СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБЪЕКТА ИСПЫТАНИЙ Российский патент 2019 года по МПК F42B35/00 G01N33/22 

Изобретение относится к области испытательной и измерительной техники, а именно к способам определения энергетических характеристик боеприпасов и зарядов ВВ.

Известен способ определения пространственных координат объекта испытаний в момент его взрыва, описанный в патенте РФ №2339052, МПК G01S 5/18, F42B 35/00, опубл. 10.06.2008, включающий регистрацию воздушной ударной волны, порождаемой взрывом объекта испытаний, соответствующими датчиками.

Недостатками известного технического решения являются следующие:

- для избежания повреждения датчиков при осуществлении взрыва, требуется их установка на достаточно большом удалении от места взрыва;

- требуются датчики высокой чувствительности, что приводит к побочным отрицательным моментам при осуществлении способа, так, например, влияние внешних естественных и возможных техногенных акустических эффектов, а также влияние атмосферных условий;

- сложность поверки и настройки датчиков давления на заданную чувствительность.

Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа является «Способ определения координат взрыва и энергетических характеристик боеприпаса при испытаниях», описанный в патенте РФ №2570025, МПК G01S 5/00, F42B 35/00, опубл. 10.12.2015, включающий размещение объекта испытаний на испытательной площадке, привязанного к системе ее пространственных координат регистрирующего устройства, реперного знака в поле обзора регистрирующего устройства, последующую регистрацию объекта испытаний при его срабатывании посредством скоростной фотосъемки с визуализацией фронта воздушной ударной волны (УВ).

К недостаткам известного технического решения следует отнести сложность осуществления способа при эксплуатационных действиях, ухудшающих качество получаемых данных, а также:

- необходимость установки минимум одного светоприемника;

- на разных позициях должно быть установлено не менее двух видеорегистраторов (видеокамер) с совместным захватом в поле обзора всей испытательной площадки;

- реперные знаки должны быть установлены так, чтобы в поле обзора каждой камеры попало не менее трех знаков;

- необходимо обеспечение синхронного начала процесса фотосъемки всеми видеорегистраторами (видеокамерами) с момента взрыва объекта испытаний;

- по результатам съемки с разных направлений (ракурсов) требуется раскадровка отснятого материала.

Задачей предлагаемого технического решения является улучшение эксплуатационных возможностей с повышением точности определение энергетических характеристик объекта испытаний, достигаемой за счет более высокого качества регистрации параметров воздушной УВ при взрыве зарядов ВВ, в том числе в ближней зоне взрыва.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения энергетических характеристик объекта испытаний, включающем размещение объекта испытаний на испытательной площадке, привязанного к системе ее пространственных координат, регистрирующего устройства, реперного знака в поле обзора регистрирующего устройства, последующую регистрацию объекта испытаний при его срабатывании посредством скоростной фотосъемки с визуализацией фронта воздушной УВ, согласно изобретению, размещение объекта испытаний на испытательной площадке осуществляют на заданном расстоянии от регистрирующего устройства, положение и размер которого определяют при осуществлении предварительного снимка, устанавливают контрольный реперный знак в непосредственной близости с объектом испытаний, в качестве регистрирующего устройства используют скоростной видеорегистратор с устройством временной синхронизации с подрывом объекта испытаний, осуществляют регистрацию фронта воздушной ударной волны в режиме щелевой линейной развертки и проводят последующую обработку полученных снимков по фронту воздушной ударной волны, затем составляют зависимости перемещения фронта ударной волны от времени и определяют параметры скорости, максимального избыточного давления воздушной ударной волны и тротилового эквивалента.

Кроме того, в качестве регистрирующего устройства используют цифровую электронно-оптическую камеру.

Кроме того, в качестве регистрирующего устройства используют скоростной фоторегистратор.

Кроме того, в качестве контрольного реперного знака используют эталонный масштабный объект.

Технический результат заключается в том, что удалось повысить качество определения параметров воздушной ударной волны за счет более высокого качества регистрации параметров воздушной УВ при взрыве зарядов ВВ, в том числе в ближней зоне взрыва, регистрируя свечение газа во фронте УВ с помощью одной цифровой электронно-оптической камеры, без использования датчиков давления и отметчиков времени.

Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».

Новые признаки (размещение объекта испытаний на испытательной площадке осуществляют на заданном расстоянии от регистрирующего устройства, положение и размер которого определяют при осуществлении предварительного снимка, устанавливают контрольный реперный знак в непосредственной близости с объектом испытаний, в качестве регистрирующего устройства используют скоростной видеорегистратор с устройством временной синхронизации с подрывом объекта испытаний, осуществляют регистрацию фронта воздушной ударной волны в режиме щелевой линейной развертки и проводят последующую обработку полученных снимков по фронту воздушной ударной волны, затем составляют зависимости перемещения фронта ударной волны от времени и определяют параметры скорости, максимального избыточного давления воздушной ударной волны и тротилового эквивалента) не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».

На фиг. 1 представлен снимок объекта испытаний (ОИ), подготовленный к подрыву;

На фиг. 2 представлены снимки фронта воздушной ударной волны (УВ) из различного ВВ;

На фиг. 3 показан график зависимости перемещения фронта УВ от времени;

На фиг. 4 показан пример аппроксимации зависимости x-t;

На фиг. 5 показаны графики скоростей фронта воздушной УВ.

На фиг. 1 обозначены следующие позиции:

1 - исследуемый объект испытания;

2 - пенопластовое основание;

3 - стойка.

Способ осуществляется следующим образом.

Объект испытаний 1 размещают на испытательной площадке на заданном расстоянии от регистрирующего устройства, обусловленном размерами исследуемого объекта испытания 1. Положение объекта испытаний 1 и размеры расстояния его от регистрирующего устройства получают при осуществлении предварительного и рабочего снимков, устанавливают контрольный реперный знак, предназначенный для наведения регистрирующего устройства на место установки объекта испытаний и контроля расположения объекта испытания, относительно горизонтальной и вертикальной плоскостей регистрирующего устройства, в непосредственной близости с объектом испытаний 1 в поле обзора регистрирующего устройства в соприкосновении с объектом испытания 1 перед ним или непосредственно за ним. Изображение ОИ, установленного на пенопластовом основании 2, закрепленного стойкой 3, подготовленного к подрыву, представлено на фиг 1. Последующую регистрацию распространения фронта воздушной ударной волны осуществляют при помощи снимков фронта воздушной УВ в режиме щелевой линейной развертки. Снимки обрабатывают по фронту воздушной УВ и строят x-t зависимости перемещения фронта УВ от времени, с помощью которых определяют параметры скорости и максимального избыточного давления воздушной УВ для исследуемых объектов испытаний (ОИ). В качестве контрольного реперного знака используют эталонный масштабный объект, с помощью которого по предварительному и рабочему снимку, строят зависимости перемещения фронта УВ от времени x-t (см. фиг. 3), в качестве регистрирующего устройства используют скоростной видеорегистратор с устройством временной синхронизации с подрывом объекта испытаний.

При распространении УВ в воздухе, вследствие резкого скачка давления на ее фронте, происходит сжатие воздуха (газа) и его разогрев до высоких температур, что приводит к возникновению свечения на фронте ударной волны. Яркость свечения зависит от амплитуды УВ и размеров нагретой области за фронтом, а так же от окружающего газа. В качестве объектов испытаний 1 используют заряды, содержащие взрывчатые вещества (ВВ).

В данном способе перемещение фронта воздушной ударной волны (УВ) отслеживают путем регистрации свечения газа на ее фронте. Строят зависимость пути фронта УВ от времени (x-t), с помощью которой определяют параметры скорости и максимального избыточного давления воздушной УВ для исследуемых ОИ с использованием зависимости:

где ∆Р - максимальное избыточное давление воздушной УВ;

Р₀ - плотность невозмущенного воздуха;

V - скорость фронта воздушной ударной волны относительно невозмущенного воздуха;

с - скорость звука в невозмущенном воздухе;

k = cp/cv - отношение теплоемкостей или показатель адиабаты воздуха.

Для регистрации используют цифровую электронно-оптическую камеру или высокоскоростной фоторегистратор, которые предназначены для регистрации и измерения быстропротекающих процессов в видимой и ближней инфракрасной областях спектра в однокадровом режиме и режиме линейной развертки исследуемого изображения. До проведения подрыва ОИ, фиксируют температуру и атмосферное давление воздуха на месте испытаний.

Для примера на фиг. 2 показаны типичные снимки распространения фронта воздушной ударной волны объекта испытаний из взрывчатых веществ - октоген, тротил и гексоген соответственно, полученные в режиме щелевой линейной развертки при проведении испытаний.

В дальнейшем снимки обрабатывают по фронту воздушной УВ и строят x-t зависимости перемещения фронта УВ от времени (см. фиг. 3).

Для вычисления зависимости скорости фронта УВ от времени график зависимости x-t, необходимо аппроксимировать функцией, с коэффициентом корреляции не менее R=0,98, например:

где у₀, а, b - расчетные коэффициенты.

Пример аппроксимирования функцией (2) зависимости (x-t) показан на фиг. 4.

Затем, путем численного пошагового дифференцирования, строят зависимости скорости фронта УВ (V) от времени. Для примера на фиг. 5 показаны графики зависимостей скорости V фронта УВ от времени, полученные при обработке зависимостей перемещения фронта УВ от времени, представленных на фиг. 3.

Значения избыточного давления воздушной УВ вычисляют согласно зависимости (1). По избыточному давлению АР рассчитывают значение тротилового эквивалента объекта испытаний согласно зависимости:

где:

∆Р_ОИ - избыточное давление воздушной УВ объекта испытания на заданном расстоянии,

∆Ртнт - избыточное давление воздушной УВ эталонного заряда из тротила на том же расстоянии.

Экспериментальные исследования показали возможность реализации заявленного технического решения. Были проведены испытания, которые показали высокую эффективность способа определения энергетических характеристик объектов испытаний, содержащих различные взрывчатые вещества.

Для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность осуществления способа определения энергетических характеристик объекта испытаний и способность обеспечения достижения указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

Изобретение относится к области испытательной и измерительной техники, а именно к способам определения энергетических характеристик боеприпасов и зарядов ВВ. Способ включает размещение объекта испытаний на испытательной площадке, на заданном расстоянии от регистрирующего устройства, положение и размер которого определяют при осуществлении предварительного снимка. Устанавливают контрольный реперный знак в непосредственной близости с объектом испытаний. В качестве регистрирующего устройства используют скоростной видеорегистратор с устройством временной синхронизации с подрывом объекта испытаний. Осуществляют регистрацию фронта воздушной ударной волны в режиме щелевой линейной развертки и проводят последующую обработку полученных снимков по фронту воздушной ударной волны, затем составляют зависимости перемещения фронта ударной волны от времени и определяют параметры скорости, максимального избыточного давления воздушной ударной волны и тротилового эквивалента. В качестве регистрирующего устройства возможно использование цифровой электронно-оптической камеры или скоростного фоторегистратора. В качестве контрольного реперного знака используют эталонный масштабный объект. Способ позволяет повысить точность определения энергетических характеристик объекта испытаний. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ определения энергетических характеристик объекта испытаний, включающий размещение объекта испытаний на испытательной площадке, привязанного к системе ее пространственных координат, регистрирующего устройства, реперного знака в поле обзора регистрирующего устройства, последующую регистрацию объекта испытаний при его срабатывании посредством скоростной фотосъемки с визуализацией фронта воздушной ударной волны, отличающийся тем, что размещение объекта испытаний на испытательной площадке осуществляют на заданном расстоянии от регистрирующего устройства, положение и размер которого определяют при осуществлении предварительного снимка, устанавливают контрольный реперный знак в непосредственной близости с объектом испытаний, в качестве регистрирующего устройства используют скоростной видеорегистратор с устройством временной синхронизации с подрывом объекта испытаний, осуществляют регистрацию фронта воздушной ударной волны в режиме щелевой линейной развертки и проводят последующую обработку полученных снимков по фронту воздушной ударной волны, затем составляют зависимости перемещения фронта ударной волны от времени и определяют параметры скорости, максимального избыточного давления воздушной ударной волны и тротилового эквивалента.

2. Способ определения энергетических характеристик объекта испытаний по п. 1, отличающийся тем, что в качестве регистрирующего устройства используют цифровую электронно-оптическую камеру.

3. Способ определения энергетических характеристик объекта испытаний по п. 1, отличающийся тем, что в качестве регистрирующего устройства используют скоростной фоторегистратор.

4. Способ определения энергетических характеристик объекта испытаний по п. 1, отличающийся тем, что в качестве контрольного реперного знака используют эталонный масштабный объект.