Стенд для исследования высокоскоростных соударений

Стенд для исследования высокоскоростных соударений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к испытательной технике. Преимущественная область использования - исследования высокоскоростных ударных явлений.

Исследования высокоскоростных ударных явлений осуществляются, как правило, с применением ствольных метательных установок. Метаемое тело, помещенное в ведущий поддон, разгоняется в стволе метательной установки и после выхода из него отделяется от поддона и ударяется об исследуемую мишень. Разгон метаемого тела и его последующий полет до соударения с мишенью должны проходить в вакууме, так как при движении в воздухе метаемое тело интенсивно теряет скорость и нагревается до высокой температуры, вследствие чего происходит изменение его формы и массы.

Известны стенды для исследований процессов ударных явлений, описание которых приведено в книге Н.А.Златина и Г.И.Мишина «Баллистические установки и их применение в экспериментальных исследованиях», изд-во «Наука», М., 1974 г., стр.42 и 43, в состав которых входят легкогазовая пушка и вакуумная трасса. Последняя состоит из бака сброса, в котором локализуется после выстрела рабочий газ, как правило водород, истекающий из ствола легкогазовой пушки, трубы, где осуществляется измерение скорости метаемого тела (измерительной камеры) и камеры, в которую помещается исследуемая мишень. Бак сброса рабочего газа представляет собой стационарное дорогостоящее устройство, требующее к тому же при работе легкогазовой пушки на водороде производить после выстрела его продувку инертным газом в целях исключения образования в замкнутом объеме взрывоопасной концентрации смеси водорода с воздухом.

Известна аэробаллистическая трасса, описанная в сборнике статей под ред. Г.Г.Черного и С.Ю.Чернявского «Теоретические и экспериментальные исследования гиперзвуковых течений при обтекании тел и в следах», изд-во Московского университета, 1979 г., стр.13 и выбранная в качестве прототипа. Входная часть аэробаллистичсской трассы состоит из соединенных между собой двух отсеков, первый из которых предназначен для уменьшения проникания истекающего из ствола метательной установки рабочего газа в измерительную камеру аэробаллистической трассы, а второй - для отделения поддона от метаемого тела и его улавливания. Отсеки заполнены воздухом до давления 50-100 мм рт.ст. для того, чтобы организовать аэродинамический способ разделения поддона и метаемого тела, и отделены от измерительной камеры пленочной диафрагмой. К недостаткам аэробаллистической трассы следует отнести:

- полет метаемого тела в воздушной среде, хотя и разреженной, что несомненно скажется на уменьшении скорости его взаимодействия с мишенью;

- возможность повреждения метаемого тела при пробивании пленочной диафрагмы (о чем предупреждают авторы статьи).

Решаемой технической задачей является создание стенда для исследования высокоскоростных ударных явлений, при постановке экспериментов, на котором исключены внешние воздействия на метаемое тело до соударения его с исследуемой мишенью.

Ожидаемый технический результат заключается в повышении достоверности получаемой в эксперименте информации, а также снижении стоимости исследовательских работ путем использования в конструкции стенда недорогих узлов однократного применения.

Технический результат достигается за счет использования стенда для исследования высокоскоростных соударений, содержащего метательную установку и вакуумную трассу, состоящую из последовательно расположенных и соединенных переходными устройствами отсека сброса рабочего газа из метательной установки с установленным на выходе из него отсекателем поддона и вакуумной камеры, причем отсек сброса рабочего газа выполнен из легко разрушаемого безосколочного материала, на входе в него закреплено устройство отделения поддона от метаемого тела, а перед входом в вакуумную камеру размещен отражатель газовой струи.

Сопоставительный анализ предлагаемого стенда для исследования высокоскоростных соударений и прототипа показывает, что заявляемый стенд отличается от прототипа следующей совокупностью новых конструктивных признаков:

- отсек сброса рабочего газа выполнен из легко разрушаемого материала;

- отсек сброса рабочего газа выполнен из безосколочного материала;

- на входе в отсек сброса рабочего газа закреплено устройство отделения поддона от метаемого тела;

- перед входом в вакуумную камеру размещен отражатель газовой струи.

Выполнение отсека сброса рабочего газа из легко разрушаемого материала обеспечивает сброс рабочего газа в атмосферу.

Выполнение отсека сброса рабочего газа из безосколочного материала исключает повреждение оборудования стенда разлетающимися фрагментами отсека.

Закрепление устройства отделения поддона от метаемого тела на входе в отсек сброса рабочего газа обеспечивает увод элементов поддона с траектории полета метаемого тела.

Размещение перед входом в вакуумную камеру отражателя газовой струи снижает воздействие последней на вакуумную камеру.

На фиг.1 приведена схема стенда до момента выхода метаемого тела из ствола метательной установки, на фиг.2 - в момент соударения метаемого тела и мишени.

Стенд для исследования высокоскоростных соударений содержит метательную установку 1 и вакуумную трассу 2. Вакуумная трасса 2 состоит, в свою очередь, из последовательно расположенных и соединенных переходными устройствами 3 и 4 отсека 5 сброса рабочего газа из метательной установки 1 с установленным на выходе из него отсекателем 6 поддона и вакуумной камеры 7. Отсек 5 сброса рабочего газа выполнен из легко разрушаемого безосколочного материала (например, полиэтилена), на входе в него закреплено устройство 8 отделения поддона от метаемого тела, а перед входом в вакуумную камеру 7 размещен отражатель газовой струи 9.

Стенд для исследования высокоскоростных соударений работает следующим образом. Перед проведением выстрела (см. фиг.1) через штуцер 10, размещенный в переходном узле 4, производится вакуумирование всего внутреннего тракта стенда, благодаря чему на всей дистанции полета метаемого тела 11 на него не действует сила аэродинамического сопротивления, а следовательно, исключены потеря скорости и его нагрев. При выстреле (см. фиг.1 и 2) после прохождения ствола метаемым телом 11, размещенным в поддоне 12, осуществляется на входе в отсек 5 сброса рабочего газа разделение метаемого тела и поддона устройством 8. Метаемое тело 11, продолжая свой полет, через отверстие в отсекателе 6 входит в вакуумную камеру 7 и взаимодействует с мишенью 13, а фрагменты 14 поддона 12, имеющие радиальную составляющую скорости, задерживается этим отсекателем. Рабочий газ (в качестве его, как правило, используется водород), истекающий из ствола метательной установки в отсек 5, выполненный из легко разрушаемого безосколочного материала, например, в виде тонкостенной полиэтиленовой трубы 15, разрушает последнюю, попадает в атмосферу и догорает в ней. Отражатель газовой струи 9 снижает воздействие на вакуумную камеру 7 высокотемпературной струи истекающего из ствола метательной установки 1 рабочего газа. Фрагменты 16 отсека 5 сброса рабочего газа благодаря тому, что данный отсек выполнен из безосколочного материала, разлетаются в радиальном направлении, не причиняя вреда оборудованию стенда.

Предложенный стенд обладает существенными положительными качествами по отношению к прототипу, позволяющими повысить достоверность получаемой в эксперименте информации благодаря исключению внешних воздействий на метаемое тело до соударения его с исследуемой мишенью, а также снизить стоимость исследовательских работ путем использования в конструкции стенда недорогих узлов однократного применения, в данном случае отсека сброса рабочего газа.

Предлагаемое техническое решение прошло экспериментальную проверку, которая подтвердила его работоспособность.

Стенд для исследования высокоскоростных соударений, содержащий метательную установку и вакуумную трассу, состоящую из последовательно расположенных и соединенных переходными устройствами отсека сброса рабочего газа из метательной установки с установленным на выходе из него отсекателем поддона и вакуумной камеры с мишенью, отличающийся тем, что отсек сброса рабочего газа выполнен из легко разрушаемого безосколочного материала, на входе в него закреплено устройство отделения поддона от метаемого тела, а перед входом в вакуумную камеру размещен отражатель газовой струи.