Способ определения модулей начальных скоростей поражающих элементов в низкоскоростных осколочных полях при испытаниях боеприпасов в щитовой мишенной обстановке Российский патент 2023 года по МПК G01P3/36 F42B35/00 

Настоящее изобретение относится к испытаниям в щитовой мишенной обстановке осколочных боеприпасов (преимущественно с осевыми низкоскоростными осколочными полями, например, шрапнельных снарядов), в которых скорости поражающих элементов не превышают 300 м/с.

Для экспериментального определения скоростей и угловых распределений поражающих элементов наиболее часто применяется метод испытаний боеприпасов в щитовой мишенной обстановке. Мишенная обстановка представляет собой обшитую листовым материалом вертикальную стенку, выполненную в форме полуцилиндра (Авиационные боеприпасы под ред. В.А. Кузнецова. ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 1968. 602 с.), либо вертикальную стенку из металлического щита в виде плоского прямоугольника (патент на изобретение RU 2 353 893 С2, опубликованный 27.04.2009 г.). На стенку наносят необходимую разметку. Испытываемый боеприпас устанавливают на известном расстоянии от мишенной стенки и подрывают. В результате опыта подсчетом определяют число поражающих элементов, попавших в зоны разметки. Пробитие стенки поражающими элементами регистрируют скоростными камерами, на кадрах которых при пробитии поражающими элементами щитовой стенки видны появляющиеся вспышки. По кадрам скоростных камер измеряют время между моментом появления вспышки при подрыве боеприпаса и моментом появления вспышки от удара поражающего элемента о щит - полетное время поражающего элемента. Среднюю скорость поражающего элемента определяют, как расстояние от боеприпаса до щита деленное на полетное время. Недостатками данного метода являются:

- высокая трудоемкость определения моментов времени вспышек при большом количестве поражающих элементов, что не исключает ошибки при определении моментов времени вспышек, т.е. потерю данных или приобретение ложных данных;

- низкая информативность метода, так как определяют лишь средние начальные скорости поражающих элементов от точки их вылета (центра боеприпаса) до центров секторов разметки щита, что также является лишь осредненной характеристикой осколочного поля боеприпаса;

- указанный в методе способ измерения полетных времен поражающих элементов может привести к вычислению неточных значений модулей их начальных скоростей для боеприпасов с низкоскоростными осевыми осколочными полями, например, для шрапнельных снарядов, т.к. от момента подачи сигнала на подрыв до набора поражающими элементами (шрапнели) начальных скоростей может пройти значительное время.

Наиболее близким к заявленному техническому решению (прототипом) является способ определения основных характеристик осколочного поля при полигонных испытаниях боевой части в щитовой мишенной обстановке (патент на изобретение №2749030 РФ, опубликованный 21.10.2021 г.), выполненной из листового материала в виде плоского вертикального щита, включающий подрыв боеприпаса на известном расстоянии от щита и скоростную видеорегистрацию пробития щита. В данном способе щит размечают на прямоугольные пронумерованные клетки. Процесс пробития щита поражающими элементами со стороны разметки регистрируют скоростной цифровой видеокамерой. После испытания каждую клетку щита с пробоинами фотографируют цифровым фотоаппаратом. Далее в компьютерной среде, на каждой фотографии измеряют координаты четырех углов клеток (опорных точек); используя математический аппарат аналитической фотограмметрии, вычисляют элементы ориентирования фотографий; измеряют координаты геометрических центров пробоин и по фотограмметрическим уравнениям вычисляют координаты этих точек в системе координат щита. На одном из цифровых кадров скоростной видеокамеры измеряют координаты любых четырех углов клеток (опорных точек) и, используя математический аппарат аналитической фотограмметрии, вычисляют элементы ориентирования кадров. Координаты геометрических центров пробоин из системы координат щита пересчитывают в систему координат кадров скоростной видеокамеры по фотограмметрическим уравнениям. Указав координаты пробоины в системе координат кадров, просматривают фрагменты кадров в окрестности этой пробоины и фиксируют время между началом отсчета времени и вспышкой при пробитии щита поражающим элементом, при этом пробоины и соответствующие им вспышки идентифицируют по взаимному расположению вспышек на фрагментах кадров и взаимному расположению пробоин на фрагменте диаграммы их рассеяния такого же размера, что и фрагменты кадров. По координатам центров пробоин, известным координатам испытываемого боеприпаса в системе щита и зафиксированным моментам времени вычисляют средние скорости и баллистические коэффициенты каждого поражающего элемента, а по этим значениям - модули начальных скоростей, а также экваториальные и меридиональные углы, определяющие направления разлета поражающих элементов. Недостатками данного способа являются:

- для низкоскоростных осколочных полей измерения полетных времен поражающих элементов от появления вспышки при подрыве боеприпаса, например, шрапнельного снаряда, до момента появления вспышки при пробитии щита могут привести к вычислению неточных значений начальных скоростей, т.к. от момента подачи сигнала на подрыв до набора поражающими элементами (шрапнелью) начальных скоростей может пройти значительное время;

- при низких скоростях поражающих элементов вспышек при их ударах о щит может не возникать.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является определение значений модулей начальных скоростей поражающих элементов в низкоскоростных осколочных полях при полигонных испытаниях осколочных боеприпасов (преимущественно боеприпасов с осевыми с низкоскоростными осколочными полями, например, шрапнельных снарядов) в щитовой мишенной обстановке.

Решение технической задачи или сущность изобретения заключается в том, что в способе определения модулей начальных скоростей поражающих элементов в низкоскоростных осколочных полях при испытаниях боеприпасов в щитовой мишенной обстановке, выполненной в виде плоского вертикального щита, размеченного на прямоугольные пронумерованные клетки, включающем фотографическую регистрацию клеток щита и скоростную видеорегистрацию пробития щита поражающими элементами, с последующим определением по фото- и видеоматериалам в компьютерной среде координат пробоин в системе координат щита, моментов времени пробития поражающими элементами щита и углов разлета поражающих элементов, при скоростях поражающих элементов менее 300 м/с их вылет из облака продуктов взрыва боеприпаса регистрируют дополнительной боковой скоростной видеокамерой, на одном из кадров которой измеряют координаты лидирующего поражающего элемента, вылетевшего и находящегося вблизи границы облака продуктов взрыва, по этим координатам и моменту времени кадра определяют координаты точек траекторий остальных поражающих элементов на момент времени этого кадра, вычисляют длины путей и полетные времена поражающих элементов от указанного кадра до пробития ими щита, а по этим данным вычисляют модули начальных скоростей поражающих элементов.

Частным случаем исполнения щита мишенной обстановки является его выполнение из листов тонкого пластичного материала, например, алюминия толщиной не более 0,5 мм, по результатам скоростной видеорегистрации которого определяют моменты времени появления не только пробоин, но и следов (вмятин или выпуклостей) взаимодействия поражающих элементов с материалом щита.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является получение адекватных значений модулей начальных скоростей поражающих элементов при полигонных испытаниях боеприпасов (преимущественно боеприпасов с осевыми с низкоскоростными осколочными полями, например, шрапнельных снарядов) в щитовой мишенной обстановке.

Как правило, шрапнельный снаряд состоит из конической головной части, прикрепленной к корпусу в виде стакана. Внутри корпуса находится разрывной заряд и блок шрапнели (поражающих элементов). При подрыве такого снаряда вспышка появляется при отделении головной части от корпуса. Следом за отделившейся головной частью блок шрапнели вылетает из корпуса и разделяется на поражающие элементы. (Вылет блока шрапнели из корпуса напоминает вылет снаряда из ствола пушки).

Принято считать, что метаемый продуктами взрыва объект имеет максимальную скорость, когда он потерял механическую связь с метательным устройством. Эта скорость и есть начальная скорость движения объекта.

Процесс набора поражающими элементами (шрапнелью) начальных скоростей происходит в облаке продуктов взрыва разрывного заряда и может занимать значительное время. При испытаниях в щитовой мишенной обстановке определить это время не представляется возможным. Поэтому в заявляемом способе устанавливают дополнительную скоростную видеокамеру для боковой регистрации вылета поражающих элементов из облака продуктов взрыва боеприпаса, полагая, что вылетевшие из облака поражающие элементы потеряли механическую связь с метательным устройством и имеют начальную скорость. Измерив на одном из кадров этой камеры координаты лидирующего поражающего элемента, а также измерив по способу-прототипу координаты следов взаимодействия поражающих элементов со щитом мишенной обстановки и их полетные времена от момента времени появления вспышки, определяют координаты точек траекторий поражающих элементов, находящихся за пределами облака продуктов взрыва, длины их путей и полетные времена, по которым вычисляют модули начальных скоростей.

Сущность изобретения поясняется схемами:

фиг. 1 - схема постановки испытаний боеприпаса с осевым низкоскоростным осколочным полем типа шрапнельного снаряда в щитовой мишенной обстановке;

фиг. 2 - схема кадра дополнительной боковой скоростной видеокамеры;

фиг. 3 - схема определения длин путей поражающих элементов;

и последовательностью действий для определения модулей начальных скоростей поражающих элементов в низкоскоростных (менее 300 м/с) осколочных полях при испытаниях боеприпасов (преимущественно боеприпасов с осевыми низкоскоростными осколочными полями, например, шрапнельных снарядов) в щитовой мишенной обстановке.

На фиг. 1 показана схема постановки испытаний боеприпаса с осевым низкоскоростным осколочным полем типа шрапнельного снаряда в щитовой мишенной обстановке. На испытательном полигоне устанавливают боеприпас (1), вертикальный плоский щит (9), скоростную видеокамеру (3) для регистрации взаимодействия поражающих элементов со щитом, дополнительную скоростную видеокамеру (2) с системой реперов (4, 5, 6 и 7) для боковой регистрации вылета поражающих элементов из облака продуктов взрыва (11) боеприпаса, а также фоновый щит (8). Щит (9) размечают со стороны камеры (3) на прямоугольные пронумерованные клетки. Границы потока поражающих элементов показаны пунктирными линиями (10). С центром боеприпаса связывают прямоугольную систему координат O₂X₂Y₂Z₂ (ось O₂Y₂ перпендикулярна плоскости фиг. 1 и на фиг. 1 не показана).

На фиг. 2 слева показана схема кадра дополнительной боковой скоростной видеокамеры, справа - увеличенный фрагмент кадра вблизи границы облака продуктов взрыва боеприпаса (11). На схеме кадра видны реперы (4, 5) в виде пластинок на стойках с нарисованными крестами и реперы (6, 7) в виде крестов, нарисованных на фоновом щите (8), а также - часть облака продуктов взрыва боеприпаса. Нумерация указанных позиций на фиг. 2 соответствует нумерации этих же позиций на фиг. 1. На фиг. 2 видны несколько поражающих элементов, вылетевших и находящихся вблизи границы облака продуктов взрыва, из которых кружком выделен лидирующий поражающий элемент (12). Используя математический аппарат аналитической фотограмметрии, по опорным точкам реперов вычисляют элементы ориентирования кадров боковой скоростной видеокамеры. На кадре измеряют координаты лидирующего поражающего элемента и по фотограмметрическим уравнениям вычисляют его координаты в системе O₂X₂Y₂Z₂, а также фиксируют момент времени кадра от появления вспышки при подрыве боеприпаса. Координата Xv лидирующего поражающего элемента в системе O₂X₂Y₂Z₂ - есть координата виртуальной плоскости, параллельной плоскости щита, при пересечении которой скорости поражающих элементов имеют начальные значения. По фотографическим и видеоматериалам регистрации щита определяют координаты пробоин и моменты времени появления следов взаимодействия поражающих элементов с материалом щита от момента времени появления вспышки при подрыве боеприпаса.

На фиг. 3 показана схема определения длин путей поражающих элементов. Ось боеприпаса (1) перпендикулярна щиту мишенной обстановки (2) и пересекает щит в точке р с координатами Хр, Yp в системе координат щита O₁X₁Y₁Z₁. Пробоина h в щите имеет координаты Xh, Yh в этой же системе. Траектория поражающего элемента - прямая bh, где b - центр боеприпаса, пересекает виртуальную плоскость в точке v с координатами Xv, Yv, Zv в системе координат O₂X₂Y₂Z₂. Длина пути поражающего элемента - длина отрезка vh:

где

Zb - длина отрезка bp. Полетное время поражающего элемента, т.е. время за которое он пролетает путь S, равно разности момента времени появления следа его взаимодействия с материалом щита и момента времени кадра боковой видеокамеры, на котором были измерены координаты лидирующего поражающего элемента. Указанные моменты времени измеряют от момента появления вспышки при подрыве боеприпаса. Для любого поражающего элемента отношение времени его полета до виртуальной плоскости ко времени его полета от этой плоскости до пробоины или следа взаимодействия со щитом - величина постоянная. Поэтому по этой величине, вычисленной для лидирующего поражающего элемента, рассчитывают полетные времена всех поражающих элементов. Длины путей поражающих элементов, деленные на полетные времена - средние скорости поражающих элементов, по которым, в соответствии с прототипом, вычисляют баллистические коэффициенты каждого поражающего элемента, а через них - начальные скорости.

Использование предлагаемого способа позволит получить адекватные значения модулей начальных скоростей поражающих элементов при полигонных испытаний боеприпасов (преимущественно боеприпасов с осевыми низкоскоростными осколочными полями, например, шрапнельных снарядов) в щитовой мишенной обстановке.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается способа определения модулей начальных скоростей поражающих элементов в низкоскоростных осколочных полях. Способ включает фотографическую регистрацию прямоугольных пронумерованных клеток плоского вертикального щита и видеорегистрацию пробития щита поражающими элементами с последующим определением координат пробоин в системе координат щита, моментов времени пробития щита и углов разлета поражающих элементов. Кроме того, с помощью боковой скоростной видеокамеры регистрируют вылет поражающих элементов из облака продуктов взрыва боеприпаса. На одном из кадров измеряют координаты лидирующего поражающего элемента, вылетевшего и находящегося вблизи границы облака продуктов взрыва. По этим координатам и моменту времени кадра определяют координаты точек траекторий остальных поражающих элементов на момент времени этого кадра, вычисляют длины путей и полетные времена поражающих элементов от указанного кадра до пробития ими щита, а по этим данным вычисляют модули начальных скоростей поражающих элементов. Технический результат заключается в повышении точности измерения модулей начальных скоростей поражающих элементов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ определения модулей начальных скоростей поражающих элементов в низкоскоростных осколочных полях при испытаниях боеприпасов в щитовой мишенной обстановке, выполненной в виде плоского вертикального щита, размеченного на прямоугольные пронумерованные клетки, включающий фотографическую регистрацию клеток щита и скоростную видеорегистрацию пробития щита поражающими элементами, с последующим определением по фото- и видеоматериалам в компьютерной среде координат пробоин в системе координат щита, моментов времени пробития поражающими элементами щита и углов разлета поражающих элементов, отличающийся тем, что при скоростях поражающих элементов менее 300 м/с их вылет из облака продуктов взрыва боеприпаса регистрируют дополнительной боковой скоростной видеокамерой, на одном из кадров которой измеряют координаты лидирующего поражающего элемента, вылетевшего и находящегося вблизи границы облака продуктов взрыва, по этим координатам и моменту времени кадра определяют координаты точек траекторий остальных поражающих элементов на момент времени этого кадра, вычисляют длины путей и полетные времена поражающих элементов от указанного кадра до пробития ими щита, а по этим данным вычисляют модули начальных скоростей поражающих элементов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что щит мишенной обстановки выполняют из листов тонкого пластичного материала, например алюминия.