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

Изобретение относится к области машиностроения, в частности - к области испытаний противопехотных осколочных мин (ПОМ) кругового поражения с произвольным дроблением корпуса и мин с готовыми поражающими элементами на оценку эффективность 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 ПОМ на различных расстояниях от места разрыва мины.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является получение исходных данных, необходимых для построения координатного и условного законов поражения исследуемого объекта и вычисления показателей поражающего действия осколков ПОМ 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 условного законов поражения исследуемого объекта и вычисления показателей поражающего действия осколков ПОМ 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 ПОМ, 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 ПОМ реализуется два этапа - первый (экспериментальный), где на отдельных элементарных площадках создают круговую мишенную обстановку и осуществляют подрыв ПОМ, и второй этап (расчетный), состоящий в определении координатного и условного законов поражения исследуемого объекта, вычислении показателей поражающего действия осколков ПОМ 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 круговую 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 метров от центра. Угол растворения между секторами 60°.

В центре секторов на высоте 1,5 м от земли ставится испытуемая ПОМ с таким расчетом, чтобы щитами можно было перехватывать осколки (область разлета осколков при подрыве мины в круговой обстановке на фиг. 1.).

После подрыва ПОМ считают общее количество осколков, попавших в щиты круговой 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 ПОМ на заданном расстоянии R от точки подрыва мины) и условный (вероятность поражения одиночной цели при попадании двух и более осколков в область цели) законы поражения исследуемого объекта, производится вычисление величины показателя эффективности поражающего действия ПОМ для исследуемого объекта, дополнительно при проведении испытаний определяют величины показателей поражающего действия ПОМ, получают (уточняют) зависимости, связывающие показатели, характеризующие поражающее действие ПОМ, с величинами его физических факторов и техническими характеристиками исследуемого объекта.

При взрыве мины разлетающиеся осколки распределяются равномерно в пространстве на все 360 градусов по горизонту и по нормали. Если до момента взрыва корпус был цел, то с развитием взрыва взрывные газы дробят корпус на осколки, которые движутся во фронте ударной волны, имеющей форму сферы. По мере увеличения сферы и, соответственно, удаления осколков от центра взрыва расстояния между ними растут. Пока промежутки между осколками меньше или равны площади человеческого тела, то вероятность того, что осколок попадет в человека, равна 100%. Затем, вероятность попадания осколков в человека уменьшается и с увеличением расстояния от места взрыва стремится к 0%. Так определяется координатный закон поражения с расчетом вероятности поражения одиночной цели.

Для проведения расчетов плотности убойных осколков Δ_у область разлета представляют в виде объема, ограниченного сферической поверхностью с центром в точке разрыва мины и разделенного на заданное количество конусов (фиг. 1). Углы раствора конусов отсчитываются от плоскости цели, проходящей через центр разрыва мины. Пересечение конусов с шаровой поверхностью образуют шаровые пояса одинаковой ширины. Это позволяет определить в зависимости от дальности плотность осколков, а по ней вероятность поражения цели.

В каждом шаровом поясе осколки разлетаются равномерно. Средняя плотность осколков для i-ого шарового пояса равна:

где N_i - количество осколков пролетающих в i шаровом поясе;

S_i - площадь i-го шарового пояса;

R - расстояние от места взрыва до цели;

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

Пример данных по распределению осколков естественного дробления мин по массовым группам (интегральный закон) (таблица 1).

Для оценки скорости разлета осколков используется зависимость:

где D - скорость детонации взрывчатого вещества ПОМ, м/с;

- коэффициент наполнения ПОМ;

где ω_вв - количество взрывчатого вещества ПОМ, кг;

m_м - масса ПОМ, кг.

Если корпус ПОМ имеет заданное дробление (сетку надрезов), то скорость разлета осколков в этом случае будет меньшей, чем для обычного монолитного корпуса, вследствие уменьшения степени растяжения корпуса до образования осколков. Снижение скорости разлета учитывается коэффициентом согласования:

где к_ос - коэффициент, учитывающий степень ослабления корпуса, к_ос=0,77…0,95.

Скорость встречи осколка с целью определяется выражением

где - баллистический коэффициент осколка, м^-1;

Х - расстояние от точки подрыва мины до цели.

Для осколков естественного дробления

где - масса осколка, кг.

Для осколков заданного дробления:

где С_х - коэффициент лобового сопротивления осколка мины;

S_м - площадь миделева сечения осколка мины, м²;

А - коэффициент (А=0,0603 С_х).

Баллистический коэффициент для осколка определяется по зависимости:

Параметр К₀ - коэффициент формы осколка, определен опытным путем и он равен:

- для реальных осколков К₀=0,00374;

- для шара К₀=0,00193;

- для цилиндра К₀=0,00266;

- для прямоугольника к₀=0,00277;

- для ромба К₀=0,00351.

Определение величины удельного импульса осколков:

Определение величины удельной энергии осколков:

где - площадь миделя i-го осколка.

Площадь миделя для осколков естественного дробления:

Площадь миделя для осколков заданного дробления:

а) для пластинки с ромбическим основанием:

где а, в - длины оснований ромба, м;

ρ₀ - плотность материала корпуса пластинки, кг/м³

б) для цилиндрического элемента:

где

d_l, d₂ - Два взаимно перпендикулярных диаметра основания цилиндра,

в) для сферического элемента:

где

d_l, d₂, d₃ - взаимно перпендикулярные диаметры сферического элемента.

Проверка условия пробития объекта (деревянных щитов):

или

Если условие (11) выполняется, то переход к определению плотности убойных осколков (выражение 12).

Если условие (11) не выполняется, то принимаем вероятность Р=0.

Определение плотности убойных осколков:

где N_i - общее количество убойных осколков.

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

где Δ_у - плотность убойных осколков, летящих на цель;

S_ц - уязвимая площадь цели.

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

Для ПОМ кругового поражения с произвольным дроблением корпуса радиус поражения не ниже заданной степени тяжести определяется по зависимости:

где S_ц - площадь проекции цели (например, если человек стоя, то S_ц=0,75 м²);

m_м - масса корпуса мины, г;

m₀ - расчетная масса осколка, г;

К_пор - коэффициент принятой гипотезы поражения (0,9 - для достоверного поражения 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);

i - принимаемая гипотеза поражения цели.

Для ПОМ кругового поражения с произвольным дроблением корпуса для оценки вероятности поражения цели одним осколком при различных радиусах поражения не ниже заданной степени тяжести используется эмпирическая зависимость:

где R_i - радиус достоверного поражения; радиус сплошного поражения; радиус эффективного поражения, радиус поражения.

Для ПОМ с готовыми поражающими элементами радиус поражения не ниже заданной степени тяжести определяется по зависимости:

где S_ц - площадь проекции цели (человек стоя, S_ц=0,75 м²);

N - количество поражающих элементов в ПОМ, шт;

К_пор - коэффициент принятой гипотезы поражения (0,9 - для достоверного поражения 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);

h - высота корпуса мины, см;

d - диаметр корпуса мины, см.

i - принимаемая гипотеза поражения цели.

Для ПОМ с готовыми поражающими элементами для оценки прогнозной вероятности поражения цели одним осколком при различных радиусах поражения не ниже заданной степени тяжести используется эмпирическая зависимость:

Особенностью поражений человека осколками мины являются множественные поражения при попадании двух и более осколков. Для учета накопления ущерба при множественных поражениях используется числовой закон поражения в виде расчета вероятности поражения одиночной цели при попадании двух и более осколков в область цели.

Среднее число необходимых попаданий 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 (живой силы) имеет вид:

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

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

1. Осуществляют подрыв ПОМ в круговой мишенной обстановке.

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

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

4. Рассчитывают показатели для оценки поражающего действия ПОМ 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 и условного законов поражения.

Предлагаемые новые показатели (радиусы поражения) для оценки поражающего действия ПОМ обоснованы авторами с учетом принимаемой гипотезы поражения (фиг. 2).

Следует отметить, что осколочное действие ПОМ кругового поражения в настоящее время характеризуется величиной одного показателя - сплошного радиуса поражения (задаваемого в ТТХ на мины), т.е. расстояния от места взрыва до рубежа, где вероятность поражения цели не менее 70%.

Авторами проведена сравнительная оценка показателей поражающего действия ПОМ - расчетных величин с показателями по ТТХ на мины (для ПОМ кругового поражения с произвольным дроблением корпуса ПОМЗ-2М и для ПОМ с готовыми поражающими элементами ОЗМ-72). В таблицах 2 и 4 представлены исходные данные по минам ПОМЗ-2М и ОЗМ-72. В таблицах 3 и 5 представлены расчетные показатели поражающего действия указанных мин. Величины относительных погрешностей для данных по ТТХ для указанных мин и рассчитанных по эмпирическим зависимостям авторов не превышают 10%, что является удовлетворительной точностью.

Таким образом, предлагаемое изобретение в виде способа оценки поражающего действия противопехотных осколочных мин позволяет получить технический результат, который заключается в повышении точности исходных данных, необходимых для построения координатного и условного законов поражения исследуемого объекта и вычисления показателей поражающего действия осколков ПОМ 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 ПОМ с величинами его физических факторов и техническими характеристиками исследуемого объекта, при минимально необходимом числе испытаний.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к области испытаний противопехотных осколочных мин (ПОМ) кругового поражения с произвольным дроблением корпуса и мин с готовыми поражающими элементами на эффективность поражающего действия. В способе оценки поражающего действия таких ПОМ на первом этапе из отдельных элементарных площадок, а именно деревянных щитов размером 3,0×2,5 м и толщиной 25 мм, создают круговую мишенную обстановку, ряды которой располагаются на расстоянии 10, 20, 30, 40, 50 и 60 м от ее центра. Для круговой мишенной обстановки обеспечивают сектор разлета осколков на величину до 60 градусов, осуществляют подрыв противопехотной осколочной мины из центра круговой мишенной обстановки на высоте 1,5 м от земли с направлением разлета осколков противопехотной осколочной мины в область мишени. Определяют общее количество осколков, попавших в щиты мишенной обстановки, количество пробитий осколками деревянных щитов, замеряют глубину внедрения осколков, не пробивших щиты. На втором этапе вычисляют показатели поражающего действия осколков противопехотной осколочной мины, включающие радиус достоверного поражения – расстояние от точки подрыва, в пределах которого возможно поражение цели с вероятностью не менее 90%, 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 удельные импульсы и удельные энергии осколков, координатный закон поражения исследуемой противопехотной осколочной мины, то есть вероятность поражения одиночной цели одним осколком противопехотной осколочной мины на заданном расстоянии от точки разрыва, определяют числовой закон исследуемой противопехотной осколочной мины, то есть вероятность поражения одиночной цели двумя и более осколками противопехотной осколочной мины на заданном расстоянии от точки разрыва, а также определяют приведенную площадь поражения, то есть площадь вокруг цели, при попадании в которую цель выводится из строя с вероятностью 100%. Технический результат заключается в повышении точности исходных данных, необходимых для построения координатного и числового законов поражения исследуемого объекта и вычисления показателей поражающего действия осколков ПОМ на различных расстояниях от места разрыва, а также в снижении сроков и трудоемкости проведения испытаний. 2 ил., 5 табл.

Способ оценки поражающего действия противопехотных осколочных мин кругового поражения с произвольным дроблением корпуса мин с готовыми поражающими элементами (далее – противопехотных осколочных мин), на первом этапе которого из отдельных элементарных площадок, а именно деревянных щитов размером 3,0×2,5 м и толщиной 25 мм создают круговую мишенную обстановку, ряды которой располагаются на расстоянии 10, 20, 30, 40, 50 и 60 м от ее центра, причем для круговой мишенной обстановки обеспечивают сектор разлета осколков на величину до 60 градусов, осуществляют подрыв противопехотной осколочной мины из центра круговой мишенной обстановки на высоте 1,5 м от земли с направлением разлета осколков противопехотной осколочной мины в область мишени, определяют общее количество осколков, попавших в щиты мишенной обстановки, количество пробитий осколками деревянных щитов, замеряют глубину внедрения осколков, не пробивших щиты, а на втором этапе вычисляют показатели поражающего действия осколков противопехотной осколочной мины, включающие радиус достоверного поражения – расстояние от точки подрыва, в пределах которого возможно поражение цели с вероятностью не менее 90%, 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 удельные импульсы и удельные энергии осколков, координатный закон поражения исследуемой противопехотной осколочной мины, то есть вероятность поражения одиночной цели одним осколком противопехотной осколочной мины на заданном расстоянии от точки разрыва, определяют числовой закон исследуемой противопехотной осколочной мины, то есть вероятность поражения одиночной цели двумя и более осколками противопехотной осколочной мины на заданном расстоянии от точки разрыва, а также определяют приведенную площадь поражения, то есть площадь вокруг цели, при попадании в которую цель выводится из строя с вероятностью 100%.