Способ оценки поражающего действия противопехотных мин направленного поражения Российский патент 2023 года по МПК F42B35/00 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности - к области испытаний противопехотных осколочных мин направленного поражения (ПМНП) на оценку эффективности поражающего действия.

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).

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. 218-219).

Недостатком вышеуказанных 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.

Известно устройство определения характеристик осколочного поля боеприпасов, 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 не определяются скорости лидирующих и замыкающих осколков, средняя скорость и глубина осколочного поля поражения.

Известен способ определения характеристик осколочного поля боеприпасов, заключающийся в подрыве боеприпаса, расположенного горизонтально в центре полуцилиндрической мишени с помощью системы инициирования, при этом подрыв боеприпаса осуществляют во взрывной камере, получают временную зависимость фильтрованных частот Доплера сигналов, отраженных от части осколочного поля, относительно момента подрыва боеприпаса. Недостатком способа и устройства является недостаточная информативность.

Наиболее близким к изобретению является 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). Недостатком способа и устройства является недостаточная информативность.

Целью испытаний в предлагаемом способе является определение показателей поражающего действия осколков ПМНП на различных расстояниях от места разрыва мины.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является получение исходных данных, необходимых для построения координатного и числового законов поражения исследуемого объекта и вычисления показателей поражающего действия осколков ПМНП на различных расстояниях от места разрыва, а также снижение сроков, трудоемкости и стоимости проведения испытаний.

Технический результат, который может быть получен при решении технической задачи, заключается в повышении точности исходных данных, необходимых для построения координатного и числового законов поражения исследуемого объекта и вычисления показателей поражающего действия осколков ПМНП на различных расстояниях от места разрыва (радиусов поражения, вероятности поражения цели с учетом принятой гипотезы поражения), а также в снижении сроков, трудоемкости и стоимости проведения испытаний за счет использования эмпирических зависимостей, связывающих показатели, характеризующие поражающее действие ПМНП, с величинами его физических факторов и техническими характеристиками исследуемого объекта, при минимально необходимом числе испытаний.

Поставленная задача с достижением технического результата достигается тем, что в предлагаемом способе оценки поражающего действия ПМНП реализуется два этапа - первый, где на отдельных элементарных площадках создают секторную мишенную обстановку и осуществляют подрыв ПМНП, и второй этап, состоящий в определении координатного и числового законов поражения исследуемого объекта, вычислении показателей поражающего действия осколков ПМНП на различных расстояниях от места разрыва (радиусов поражения, вероятности поражения цели с учетом принятой гипотезы поражения) при минимально необходимом числе испытаний.

На первом этапе для определения характеристики распределения убойных осколков в пространстве на отдельных элементарных площадках создают секторную мишенную обстановку. Для испытаний устанавливаются деревянные щиты размером около 3,0×2,5 м и толщиной около 25 мм на расстояниях 10, 20, 30, 40, 50 и 60 м от центра и по ширине до 60 м (или до 100 м, или до 200 м) во фронтальном направлении в зависимости от типа мины. Сектор вероятного разлета осколков для мишенной обстановки - до 60 град (фиг. 1).

В центре секторов на высоте 1,5 м от земли ставится испытуемая ПМНП с таким расчетом, чтобы щитами в шаровом секторе можно было перехватывать осколки (область разлета осколков при подрыве мины при направленном поражении, фиг. 1.). На фиг. 1 обозначено: А - направление разлета осколков мины; R - расстояние от места взрыва до цели; Б - область мишени.

После подрыва ПМНП считают общее количество осколков, попавших в щиты секторной мишенной обстановки и считают количество пробитий осколками щитов, глубину внедрения осколков, не пробивших щиты.

При этом под убойным осколком подразумевается осколок, способный пробить сухую сосновую или еловую доску толщиной 2,5 см, что соответствует удельной кинетической энергии осколка, равной 100 Дж/см².

На втором этапе определяются координатный (вероятность поражения одиночной цели одним осколком ПМНП на заданном расстоянии R от точки подрыва мины) и числовой (вероятность поражения одиночной цели при попадании двух и более осколков в область цели) законы поражения исследуемого объекта, производится вычисление величины показателя эффективности поражающего действия ПМНП для исследуемого объекта, дополнительно при проведении испытаний определяют величины показателей поражающего действия ПМНП, уточняют зависимости, связывающие показатели, характеризующие поражающее действие ПМНП, с величинами его физических факторов и техническими характеристиками исследуемого объекта.

Для расчета плотности убойных осколков Δ_у область разлета ПМНП представляют в виде шарового сегмента. Это позволяет определить в зависимости от дальности плотность готовых осколков и вероятность поражения цели (фиг. 2).

В пределах площади поражения готовые осколки разлетаются равномерно.

Определение средней плотности готовых осколков на площади поражения:

где n₀ - количество убойных готовых осколков

S - площадь поражения;

где R - расстояние от места взрыва до цели, м;

ϕ - угол разлета готовых осколков, град.;

h - высота шарового сегмента, м;

r - половина основания шарового сектора, м.

Определение скорости разлета готовых осколков V_p по выражению:

где к_ос - коэффициент снижения скорости разлета, вследствие применения готовых осколков к_ос = 0,77…0,95;

η - коэффициент учета взрывообразования, определяемый как:

где m₀, n₀ - масса и количество готовых осколков;

D - скорость детонации взрывчатого вещества мины, м/с;

W_BB - масса взрывчатого вещества, кг.

Определение скорости встречи осколка с целью по выражению:

где - баллистический коэффициент готового осколка, м^-1.

Определение баллистического коэффициента по выражению:

где К₀ - коэффициент формы готового осколка, определяемый опытным путем и равный: для шара К₀ = 0,00193; для цилиндра К₀ = 0,00266; для прямоугольника К₀ = 0,00277; для ромба К₀ = 0,00351.

Для оценки эффективности осколочного действия ПМНП рассчитывают удельный импульс (удельную энергию) осколков и сравнивают ее с требуемым удельным импульсом (требуемой удельной энергией) на пробитие защиты.

Величина удельного импульса для готовых осколков различной массы определяется по выражению:

Величина удельной энергии определяется по выражению:

где S_м - площадь миделя i-го осколка.

Для осколков с различной формой площадь миделя определяется:

- для пластинки с ромбическим основанием:

где а, в - длины оснований ромба, м;

ρ₀ - плотность материала корпуса осколка, кг/м³.

- для цилиндра:

где, ;

d₁, d₂ - два взаимно перпендикулярных диаметра основания цилиндра.

- для шара:

где ;

d₁, d₂, d₃ - взаимно перпендикулярные диаметры шара.

Расчеты продолжаются до определения величины удельного импульса, соизмеримой с требуемой (пороговой), при этом по удельной энергии аналогично, при условиях:

или

Определение плотности убойных готовых осколков по выражению:

где N_i - количество осколков пролетающих в i шаровом поясе;

S_i - площадь i-го шарового сегмента сектора;

ϕ_i - границы углов i-го шарового сегмента сектора от оси симметрии ПМНП.

Определение вероятности поражения одиночной цели одним готовым осколком ПМНП на заданном расстоянии R от точки подрыва мины (координатный закон поражения) по выражению:

где Δ_у - плотность убойных готовых осколков, летящих на цель;

S_ц - площадь уязвимого участка цели.

Для оценки поражающего действия ПМНП по деревянным щитам (как эквивалента цели - человек) при различных гипотезах поражения предложено использовать показатели в виде радиусов поражения не ниже заданной степени тяжести (радиус достоверного поражения; радиус сплошного поражения; радиус эффективного поражения, радиус поражения).

Радиус поражения цели не ниже заданной степени тяжести, с учетом экспериментальных данных, определяется по эмпирическому выражению:

где К_пор - коэффициент принятой гипотезы поражения (0,9 - для достоверного поражении не менее крайне тяжелой степени тяжести; 0,7 - для сплошного поражения не менее тяжелой степени тяжести; 0,5 - для эффективного поражения не менее средней степени тяжести; 0,2 - для поражения с не менее легкой степенью тяжести);

l - ширина корпуса мины, см;

h - высота корпуса мины, см;

L - горизонтальный угол сектора, град.

Пример расчетов радиусов поражения не ниже заданной степени тяжести для мины МОН-50 приведен в табл. 1.

Для оценки прогнозной вероятности поражения цели от радиусов поражения не ниже заданной степени тяжести для ПМНП определено выражение:

Таким образом, после расчета первого критерия эффективности осколочных мин по живой силе, а именно - вероятности поражения живой силы (выраж. 15), возможно определение второго критерия эффективности осколочных мин, а именно - приведенной площади поражения. Под приведенной площадью поражения (S_пр) понимается условная площадь, равная интегралу

где S - площадь поражения в плоскости целей;

P(S) - функция, характеризующая вероятность поражения цели.

Особенностью поражений человека противопехотными осколочными минами являются наличие множественного поражения при попадании двух и более осколков. Для учета накопления ущерба при множественных поражениях для ПМНП используется числовой закон поражения в виде расчета вероятности поражения одиночной цели при попадании двух и более осколков в область цели. Среднее число необходимых попаданий осколков в область цели при числовом законе поражения определяется как:

где S - площадь проекции всей цели на плоскость, перпендикулярную направлению полета осколков (на картинную плоскость);

S₁ - плоскость уязвимого участка цели.

Числовой закон поражения цели имеет вид:

где m - число попаданий осколков в область цели, шт.

Предлагаемые новые показатели (радиусы поражения) для оценки поражающего действия ПМНП обоснованы авторами с учетом принимаемой гипотезы поражения (фиг. 3).

Следует отметить, что осколочное поражающее действие ПМНП в настоящее время характеризуется величиной радиуса сплошного поражения, т.е. расстояния от места взрыва до рубежа, где вероятность поражения цели не менее 70%, и величиной ширина зоны сплошного поражения.

Авторами проведена сравнительная оценка показателей поражающего действия ПМНП - расчетных величин с показателями по ТТХ на мины (для ПМНП МОН-50 и МОН-100). В таблицах 2 и 3 представлены исходные данные по минам МОН-50 и МОН-100. В таблице 4 представлены расчетные показатели поражающего действия указанных мин и их показатели эффективности поражающего действия. Сравнительный анализ расчетных параметров и результатов практических испытаний указанных мин не превышают 10%, что является удовлетворительной точностью.

Таким образом, новыми признаками, обладающими существенными отличиями по предложенному способу, является следующая совокупность действий:

1. Осуществляют подрыв ПМНП в секторной мишенной обстановке.

2. После подрыва ПМНП считают общее количество осколков, попавших в щиты мишенной обстановки.

3. После подрыва ПМНП считают количество пробитий осколками деревянных щитов, замеряют глубину внедрения осколков, не пробивших щиты.

4. Рассчитывают показатели для оценки поражающего действия ПМНП для принятых гипотезы поражения при минимально необходимом числе испытаний:

- радиус достоверного поражения (R_дп) - поражение с вероятностью, не менее 90%,

- радиус эффективного поражения (R_эп) - поражение с вероятностью, не менее 50%,

- радиус поражения (R_п) - поражение с вероятностью, не менее 20%,

- радиус разлета осколков (R_ро) - поражение с вероятностью 0%.

5. Определяют вероятности поражения цели для координатного закона поражения.

6. Определяют вероятности поражения цели для числового закона поражения.

7. Определяют приведенную площадь поражения.

Таким образом, предлагаемое изобретение в виде способа оценки поражающего действия ПМНП позволяет получить технический результат, который заключается в повышении точности исходных данных, необходимых для построения координатного и числового законов поражения объекта цели и вычисления показателей поражающего действия осколков ПМНП на различных расстояниях от места разрыва (радиусов поражения, вероятности поражения цели для принятой гипотезы поражения), а также в снижении сроков, трудоемкости и стоимости проведения испытаний за счет использования эмпирических зависимостей, связывающих показатели, характеризующие поражающее действие ПМНП с величинами его физических факторов и техническими характеристиками исследуемого объекта, при минимально необходимом числе испытаний.

Способ оценки поражающего действия противопехотных мин направленного поражения

Изобретение относится к способу оценки поражающего действия противопехотных мин направленного поражения. На первом этапе на отдельных элементарных площадках создают секторную мишенную обстановку и осуществляют подрыв противопехотной мины направленного поражения. На втором этапе определяют координатный и числовой законы поражения исследуемого объекта, вычисляют показатели поражающего действия осколков противопехотной мины направленного поражения на различных расстояниях от места разрыва на основе эмпирических зависимостей. Технический результат заключается в повышении точности исходных данных, необходимых для построения координатного и числового законов поражения исследуемого объекта, в возможности вычисления показателей поражающего действия осколков на различных расстояниях от места разрыва противопехотной мины направленного поражения, в снижении сроков и трудоемкости проведения испытаний. 3 ил., 4 табл.

Способ оценки поражающего действия противопехотных мин направленного поражения, на первом этапе которого из отдельных элементарных площадок, а именно деревянных щитов размером 3,0*2,5 м и толщиной 25 мм создают секторную мишенную обстановку общей протяженностью во фронтальном направлении до 200 м, ряды которой располагаются на расстоянии 10, 20, 30, 40, 50 и 60 м от ее центра, причем для секторной мишенной обстановки обеспечивают сектор разлета осколков на величину до 60 градусов, осуществляют подрыв противопехотной мины направленного поражения из центра секторной мишенной обстановки на высоте 1,5 м от земли с направлением разлета осколков противопехотной мины направленного поражения в область мишени, определяют общее число осколков, попадающих в щиты секторной мишенной обстановки после подрыва по количеству пробития и глубине их внедрения, измеряют плотности осколков на площади поражения, скорости разлета осколков, скорости встречи осколков с целью, баллистические коэффициенты осколков, удельные импульсы и удельные энергии осколков, а на втором этапе вычисляют показатели поражающего действия осколков противопехотной мины направленного поражения, включающие радиус достоверного поражения - расстояние от точки подрыва в пределах которого возможно поражение цели с вероятностью не менее 90%, радиус сплошного поражения - расстояние от точки подрыва в пределах которого возможно поражение цели с вероятностью не менее 70%, радиус эффективного поражения - расстояние от точки подрыва в пределах которого возможно поражение цели с вероятностью не менее 50%, радиус поражения - расстояние от точки подрыва в пределах которого возможно поражение цели с вероятностью не менее 20%, определяют координатный закон поражения исследуемой противопехотной мины направленного поражения, то есть вероятность поражения одиночной цели одним осколком противопехотной мины направленного поражения на заданном расстоянии от точки разрыва, определяют числовой закон исследуемой противопехотной мины направленного поражения, то есть вероятность поражения одиночной цели двумя и более осколками противопехотной мины направленного поражения на заданном расстоянии от точки разрыва, а также определяют приведенную площадь поражения, то есть площадь вокруг цели, при попадания в которую цель выводится из строя с вероятностью 100%.