Способ определения параметров объемно-распределенных элементов осколочного фронта
Владельцы патента RU 2627346:
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Центральный научно-исследовательский испытательный институт инженерных войск" Министерства обороны Российской Федерации (RU)
Изобретение относится к области испытательных и экспериментальных исследований по определению параметров элементов осколочного фронта различных боеприпасов. В способе применяют в качестве регистратора фактов пробития жесткую каркасную систему, состоящую из 6 квадратных рамок, выполненных из деревянного бруса квадратного сечения со стороной длиной 20 мм с прикрепленными к ним преградами из пенопласта или пенополиуретана со стороной длиной 1080 мм и толщиной 15 мм, разнесенных на равном расстоянии. На преграды нанесены размерные линейки. Для регистрации временных моментов фактов пробития используется цифровая высокоскоростная камера с разрешением не менее 640×480 пикселей при скорости в 19000 кадр/с, установленная за защитное сооружение на штатив с высотой h, равной 500 мм. За наиболее удаленной от эпицентра взрыва рамкой с преградой устанавливается осколкоулавливатель, состоящий из деревянной плиты толщиной 300 мм с квадратным сечением со стороной длиной 1080 мм, и баллистический тканевый пакет квадратной формы со стороной 1080 мм, состоящий из 100 слоев арамидной ткани ТСВМ ДЖ арт. 56319. Изобретение позволяет снизить число подрывов однотипного испытуемого боеприпаса, увеличить число получаемых величин исходных данных, необходимых для расчёта параметров объемно-распределённых элементов осколочного фронта. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области средств и методов опытных, испытательных и экспериментальных исследований по определению параметров элементов осколочного фронта различных боеприпасов.
Известны изобретения, в которых описаны устройства и способы регистрации взаимодействия поражающего элемента с преградой (см., например, № RU 2465538, № RU 2465539). Но данные устройства предназначены исключительно для регистрации момента подлета осколка при взрыве осколочного снаряда. Их применение не позволяет определить скорость осколков и распределение плотности потока в объеме. Также известен способ № RU 2007103370, № RU 2362968, позволяющий измерять характеристики осколочной массы снаряда. Но данный способ также не позволяет определять скорость осколков и распределение плотности потока в объеме. Известна группа изобретений № RU 2498318, № RU 2518678, № RU 2519611, которые позволяют определять дифференциальный закон распределения осколков по направлениям разлета осколочного поля боеприпаса на основании фиксации координат сработавших чувствительных элементов линейки фотоприемников, но данные способы технически сложно осуществимы и неприменимы в полигонных условиях, требуют наличия бронекамеры и сложных радиолокационных устройств. Наиболее близким к данному изобретению аналогом является изобретение № RU 2353893, где представлен способ измерения скорости разлета осколков снаряда с помощью высокочастотной фотокамеры путем фотофиксации моментов прохождения заданного пути на визуально определенной области. Экспериментальным путем данный способ апробирован, в результате чего определено, что осколки (шарики, цилиндры, пластины, неправильная форма) с эквивалентным диаметром менее 7 мм на указанном в способе расстоянии невозможно зафиксировать. Способ позволяет зафиксировать момент прохождения указанных границ на металлическом щите осколочного фронта в целом, при этом погрешность составляет порядка 30%. Также большим недостатком данного способа является малая заметность проходящих параллельно щиту осколков ввиду низкой разности цветового контраста. Основными причинами, препятствующими получению технического результата, который обеспечивается изобретением, являются отсутствие возможности фиксировать параметры, позволяющие вычислить скорость отдельно взятого осколка, функцию времени, которая определяет динамику изменения скорости осколка и осколочного фронта в целом, а также плотность распределения осколков в пространстве и угол разлета осколков в зависимости от пройденного пути. Проведение экспериментальных исследований с применением данного способа слишком затратное, поскольку требует неоднократного подрыва однотипного боеприпаса.
Способ определения параметров объемно-распределенных элементов осколочного фронта состоит в том, что путем регистрации после подрыва испытуемого боеприпаса, удаленного на заданном расстоянии, событий взаимодействия поражающих элементов (осколков) с 6 разнесенными площадными преградами, изготовленными из пенопласта или пенополиуретана, в распределенном объеме, ограниченном контуром каркаса разнесенных преград, при помощи цифровой высокоскоростной видеокамеры и весов, определяются исходные данные для расчета следующих параметров: скорость осколка n на заданном расстоянии от эпицентра взрыва, скорость осколочного фронта на заданном расстоянии от эпицентра взрыва, функция расстояния от эпицентра взрыва, определяющая скорость осколков, плотность потока осколков на заданном расстоянии от эпицентра взрыва, кинетическая энергия осколка на заданном расстоянии от эпицентра взрыва инженерного боеприпаса, средняя кинетическая энергия осколочного фронта, подводимая к площади, равной 1 м2, на заданном расстоянии от эпицентра взрыва испытуемого боеприпаса, угол разлета осколков. Сущность изобретения состоит в применении в качестве регистратора фактов пробития жесткой каркасной системы, разнесенных на равном расстоянии преград из пенопласта или пенополиуретана, с нанесенными размерными линейками, а для регистрации временных моментов фактов пробития цифровой высокоскоростной видеокамеры, установленной за защитным противофугасным и противоосколочным сооружением полуоткрытого типа. Жесткая каркасная система разнесенных преград состоит из 6 квадратных рамок со стороной длиной L, равной 1080 мм, выполненных из деревянного бруса квадратного сечения со стороной с, равной 20 мм. Брусы скреплены между собой шурупами или саморезами. По углам каждой рамки со стороны преграды перпендикулярно к ее поверхности прикреплены распорные элементы длиной b, равной 165 мм. Для осуществления крепления распорных элементов к последующим рамкам они смещены по вертикали относительного каждого последующего распорного элемента на расстояние f, равное 40 мм. К наружной стороне рамки прикреплена при помощи не менее 4 шурупов или саморезов преграда из пенопласта или пенополиуретана толщиной d, равной 15 мм, в виде квадрата со стороной L, равной 1080 мм. На преграду нанесены шариковой ручкой линии с размерной шкалой с ценой деления в 10 мм. Линии нанесены горизонтально и вертикально на расстоянии x, равном 100 мм. За наиболее удаленной от эпицентра взрыва рамкой с преградой устанавливается осколкоулавливатель, состоящий из деревянной плиты толщиной а, равной 300 мм, с квадратным сечением со стороной L, равной 1080 мм, и баллистический тканевый пакет квадратной формы со стороной L, равной 1080 мм, состоящий из N слоев арамидной ткани ТСВМ ДЖ арт. 56319, равных 100. Защитное сооружение полуоткрытого типа выполнено из кирпичной кладки в 3 кирпича и состоит из двух стен в форме угла с высотой Н, равной 1300 мм, длиной стены L1,равной 1500 мм, и с толщиной стены L2, равной 390 мм, накрыто стальным листом с толщиной не менее 5 мм. Высокоскоростная камера имеет разрешение не менее 640×480 пикселей при скорости в 19000 кадр/с. Высокоскоростная камера устанавливается за защитное сооружение на штатив с высотой h, равной 500 мм.
Технический результат изобретения направлен на снижение числа подрывов однотипного испытуемого боеприпаса, с одновременным увеличением числа получаемых величин исходных данных, необходимых для расчета параметров объемно-распределенных элементов осколочного фронта.
На фиг. 1 изображена аксонометрическая проекция оборудования и приспособлений для осуществления способа определения параметров объемно-распределенных элементов осколочного фронта испытуемых боеприпасов, где пенопластовые или пенополиуретановые преграды 1 прикреплены к квадратным рамкам из квадратного бруса 2, а по углам каждой рамки со стороны преграды перпендикулярно к ее поверхности прикреплены распорные элементы 5. Жесткая каркасная система разнесенных преград устанавливается за деревянной плитой 4, на которую закреплен баллистический пакет из арамидной ткани 3. За защитным сооружением полуоткрытого типа 6, накрытым стальным листом 7, устанавливается высокоскоростная камера 8. Испытуемый боеприпас 9 устанавливается на заданном расстоянии от жесткой каркасной системы разнесенных преград и осколкоулавливателя. На фиг. 2 изображены две проекции жесткой каркасной системы разнесенных преград и осколкоулавливателя. На проекции A представлен вид спереди, на проекции B вид справа.
Осуществление способа определения параметров объемно-распределенных элементов осколочного фронта испытуемого боеприпаса может быть произведено в следующем примере. Группа испытателей устраивает защитное сооружение полуоткрытого типа, представленного на фиг. 1. Во внутренней части защитного сооружения устанавливают высокоскоростную видеокамеру на штативе, так чтобы проекция вида справа видеокамеры была полностью за стенами защитного сооружения, но объектив видеокамеры не должен быть закрыт перпендикулярной стеной. Высокоскоростная видеокамера устанавливается таким образом, чтобы край перпендикулярной стены защитного сооружения был в плоскости с объективом высокоскоростной видеокамеры. На расстоянии S1, равном 1500 мм, от края стены защитного сооружения устанавливается заранее собранная жесткая каркасная система разнесенных на равном расстоянии преград из пенопласта или пенополиуретана, с нанесенными размерными линейками. За жесткой каркасной системой разнесенных преград вплотную к последней рамке с преградой устанавливается осколкоулавливатель, состоящий из деревянной плиты с закрепленным на ней баллистическим пакетом из арамидной ткани. На заданном расстоянии S2 устанавливается испытуемый боеприпас. Испытуемый боеприпас устанавливается в штатное положение по оси, проходящей перпендикулярно плоскости преграды. Далее испытателем производится дистанционный подрыв боеприпаса и дистанционное включение высокоскоростной видеокамеры. После подрыва осуществляется подсчет числа пробитий преграды W, и фиксация при помощи цветного маркера мест пробития на разнесенных преградах и присваивание им номеров сверху вниз, слева направо. Далее производится извлечение осколков из баллистического пакета осколкоулавливателя, присваивание им соответствующих номеров и измерение при помощи весов массы mn каждого осколка n, а также числа k пробитых осколком слоев арамидной ткани баллистического пакета. При помощи нанесенных на преграды линий с размерной шкалой определяется смещение каждого осколка n на расстояние Zn относительно пробития первой преграды. Все полученные значения исходных данных рукописным способом заносятся в регистрационную ведомость. Полученный в результате видеофиксации высокоскоростной видеокамерой процесса пробития разнесенных преград поражающими элементами видеофайл извлекается при помощи штатного программного обеспечения, которое приложено к высокоскоростной видеокамере. При помощи штатного программного обеспечения для просмотра видеофайлов, которое приложено к высокоскоростной видеокамере, осуществляется замедленный просмотр полученного видеофайла и регистрируются временные моменты t1n между пробитием осколком n первой и второй разнесенных преград, t2n между пробитием осколком n второй и третьей разнесенных преград, t3n между пробитием осколком n третьей и четвертой разнесенных преград, t4n между пробитием осколком n четвертой и пятой разнесенных преград, t5n между пробитием осколком n пятой и шестой разнесенных преград. Полученные в результате видеофиксации значения исходных данных рукописным способом заносятся в регистрационную ведомость. Далее расчетом определяется скорость осколка n на заданном расстоянии от эпицентра взрыва по формуле:
,
i - номер временного момента t для осколка n.
Далее расчетом определяется скорость осколочного фронта на заданном расстоянии от эпицентра взрыва по формуле:
.
Далее, применяя метод наименьших квадратов, расчетом определяется функция расстояния S2 от эпицентра взрыва, определяющая скорость осколков V(S2). Функция V(S2) основана на расчетных значениях скорости осколка n на расстоянии, ограниченном двумя соседними преградами, которая определяется по формуле:
Далее расчетом определяется плотность потока осколков G на заданном расстоянии S2 от эпицентра взрыва по формуле:
,
W - число пробитий преграды.
Далее расчетом определяется кинетическая энергия осколка n на заданном расстоянии S2 от инженерного боеприпаса по формуле:
,
mn - масса осколка n.
Далее расчетом определяется средняя кинетическая энергия осколочного фронта, подводимая к площади, равной 1 м2, на заданном расстоянии S2 от инженерного боеприпаса по формуле:
.
Далее расчетом определяется угол разлета осколков α по формуле:
,
Zn - расстояние смещения каждого осколка n относительно пробития первой преграды.
1. Способ определения параметров объемно-распределенных элементов осколочного фронта, состоящий в том, что путем регистрации после подрыва испытуемого боеприпаса, удаленного на заданном расстоянии, событий взаимодействия элементов осколочного фронта с разнесенными площадными преградами, в распределенном объеме, ограниченном контуром каркаса преград, при помощи цифровой высокоскоростной видеокамеры и весов, определяются исходные данные для расчета скорости осколка на заданном расстоянии от эпицентра взрыва, скорости осколочного фронта на заданном расстоянии от эпицентра взрыва, функции расстояния от эпицентра взрыва, определяющей скорость осколков, плотности потока осколков на заданном расстоянии от эпицентра взрыва, кинетической энергии осколка на заданном расстоянии от эпицентра взрыва, средней кинетической энергии осколочного фронта, подводимой к площади, равной 1 м2, на заданном расстоянии от эпицентра взрыва и угла разлета осколков, отличающийся тем, что в качестве регистратора фактов пробития используется жесткая каркасная система разнесенных на равном расстоянии преград из пенопласта или пенополиуретана, с нанесенными размерными линейками и установленный за ней осколкоулавливатель, а для регистрации временных моментов фактов пробития - цифровая высокоскоростная видеокамера, установленная за защитным противофугасным и противоосколочным сооружением полуоткрытого типа.
2. Способ определения по п. 1, отличающийся тем, что жесткая каркасная система разнесенных преград состоит из 6 квадратных рамок со стороной длиной L, равной 1080 мм, выполненных из деревянного бруса квадратного сечения со стороной с, равной 20 мм.
3. Способ определения по п. 1, отличающийся тем, что осколкоулавливатель состоит из деревянной плиты толщиной а, равной 300 мм, с квадратным сечением со стороной L, равной 1080 мм, и баллистического тканевого пакета квадратной формы со стороной L, равной 1080 мм, состоящего из N слоев арамидной ткани ТСВМ ДЖ арт. 56319, равных 100.
4. Способ определения по п. 1, отличающийся тем, что высокоскоростная камера имеет разрешение не менее 640×480 пикселей при скорости в 19000 кадр/с и устанавливается за защитное сооружение на штатив с высотой h, равной 500 мм.
5. Способ определения по п. 2, отличающийся тем, что по углам каждой рамки со стороны преграды перпендикулярно к ее поверхности прикреплены распорные элементы длиной b, равной 165 мм.
6. Способ определения по п. 2, отличающийся тем, что к наружной стороне рамки прикреплена при помощи не менее 4 шурупов или саморезов преграда из пенопласта или пенополиуретана толщиной d, равной 15 мм, в виде квадрата со стороной L, равной 1080 мм.
