпаса поступает на полуцилиндрическую мишень 2, которая изготовлена в виде листов картона, поделенного на сектора. После замера пробоин определяется закон распределения осколков по угловым секторам.

Группа изобретений относится к области испытания боеприпасов. Способ заключается в осуществлении подрыва боеприпаса во взрывной камере и получении временной зависимости фильтрованных частот Доплера сигналов, отраженных от части осколочного поля относительно момента подрыва боеприпаса. Устанавливают радиолокационный измеритель скорости так, что ось диаграммы направленности антенны составляет с плоскостью, проходящей через продольную ось боеприпаса и продольную ось щели взрывной камеры острый угол α. Частоты Доплера сигналов, отраженных от части осколочного поля, фильтруют при нахождении поля в пределах диаграммы направленности радиолокационного измерителя скорости. Скорости лидирующих и замыкающих осколков, среднюю скорость и глубину осколочного поля определяют по временной зависимости фильтрованных частот Доплера сигналов, отраженных от части осколочного поля относительно момента подрыва боеприпаса. Определяют динамику развития осколочного поля боеприпаса путем дискретизации процесса измерений при анализе сигналов, отраженных от части осколочного поля. Устройство содержит мишень, взрывную камеру, боеприпас, устройство инициирования, радиолокационный измеритель скорости, микроЭВМ, привод антенны, датчик привода, цифроаналоговый преобразователь и блок определения характеристик осколочного поля боеприпаса. Взрывная камера имеет щель, ширина и длина которой позволяют улавливать часть осколочного поля боеприпаса. Радиолокационный измеритель состоит из последовательно соединенных антенны, генератора высокой частоты и блока широкополосных усилителей, n фильтров, n ключей. Достигается повышение информативности испытаний. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения характеристик осколочного поля боеприпаса, заключающийся в подрыве боеприпаса, расположенного горизонтально в центре полуцилиндрической мишени с помощью системы инициирования, определении по пробоинам, образованным осколками боеприпаса, в мишени дифференциального закона распределения осколков по направлениям разлета и закона распределения осколков по их массам, при этом подрыв боеприпаса осуществляют во взрывной камере, получают временную зависимость фильтрованных частот Доплера сигналов, отраженных от части осколочного поля, относительно момента подрыва боеприпаса путем установки радиолокационного измерителя скорости так, что ось диаграммы направленности антенны составляет с плоскостью, проходящей через продольную ось боеприпаса и продольную ось щели взрывной камеры, острый угол α, осуществлении фильтрации частот Доплера сигналов, отраженных от части осколочного поля, при его нахождении в пределах диаграммы направленности радиолокационного измерителя скорости, определении скорости лидирующих и замыкающих осколков, средней скорости и глубины осколочного поля по временной зависимости фильтрованных частот Доплера сигналов, отраженных от части осколочного поля, относительно момента подрыва боеприпаса, отличающийся тем, что определяют динамику развития осколочного поля боеприпаса путем дискретизации процесса измерений при анализе сигналов, отраженных от части осколочного поля.

2. Устройство определения характеристик осколочного поля боеприпасов содержит полуцилиндрическую мишень, взрывную камеру, боеприпас, устройство инициирования, радиолокационный измеритель скорости, микроЭВМ, при этом взрывная камера имеет щель, ширина и длина которой позволяют улавливать часть осколочного поля боеприпаса, летящую в направлении, определяемом двугранным углом Δθ, радиолокационный измеритель состоит из последовательно соединенных антенны, генератора высокой частоты, блока широкополосных усилителей, n фильтров, n ключей, причем ось диаграммы направленности антенны составляет с плоскостью, проходящей через продольную ось боеприпаса и продольную ось щели взрывной камеры, острый угол α, выход блока широкополосных усилителей, выходы n ключей являются группой выходов радиолокационного измерителя скорости, группа выходов которого соединена с n входами микроЭВМ, отличающееся тем, что дополнительно введены привод антенны, датчик привода, цифроаналоговый преобразователь, блок определения характеристик осколочного поля боеприпаса, причем датчик размещен на конструкции привода, выход датчика соединен с одним из n входом ЭВМ, выход которой через цифроаналоговый преобразователь соединен со входом привода, выход которого механически соединен с первым входом антенны, второй вход-выход которой соединен и имеет электромагнитное взаимодействие с осколочным полем боеприпаса, выход устройства инициирования соединен с входом блока определения характеристик осколочного поля боеприпаса, а выход которого соединен с входом радиолокационного измерителя скорости, блок определения характеристик осколочного поля боеприпаса в динамике состоит из генератора импульсов, элемента И, счетчика, n дешифраторов, элемента ИЛИ, причем входом блока определения характеристик осколочного поля боеприпаса в динамике являются вход дифференцирующей цепи и второй вход элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход - с первым входом счетчика, второй вход которого соединен с выходом дифференцирующей цепи, выход счетчика соединен с входами n дешифраторов, выходы которых соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого является выходом блока определения характеристик осколочного поля боеприпаса в динамике, кроме того, входом радиолокационного измерителя скорости являются вторые входы n ключей.