СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ ОСЕСИММЕТРИЧНОГО ОСКОЛОЧНОГО БОЕПРИПАСА С ОСЕСИММЕТРИЧНЫМ ПОЛЕМ РАЗЛЕТА ОСКОЛКОВ НА АЭРОУДАР Российский патент 2023 года по МПК F42B35/00 

Изобретение относится к способам испытания осколочных боеприпасов и может быть использовано при испытаниях осесимметричных боеприпасов естественного и заданного дробления с осесимметричными осколочными полями. Известно [1], что для оценки эффективности действия осколочных боеприпасов по различным целям необходимо знать распределения осколков по количеству, их массам, начальным скоростям в заданном пространстве поражения цели, а также частные характеристики осколочного поля поражения боеприпаса, например, характеристики явления аэроудара, возникающего в типовых отсеках конструкции цели, при их накрытии осколочным полем осесимметричных боеприпасов.

Известен способ испытания боеприпасов на аэроудар [2], заключающийся в подрыве боеприпаса, расположенного горизонтально, с помощью устройства инициирования, при этом подрыв боеприпаса осуществляют во взрывной камере, имеющей щель, ширина и длина которой позволяет выделять часть осколочного поля боеприпаса, летящую в направлении, определяемом двугранным углом Д8, осуществляют последовательный подрыв набора опытных боеприпасов с полным накрытием их полем поражения входной стенки типового отсека, последовательно увеличивая плотность поля поражения опытных боеприпасов, добиваются полного разрушения отсека за счет аэроудара, оснащают боковые стенки типового отсека n пьезоэлектрическими датчиками, связанными с n приборами измерения давления и импульса ударной (баллистической) волны, измеряют для случая полного разрушения типового отсека величину критического среднего максимального давления аэроудара , возникающего в отсеке после пробития поражающими элементами опытного боеприпаса входной стенки отсека, рассчитывает критическую энергию аэроудара в отсеке по формуле где V - объем типового отсека, рассчитывают удельную критическую энергию потока поражающих элементов для типового отсека по формуле , где S - площадь входной стенки типового отсека, рассчитывают величину критического показателя аэроудара для типового отсека по формуле , где С₀ - энергетический критерий разрушения, испытываемый боеприпас устанавливают на заданном расстоянии от типового отсека так, чтобы его продольная ось была параллельна продольной оси щели взрывной камеры, измеряют величину среднего максимального давления аэроудара , возникающего в типовом отсеке после пробития поражающими элементами испытываемого боеприпаса входной стенки отсека, рассчитывают энергию аэроудара в отсеке по формуле , рассчитывают по формуле П_а=Э_уд/С₀ величину показателя аэроудара осколочного поля поражения испытываемого боеприпаса, сравнивают величину показателя аэроудара поля поражения испытываемого боеприпаса с величиной критического показателя аэроудара, по результатам сравнения судят о способности поля поражения испытываемого боеприпаса создавать аэроудар в отсеках объектов техники.

Недостатком вышеуказанного способа является отсутствие полного определения параметров осколочного поля осесимметричного боеприпаса (количество осколков, масса, скорость, форма осколков и т.д.), накрывающего входную стенку имитатора отсека, не полный набор имитаторов типовых отсеков конструкции цели (заполнение инертным газом, пенополиуретаном), накрываемых осколочным полем боеприпаса, недостаточная связь количественной и качественной оценок явления аэроудара в имитаторах типовых отсеков конструкции целей.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ испытания осколочного боеприпаса с осесимметричным полем разлета осколков [3], включающий подрыв боеприпаса, установленного в заданное положение в центре профилированной мишенной стенки, размеченной на зоны, соответствующие направлениям разлета осколков в принятой системе координат, регистрацию попаданий, улавливание и подсчет числа осколков, попадающих в каждую зону, измерение размеров и площади пробоин, при этом оценку качественных и количественных характеристик осколочного поля по массам, скоростям, форме и размерам осколков осуществляют посредством регистрации, записи и последующей обработки сигналов с электретных датчиков, размещенных по соответствующим зонам мишенной стенки и равным им по размерам.

Недостатком вышеуказанного способа является отсутствие возможности определения с его помощью частных характеристик явления аэроудара, возникающего в отсеках конструкции типовых целей при их взаимодействии с осколочным полем осесимметричного боеприпаса.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение информативности способа за счет дополнительного определения при проведении испытаний осколочных осесимметричных боеприпасов частных характеристик явления аэроудара, возникающего в отсеках конструкции типовых целей при их взаимодействии с осколочным полем испытываемого боеприпаса.

Решение технической задачи достигается тем, что в способе испытания осколочного боеприпаса с осесимметричным полем разлета осколков включающем подрыв боеприпаса, установленного в заданное положение в центре профилированной мишенной стенки, размеченной на зоны, соответствующие направлениям разлета осколков в принятой системе координат, регистрацию попаданий, улавливание и подсчет числа осколков, попадающих в каждую зону, измерение размеров и площади пробоин, регистрацию, запись и последующую обработку сигналов с электретных датчиков, размещенных по соответствующим зонам мишенной стенки и равным им по размерам, оценку количественных характеристик осколочного поля по массам, скоростям, форме и размерам осколков дополнительно боеприпас устанавливают так, чтобы его продольная ось совпадала с продольной осью профилированной стенки, профилированную мишенную стенку выполняют полуцилиндрической, симметрично зонам полуцилиндрической продольной стенки устанавливают имитатор отсека конструкции первого типа, имитатор отсека конструкции второго типа, имитатор отсека конструкции третьего типа, на лицевую поверхность зон мишенной стенки, расположенных симметрично имитаторам, наносят размеры входных стенок имитаторов отсеков и определяют их координаты в принятой системе координат, осуществляют качественную оценку явления аэроудара осколочного поля боеприпаса в имитаторах отсеков конструкции по факту "разрушен", "частично разрушен", "не разрушен", определяют для каждого из имитаторов общее число попавших осколков N, массы, скорости, формы и размеры всех попавших во входные стенки имитаторов осколков, определяют для каждого из имитаторов величины энергии потока осколков, накрывающих стенку имитатора отсека, величины удельной энергии потока осколков, накрывающих стенки имитаторов отсека, определяют показатель явления аэроудара для каждого из имитаторов, используемых при проведении испытаний, соотносят факт разрушения (не разрушения, частичного разрушения) имитаторов отсеков конструкции явлением аэроудара с величинами значений удельных энергий для всех попавших в имитаторы осколков.

Новыми существенными признаками изобретения являются: - симметрично зонам полуцилиндрической продольной стенки устанавливают имитатор отсека конструкции первого типа, имитатор отсека конструкции второго типа, имитатор отсека конструкции третьего типа;

- осуществляют качественную оценку явления аэроудара осколочного поля боеприпаса в имитаторах отсеков конструкции по факту "разрушен", "частично разрушен", "не разрушен";

- определяют для каждого из имитаторов общее число попавших осколков N, массы, скорости, формы и размеры всех попавших во входные стенки имитаторов осколков, определяют для каждого из имитаторов величины энергии потока осколков, накрывающих стенку имитатора отсека, величины удельной энергии потока осколков, накрывающих стенки имитаторов отсека, определяют показатель явления аэроудара для каждого из имитаторов, используемых при проведении испытаний;

- соотносят факт разрушения (не разрушения, частичного разрушения) имитаторов отсеков конструкции явлением аэроудара с величинами значений удельных энергий для всех попавших в имитаторы осколков.

Новая совокупность существенных признаков обеспечивает решение поставленной технической задачи с достижением заявленного технического результата, а именно, повышения информативности способа за счет дополнительного определения при проведении испытаний частных характеристик явления аэроудара, возникающего в отсеках конструкции цели при их накрытии осколочном полем поражения испытываемого осесимметричного боеприпаса.

Использование единой совокупности существенных отличительных признаков в известных технических решениях не обнаружено, что характеризует соответствие рассматриваемого технического решения критерию «новизна».

Изложенная выше совокупность новых существенных признаков в сочетании с общими известными обеспечивает решение поставленной задачи с достижением требуемого технического результата и характеризует предложенное техническое решение существенными отличиями по сравнению с известным уровнем техники.

На фиг. 1 приведена типовая схема реализации предлагаемого способа, где:

1. Испытываемый осесимметричный боеприпас.

2. Полуцилиндрическая профилированная мишенная стенка.

3. Электретный датчик.

4. Блок определения количественных характеристик осколочного поля по массам, скоростям, формам и размерам осколков.

5. Имитатор отсека конструкции первого типа.

6. Имитатор отсека конструкции второго типа.

7. Имитатор отсека конструкции третьего типа.

R - расстояние между боеприпасом и полуцилиндрической профилированной мишенной стенкой, а также между боеприпасом и имитаторами.

На фиг. 2 приведены имитаторы отсеков конструкции: а) первого, б) второго и в) третьего типов. Где

ОПЭ - осколочный поражающий элемент;

δ_об - толщина входной стенки имитатора отсека, которая может быть выполнена из алюминиевого, титанового сплава, стали, композиционного или иного материала, мм.

Заявляемый способ является результатом научно-исследовательской и экспериментальной работы по определению количественных характеристик осколочного поля боеприпаса по массам, скоростям, формам и размерам осколков, а также определению частных характеристик явления аэроудара, возникающего в отсеках конструкции цели, при их накрытии осколочным полем испытываемого осесимметричного боеприпаса.

Способ испытаний осесимметричного осколочного боеприпаса с осесимметричным полем разлета осколков на аэроудар осуществляется следующим образом.

Взаимодействие осколочного поля осесимметричного боеприпаса с типовыми отсеками конструкции цели сопровождается явлением ненаправленного (объемного) силового действия по элементам конструкции внутри отсеков. Это явление было названо аэроударом [1]. Объемность действия силовых факторов аэроудара подтверждается образованием площадных повреждений конструкции как на входе осколочных поражающих элементов в отсек, так и на выходе их из отсека, а также деформацией и разрушением нервюр, шпангоутов, перегородок и др. конструктивных элементов внутри отсека.

Сложность физических процессов, вызывающих разрушение конструкции планера цели при действии потоков осколков, многообразие влияющих факторов вынуждают в качестве основного принять экспериментальный метод исследования явления аэроудара и оценки степени стойкости конструкции (энергетических критериев разрушения) к воздействию потока осколков осесимметричного боеприпаса.

Механизм возникновения явления аэроудара состоит в следующем. Процесс аэроудара начинается с механического (пробивного) действия осколочных поражающих элементов по входной стенке отсека конструкции цели. В результате этого за счет откольных явлений образуется запреградный поток вторичных осколков, кроме того при скоростях соударения, превышающих скорость дробления осколков (V₀>V_др), основные осколки дробятся на более мелкие фракции. При движении основных и вторичных осколков внутри отсека возникает газодинамический процесс, характеризующийся импульсным действием баллистических ударных волн и выделением тепловой энергии за счет горения осколков. Установлено, что в процессе чрезвычайно быстрого горения происходит интенсивная подпитка ударных волн, которые, интерферируя между собой, могут вызвать значительные скачки давлений на стенках отсека. Завершается процесс взаимодействия потока осколков боеприпаса с конструкцией планера цели механическим (пробивным) действием основных и вторичных осколков по выходной стенке.

Оценка влияния конструктивных характеристик отсеков конструкций на энергетические критерии их разрушения осуществлялась методом модельных экспериментов и методом испытаний реальных отсеков конструкций [4]. При проведении экспериментальных исследований обеспечивалось полное накрытие моделей и отсеков потоком осколков, разброс скоростей осколков в потоке не превышал ±10%. По результатам модельных экспериментов установлено также, что физико-механические свойства материала обшивки оказывают существенное влияние на величину энергетического критерия разрушения (ЭКР): так, модели с титановыми обшивками имеют ЭКР в 2…3 раза выше, чем аналогичные (равнопрочные и равновеликие) модели с дюралевыми обшивками, что объясняется более высокой ударной вязкостью титана. Значения ЭКР С₀ для моделей и реальных отсеков конструкций были получены в результате экспериментальных исследований. Модели выполнялись в виде отсеков различных размеров (а×b×с) со сменными передней и задней обшивками. В качестве объектов испытаний использовались также реальные отсеки конструкции типовых целей.

Энергия потока осколков, накрывающих стенку имитатора отсека может быть определена по формуле

где - величина среднего максимального давления аэроудара,

V - объем имитатора отсека.

Удельная энергия потока осколков, накрывающих стенку имитатора отсека может быть определена по формуле

Э_уд=Э/S,

где S - площадь входной стенки имитатора отсека.

Показатель аэроудара в имитаторе отсека может быть определен по формуле

П_а=Э_уд/С₀,

где С₀ - энергетический критерий разрушения.

Результаты воздействия потока осколков по конструкции отсеков цели обычно оценивается тремя степенями повреждений:

- не разрушен (разрушения отсутствуют, отдельные пробоины на входе и выходе);

- частично разрушен (признаки общих разрушений, значительная остаточная деформация обшивки, ослабление заклепочных швов и частичный срыв заклепок, разрывы и вырывы участков панелей);

- разрушен (полное разрушение отсека).

Испытываемый осесимметричный осколочный боеприпас 1 с осесимметричным полем разлета осколков устанавливают так, чтобы его продольная ось совпадала с продольной осью профилированной мишенной стенки в центре полуцилиндрической профилированной мишенной стенки 2, размеченной на зоны, соответствующие направлениям разлета осколков в принятой системе координат.

Симметрично зонам полуцилиндрической профилированной мишенной стенки 2 устанавливают имитатор отсека конструкции первого типа 5, имитатор отсека конструкции второго типа 6, имитатор отсека конструкции третьего типа 7, на лицевую поверхность зон мишенной стенки 2, расположенных симметрично имитаторам наносят размеры входных стенок имитаторов, определяют их координаты в принятой системе координат, затем осуществляют подрыв боеприпаса 1.

Сформированное в результате подрыва боеприпаса 1 осесимметричное осколочное поле попадает в электретные датчики 3 полуцилиндрической профилированной мишенной стенки 2 и входные стенки имитатора отсека конструкции первого типа 5, имитатора отсека конструкции второго типа 6, имитатора отсека конструкции третьего типа 7. Электретные датчики 3 формируют электрические сигналы, которые поступают на вход блока 4 определения количественных характеристик осколочного поля по массам, скоростям, формам и размерам осколков.

Далее с помощью блока 4 определения количественных характеристик осколочного поля по массам, скоростям, формам и размерам осколков осуществляют регистрацию попаданий, улавливание и подсчет числа осколков, попадающих в каждую зону, измерение размеров и площади пробоин, регистрацию, запись и последующую обработку сигналов с электретных датчиков, размещенных по соответствующим зонам мишенной стенки и равным им по размерам. Оценку количественных характеристик осколочного поля по массам, скоростям, формам и размерам осколков, определение количественных характеристик осколочного поля по массам, скоростям, формам и размерам осколков производят в том числе и для зон, соответствующих входным стенкам имитаторов 5,6,7. Далее для имитаторов 5,6,7 определяют общее число попавших в каждый имитатор осколков N, величину энергии потока осколков, накрывающих входную стенку имитатора отсека, определяют для каждого из имитаторов общее число попавших осколков N, массы, скорости, формы и размеры всех попавших во входные стенки имитаторов осколков, определяют для каждого из имитаторов величины энергии потока осколков, накрывающих стенку имитатора отсека, величины удельной энергии потока осколков, накрывающих стенки имитаторов отсека, определяют показатель явления аэроудара для каждого из имитаторов, используемых при проведении испытаний, соотносят факт разрушения (не разрушения, частичного разрушения) имитаторов отсеков конструкции явлением аэроудара с величинами значений удельных энергий для всех попавших в имитаторы осколков.

Исходя из имеющегося опыта, при проведении испытаний осесимметричных боеприпасов на аэроудар целесообразно использовать имитаторы отсеков первого, второго и третьего типа.

Имитаторы отсеков конструкции первого, второго третьего типов изготавливаются из стального сварного кессона. В качестве передней (входной) стенки имитаторов используются сменные листы из исследуемых конструкционных материалов (например, дюраль, титан, сталь, композит) толщиной δ_ст. По периметру передней стенки кессона для его герметизации крепится уплотнитель. Имитатор топливного бака первого типа на 100% заполняется воздухом, имитатор топливного бака второго типа на 100% заполняется инертным газом (например, гелием), имитатор топливного бака третьего типа на 100% заполняется пенополиуретаном (ППУ). Боковые стенки имитаторов первого, второго и третьего типа оснащаются п пьезоэлектрическими датчиками, связанными с п приборами измерения давления и импульса ударной (баллистической) волны, которые измеряют величину среднего максимального давления аэроудара , возникающего в имитаторе отсека после пробития осколками испытываемого боеприпаса его входной стенки.

Собранные имитаторы 5,6,7 устанавливают симметрично электретным датчикам 3 полуцилиндрической профилированной мишенной стенки 2 на специальные платформы на расстоянии 20 сантиметров от поверхности земли.

Таким образом, в результате реализации предложенного способа оказывается возможным по результатам проведенных испытаний повысить информативность способа за счет дополнительного определения при проведении испытаний осесимметричных осколочных боеприпасов частных характеристик явления аэроудара, возникающего в отсеках конструкции цели при ее накрытии осколочным полем испытываемого боеприпаса.

Использование предлагаемого способа обеспечивает возможность определения количественных характеристик осколочного поля по массам, скоростям, формам и размерам осколков для осесимметричных боеприпасов с осесимметричными осколочными полями, а также одновременно дополнительно оценивать количественно и качественно явление аэроудара, возникающее в отсеках конструкции типовых целей в результате их накрытия осколочным полем испытываемого боеприпаса.

Источники информации

1. Авиационные боеприпасы. Под ред. Ф.П. Миропольского, М.: Изд. ВВИА им. Жуковского, 2010.

2. Патент RU 2484421. Способ испытания боеприпасов на аэроудар и устройство для его осуществления.

3. Патент RU 2493538. Способ испытания осколочного боеприпаса с осесимметричным полем разлета осколков и стенд для его реализации (прототип).

4. Желязков Е.П., Комраков Н.Ю., Крысин А.В. Методы разработки и обоснования характеристик уязвимости воздушных целей при действии по ним обычных боеприпасов. Тверь, 2 ЦНИИ МО РФ, 2006.

Изобретение относится к способам испытания осколочных боеприпасов на аэроудар, и может быть использовано при испытаниях осесимметричных боеприпасов естественного и заданного дробления с осесимметричными осколочными полями. Боеприпас устанавливают в центре профилированной мишенной стенки, размеченной на зоны, соответствующие направлениям разлета осколков в принятой системе координат. Боеприпас устанавливают так, чтобы его продольная ось совпадала с продольной осью профилированной стенки. Профилированную мишенную стенку выполняют полуцилиндрической. Симметрично зонам полуцилиндрической продольной стенки устанавливают имитаторы отсеков конструкции первого типа, второго типа и третьего типа. На лицевую поверхность зон мишенной стенки, расположенных симметрично имитаторам наносят размеры входных стенок имитаторов отсеков и определяют их координаты в принятой системе координат. Осуществляют подрыв боеприпаса. Регистрируют попадания и количество осколков в каждой из размеченных зон. Измеряют размеры и площади пробоин от осколков. Производят запись сигналов с электретных датчиков, размещенных по соответствующим зонам мишенной стенки и равным им по размерам для последующей обработки. Оценивают количественные характеристики осколочного поля по массам, скоростям, форме и размерам осколков. Осуществляют качественную оценку явления аэроудара осколочного поля боеприпаса в имитаторах отсеков конструкции по принципу "разрушен", "частично разрушен", "не разрушен", определяют для каждого из имитаторов общее число попавших осколков N, массы, скорости, формы и размеры всех попавших во входные стенки имитаторов осколков, определяют для каждого из имитаторов величины энергии потока осколков, накрывающих стенку имитатора отсека, величины удельной энергии потока осколков, накрывающих стенки имитаторов отсека, определяют показатель явления аэроудара для каждого из имитаторов, используемых при проведении испытаний, соотносят факт разрушения или не разрушения или частичного разрушения имитаторов отсеков конструкции явлением аэроудара с величинами значений удельных энергий для всех попавших в имитаторы осколков. Обеспечивается повышение информативности способа за счет дополнительного определения при проведении испытаний частных характеристик явления аэроудара, возникающего в отсеках конструкции типовых целей при их взаимодействии с осколочным полем испытываемого боеприпаса. 4 ил.

Способ испытаний осесимметричного осколочного боеприпаса с осесимметричным полем разлета осколков на аэроудар, включающий подрыв боеприпаса, установленного в заданное положение в центре профилированной мишенной стенки, размеченной на зоны, соответствующие направлениям разлета осколков в принятой системе координат, регистрацию попаданий, улавливание и подсчет числа осколков, попадающих в каждую зону, измерение размеров и площади пробоин, регистрацию, запись и последующую обработку сигналов с электретных датчиков, размещенных по соответствующим зонам мишенной стенки и равным им по размерам, оценку количественных характеристик осколочного поля по массам, скоростям, форме и размерам осколков, отличающийся тем, что боеприпас устанавливают так, чтобы его продольная ось совпадала с продольной осью профилированной стенки, профилированную мишенную стенку выполняют полуцилиндрической, симметрично зонам полуцилиндрической продольной стенки устанавливают имитатор отсека конструкции первого типа, выполненный в виде топливного бака на 100% заполненного воздухом, имитатор отсека конструкции второго типа, выполненный в виде топливного бака на 100% заполненного инертным газом, имитатор отсека конструкции третьего типа, выполненный в виде топливного бака на 100% заполненного пенополиуретаном, на лицевую поверхность зон мишенной стенки, расположенных симметрично имитаторам наносят размеры входных стенок имитаторов отсеков и определяют их координаты в принятой системе координат, осуществляют качественную оценку явления аэроудара осколочного поля боеприпаса в имитаторах отсеков конструкции по принципу "разрушен", "частично разрушен", "не разрушен", определяют для каждого из имитаторов общее число попавших осколков N, массы, скорости, формы и размеры всех попавших во входные стенки имитаторов осколков, определяют для каждого из имитаторов величины энергии потока осколков, накрывающих стенку имитатора отсека, величины удельной энергии потока осколков, накрывающих стенки имитаторов отсека, определяют показатель аэроудара П_а для каждого из имитаторов, используемых при проведении испытаний, соотносят факт разрушения или не разрушения, или частичного разрушения имитаторов отсеков конструкции аэроударом с величинами значений удельных энергий для всех попавших в имитаторы осколков, при этом, показатель аэроудара в имитаторе отсека определяют по формуле

П_а=Э_уд/С₀,

где Э_уд=Э/S, - удельная энергия потока осколков, накрывающих стенку имитатора отсека;

С₀ - энергетический критерий разрушения, характеризующий степень стойкости конструкции;

S - площадь входной стенки имитатора отсека;

Э - энергия потока осколков, накрывающих стенку имитатора отсека;

где - величина среднего максимального давления аэроудара;

V - объем имитатора отсека.