Способ контроля качества многослойных композитных броневых преград из ткани и устройство для его осуществления Российский патент 2018 года по МПК G01N25/72 F41H5/00 F41H1/02 

Область техники

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля качества композитных многослойных броневых преград из ткани на основе результатов теплового контроля при попадании поражающего элемента в броневую преграду за счет поглощения энергии броневой преградой.

Изобретение может быть использовано для контроля качества броневых преград как в процессе производства, так и в реальных условиях эксплуатации.

Особенно эффективно применение изобретения при испытании ответственных броневых преград, например, при защите личного состава. Такие броневые преграды, как правило, имеют сложную конструкцию и большую стоимость. К таким конструкциям с одной стороны предъявляются высокие требования по надежности защиты, а с другой стороны они являются достаточно дорогими и трудоемкими в изготовлении для того, чтобы достаточно большое количество конструкций можно было испытать методами разрушающего контроля.

При этом требуется определить потенциально опасные места (узлы конструкции), которые в первую очередь могут снизить качество броневой преграды, что может привести к поражению личного состава.

Уровень техники

Появление новых типов эффективных бронебойных боеприпасов стрелкового оружия выдвинуло перед разработчиками легкобронированной и небронированной техники актуальную задачу - повышение ее защищенности, а также защищенности людей, находящихся в ней (Анискович В.А. Научно-технологические аспекты создания комбинированной полимеркерамической брони. - М.: Издательский дом «Спектр», 2015, - 76 с. ISBN 978-5-4442-0096-4). Броневая защита развивается в направлении получения и использования материалов с высокими защитными свойствами и более низкой, чем у традиционно используемой металлической брони, плотностью. Все более широкое применение находят композитные и керамические материалы, как сами по себе, так и в сочетании с металлической броней.

Несмотря на значительные достижения в этой области, в настоящее время отсутствует комплексный научно-технологический подход к созданию полимер-керамической брони с требуемыми свойствами, в том числе методы математического моделирования и расчета комбинированной брони, новые эффективные бронематериалы, не решена проблема изготовления и ремонта полимер-керамической брони без снижения ее защитных свойств.

Анализ современных тенденций в области развития брони для защиты крупногабаритных объектов военной техники и личного состава Вооруженных Сил показал устойчивое развитие керамических материалов, которые идут на замену стали. Это обусловлено комплексом уникальных свойств броневых керамик: низкой плотностью (в 2-3 раза ниже, чем у стали), высокой твердостью (в 2-3,5 раза выше, чем у стали), высоким модулем упругости.

Также немаловажен фактор трещиностойкости (характеризуется показателем интенсивности напряжений К_1c) керамического материала, чтобы свести к минимуму разрушение керамики при ударе и, как следствие, повысить ее живучесть, то есть стойкость к множественным попаданиям в единицу площади брони, защищающей соответствующий объект.

Однако у большинства материалов эти свойства имеют обратную связь, то есть чем выше твердость керамики, тем ниже, как правило, ее трещиностойкость.

Создание эффективной керамической брони начинается с рассмотрения механизмов разрушения керамической плитки под нагрузкой и создания конструкции, которая снижала бы напряжения, приводящие к быстрому разрушению керамики. Имеются две основные проблемные области: область сжимающих нагрузок, возникших в керамике под воздействием снаряда на внешней поверхности, и область наибольших растягивающих напряжений на задней поверхности плитки в зоне ее наибольшего изгиба. Оба этих фактора существенно зависят от толщины плитки и типа материала каркаса, в который с тыльной стороны и с боковых поверхностей заключена плитка. Установлено, что перспективным направлением в развитии броневых керамик является создание многослойных конструкций, содержащих внешний материал из монолитной керамики или металлокерамического композита, закрепленный на эластичной подложке. При этом в качестве эластичной подложки для средств индивидуальной защиты целесообразно использовать полимерные композитные материалы, армированные прочными волокнами.

В настоящее время параллельно с работами по улучшению характеристик брони из стали, алюминиевых и титановых сплавов ведутся исследования по созданию легкой многослойной защиты на основе армированных полимерных материалов и их композиций. Такая броня предназначена для использования в тех случаях, когда вес стальной или другой металлической брони не удовлетворяет требованиям технического задания на разработку боевых средств.

Используются различные критерии эффективности защитных свойств материала: глубина проникания при остановке пули; продолжительность остановки пули; давление, оказываемое на снаряд при проникании; переходная скорость (скорость выше которой происходит проникание и ниже которой пуля отклоняется на поверхности керамики); критическая скорость снаряда, при которой вероятность его остановки данной броней более 50% или предел V_50%нпрб., то есть критическая скорость удара, при которой броня пробивается с вероятностью 50%.

В этой связи большое значение приобретают методы контроля и диагностики таких конструкций. Они позволяют объективно определять фактическое состояние конструкции, оценить надежность их эксплуатации и дать рекомендации по ее совершенствованию или восстановлению.

В настоящее время оценка результативности конструирования брони осуществляется главным образом с помощью стендовых испытаний, проводимых для широкого ряда материалов, которые состоят в экспериментальном определении максимальной скорости снаряда, при которой не происходит его проникновения сквозь мишень. Однако какие свойства материала являются определяющими, до сих пор однозначо не установлено. Стендовые испытания не дали достаточной информации относительно эффективности конструкции брони, поскольку при оказании противодействия проникновению одновременно работает несколько механизмов. При обычных стендовых испытаниях нельзя разделить вклад отдельных эффектов.

В настоящее время наиболее популярным способом определения качества защитных свойств керамической брони является определение глубины проникания снаряда (ГПС) и баллистический предел V_50%нпрб. (Маринин В.М., Хромушкин В.А. Определение характеристик энергоемкости защитных конструкций на основе текстильной брони при баллистическом ударе // Международная конференция «Харитоновские тематические научные чтения». Саров, 2005. Сборник тезисов докладов, с. 239-241).

Недостатками методов испытаний на глубину проникания и определения предела V_50%нпрб. является то, что они не дают точного сравнения защитных свойств керамических материалов. В реальной броне не может быть бесконечно толстой подложки (как того требует методология данных тестов).

Наиболее близким к способу и системе по изобретению являются способ и система, раскрытые в публикации Харченко Е.Ф., Ермоленко А.Ф. Изменение энергопоглощения текстильных бронематериалов в зависимости от скорости поражающих элементов // Вопросы оборонной техники. Сер. 15. Композитные неметаллические материалы в машиностроении. - 2010. - вып. 1(156)-2(157).

Известное техническое решение позволяет осуществить тепловой контроль надежности конструкций. Известный способ контроля качества броневых преград на основе анализа их энергии поглощения поражающего элемента включает:

- установку броневой преграды перед пластиной из пластилина,

- направление с заданной скоростью поражающего элемента на броневую преграду,

- измерение глубины проникновения поражающего элемента в пластилине,

- определение энергии поглощения по формуле:

,

где

m - масса поражающего элемента,

ν - скорость поражающего элемента в перед композитной броневой преградой,

A(Δw) - работа сил сопротивления пластилина при внедрении в него поражающего элемента.

Система для стендовых испытаний броневых преград на основе анализа их энергии поглощения поражающего элемента, включает:

- устройство, обеспечивающее стрельбу поражающим элементом (снарядом) с заданной скоростью («устройство для стрельбы»),

- устройство для измерения скорости поражающего элемента на выходе устройства для стрельбы,

- подложку, как правило, из пластилина,

при этом устройство измерения скорости расположено между подложкой и устройством для стрельбы на траектории полета поражающего элемента.

Недостатки известных способа и системы следующие:

1. Тарировочные кривые для определения сил сопротивления пластилина при внедрении в него поражающего элемента могут иметь достаточно большую погрешность, что, соответственно, увеличивает погрешность определения энергии поглощения в композитной броневой преграде.

2. Способ не позволяет оценить энергию поглощения по толщине композитной броневой преграды, что не позволяет оптимизировать расположение и характеристики композитных слоев.

3. Способ не позволяет оценить качество самих композитных слоев и их вклад в поглощение энергии.

4. Недостатками методов испытаний на глубину проникания и определения предела V_50%нпрб. является то, что они не дают точного сравнения защитных свойств керамических материалов. В реальной броне не может быть бесконечно толстой подложки (как того требует методология данных тестов).

5. Для реализации способа и системы необходима пластилиновая толстая подложка, которая отсутствует в реальных условиях эксплуатации композитной брони. Это снижает достоверность получаемых результатов, т.к. пластилиновая подложка вносит искажения в процесс контроля.

Поэтому данное техническое решение применимо только для контроля ограниченной номенклатуры изделий.

На сегодняшний день имеется актуальная потребность в создании способа и устройства диагностики технического состояния реальных броневых конструкций, который может применяться на практике для широкого круга объектов с использованием простого и точного оборудования.

Решение задач повышение информативности и достоверности результатов контроля потенциально опасных бесконтактным способом стало возможным в связи с развитием средств диагностики, основанных на регистрации и анализе температурных полей поверхности контролируемой конструкции. Наиболее значимые результаты появились в последнее десятилетие.

Это связано, с появлением современной портативной тепловизионной техники, например, см. О.Н. Будадин и др., Тепловой неразрушающий контроль изделий, М., Наука, 2002, стр. 338-393, во-вторых, с созданием современного математического аппарата (там же, стр. 39-89), позволяющего решать прямые и обратные задачи нестационарной теплопередачи, что дало возможность перехода от дефектоскопии (обнаружения дефектов) к дефектометрии (распознавания внутренних дефектов, определения их характеристик и оценки остаточного ресурса изделий).

Сущность изобретения

Изобретение направлено на решение задачи повышения достоверности контроля композитных броневых преград за счет исключения указанных выше недостатков.

Т.е. в конечном итоге изобретение направлено на повышение безопасности защищаемого личного состава от поражающих элементов.

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в повышении информативности и достоверности результатов контроля.

Технический результат достигается за счет того, что в способе контроля качества композитных броневых преград из ткани, включающем:

- установку композитной броневой преграды перед пластиной из пластичного материала,

- направление с заданной скоростью поражающего элемента на броневую преграду, и

определение энергии поглощения поражающего элемента, дополнительно осуществляют следующие действия:

- с момента взаимодействия броневой преграды и поражающего элемента регистрируют одновременно два пространственных поля на поверхности броневой преграды: температурное поле поверхности броневой преграды - Т=T(x_j,y_k,t_i) и поле видеоизображения поверхности V(x_j,y_k,t_i),

где t_i - момент времени измерения температурного поля,

i=1, 2, … N - номер измерения (например, номер кадра),

j=1, 2, … J, k=1, 2, …, K - точки координат поверхности броневой преграды, на которой производится регистрация температурного и видеоизображения,

J, K - наибольшее количество измерений координат,

N - наибольшее количество измерений,

- на поле видеоизображения поверхности V(x_j,y_k,t_i) измеряют и выделяют контур поверхности К(x_j^к,y_k^к,t_i), удовлетворяющий условию:

где V_пор - допустимое или пороговое изменение яркости видеоизображения,

- накладывают контур К(x_j^к,y_k^к,t_i) на температурное поле T(x_j,y_k,t_i),

- формируют новое измеренное температурное поле T₀(x_j,y_k,t_i):

- а энергию поглощения композитной броневой преградой определяют на основе анализа этого температурного поля

,

где ΔQ и - соответственно тепловыделение и изменение температурного поля в зоне контакта поражающего элемента с броневой преградой, вызванное их взаимодействием, ρ и С(Т) - соответственно плотность и удельная теплоемкость материала преграды, зависящая от температуры, - радиус-вектор, V - область броневой преграды, в которой происходит поглощение кинетической энергии поражающего элемента.

Температурное поле регистрируют путем тепловизионного обследования поверхности.

Технический результат усиливается за счет того, что температурное поле регистрируют путем тепловизионного обследования поверхности.

Применение способа теплового контроля позволяет исключить из анализа температурного поля область попадания поражающего элемента в броневую преграду. В этой области на температурное поле поверхности броневой преграды будет накладываться температурное поле самого поражающего элемента, которое вносит искажение в температурное поле броневой преграды и снижает достоверность получаемых результатов.

Технический результат в части устройства контроля качества композитных броневых преград из ткани обеспечивается тем, что устройство, включающее устройство измерения скорости поражающего элемента, устройство для стрельбы и компьютер, дополнительно снабжено тепловизионной системой, устройством регистрации начала полета поражающего элемента, цифровой видеокамерой, первым блоком памяти, счетчиком импульсов «j», счетчиком импульсов «k», вторым блок памяти, инвертором, первым блоком задержки, первым сумматором, вторым блоком задержки, вторым сумматором, блоком «если», третьим блоком памяти, четвертым блоком памяти, при этом тепловизионная система расположена так, что поле обзора ее оптической части охватывает место соприкосновения поражающего элемента и композитной броневой преграды, вход устройства регистрации начала полета поражающего элемента подключен к выходу устройства измерения скорости поражающего элемента на выходе устройства для стрельбы, выход устройства регистрации начала полета поражающего элемента подключен к входу тепловизионной системы, цифровая видеокамера расположена так, что ее поле обзора совпадает с полем обзора тепловизионной системы, выход тепловизионной системы соединен с входом первого блока памяти, первый выход цифровой видеокамеры подключен одновременно к входу счетчика «j» и входу счетчика «k», второй выход цифровой видеокамеры подключен к входу второго блока памяти, первый выход второго блока памяти подключен к входу инвертора, второй выход второго блока памяти подключен одновременно к второму входу первого блока задержки и к второму входу второго блока задержки, выход счетчика импульсов «j» и выход счетчика импульсов «k» подключены одновременно к первым входам первого и второго блоков задержки и к первому и второму входам третьего блока памяти соответственно, выход первого блока задержки подключен к первому входу первого сумматора, к второму входу первого сумматора подключен второй выход инвертора, выход второго блока задержки подключен к первому входу второго сумматора, первый выход инвертора подключен к второму входу второго сумматора, выходы первого и второго сумматоров подключены соответственно к первому и второму входам блока «если», выход блока «если» подключен к третьему входу третьего блока памяти, выход третьего блока памяти подключен к второму входу четвертого блока памяти, к первому входу которого подключен выход первого блока памяти, а выход четвертого блока памяти подключен к входу компьютера.

Краткое описание фигур чертежей

Сущность изобретения и возможность достижения технического результата будут более понятны из последующего описания со ссылками на позиции чертежей, где на:

фиг. 1 приведена структурная схема системы контроля качества композитных броневых преград, реализующая заявляемый способ,

фиг. 2 приведена типовая термограмма (распределение температурного поля) поверхности в зоне соприкосновения поражающего элемента и поверхности броневой преграды,

фиг. 3 приведена фотография поверхности броневой преграды после взаимодействия с поражающим элементом,

фиг. 4 приведен контур области взаимодействия броневой преграды с поражающим элементом,

фиг. 5 термограмма с наложенным изображением контура области взаимодействия броневой преграды с поражающим элементом.

На приведенных фигурах приняты следующие обозначения:

1 - исследуемая композитная броневая преграда,

2 - слой пластилина,

3 - устройство измерения скорости полета поражающего элемента,

4 - тепловизионная система,

5 - устройство для стрельбы,

6 - устройство регистрации начала полета поражающего элемента,

7 - поле обзора тепловизионной системы,

8 - место соприкосновения поражающего элемента и поверхности композитной броневой преграды,

9 - направление движения поражающего элемента,

10 - компьютер,

11 - цифровая видеокамера,

12 - первый блок памяти,

13 - счетчик импульсов «j»,

14 - счетчик импульсов «k»,

15 - второй блок памяти,

16 - инвертор,

17 - первый блок задержки,

18 - первый сумматор,

19 - второй блок задержки,

20 - второй сумматор,

21 - блок «если»,

22 - третий блок памяти,

23 - четвертый блок памяти,

24 - поле обзора цифровой видеокамеры.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения.

Все используемые электронные блоки построены на основе стандартных микропроцессорных схем и микропроцессорных сборок с перепрограммируемыми запоминающими устройствами (см. например, Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника: учебн. пособие для вузов. - 3-е изд. перераб. и доп. - СПб.: - БХВ-Петербург, 2010.). В качестве тепловизионной системы 4 используются тепловизоры фирмы FLIR, ИРТИС-2000 или аналогичные по техническим характеристикам. В проводимых экспериментах в рамках даннной заявки использовалась тепловизионная система FLIR 1500.

Устройство для стрельбы изготовлено на основе стандартной мелкокалиберной винтовки. Устройство измерения скорости полета поражающего элемента (пули) РС-4М (производство «Малое Государственное Предприятие «Нанотех», г. Санкт-Петербург, руководство по эксплуатации РС-4.00.00ТО) имеет стандартную конструкцию. Оно включает два оптико-электронных датчика (фотореле), расположенные последовательно вдоль траектории движения поражающего элемента на заданном расстоянии друг от друга. Содержит, также, таймер (электронный секундомер). При пересечении поражающего элемента первого оптико-электронного датчика таймер начинает работу, а при пересечении второго оптико-электронного датчика таймер выключается. Зная расстояние между датчиками и время работы таймера скорость поражающего элемента рассчитывается по известной формуле.

Способ осуществляется следующим образом (фиг. 1).

Тепловизионную систему 4 устанавливают таким образом, чтобы место соприкосновения поражающего элемента и поверхности композитной броневой преграды 8 находилось в пределах поля обзора 7 тепловизионной системы 4 и, желательно, максимально близко к центру поля обзора.

Далее производится выстрел поражающим элементом устройством 5 в сторону исследуемого материала.

В момент прохождения поражающего элемента через устройство 3 - устройство измерения скорости поражающего элемента, (данное устройство располагается максимально близко к устройству 5) с выхода устройства 3 (с выхода одного из оптико-электронных датчиков) поступает сигнал на вход устройства регистрации начала полета поражающего элемента 6, сигнал с которого поступает на управляющий вход тепловизионной системы 4.

В момент поступления сигнала от блока 6 тепловизионная система 4 начинает регистрировать температурное поле поверхности объекта 1 с частотой «f» [кадр/сек]. Частота регистрации «f» определяется техническими характеристиками тепловизионной системы. Например, для тепловизинных систем фирмы FLIR (США) f=100 Гц.

Одновременно с тепловизионной системой 4 начинает регистрацию видеоизображения цифровая видеокамера 11, при этом частота регистрации цифровой видеокамеры 11 равна частоте регистрации кадров тепловизионной системы 4, и геометрическое разрешение (пространственное разрешение) цифровой видеокамеры 11 и тепловизионной системы 4 равны.

Таким образом, с момента взаимодействия броневой преграды и поражающего элемента регистрируют одновременно два пространственных поля на поверхности броневой преграды: температурное поле поверхности броневой преграды - Т=T(x_j,y_k,t_i) и поле видеоизображение поверхности V(x_j,y_k,t_i), которые записываются, соответственно, в первый и второй блоки памяти 12 и 15,

где t_i - момент времени измерения температурного поля,

i=1, 2, … N - номер измерения (например, номер кадра),

j=1, 2, … J, k=1, 2, …, K - точки координат поверхности броневой преграды, на которой производится регистрация температурного и видеоизображения,

J, K - наибольшее количество измерений координат,

N - наибольшее количество измерений.

В момент начала регистрации счетчики импульсов «j» и «k» 13 и 14 начинают регистрацию количества импульсов по двум координатам полей изображений j, k.

Видеоизображение V(x_j,y_k,t_i) поступает в два - первый и второй блоки задержки 17 и 19, на вторые входы которых поступают импульсы j, k и в инвертор 16. В инверторе 16 величина яркости видеоизображения меняет знак на противоположный.

В первом блоке задержки 17 осуществляется задержка по импульсу j.

Во втором блоке задержки 19 осуществляется задержка по импульсу k.

Сигналы с первого и второго блоков задержки 17 и 19 поступают, соответственно, в первый и второй сумматоры 18 и 20, где осуществляются вычисления: (в блоке 18) и (в блоке 20).

Сигналы с первого и второго сумматоров 18 и 20 поступают в логический блок «если» 21, где осуществляется формирование сигналов К(x_j^к,y_k^к,t_i) в соответствии с алгоритмом:

где V_пор - допустимое (пороговое) изменение яркости видеоизображения.

Таким образом, на поле видеоизображения поверхности V(x_j,y_k,t_i) измеряют и выделяют контур поверхности К(x_j^к,y_k^к,t_i).

Величина V_пор определяется заранее перед проведением контроля. Как правило, она составляет (0,1-0,3) V_max.

Здесь V_max - максимальное значение сигнала яркости на видеоизображении.

Сигнал с выхода блока «если» 21 поступает в третий блок памяти 22 и далее в четвертый блок памяти 23.

В четвертом блоке памяти 23 осуществляется окончательное формирование температурного поля, «очищенного» от мешающих факторов:

- формируют новое измеренное температурное поле T₀(x_j,y_k,t_i):

Далее сформированное температурное поле поступает в компьютер, где осуществляется его обработка с целью определения энергопоглощения броневой преградой.

Для подтверждения работоспособности способа и реализующего его устройства и эффективности проведены экспериментальные исследования на некоторых композитных броневых преградах.

фиг. 2 приведена типовая термограмма (распределение температурного поля) поверхности в зоне соприкосновения поражающего элемента и поверхности броневой преграды,

фиг. 3 приведена фотография поверхности броневой преграды после взаимодействия с поражающим элементом,

фиг. 4 приведен контур области взаимодействия броневой преграды с поражающим элементом,

фиг. 5 термограмма с наложенным изображением контур области взаимодействия броневой преграды с поражающим элементом.

Ниже приведены некоторые результаты, подтверждающие работоспособность и эффективность способа контроля качества многослойных композитных броневых преград из ткани и устройства для его осуществления.

При проведении экспериментальных исследований броневая преграда обстреливалась со скоростями от 260 до 760 м/с стандартными имитаторами осколка - стальными шариками диаметром 6,3 мм, имеющими массу 1,05 г. Измерение тепловых полей производилось тепловизором марки FLIR-15 00 (частота регистрации кадров f=100 Гц).

В качестве объекта исследования использовался четырехслойный пакет из баллистической ткани на основе арамидных волокон РУСАР (броневая преграда).

Суммарная поверхностная плотность пакета составляла 0,5 кг/м².

После попадания поражающего элемента в броневую преграду (термограмма фиг. 2 и фотография фиг. 3) с использованием заявляемого способа и реализующего его устройства определен контур области взаимодействия поверхности броневой преграды и поражающего элемента (фиг. 4).

В области взаимодействия поражающего элемента и броневой преграды образуется участок, в котором находится поражающий элемент. Поэтому в области температурного поля поверхности броневой преграды находится инородное тело (поражающий элемент), имеющий высокую температуру, по сравнению с температурой броневой преграды, которая не имеет отношение к процессам, происходящим в результате взаимодействия. Это препятствует достоверному анализу температурного поля поверхности.

Исключение из рассмотрения данной области в соответствии с заявляемым и реализующим его устройством позволило реализовать автоматический анализ и исследование температурного поля в реальном времени контроля (в т.ч. при частом взаимодействии поражающего элемента и броневой преграды) и повысить информативность, производительность и достоверность результатов контроля.

В дополнение к результатам, полученным по методу, основанному на определении энергии поражающего элемента, поглощаемой запреградной средой, предлагаемый способ и устройство для его осуществления, позволили определить характеристики динамических температурных полей в зонах взаимодействия брони с поражающим элементом и оценить размеры этих зон при различных скоростях поражающего элемента. Это позволило разработать более эффективные конструкции многослойной броневой преграды.

Рассмотренный в данной работе способ теплового контроля и устройство для его осуществления представляется перспективным для исследования процессов взаимодействия поражающего элемента с броневыми структурами из полимерных материалов. Его использование позволило более эффективно производить отбор материалов для броневых структур с целью повышения их защитные свойства.

Способ контроля качества композитных броневых преград и устройство для его осуществления имеют следующие преимущества:

1. Исключается операция построения тарировочных кривых для определения сил сопротивления пластилина при внедрении в него поражающего элемента, которые могут иметь достаточно большую погрешность, что, соответственно, увеличивает погрешность определения энергии поглощения в композитной броневой преграде. Это значительно, в 2-4 раза, снижает погрешность получаемых результатов.

2. Позволяет оценить энергию поглощения по толщине композитной броневой преграды, что позволяет оптимизировать расположение и характеристики композитных слоев.

3. Позволяет оценить качество самих композитных слоев и их вклад в поглощение энергии.

4. За счет исключения толстой пластилиновой подложки дает относительно точные характеристики защитных свойств материалов за счет исключения искажений результатов (в реальной броне не может быть бесконечно толстой подложки, как требуется при осуществлении известного способа).

5. Повышается производительность исследований (ориентировочно, в 3-5 раз) за счет исключения операций составления тарировочных кривых, которые необходимо проводить при каждой смене подложки, изменения температуры окружающей среды, а также наглядной оперативной визуализации реакции взаимодействия поражающего элемента и броневой преграды в виде динамических температурных полей.

6. Обеспечивается автоматический анализ температурного поля поверхности броневой преграды, что позволяет осуществлять контроль броневой преграды и поражающего элемента, повысить достоверность и информативность результатов.

Группа изобретений относится к области измерительной техники, а именно к способу контроля качества композитных броневых преград из ткани и устройству для его осуществления. Способ включает установку композитной броневой преграды перед пластиной из пластичного материала, направление с заданной скоростью поражающего элемента на броневую преграду и определение энергии поглощения поражающего элемента. С момента взаимодействия броневой преграды и поражающего элемента регистрируют одновременно два пространственных поля на поверхности броневой преграды: температурное поле поверхности броневой преграды и поле видеоизображения поверхности. Накладывают контур видеоизображения на температурное поле, формируют новое измеренное температурное поле, а энергию поглощения композитной броневой преградой определяют на основе анализа нового температурного поля. Раскрыто устройство контроля качества композитных броневых преград из ткани для осуществления способа. Достигается повышение информативности и достоверности результатов контроля. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ контроля качества композитных броневых преград из ткани, включающий:

- установку композитной броневой преграды перед пластиной из пластичного материала,

- направление с заданной скоростью поражающего элемента на броневую преграду, и

- определение энергии поглощения поражающего элемента,

отличающийся тем, что дополнительно осуществляют следующие действия:

- с момента взаимодействия броневой преграды и поражающего элемента регистрируют одновременно два пространственных поля на поверхности броневой преграды: температурное поле поверхности броневой преграды - Т=T(x_j, y_k, t_i) и поле видеоизображения поверхности V(x_j, y_k, t_i),

где t_i - момент времени измерения температурного поля,

i=1, 2, … N - номер измерения (например, номер кадра),

j=1, 2, … J, k=1, 2, …, K - точки координат поверхности броневой преграды, на которой производится регистрация температурного поля и поля видеоизображения,

J, K - наибольшее количество измерений координат,

N - наибольшее количество измерений,

- на поле видеоизображения поверхности V(x_j, y_k, t_i) измеряют и выделяют контур поверхности K(x_j^к, y_k^к, t_i), удовлетворяющий условию:

где V_пор - допустимое или пороговое изменение яркости видеоизображения,

- накладывают контур K(x_j^к, y_k^к, t_i) на температурное поле T(x_j, y_k, t_i),

- формируют новое измеренное температурное поле T₀(x_j, y_k, t_i):

- а энергию поглощения композитной броневой преградой определяют на основе анализа этого температурного поля

,

где ΔQ и - соответственно тепловыделение и изменение температурного поля в зоне контакта поражающего элемента с броневой преградой, вызванное их взаимодействием, ρ и С(Т) - соответственно плотность и удельная теплоемкость материала преграды, зависящая от температуры, - радиус-вектор, V - область броневой преграды, в которой происходит поглощение кинетической энергии поражающего элемента.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что температурное поле регистрируют путем тепловизионного обследования поверхности.

3. Устройство контроля качества композитных броневых преград из ткани, включающее устройство измерения скорости поражающего элемента, устройство для стрельбы и компьютер, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено тепловизионной системой, устройством регистрации начала полета поражающего элемента, цифровой видеокамерой, первым блоком памяти, счетчиком импульсов «j», счетчиком импульсов «k», вторым блоком памяти, инвертором, первым блоком задержки, первым сумматором, вторым блоком задержки, вторым сумматором, блоком «если», третьим блоком памяти, четвертым блоком памяти, при этом тепловизионная система расположена так, что поле обзора ее оптической части охватывает место соприкосновения поражающего элемента и композитной броневой преграды, вход устройства регистрации начала полета поражающего элемента подключен к выходу устройства измерения скорости поражающего элемента на выходе устройства для стрельбы, выход устройства регистрации начала полета поражающего элемента подключен к входу тепловизионной системы, цифровая видеокамера расположена так, что ее поле обзора совпадает с полем обзора тепловизионной системы, выход тепловизионной системы соединен с входом первого блока памяти, первый выход цифровой видеокамеры подключен одновременно к входу счетчика «j» и входу счетчика «k», второй выход цифровой видеокамеры подключен к входу второго блока памяти, первый выход второго блока памяти подключен к входу инвертора, второй выход второго блока памяти подключен одновременно к второму входу первого блока задержки и к второму входу второго блока задержки, выход счетчика импульсов «j» и выход счетчика импульсов «k» подключены одновременно к первым входам первого и второго блоков задержки и к первому и второму входам третьего блока памяти соответственно, выход первого блока задержки подключен к первому входу первого сумматора, к второму входу первого сумматора подключен второй выход инвертора, выход второго блока задержки подключен к первому входу второго сумматора, первый выход инвертора подключен к второму входу второго сумматора, выходы первого и второго сумматоров подключены соответственно к первому и второму входам блока «если», выход блока «если» подключен к третьему входу третьего блока памяти, выход третьего блока памяти подключен к второму входу четвертого блока памяти, к первому входу которого подключен выход первого блока памяти, а выход четвертого блока памяти подключен к входу компьютера.