Способ регистрации скоростей поражающих элементов для осесимметричных осколочных боеприпасов и стенд для его осуществления Российский патент 2023 года по МПК G01P3/38 F42B35/00 

Изобретение относится к области военной техники и может быть использовано при проектировании ракет с осесимметричными осколочными боеприпасами со скоростями метания поражающих элементов (ПЭ) от 10 до 500 м/с.

Одной из наиболее важных составляющих процесса проектирования осколочных боеприпасов является оценка эффективности их поражающего действия по заданному набору целей.

Исходными данными для оценки эффективности являются параметры осколочного поля поражения. Наиболее значимым параметром является распределение скоростей ПЭ в меридиональной плоскости (для осесимметричных боеприпасов считается, что распределение скоростей в экваториальной плоскости равномерное).

Для экспериментальной оценки скоростей ПЭ используются различные методики: по рентгенограммам разлета; по распределению времени и координат точек пробития мишенного щита, установленного на фиксированном расстоянии; по временам срабатывания пролетных датчиков; по непосредственной регистрации процесса движения ПЭ оптическими регистраторами (скоростными видеокамерами) и т.п.

Известен способ регистрации скоростей поражающих элементов осколочных боеприпасов с зарядом взрывчатого вещества и взрывательным устройством, обеспечивающий регистрацию момента прихода ПЭ к стальным листам, установленным вокруг боеприпаса в щитовой мишенной обстановке (ЩМО) известного радиуса. При пробитии щитов ПЭ возникает вспышка, в некоторой области щита с известными координатами в известный момент времени. Определив дальность и промежуток времени полета ПЭ определяют его скорость. (А.Е. Курепин, И.А. Кузнецов. «Основы проектирования боевых частей управляемых ракет» / Под ред. И.О. Артамонова. - г. Дзержинск «АО ГосНИИмаш», 2018 г.)

Известен способ регистрации скоростей поражающих элементов путем определения координат ПЭ, описанный в патенте RU №2482439 от 10.01.2012, F42B 35/00. Боеприпас устанавливают в центре ЩМО, которая выполнена в виде электронных блоков с датчиками, регистрирующими время пролета ПЭ.

Известно изобретение по патенту RU №2470310 от 16.08.2011, F42B 35/00 «Способ определения характеристик осколочного поля снаряда и устройство для его осуществления», относящееся к полигонным испытаниям боеприпасов для измерения характеристик осколочного поля снаряда. Способ заключается в осуществлении подрыва снаряда на траектории движения, формировании осколочного поля снаряда, определении количества осколков снаряда на основе анализа количества последовательных срабатываний чувствительных элементов линеек фотоприемников, и определении координат и скоростей движения осколков снаряда на основе информации о пространственных положениях сработавших чувствительных элементов линеек фотоприемников. Устройство содержит четыре разнесенных в пространстве датчика, выполненных в виде линеек излучающих диодов и линеек фотоприемников, а также устройства для метания снаряда и для срабатывания взрывателя снаряда, блоки измерений и вычислений.

Краткий анализ существующих методов регистрации характеристик низкоскоростных (до 300 м/с) осколочных полей поражения (ПП) показал, что все рассмотренные методы в разной степени создают сложности в проведении испытаний и обработке их результатов.

Также известен способ подрыва боеприпаса в движении со скоростью порядка 500 м/с на ракетном треке, с регистрацией пробоин в щитах, установленных на финише трека. После исключения переносной скорости (500 м/с) можно рассчитать скорость метания ПЭ. (Воротынцева И.В., Исаев Г.Ш., Курепин А.Е., Мансуров С.Н. «Совершенствование методов испытаний боевых частей с низкоскоростными осколочными полями поражения». Российская академия ракетных и артиллерийских наук. XXIX Всероссийская науч.-техн. конференция. Передача, прием, обработка и отображение информации о быстропротекающих процессах - Сочи, 2018. - стр. 219)

Основным недостатком указанного способа измерения скоростей ПЭ является сложность и дороговизна испытательного макета, содержащего каретку с ракетными разгонными двигателями и боеприпасом, а также тот факт, что зона ЩМО, регистрирующая малые скорости ПЭ, разрушается остатками разгонной каретки.

Известен способ бесконтактного определения скорости метаемого объекта (МО), описанный в патенте RU №2470311 от 23.11.2011, G01P 3/68, принятый за прототип, включающий установку вдоль траектории полета метаемого объекта по крайней мере одного фоторегистратора, размещение в вертикальной плоскости вдоль линии прицеливания в области фоторегистрации по крайней мере одного экрана с нанесенной на него масштабной ортогональной сеткой и осью координат, запуск МО, фотографирование двух последовательных положений движущегося МО, регистрацию моментов экспонирования светочувствительных элементов каждого фоторегистратора, определение по полученным изображениям скорости метаемого объекта как частного от деления расстояния между двумя последовательными положениями МО к разности времен, фиксации этих положений. В области фоторегистрации размещают реперные метки, экран устанавливают непосредственно в вертикальной плоскости стрельбы, ось координат каждого экрана совмещают с линией прицеливания. До запуска МО каждым фоторегистратором фотографируют соответствующие участки каждого экрана, затем экраны убирают и производят запуск метаемого объекта. Полученные изображения каждого положения МО накладывают на соответствующие изображения экранов, полученные до запуска МО, с совмещением реперных меток. При этом по крайней мере одно из изображений для каждого участка фоторегистрации делают полупрозрачным. Расстояние между двумя последовательными положениями метаемого объекта определяют по масштабной сетке на полученных совмещенных изображениях.

Целью предлагаемого изобретения является снижение затрат при подготовке и проведении испытаний, сокращение сроков получения результатов обработки экспериментальных данных и, соответственно, снижение сроков, материальных и финансовых затрат на разработку боеприпасов.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в предлагаемом способе регистрации скоростей ПЭ для осесимметричных осколочных боеприпасов, включающем подрыв боеприпаса, установленного в заданное положение около щита, выделяют сектор разлета ПЭ с экваториальным углом α (4…6°), обеспечивают регистрацию разлета ПЭ на фоновом щите скоростной видеокамерой с временем экспозиции, обеспечивающим видимость и распознаваемость поражающих элементов, на щите выполняют нижние и верхние маркеры, позволяющие определять масштаб картины разлета, причем нижние масштабные маркеры выполнены на линии пересечения срединной плоскости боеприпаса, перпендикулярной оси боеприпаса, и плоскости фонового щита, координаты ПЭ и скорости ПЭ определяют по формулам:

V_ri=V_oi sinϕ_i,

где:

L_o - проекция на горизонтальную плоскость расстояния от видеокамер до оси X, которая является биссектрисой для сектора перехвата ПЭ, проходит через центр боеприпаса и лежит в плоскости, перпендикулярной плоскости фонового щита и проходящей через нижние маркеры;

L - расстояние от видеокамер до щита;

Li - расстояние от БЧ до i-того ПЭ;

K - поправочный коэффициент;

Vcpi - средняя скорость i-того ПЭ;

Voi - начальная скорость i-того ПЭ;

а₀ - баллистический коэффициент;

Vri - радиальная составляющая начальной скорости i-того ПЭ;

ϕ_i - меридиональный угол вектора скорости i-того ПЭ;

Xi, Yi - координаты i-того ПЭ;

ti - время полета i-того ПЭ от боеприпаса до координат Xi, Yi.

При выборе экваториального угла α менее 4° количество регистрируемых ПЭ недостаточно и приводит к уменьшению точности построения аппроксимирующих зависимостей. При выборе экваториального угла α более 6° количество ПЭ избыточно, что затруднит регистрацию и последующую обработку их скоростей.

Для реализации способа предложен стенд регистрации скоростей ПЭ для осесимметричных осколочных боеприпасов, содержащий фоновый щит, контрастный к видимому цвету ПЭ, скоростные видеокамеры. Ось боеприпаса расположена параллельно оси фонового щита, между фоновым щитом и боеприпасом размещены ограничители, обеспечивающие разлет ПЭ в выделенном цилиндрическом секторе экваториального угла разлета и улавливание ПЭ вне этого сектора, фоновый щит перехватывает зону меридионального угла разлета ПЭ, на линии пересечения срединной плоскости боеприпаса, перпендикулярной оси боеприпаса, и плоскости фонового щита выполнены нижние масштабные маркеры.

В частном случае конструктивного исполнения стенда - при широком меридиональном угле разлета ПЭ, - дополнительно, вдоль линии, параллельной оси боеприпаса, могут быть установлены несколько видеокамер, зона съемки которых равномерно покрывает фоновый щит. В этом случае, на щите располагаются дополнительные верхние масштабные маркеры. В каждой зоне регистрации масштабные маркеры расположены так, чтобы прямые, соединяющие центры маркеров были параллельны между собой.

На фиг. 1 приведена схема стенда испытания (вид сбоку) осколочного боеприпаса с осесимметричным круговым полем разлета осколков, из которого ограничителями выделяют цилиндрический сектор, направленный в сторону фонового щита.

На фиг. 2 приведена схема стенда испытания осколочного боеприпаса (вид сверху).

Стенд испытаний осколочного боеприпаса поз. 1, содержит подставку поз. 2 для установки подрываемого боеприпаса, ограничители поз. 3, фоновый светлый щит поз. 4 с верхними маркерами поз. 5, с нижними маркерами поз. 6, скоростные видеокамеры поз. 7.

Заявляемый способ регистрации скоростей поражающих элементов для осесимметричных осколочных боеприпасов и стенд для его осуществления работают следующим образом.

Перед подрывом боеприпаса поз. 1 запускают видеокамеру поз. 7 и осуществляют подрыв с задержкой, составляющей 5-10% полного времени съемки видеокамеры процесса разлета ПЭ. Регистрируют пролет ПЭ на фоне щита поз. 4. Прямую (является биссектрисой экваториального угла), проходящую через центр боеприпаса и лежащую в плоскости, которая перпендикулярна оси боеприпаса и проходит через маркеры поз. 6, определяют как ось X, ось боеприпаса является осью У. Регистрируют моменты времени и координаты ПЭ, попавших в кадр. По формулам (1) определяют полные скорости ПЭ Voi, их радиальные составляющие Vri и меридиональные углы ϕi. Массив скоростей Vri сортируют по возрастанию и используют - для оценки параметров осколочного ПП и, в дальнейшем, - показателей эффективности.

Предлагаемый способ испытаний осколочного боеприпаса со скоростями метания ПЭ от 10 м/с до 500 м/с и стенд для его реализации позволяют получить исходную информацию (массив скоростей) об интегральных параметрах осколочного ПП.

По предварительным оценкам, использование предлагаемого способа и технического решения по его реализации, по сравнению с известными методами (например, путем проведения испытаний в составе трекового макета или в составе реального носителя), позволяет обеспечить существенную (в несколько раз) экономию ресурсов по трудоемкости, по расходованию материалов и по объемам финансирования, а также значительно сократить сроки подготовки, проведения и обработки результатов испытаний. Отличиями предлагаемого способа от известных являются выделение цилиндрического сектора (с экваториальным углом 4…6°) регистрации траекторий движения ПЭ в экваториальной плоскости, способ формирования выделенного сектора регистрации и способ оценки интегрального распределения скоростей совокупности ПЭ по получаемой выборке.

Отличия технической реализации способа регистрации параметров поля поражающих элементов от известных заключается в совокупности параметров пространственного расположения элементов стенда и боеприпаса.

Существенность отличий подтверждается тем, что предлагаемые способ и техническое решение его реализации, во всей совокупности отличительных признаков, - обеспечивают регистрацию кинематических параметров движения большой группы низкоскоростных ПЭ в условиях статических испытаний без привлечения дополнительных средств для придания боеприпасу продольной скорости.

Работоспособность предлагаемого способа, возможность реализации технического решения и достижение заявленного положительного эффекта подтверждена результатами испытаний, выполненными на предприятии в соответствии с предполагаемым изобретением.

На основе технического решения по предполагаемому изобретению разработана рабочая методика проведения испытаний, разработана конструкторская документация на оборудование стенда, проведены испытания натурных макетов одного из боеприпасов, разрабатываемых в рамках СЧ ОКР, выполняемой по ГОЗ.

Изобретение может быть использовано при испытании боеприпасов типа «завеса». Результаты испытаний внедрены в ОКР.

Изобретение относится к области измерительно техники и касается способа регистрации скоростей поражающих элементов для осесимметричных осколочных боеприпасов. Способ включает подрыв боеприпаса, установленного в заданное положение около щита, регистрацию траектории движения поражающих элементов. При этом выделяют сектор разлета поражающих элементов, обеспечивают регистрацию разлета поражающих элементов на фоновом щите скоростной видеокамерой с временем экспозиции, обеспечивающим видимость и распознаваемость поражающих элементов. На щите выполняют нижние и верхние маркеры, позволяющие определять масштаб картины разлета, причем нижние масштабные маркеры выполнены на линии пересечения срединной плоскости боеприпаса, перпендикулярной оси боеприпаса, и плоскости фонового щита. На основе полученных изображений определяют координаты и скорости поражающих элементов. Технический результат заключается в уменьшении времени, необходимого на проведение изменений и получение результатов обработки экспериментальных данных. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ регистрации скоростей поражающих элементов (ПЭ) для осесимметричных осколочных боеприпасов, включающий подрыв боеприпаса, установленного в заданное положение около щита, регистрацию траектории движения ПЭ (разлета), отличающийся тем, что выделяют сектор разлета поражающих элементов, обеспечивают регистрацию разлета поражающих элементов на фоновом щите скоростной видеокамерой с временем экспозиции, обеспечивающим видимость и распознаваемость поражающих элементов, на щите выполняют нижние и верхние маркеры, позволяющие определять масштаб картины разлета, причем нижние масштабные маркеры выполнены на линии пересечения срединной плоскости боеприпаса, перпендикулярной оси боеприпаса, и плоскости фонового щита, координаты ПЭ и скорости ПЭ определяют по формулам:

где:

L₀ - проекция на горизонтальную плоскость расстояния от видеокамер до оси X, которая является биссектрисой для сектора перехвата ПЭ, проходит через центр боеприпаса и лежит в плоскости, перпендикулярной плоскости фонового щита и проходящей через нижние маркеры;

L - расстояние от видеокамер до щита;

Li - расстояние от боеприпаса до i-того ПЭ;

K - поправочный коэффициент;

Vcpi - средняя скорость i-того ПЭ;

Voi - начальная скорость i-того ПЭ;

а₀ - баллистический коэффициент;

Vri - радиальная составляющая начальной скорости i-того ПЭ;

ϕ_i - меридиональный угол вектора скорости i-того ПЭ;

Xi, Yi - координаты i-того ПЭ.

t_i - время полета i-того ПЭ от боеприпаса до координат Xi, Yi.

2. Стенд регистрации скоростей поражающих элементов для осесимметричных осколочных боеприпасов, содержащий фоновый щит, контрастный к видимому цвету ПЭ, скоростные видеокамеры, отличающийся тем, что ось боеприпаса расположена параллельно плоскости фонового щита, между фоновым щитом и боеприпасом размещены ограничители, обеспечивающие разлет ПЭ в выделенном цилиндрическом секторе экваториального угла разлета и улавливание ПЭ вне этого сектора, фоновый щит перехватывает зону меридионального разлета ПЭ, на щите выполнены нижние и верхние масштабные маркеры, причем нижние масштабные маркеры выполнены на линии пересечения срединной плоскости боеприпаса, перпендикулярной оси боеприпаса, и плоскости фонового щита.

3. Стенд регистрации скоростей поражающих элементов по п. 2, отличающийся тем, что вдоль линии параллельной оси боеприпаса дополнительно установлено несколько скоростных видеокамер, зона съемки которых равномерно покрывает фоновый щит, в каждой зоне регистрации масштабные маркеры расположены так, чтобы прямые, соединяющие центры маркеров были параллельны между собой.