Стенд для испытаний объектов на удар
Владельцы патента RU 2481563:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ - ВНИИЭФ" (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом" (RU)
Изобретение относится к испытательной технике, а именно к стендам для испытаний на комплексное воздействие механического удара и различных физических факторов, в частности к стендам для испытаний изделий на воздействие ударных нагрузок. Устройство содержит ствол, навеску пороха, мишень, снаряд выполнен составным в виде полого стакана, внутренняя цилиндрическая полость стакана выполнена ступенчатой, при этом полость меньшего диаметра обращена к днищу стакана, а в полости большего диаметра последовательно размещены шайба с отверстием, стержень из мягкого пластичного материала и рабочий стрежень из твердого материала. Стержень из более твердого материала выступает за кромку стакана и имеет ударную площадку. Диаметр отверстия шайбы меньше диаметров сопряженных с ней полостей. В стенке корпуса из полости меньшего диаметра имеется пропускное отверстие для выхода воздуха. Требуемая длительность и амплитуда воздействия снаряда при взаимодействии с мишенью регулируется за счет изменения диаметра отверстия шайбы, материала и длины обоих стержней снаряда. Технический результат заключается в возможности одновременно варьировать длительность и амплитуду импульса воздействия на мишень, так и варьировать один из параметров импульса при сохранении другого. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Предлагаемое изобретение может быть использовано в военной, народно-хозяйственной и научно-исследовательской деятельности, где предполагается интенсивное динамическое воздействие на объект (мишень) и возникает необходимость регулирования определенных параметров ударного импульса.
Актуальность решаемой проблемы основана на следующем.
При взаимодействии поражающих элементов (снарядов, ударников, пуль, осколков и др.) с мишенью (преградой) основными параметрами, определяющими характер разрушения, являются скорость соударения, жесткость материалов, длина и масса (снаряда), толщина (для мишени). Как правило, для каждой из комбинаций параметров снаряда и мишени соответствует свой определенный ударный импульс, характеризующиеся амплитудой и длительностью воздействия. Предлагаемое техническое решение дает возможность варьировать параметрами импульса как одновременно обоими, так и одним из них без изменения другого, за счет изменения параметров снаряда (длины, массы, материалов элементов, входящих в конструкцию снаряда) и скорости взаимодействия снаряда и мишени. Соотношение параметров снаряда и взаимодействия с мишенью определяются расчетно-экспериментальным путем в зависимости от требуемых параметров импульса воздействия.
Известны различные конструкции стендов для испытаний материалов на удар.
Известен стенд для испытаний материалов на многократный удар (см. св. РФ №21957, G01M 7/08, опубл. 27.02.2002), содержащий основание с наковальней для установки мишени и ударник (снаряд), соединенный посредством гибкого элемента с механизмом подъема и сброса ударника, состоящим из лебедки с электроприводом, спускового устройства и элемента для управления спусковым устройством, ударник выполнен в виде стакана с утолщенным дном, имеющим со стороны наковальни сферическую форму, в полости которого жестко закреплен осевой стержень с фиксатором для установки сменных грузов.
Недостатками данной конструкции является ограниченный диапазон величин энергии удара, зависящий от высоты подъема груза и массы составного сбрасываемого груза. Невозможность варьирования длительностью импульса воздействия.
Наиболее близким прототипом к заявленному объекту является стенд порохового типа для создания интенсивных ударных нагрузок (см. «Методы исследования свойств материалов при интенсивных динамических нагрузках» стр.36-39, г.Саров, ФГУП РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2003), содержащий ствол, навеску пороха, снаряд, мишень. Разгон снаряда в данном стенде осуществляется расширяющимися горячими газами, образующимися при сгорании порохового заряда. Величина импульса воздействия снаряда на мишень регулируется за счет изменения скорости подлета снаряда к мишени.
Недостатком данной конструкции является невозможность одновременного варьирования длительности и амплитуды импульса воздействия или варьирования одним из параметров импульса при сохранении другого.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в разработке стенда для испытаний объектов на удар, имеющего возможность одновременного варьирования длительностью и амплитудой импульса воздействия на мишень или варьирования одним из параметров импульса при сохранении другого.
Новый технический результат, получаемый при применении предлагаемого изобретения, заключается в том, что при взаимодействии снаряда с мишенью необходимые параметры импульса достигаются не только за счет массы и скорости подлета снаряда, но и за счет изменения жесткости снаряда, регулируемого диаметром отверстия регулировочной шайбы, материалом и длиной обоих стержней.
Технический результат достигается тем, что в стенде для испытаний объектов на удар, содержащем ствол, навеску пороха, мишень, снаряд выполнен в виде стакана с утолщенным дном, полость стакана выполнена ступенчатой и разделена шайбой, при этом полость большего диаметра образована у кромки стакана и в ней установлено два осевых стержня, один из которых выполнен из пластичного деформируемого материала (например, свинца), а другой из материала, имеющего высокую жесткость. Часть стержня из более твердого материала выступает за кромку стакана и имеет ударную площадку, а стержень из более мягкого материала размещен между ним и шайбой. Требуемая длительность воздействия и амплитуда давления при взаимодействии снаряда с мишенью регулируется за счет изменения диаметра отверстия шайбы, материала и длины обоих стержней, скорости подлета снаряда, его длины и массы. Диаметр отверстия шайбы меньше диаметров сопряженных с ней полостей. В стенке корпуса из полости меньшего диаметра имеется перепускное отверстие для воздуха.
Предлагаемый объект поясняется следующим образом.
Снаряд выполнен составным в виде полого стакана, внутренняя цилиндрическая полость стакана выполнена ступенчатой и разделена шайбой, при этом полость большего диаметра образована у кромки стакана и в ней установлено два осевых стержня, один из которых является рабочим телом, выполненным из пластичного деформируемого материала, а другой является бойком, выполненным из материала, имеющего высокую жесткость. Площадь контакта снаряда с мишенью регулируется изменением диаметра ударной площадки бойка. В ходе взаимодействия снаряда с объектом испытаний боек из твердого материала перемещается в полости большего диаметра в направлении расположения шайбы, тем самым вынуждая рабочее тело из более мягкого пластичного материала деформироваться, вследствие чего происходит перетекание рабочего тела из полости большего диаметра через отверстие в шайбе в полость с меньшим диаметром. В стенке корпуса из полости меньшего диаметра имеется пропускное отверстие для выхода воздуха, обеспечивающее возможность заполнения полости мягким материалом рабочего тела. Длительность воздействия снаряда на мишень регулируется за счет изменения диаметра отверстия шайбы, материала и длины обоих стержней. Величина амплитуды давления регулируется посредством изменения скорости подлета снаряда к мишени, его длины и массы, а также площадью контакта, регулируемой за счет изменения диаметра ударной площадки бойка. Значительное количество регулируемых параметров дает возможность получения большого диапазона воздействий снаряда на мишень. При этом существует возможность как одновременно варьировать длительностью и амплитудой импульса воздействия на мишень, так и варьировать одним из параметров импульса при сохранении другого.
На фиг.1 представлен стенд для испытаний объектов на удар, на фиг.2 представлена конструкция снаряда.
Стенд для испытаний объектов на удар состоит из ствола 1, навески пороха 2, снаряда 3, мишени 4. Разгон снаряда в данном стенде осуществляется расширяющимися горячими газами, образующимися при сгорании порохового заряда. Величина импульса воздействия снаряда на мишень регулируется за счет изменения скорости подлета снаряда к мишени и изменения параметров самого снаряда. Используемый снаряд в предлагаемом объекте состоит из бойка 5 (стержень из твердого материала), рабочего тела 6 (стержень из мягкого пластичного материала), шайбы 7, корпуса снаряда 8. Корпус снаряда имеет сквозное отверстие (⌀2 мм), предназначенное для выхода воздуха из полости корпуса ударника при деформировании рабочего тела 6.
Устройство работает следующим образом.
Нагружение мишени осуществляется вследствие взаимодействия снаряда с мишенью. Разгон снаряда в данном стенде осуществляется расширяющимися горячими газами, образующимися при сгорании порохового заряда. Скорость подлета снаряда к мишени регулируется за счет изменения следующих параметров: массы навески порохового заряда, массы снаряда, расстояния между снарядом (установленным в стволе) и мишенью.
Возможность практического использования подтверждается следующими примерами.
В лабораторных условиях была опробована работоспособность стенда для испытаний объектов на удар, включающий в себя: ствол, навеску пороха, мишень, снаряд, в результате чего были получены необходимые параметры воздействия на исследуемый образец: при скорости снаряда 84 м/с на исследуемый образец воздействовал импульс, максимальная амплитуда давления которого равна 170 МПа при длительности воздействия 1000 мкс.
В опытах с использованием стенда для испытаний объектов на удар, включающего в себя: ствол, навеску пороха, мишень и обычный (несоставной) снаряд, представляющий стержень из стали 3 ⌀30 мм, длиной от 180 до 360 мм, массой от 1 до 2 кг при скоростях от 70 до 115 м/с было достигнуто давление от 150 до 200 МПа, при этом длительность воздействия во всех опытах не превышала 250 мкс (что не соответствовало требованиям технического задания).
Таким образом, как это подтвердили результаты экспериментальных исследований, использование стенда для испытаний объектов на удар дает возможность получения большого диапазона воздействий на исследуемый образец. При этом сохраняется возможность одновременно варьировать длительностью и амплитудой импульса воздействия на мишень, а также варьировать одним из параметров импульса при сохранении другого.
1. Стенд для испытаний объектов на удар, содержащий ствол, навеску пороха, снаряд, мишень, отличающийся тем, что снаряд выполнен составным в виде полого стакана, внутренняя цилиндрическая полость стакана выполнена ступенчатой, при этом полость меньшего диаметра обращена к днищу стакана, а в полости большего диаметра последовательно размещены шайба с отверстием, стержень из мягкого пластичного материала и рабочий стрежень из твердого материала.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диаметр отверстия шайбы меньше диаметров сопряженных с ней полостей.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рабочий стержень из более твердого материала выступает за кромку стакана и имеет ударную площадку.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в стенке корпуса из полости меньшего диаметра имеется пропускное отверстие для выхода воздуха.
