Способ оценки поражающего действия противопехотных фугасных мин Российский патент 2023 года по МПК F42B35/00 G01L5/14 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно - к области испытаний инженерных боеприпасов, в частности - противопехотных фугасных мин (ПФМ) по оценке характеристик фугасного действия.

Под фугасным понимают такое действие, при котором поражение цели осуществляется продуктами взрыва разрывного заряда и воздушной ударной волной (ВУВ).

При взрыве разрывного заряда взрывчатого вещества (ВВ) его потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию образующихся сильно нагретых газов. Газообразные продукты взрыва благодаря большой скорости взрывчатого превращения в первый момент практически занимают объем самого заряда и находятся в сильно сжатом состоянии. Давление в точке взрыва штатных ВВ достигает 4,5⋅10 Па (450000 кгс/см²). Расширяясь, продукты взрыва резко ударяют по окружающей среде.

Специфика установки мин данного класса заключается в установке в грунт с маскировкой слоем грунта толщиной до 5 см, поэтому требуется учет затрат энергии продуктов детонации на преодоление сопротивления грунта, что определяется экспериментальным путем.

Известен способ оценки характеристик фугасности при взрыве в воздухе движущегося объекта испытания (патент RU 2649999 С1, 04.06.2018), где технический результат достигается возможностью определения реальных характеристик фугасности для боеприпасов с собственной скоростью полета. Недостатком вышеуказанного способа является достаточная трудоемкость подготовки реализации испытаний, недостаточная информативность, связанная с невозможностью определения направления и скорости ВУВ на различных расстояниях от места разрыва мины, не определение времени фазы сжатия ВУВ в заданной точке.

Известен способ определения характеристик фугасности (патент RU 2522640 С2, 20.07.2014), где при испытании производят выстрел объекта испытания в виде фрагмента или уменьшенной модели боеприпаса из баллистической установки, подрывают в заданной точке траектории его заряд, регистрируют характеристики проходящей ВУВ. Используя метод подобия и полученные коэффициенты, определяют характеристики разрыва реального боеприпаса, имеющего собственную скорость, и их распределение в безграничном пространстве. Недостатком вышеуказанного способа является достаточная трудоемкость подготовки реализации испытаний, не определение времени фазы сжатия ВУВ в заданной точке, оценка параметров взрыва боеприпаса только в воздухе.

Известен способ определения фугасного действия объекта испытаний (патент RU 2519164 С1, 20.06.2014), в котором на пункте управления испытаниями устанавливают информационный датчик, имеющий геодезическую привязку к системе пространственных координат испытательной площадки, далее устанавливают на объект испытаний маяк, принимают информационным датчиком сигналы от маяка объекта испытаний и измерителей давления. После чего обрабатывают поступившие сигналы, определяют пространственные координаты объекта испытаний и измерителей давления на испытательной площадке, сохраняют координаты объекта испытаний и измерителей давления в памяти ЭВМ. Убирают маяк с объекта испытаний, производят подрыв объекта испытаний, измеряют параметры и среднюю скорость ВУВ в каждой измерительной точке. Обрабатывают результаты измерений и записывают параметры ВУВ в каждой измерительной точке в блок памяти ЭВМ. Затем формируют в автоматизированном режиме документ испытания.

Недостатком вышеуказанного способа является достаточная трудоемкость подготовки реализации испытаний и не определение времени фазы сжатия ВУВ в заданной точке, оценка параметров взрыва объекта испытаний только в воздухе.

Известен способ воздействия на вещества и объекты последовательными ударными волнами, предназначенный для дистанционного ударно-волнового воздействия на различные вещества и объекты (патент RU 2335731 С2, 10.10.2008). Недостатком вышеуказанного способа является достаточная трудоемкость подготовки многократного ударного воздействия на различные объекты (от коротких серий, порядка 3-10 импульсов, до непрерывной), произвольной частоты (от инфразвуковой до ультразвуковой) и произвольной силы (в пределах мощности излучателя), недостаточная информативность, связанная с невозможностью определения направления и скорости фронта ВУВ на различных расстояниях от места разрыва мины, не определение времени фазы сжатия ВУВ в заданной точке, оценка параметров взрыва объекта испытаний только в воздухе.

Наиболее близким к изобретению является способ определения характеристик фугасности боеприпасов (патент RU 2593518 С1, 10.08.2016), включающий размещение на поверхности измерительной площадки на измерительных лучах, в заданных направлениях и на заданных расстояниях от точки подрыва, датчиков давления, установку испытуемого боеприпаса в заданной точке с последующим подрывом или подрыв его в заданной точке в процессе перемещения с регистрацией характеристик проходящей ВУВ в измерительных точках. Недостатком вышеуказанного способа является достаточная трудоемкость подготовки реализации испытаний, недостаточная информативность, связанная с невозможностью определения направления и скорости фронта ВУВ на различных расстояниях от места разрыва мины, не определение времени фазы сжатия ВУВ в заданной точке, оценка параметров взрыва объекта испытаний только в воздухе.

Целью испытаний в предлагаемом способе является определение показателей фугасного действия ПФМ на различном удалении от места разрыва мины с оценкой условной вероятности поражения типовой цели.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение информативности испытаний и точности определения параметров ВУВ, необходимых для определения вероятности поражения условной цели (открытой живой силы) от избыточного давления (ИД) во фронте ударной волны (ФУВ) или от удельного импульса давления (УИД) на различных расстояниях от места разрыва мины, полнота обработки результатов испытаний, а также снижение сроков, трудоемкости и стоимости проведения испытаний.

Технический результат, который может быть получен при решении технической задачи, заключается в повышении информативности испытаний для определения вероятности поражения условной цели (открытой живой силы) от ИД в ФУВ или от удельного импульса давления (УИД) на различных расстояниях от места разрыва мины, что достигается путем измерения параметров фугасности - ИД и скорости ФУВ, а также в снижении сроков, трудоемкости и стоимости проведения испытаний за счет использования эмпирических зависимостей, связывающих показатели, характеризующие поражающее действие ПФМ, с величинами его физических факторов и техническими характеристиками исследуемого объекта.

Поставленная задача с достижением технического результата достигается тем, что в предлагаемом способе оценки фугасного ПФМ реализуется два этапа - первый, где на испытательной площадке на заданном расстоянии и по направлениям размещают датчики давления и осуществляют подрыв ПФМ в грунте с замером параметров ВУВ во ФУВ (ИД, скорости ФУВ), и второй, состоящий в определении времени фазы сжатия ФУВ в заданной точке и координатного закона поражения в виде вероятности поражения условной цели (открытой живой силы) от ИД во ФУВ или от УИД на различных расстояниях от места разрыва мины при минимально необходимом числе испытаний.

На первом этапе используется испытательная площадка размером 10x10 м обвалованная с трех сторон грунтом. На испытательной площадке размещают объект испытаний (образец ПФМ) в лунке с толщиной грунта до 5 см (фиг. 1). Размещается контрольно-измерительный комплекс (КИК) на основе ПЭВМ и встраиваемой высокочастотной платы (например, типа L-783 фирмы «L-Card») для фиксации с высокой степенью точности моментов прихода ФУВ в заданные точки пространства. Электрическая схема КИК с параллельным подключением 16 каналов в дифференциальном режиме представлена на фиг. 2. Для непосредственной фиксации момента прихода ФУВ в заданные точки пространства размещают высокочастотные мембранные и ионизационные датчики на фиксированном удалении от ПФМ (l₁, l₂, …, l₆) (фиг. 3, 4). В качестве основания для крепления обоих типов датчиков использовались стальные плиты толщиной 25 мм, шириной 75 мм и длинной 750 мм или 1000 мм. Варианты установки датчиков с отверстия через 75 мм и через 100 мм приведены соответственно на фиг. 5, 6. Осуществляется подрыв ПФМ в грунте с замером параметров ВУВ в ФУВ (избыточного давления, скорости фронта ударной волны), определяется время фазы сжатия ВУВ в заданных точках. Для каждого образца ПФМ и принятой схемы размещения высокочастотные датчиков проводится по 3 опытных зачетных взрыва, результаты которых сразу же обрабатываются КИК и выводятся на экран ПЭВМ в виде осциллограмм, графиков и таблиц. В дальнейшем производится их статистическая обработка.

Ошибка при измерении расстояний от центра образца ПФМ до ближайшей точки наблюдения составляет δ_r=1⋅10^-3/0,2⋅100=0,5%, а до самой дальней точки измерений - δ_r=1⋅10^-3/1,6⋅100=0,0625%.

Погрешность в измерении времени прихода фронта ударной волны в ближайшую точку наблюдения составляет δ_t=3⋅10^-7/2,5⋅10^-5⋅100=1,2%, а в максимально удаленную точку - δ_t=3⋅10^-7/2,15⋅10^-4⋅100=0,14%.

Таким образом, общая максимальная инструментальная ошибка регистрации момента прихода фронта ударной волны в ближнюю от заряда точку наблюдений может составлять δ_общ=0,5+1,2=1,7%, общая минимальная ошибка (для самой удаленной точки регистрации) может составлять не более δ_общ=0,0625+0,14=0,205%, что обеспечивает высокую точность измерений.

Во всех случаях, когда образец ПФМ взрывается электрическим способом (от взрывной машинки или регистрирующего прибора), на безопасном от ПФМ расстояния устраивается разрыв магистрального провода электровзрывной сети. Разрыв поднимается на рейку высотой не менее метра и размещается в таком месте, которое хорошо просматривается с места размещения заряда. Разрыв безопасности замыкается исполнителем взрывных работ (взрывником) после отвода личного состава, занятого на проведении эксперимента (взрывных работ) в укрытие и установки электродетонаторов (детонаторов) в заряды.

На втором этапе определяются время фазы сжатия ФУВ и координатный закон поражения (вероятность поражения одиночной цели ИД во ФУВ или УИД на заданном расстоянии от точки подрыва мины) исследуемого объекта, уточняют зависимости, связывающие показатели, характеризующие поражающее действие ПФМ, с величинами его физических факторов и техническими характеристиками исследуемого объекта. При этом алгоритм расчета указанных показателей следующий.

1) Определение времени фазы сжатия

где - эквивалент тротила;

Q_BB и Q_THT - удельная теплота взрыва взрывчатого вещества (ВВ) и тротила (ТНТ) (см. таблицу 1).

2) Если τ>1⋅10^-3 с, то поражение цели осуществляется ИД во ФУВ, если τ≤1⋅10^-3 с, то поражение цели осуществляется за счет УИД во ФУВ.

3) Вероятность поражения цели (открытой живой силы) ИД во ФУВ определяется по следующей зависимости:

где Р - вероятность поражения;

ΔР - избыточное давление во ФУВ, в кг/см²;

При этом, если ΔР≥7,0 кг/см², то вероятность поражения цели Р=1.

4) Если поражение цели осуществляется за счет УИД во ФУВ, то производится его определение по заданным значениям расстояния от точки подрыва до цели

где ω_экв - эквивалентная масса ВВ, учитывающая влияние оболочки мины, кг;

R - расстояние от точки подрыва до цели, м;

- коэффициент наполнения снаряда (таблица 2).

5) Вероятность поражения цели УИД определяется по зависимости:

где I_уд - УИД в кПа⋅с.

Таким образом, реализация первого и второго этапов в предлагаемом способе позволяет решить поставленную техническую задачу.

Предложенный способ авторами проверен экспериментально.

Первоначально проведены предварительные эксперименты, где определено уравнение движения ФУВ путем измерения времени прихода ФУВ в фиксированные точки пространства в ближней зоне взрыва. Общий вид КИК представлен на фиг. 7. Станина крепления датчиков давления представлена на фиг. 8.

Экспериментальное определение уравнения движения ФУВ для взрыва заряда из ЭВВ-11 проводилось по схеме в полупространстве (фиг. 1). Запуск КИК производился автоматически при подаче импульса тока на электродетонатор ЭДП-р с регистрацией нулевого отсчета времени ионизационным датчиком, установленным на инициаторе, в центре заряда (фиг. 2). Остановка регистрирующей аппаратуры производилась также автоматически по истечении заданного времени или количества измерений.

В качестве датчиков использовались ионизационные или высокочастотные мембранные датчики (фиг. 3, 4). В результате каждого эксперимента КИК записывал осциллограммы опроса датчиков, типичные из которых представлены на фиг. 9, 10. Было определено уравнение движения ФУВ (выражение 1), при этом коэффициент квадрата корреляции Пирсона составил χ²=0,9558.

В основной серии экспериментов осуществляли подрыв ПФМ в грунте с замером параметров ВУВ в ФУВ (избыточного давления, скорости ФУВ, времени фазы сжатия ВУВ в заданной точке). Зависимость давления на ФУВ и на контактной поверхности от координаты фронта представлена на фиг. 11. Зависимость скорости частиц ФУВ и на контактной поверхности от координаты фронта представлена на фиг. 12.

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

1. На испытательной площадке на заданном расстоянии от объекта испытаний размещаются датчики измерения давления и осуществляют подрыв ПФМ в грунте.

2. После подрыва ПФМ определяются параметры ВУВ (избыточное давление, скорость ФУВ, время фазы сжатия ВУВ) в заданной точке.

3. Определяется координатный закон поражения в виде вероятности поражения цели избыточным давлением во фронте ударной волны или удельным импульсом давления на заданном расстоянии от точки подрыва исследуемого образца ПФМ.

Таким образом, предлагаемое изобретение в виде способа оценки поражающего действия ПФМ позволяет получить требуемый технический результат.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к области испытаний инженерных боеприпасов, в частности - противопехотных фугасных мин (ПФМ) по оценке характеристик фугасного действия. Способ оценки поражающего действия ПФМ, включающий размещение на испытательной площадке ПФМ и датчиков давления, осуществление подрыва ПФМ, регистрацию параметров воздушной ударной волны, отличается тем, что датчики давления размещают на испытательной площадке на заданном расстоянии от ПФМ, подрыв ПФМ осуществляют в грунте с замером контрольно-измерительным комплексом параметров воздушной ударной волны во фронте ударной волны, а именно - избыточного давления во фронте ударной волны и скорости фронта ударной волны, затем определяют время фазы сжатия фронта ударной волны в заданной точке и координатный закон поражения в виде вероятности поражения условной цели от избыточного давления во фронте ударной волны или от удельного импульса давления на различных расстояниях от места разрыва ПФМ. Техническим результатом является повышение информативности испытаний, снижение сроков, трудоемкости и стоимости проведения испытаний за счет определения показателей фугасного действия ПФМ на различном удалении от места разрыва мины с оценкой условной вероятности поражения типовой цели. 2 табл., 12 ил.

Способ оценки поражающего действия противопехотных фугасных мин (ПФМ), включающий размещение на испытательной площадке ПФМ и датчиков давления, осуществление подрыва ПФМ, регистрацию параметров воздушной ударной волны, отличающийся тем, что датчики давления размещают на испытательной площадке на заданном расстоянии от ПФМ, подрыв ПФМ осуществляют в грунте с замером контрольно-измерительным комплексом параметров воздушной ударной волны во фронте ударной волны, а именно - избыточного давления во фронте ударной волны и скорости фронта ударной волны, затем определяют время фазы сжатия фронта ударной волны в заданной точке и координатный закон поражения в виде вероятности поражения условной цели от избыточного давления во фронте ударной волны или от удельного импульса давления на различных расстояниях от места разрыва ПФМ.