Способ определения траекторных параметров движения метаемого элемента в воде Российский патент 2024 года по МПК G01P3/68 F42B35/00 

Изобретение относится к области определения внешне баллистических параметров метаемых элементов, движущихся в воде, и может быть использовано при испытаниях для экспериментального определения параметров движения метаемых элементов.

Известна световая мишень [1] с определением скорости измерением временного интервала между последовательным пересечением метательным элементом двух параллельных световых экранов, образованных с помощью протяженных линейных источников излучения, расположенных по одну сторону траектории и оптически связанных с ними оптико-электронных преобразователей, расположенных по другую сторону траектории. Недостатком является то, что устройство не позволяет определить положение метательного элемента

Известно устройство для определения внешнебаллистических параметров метаемого элемента с помощью фотолинеек и световых экранов [2] взятое за прототип. Устройство содержит линейные излучатели, формирующие световые экраны и связанные с ними оптико-электронные преобразователи, образующие измерительные сечения, расположенные по траектории полета метаемого элемента перпендикулярно его траектории, в начале и конце мерной базы, блок питания, коаксиальные линии связи, согласующие и пороговые устройства, усилители - формирователи сигналов, ЭВМ и устройство отображения информации. Недостатком является то, что не обеспечивает одновременного определения скорости и положения метаемого элемента по траектории полета.

Основная проблема заключается в невозможности в одном эксперименте использовать мощные импульсные источники света для освещения области видеосъемки и оптоэлектронные преобразователи для выработки синхроимпульсов, поскольку оптоэлектронные преобразователи входят в насыщение

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка способа для определения скорости метаемого элемента в воде, его положение и визуализацию картины обтекания на предполагаемой траектории движения элемента.

Техническим результатом изобретения является определения скорости метаемого тела в воде, а также качество картины обтекания элемента и его положения на предполагаемой траектории движения

Технический результат достигается тем, что разработан способ определения траекторных параметров движения метаемого элемента в воде, включающий измерение скорости элемента с помощью не менее двух световых экранов, ориентированных перпендикулярно предполагаемой траектории метаемого элемента и его визуализацию на траектории. Для формирования световых экранов, в виде световых плоскостей, используют лазерные источники с длиной волны излучения 380-670 нм и мощностью 50-100 мВт, работающие в импульсном режиме с частотой 800-1000 кГц. Для визуализации картины обтекания и положения метаемого элемента в воде используют высокоскоростную видеорегистрацию и импульсные источники подсветки мощностью до 1800 Вт, включаемые синхронно с пролетом метаемого элемента через область видеосъемки, причем регистрирующую аппаратуру и систему визуализации для каждой измерительной базы запускают с помощью синхроноимпульсов, формируемых оптоэлектронными преобразователями при пересечении метаемым элементом световых плоскостей. Световые плоскости и источники подсветки размещают в местах расположения не менее двух пар герметичных иллюминаторов, установленных напротив друг друга в точках измерения параметров на траектории метаемого элемента. Среднюю скорость метаемого элемента определяют по формуле: U= S:(t₂ - t₁), где S - измерительная база, равная расстоянию между соседними световыми плоскостями; t₁ и t₂ - моменты времени соответствующие пересечению световых плоскостей метаемым элементом.

Сущность изобретения поясняется Фиг. 1 - Схема гидробаллистического стенда, где обозначены: 1 - метательное устройство; 2 - вакуумный участок трассы; 3 - вода; 4 - метаемый элемент; 5 - гидробаллистическая трасса; 6 - лазерные источники; 7 - источники подсветки; 8 - каверна; 9 - иллюминаторы; 10 - световые плоскости; 11 - оптоэлектронные преобразователи; 12 - видеокамеры.

Фиг. 2 - фотография суперкавитирующего метаемого элемента и картина обтекания, где обозначены: 3 - вода; 4 - метаемый элемент; 8 - каверна.

Положительный эффект изобретения обеспечивается следующими факторами.

Использование лазерных источников излучения с длиной волны 380-670 нм и мощностью 50-100 мВт, работающих в импульсном режиме с частотой 800-1000 кГц позволяет создать линейный излучатель, который формирует световую плоскость (10) и проецирует световой поток на оптоэлектронный преобразователь при прохождении метаемого элемента через световую плоскость (10) (Фиг.1).

Все числовые параметры выбраны по результатам отладочных экспериментов на гидробаллистическом стенде (Фиг.1).

Использование импульсных источников подсветки мощностью до 1800 Вт, включаемых синхронно с пролетом метаемого элемента через область видеосъемки, а также высокоскоростная видеорегистрация позволяют получить высококачественные и информативные видеокадры картины обтекания и положение метаемого элемента на предполагаемой траектории движения, в частности, для метаемого элемента (4) (Фиг. 2).

Размещение световых плоскостей и источников подсветки в местах расположения не менее двух пар герметичных иллюминаторов, установленных напротив друг друга в точках измерения параметров на траектории метаемого элемента позволяет исключить протекание жидкости гидробаллистического стенда и проводить подсветку и видеосъемку через прозрачные стекла иллюминаторов.

Определение скорости по формуле U= S/(t₂ - t₁₎ позволяет расчитать среднюю скорость на измерительной базе S (расстояние между двумя световыми плоскостями) по измеренным значениям t₁ и t₂

Формирование синхроноимпульсов и запуск с их помощью источников подсветки и системы видеорегистрации позволяет осуществить синхронизацию момента видеосъемки с моментом прохождения метаемого элемента через световую плоскость. Это повышает качество видеокадров элемента и картины его обтекания.

Пример реализации

На Фиг. 1 приведена схема гидробаллистического стенда для реализации заявляемого способа, включающего метательное устройство (1), вакуумный участок трассы (2), метаемый элемент (4), гидробаллистическую трассу (5), заполненную водой (3). Метаемый элемент (4) движется по гидробаллистической трассе (5). По длине стенда установлены герметичные иллюминаторы (9), две световые плоскости (10), формируемые с помощью лазерных источников (6), источники подсветки (7), а также каверна (8), оптоэлектронные преобразователи (11) и видеокамеры (12). Расстояние между световыми плоскостями является измерительной базой.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.

При пролете метаемым элементом световой плоскости (10) с помощью оптоэлектронного преобразователя (11) формируются синхроноимпульсы, которые с определенной задержкой времени запускают источники подсветки (7) и видеокамеру (12). Момент прохождения элементом световой плоскости фиксируется на регистрирующей аппаратуре. Таким образом, после прохождения метаемым элементом (4) каждого из последующих световых экранов получают мгновенные видеокадры положения элемента и картину обтекания, включая форму каверны (8) в режиме суперкавитации (Фиг. 2.) Кроме того, измеряют моменты времени, соответствующие прохождению метаемого элемента через каждую световую плоскость, с помощью которых рассчитывают значение скорости на каждом измерительном участке по формуле U= S:(t2 - t1), где S - измерительная база, равная расстоянию между соседними световыми плоскостями; t₁ и t₂ - моменты времени, соответствующие пересечению световых плоскостей метаемым элементом.

С помощью заявляемого способа были определены траекторные параметры движения суперкавитирующего метаемого элемента из металла массой 200 г на измерительной базе S = 0,83 м. Были измерены моменты времени пролета метаемым элементом световых плоскостей t₁ = 4,27 мс. и t₂ = 5,93 мс_., т.е. Δt = t₂ - t₁ = 1,66 мс.

По формуле U= S/Δt была рассчитана средняя скорость на данной измерительной базе.

На Фиг. 2 приведен видеокадр картины обтекания и положения элемента. В кадре отчетливо видна каверна вокруг обтекаемого элемента.

Из приведенного примера реализации следует, что заявляемый способ обеспечивает определение скорости движения метательного элемента по предполагаемой траектории, его положение и высококачественную картину обтекания в условиях внешних импульсных световых помех.

Список использованных источников

1 Патент RU № 2213320 С1 МПК G01P 3/68 F42B 35/00 Световая мишень F41J 5/02 / Н.Ю. Афанасьева, Ю.В. Веркиенко, В.С. Казаков, В.В. Коробейников - Опубл. 27.09.2003.

2. Патент RU № 2278388С1, МПК G01P 3/68 F42B 35/00 Устройство для определения внешнебаллистических параметров метательного элемента с помощью фотолинеек и световых экранов / Н.Ю. Афанасьева, В.А. Афанасьев, Ю.В. Веркиенко, В.С. Казаков, В.В. Коробейников - Опубл. 20.06.2005.

2. Ищенко А.Н., Буркин В.В.., Дьячковский А.С., Чупашев А.В. / Подводный старт суперкавитирующего ударника из лабораторной баллистической установки / Вестник томского государственного университета. 2023 №82 С. 97-107

3. Ищенко А.Н., Афанасьева С.А., Буркин В.В., Дьячковский А.С., Чупашев А.В. / Исследование взаимного влияния группы ударников при высокоскоростном одновременном входе в воду/ Письма в ЖТФ. 2019 Т. 45 В. 20 С. 47-50.

Изобретение относится к области определения внешне баллистических параметров метаемых элементов, движущихся в воде, и может быть использовано при испытаниях для экспериментального определения параметров движения метаемых элементов. Способ включает измерение скорости метаемого элемента в воде с помощью не менее двух световых плоскостей, ориентированных перпендикулярно предполагаемой траектории метаемого элемента и его визуализацию на траектории. Для формирования световых плоскостей, используют лазерные источники с длиной волны излучения 380-670 нм и мощностью 50-100 мВт, работающие в импульсном режиме с частотой 800-1000 кГц, Для визуализации картины обтекания и положения метаемого элемента в воде используют высокоскоростную видеорегистрацию и импульсные источники подсветки мощностью до 1800 Вт, включаемые синхронно с пролетом метаемого элемента через область видеосъемки. Источники подсветки и систему видеорегистрации для каждой измерительной базы запускают с помощью синхроноимпульсов, формируемых оптоэлектронными преобразователями при пересечении метаемым элементом светового плоскости. Среднюю скорость метаемого элемента определяют по формуле U= S/(t₂ - t₁), где S - измерительная база, равная расстоянию между соседними световыми экранами; t₁ и t₂ - моменты времени, соответствующие пересечению световых плоскостей метаемым элементом. Технический результат изобретения - определение скорости метаемого тела в воде, а также обеспечение качества картины обтекания элемента и его положения на предполагаемой траектории движения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения траекторных параметров движения метаемого элемента в воде, включающий измерение скорости элемента с помощью не менее двух световых экранов, ориентированных перпендикулярно предполагаемой траектории метаемого элемента и его визуализацию на траектории, отличающийся тем, что для формирования световых экранов, в виде световых плоскостей, используют лазерные источники с длиной волны излучения 380–670 нм и мощностью 50–100 мВт, работающие в импульсном режиме с частотой 800–1000 кГц, а для визуализации картины обтекания и положения метаемого элемента в воде используют высокоскоростную видеорегистрацию и импульсные источники подсветки мощностью до 1800 Вт, включаемые синхронно с пролетом метаемого элемента через область видеосъемки, причем источники подсветки и систему видеорегистрации для каждой измерительной базы запускают с помощью синхроноимпульсов, формируемых оптоэлектронными преобразователями при пересечении метаемым элементом светового плоскости.

2. Способ по п.1 отличающийся тем, что световые плоскости и источники подсветки размещают в местах расположения не менее двух пар герметичных иллюминаторов, установленных напротив друг друга в точках измерения параметров на траектории метаемого элемента.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что среднюю скорость метаемого элемента определяют по формуле U= S/(t₂ – t₁)

где S – измерительная база, равная расстоянию между соседними световыми экранами;

(t₁ и t₂) –моменты времени, соответствующие пересечению световых плоскостей метаемым элементом.