СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ФУГАСНОСТИ БОЕПРИПАСА Российский патент 2016 года по МПК F42B35/00 G01N33/22 

Изобретение относится к области испытательной и измерительной техники, а именно к способам определения фугасного действия объектов испытаний, т.е. ударно-волновых характеристик взрыва боеприпасов на некоторой высоте от земли.

Известен способ определения фугасности взрывчатых веществ (ВВ) по ГОСТ 4546-81, основанный на фиксации изменения геометрических характеристик объекта-свидетеля, подвергаемого воздействию взрыва /1/.

В соответствии с п. 1 ГОСТ 4546-81 ("Определение фугасности в свинцовой бомбе") навеску ВВ массой 10,00±0,01 г и плотностью 1,00±0,03 г/см³ помещают в канал свинцовой бомбы совместно с капсюлем-детонатором (КД) или электродетонатором (ЭД). Свободное пространство канала бомбы засыпают кварцевым песком без уплотнения до уровня верхнего среза канала. Бомбу устанавливают на твердое основание и производят подрыв заряда.

Фугасность в данном методе определяют по разности объемов канала бомбы:

ΔV=Vк-Vн,

где Vн - начальный объем канала бомбы, см³;

Vк - объем канала бомбы после взрыва, см³.

К недостаткам способа можно отнести следующие:

1) Способ определяет только непосредственное контактное действие взрыва заряда на объект-свидетель, в то время как применительно к боеприпасам одним из поражающих факторов является дистанционное действие за счет воздушной ударной волны (ВУВ). Т.е. характеристики ВУВ способ фактически не определяет.

2) В способе не учитывается дополнительный эффект от взрыва КД или ЭД, масса заряда которого сопоставима с массой испытуемого ВВ.

3) Способ не учитывает потери энергии взрыва при мгновенном выбросе забойки из канала бомбы (неуплотненного (!) кварцевого песка) и последующем свободном высокоскоростном истечении из канала продуктов взрыва.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ /2/, также основанный на фиксации изменения геометрических характеристик объекта-свидетеля, подвергаемого воздействию ВУВ, позволяющий определить интенсивность и скорость ВУВ от высокоскоростного объекта, летящего вблизи морской поверхности.

Суть способа заключается в следующем. Объект, летящий со сверхзвуковой скоростью без изменения высоты над морской поверхностью, генерирует в окружающем пространстве ВУВ. Воздействие ударной волны, образованной пролетом над морской поверхностью объекта, вызывает уменьшение высоты волн ряби морской поверхности, т.е. образование радиолокационного контраста. Импульс давления ВУВ воздействует на рябь морской поверхности вне зависимости от угла падения, таким образом изменяется ее локальный профиль с образованием следа (аномалии поверхности) некоторой ширины, распространяющегося как перпендикулярно, так и по траектории движения объекта. После обнаружения следа радиолокационным способом определяются дальность до фронта следа и пеленг на фронт следа, производится измерение ширины следа способом радиолокационного стробирования по дальности. Курс движения объекта определяется пространственной ориентацией следа. При известной скорости носителя радиолокатора, длине излучаемой радиолокатором электромагнитной волны и углу скольжения при облучении морской поверхности радиолокатором по полученным параметрам с использованием достаточно простых математических зависимостей вычисляется скорость движения объекта.

Затем по приближенной скорости объекта (скорости фронта следа) и другим классификационным признакам производится классификация объекта и выбор из базы данных интенсивности и скорости ударной волны объекта.

В описании способа-прототипа /2/ особо отмечено, что "для осуществления способа требуется наличие «портретов» (базы данных классификационных признаков) известных сверхзвуковых низколетящих объектов: таблицы с данными величин интенсивностей ударных волн, скоростей ударных волн и расстояний от оси движения объекта до границы образованного ударной волной следа. Объектам, имеющим идентичный планер, двигатель и скорость, будет соответствовать одинаковый «портрет». Входными данными «портрета» являются различные классификационные признаки объекта, в том числе скорость движения объекта. Выводными данными «портрета» являются интенсивность и скорость ударной волны объекта".

К недостаткам описанного способа можно отнести следующие:

1) Потребность в дорогостоящем радиолокационном оборудовании.

2) Т.к. определение характеристик ВУВ от объекта определяется на большом удалении (километры и десятки километров), имеется большая неопределенность при учете свойств морской поверхности (ряби) в контролируемой области - высоты волн, температуры воды (влияющей на величину коэффициента поверхностного натяжения на границе раздела фаз атмосфера - поверхность, необходимого для определения характеристик ВУВ), а также метеоусловий - температуры и влажности воздуха, также влияющих на характеристики ВУВ.

3) В силу вышеотмеченного - большая сложность экспериментального накопления базы данных классификационных признаков объектов.

Технической задачей предлагаемого изобретения является удешевление и упрощение проведения процесса испытаний боеприпасов, повышение точности определения ударно-волновых характеристик надповерхностных взрывов, источник которых расположен на некоторой высоте от земли.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном способе определения характеристик фугасности боеприпаса, включающем генерацию ВУВ посредством взрыва боеприпаса, фиксацию изменения геометрических характеристик объекта-свидетеля, подвергаемого воздействию ВУВ, и последующее определение по ним характеристик фугасности, в соответствии с изобретением в качестве объекта-свидетеля используют горизонтальную площадку, содержащую слой деформируемого материала с заданными механическими характеристиками, а результат воздействия ВУВ на нее с последующим определением характеристик фугасности фиксируют посредством видеорегистрации и/или по изменению пенетрационных характеристик материала-свидетеля.

Для покрытия площадки-свидетеля могут использоваться как обратимо деформируемые (упругие или высоковязкие текучие) материалы, например мягкая резина, пенополиуретан, битум, так и необратимо деформируемые, например типа влажного песка.

Увлажнение необратимо деформируемого материала исключит пыление от воздействия на него ВУВ. Для увлажнения же может использоваться как вода, так и близкие к ней по вязкости невысыхающие адгезионные составы, например на основе полиизобутилена.

Также слой деформируемого материала может быть выполнен в виде эластичной мембраны или в виде нескольких пересекающихся в центре площадки эластичных элементов ограниченной ширины.

После взрыва испытуемого боеприпаса на заданной высоте ВУВ, формирующаяся над землей, достигая поверхности площадки-свидетеля, оказывает на нее ударно-силовое воздействие, результатом которого будет изменение исходных геометрических характеристик, особо заметное в области эпицентра взрыва. Т.к. фронт ВУВ сферический, то деформация поверхности площадки-свидетеля в области эпицентра будет проявляться в виде впадины, максимальная глубина и диаметр которой будет определяться как материалом площадки, так и непосредственно давлением на фронте ВУВ. Видеорегистрация процесса деформации площадки-свидетеля позволит по фиксированным за определенный временной промежуток изменениям глубины и диаметра впадины определить скорость перемещения фронта ВУВ, а зафиксированные их максимальные значения - давление на фронте ВУВ.

При использовании для площадки-свидетеля обратимо деформируемых материалов, упругих или высоковязких, процесс формообразования впадины на поверхности площадки-свидетеля будет осуществляться практически без изменения плотности материалов с последующим самовосстановлением исходной горизонтальной поверхности. В данном случае для фиксации результатов воздействия ВУВ целесообразно использовать только видеорегистрацию.

При использовании для площадки-свидетеля необратимо деформируемых материалов типа влажного песка процесс формообразования впадины будет сопровождаться уплотнением, максимальным в центральной области впадины, с сохранением деформационных изменений. Поэтому, наряду с видеорегистрацией, для определения воздействия ВУВ в этом случае целесообразно применять дополнительно и пенетрационные методы. Результат сравнения пенетрационных характеристик материала до и после воздействия ВУВ позволит более точно определить давление на фронте ВУВ. После выполнения необходимых замеров поверхность площадки может быть выровнена и приведена в исходное состояние посредством известных технических средств.

При использовании эластичной мембранной конструкции площадки-свидетеля или же в виде нескольких пересекающихся в центре площадки эластичных элементов ограниченной ширины конечный результат воздействия ВУВ с последующим определением ее характеристик будет характеризоваться зафиксированной видеорегистрацией разностью высот расположения мембраны (или точки пересечения эластичных элементов) до и в результате воздействия ВУВ.

Изобретение поясняется следующей графической информацией.

На фиг. 1…3 приведена последовательность проведения испытаний по определению характеристик фугасности боеприпаса, расположенного над земной поверхностью на площадке, содержащей слой необратимо деформируемого материала некоторой толщины.

На фиг. 4 - сечение впадины, полученной на необратимо деформируемом материале под действием ВУВ надземного взрыва.

На фиг. 5 показан вариант испытательной площадки-свидетеля с мембранным деформируемым слоем, на фиг 6. - с деформируемым материалом в виде нескольких пересекающихся в центре площадки эластичных элементов ограниченной ширины.

Предложенный способ определения характеристик фугасности боеприпаса осуществляется следующим образом.

Поверхность горизонтальной измерительной площадки 1 покрывается слоем деформируемого материала-свидетеля 2 с заданными механическими характеристиками, для регистрации процесса взрыва и его воздействия на материал площадки-свидетеля используются видеорегистраторы 3. Испытуемый боеприпас 4 размещают на заданной высоте h (О - точка подрыва) таким образом, чтобы эпицентр взрыва (точка О′) располагался в центральной области площадки 1 (фиг. 1).

Взрыв испытуемого боеприпаса 4 в точке О, размещенной на заданной высоте h (фиг. 2), генерирует сферическую ВУВ, фронт которой 5 распространяется в пространстве, в частности и в направлении к площадке-свидетелю, что снимается несколькими видеорегистраторами 3 с визуализацией оптической неоднородности, вызванной различными плотностями воздуха на фронте ВУВ и в окружающем пространстве. Такой вид съемки позволит по ее результатам определить скорость распространения ВУВ. Площадка со слоем материала-свидетеля 2 и регистраторы 3 имеют общую геодезическую привязку. В качестве дополнительных реперных точек могут использоваться, например, углы площадки. Для получения более точных результатов съемка ведется со взаимно перпендикулярных ракурсов.

В результате воздействия ВУВ часть поверхности материала-свидетеля 2 деформируется с образованием впадины 6 (фиг. 3), представляющей собой сферический сегмент, диаметр D и высота Н (глубина) которого зависят как непосредственно от давления на фронте ВУВ, так и от механических характеристик материала.

При наличии базы экспериментальных данных, полученных предварительно при испытаниях модельных зарядов с различной заданной массой ВВ и высотой точки подрыва, что в случае надземных взрывов осуществляется гораздо проще, чем для объектов способа-прототипа (над морской поверхностью), по результатам видеорегистрации геометрических характеристик деформации поверхности материала-свидетеля определяется величина давления на фронте ВУВ.

При использовании в качестве объекта-свидетеля необратимо деформируемого материала, например типа влажного песка, поверхностная плотность материала в зоне воздействия ВУВ (зона А на фиг. 4) на некоторой толщине слоя δ будет выше, чем для материала в "исходном" состоянии (зона Б на фиг. 4). При наличии базы данных пенетрационных (или компрессионных) характеристик материала давление на фронте ВУВ дополнительно определяется по разнице пенетрационных характеристик материала в зонах А и Б.

В случае выполнения слоя деформируемого материала-свидетеля 1 в виде эластичной мембраны 2 (фиг. 5а) последняя располагается на некоторой высоте h′ относительно земной поверхности. Под воздействием ВУВ мембрана 2 деформируется таким образом, что ее центр "опускается" до высоты h′′ (фиг. 5б).

Аналогичный эффект будет наблюдаться и при исполнении деформируемого материала-свидетеля 2 в виде нескольких пересекающихся в центре площадки эластичных элементов ограниченной ширины (фиг. 6а). Здесь центральный элемент площадки выполнен в виде плоской фигуры 7 заданной площади. При воздействии ВУВ на центральный элемент 7 эластичные элементы подвергаются деформации растяжения, и элемент 7 "опускается" до высоты h′′ (фиг. 6б).

Давление на фронте ВУВ определяется по разнице высот Δh=h′-h′′, зафиксированной видеорегистраторами 3, с использованием соответствующей базы полученных предварительно экспериментальных данных.

Таким образом, предлагаемый способ определения характеристик фугасности боеприпаса не требует для своего применения дорогостоящего радиолокационного оборудования, более прост и точен ввиду упрощения набора баз экспериментальных данных, получаемых при испытаниях модельных зарядов с различной заданной массой ВВ и высотой точки подрыва для различных деформируемых материалов-свидетелей.

По мере набора статистических данных его применение ускорит создание максимально автоматизированных систем сбора и обработки информации о взрывных процессах, происходящих при испытаниях боеприпасов. Такие системы будут иметь ряд очевидных преимуществ перед существующими в настоящее время, основанными на использовании датчиков давления воздушной ударной волны, располагающихся на поверхности испытательных площадок.

Источники информации

1. ГОСТ 4546-81 Вещества взрывчатые. Методы определения фугасности. - М.: ИПК Издательство стандартов, 1998.

2. Патент RU 2466424. Способ определения скорости сверхзвукового низколетящего объекта по следу на морской поверхности при сближении для встречи с объектом. 19.07.2011 (прототип).

Способ определения характеристик фугасности боеприпаса включает генерацию воздушной ударной волны (ВУВ) посредством взрыва боеприпаса, фиксацию изменения геометрических характеристик объекта-свидетеля, подвергаемого воздействию ВУВ, и последующее определение по ним характеристик фугасности. В качестве объекта-свидетеля используют горизонтальную площадку, содержащую слой деформируемого материала с заданными механическими характеристиками. Результат воздействия ВУВ на нее с последующим определением характеристик фугасности фиксируют посредством видеорегистрации и/или по изменению пенетрационных характеристик материала-свидетеля. В качестве материала-свидетеля используют обратимо деформируемый материал с упругими характеристиками, текучий высоковязкий материал или необратимо деформируемый материал. Слой деформируемого материала-свидетеля может выполняться в виде эластичной мембраны или в виде нескольких пересекающихся в центре площадки эластичных элементов ограниченной ширины. Изобретение позволяет повысить точность определения ударно-волновых характеристик надповерхностных взрывов. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ определения характеристик фугасности боеприпаса, включающий генерацию воздушной ударной волны (ВУВ) посредством взрыва боеприпаса, фиксацию изменения геометрических характеристик объекта-свидетеля, подвергаемого воздействию ВУВ, и последующее определение по ним характеристик фугасности, отличающийся тем, что в качестве объекта-свидетеля используют горизонтальную площадку, содержащую слой деформируемого материала с заданными механическими характеристиками, а результат воздействия ВУВ на нее с последующим определением характеристик фугасности фиксируют посредством видеорегистрации и/или по изменению пенетрационных характеристик материала-свидетеля.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала-свидетеля используют обратимо деформируемый материал с упругими характеристиками, например мягкую резину, пенополиуретан и т.п.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала-свидетеля используют обратимо деформируемый текучий высоковязкий материал, например битум.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала-свидетеля используют необратимо деформируемый материал, например влажный песок.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слой деформируемого материала-свидетеля выполнен в виде эластичной мембраны.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что деформируемый материал-свидетель выполнен в виде нескольких пересекающихся в центре площадки эластичных элементов ограниченной ширины.