Контактный датчик для регистрации момента подлета поражающего элемента при взрыве осколочного боеприпаса

Контактный датчик для регистрации момента подлета поражающего элемента при взрыве осколочного боеприпаса

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Изобретение относится к области взрывной баллистики. Техническим результатом является создание простого и надежного контактного датчика для определения начальной скорости разлета поражающих элементов (ПЭ).

Уровень техники

Изобретение относится к техническим устройствам, служащим для определения скорости на начальном этапе разлета готовых ПЭ и осколков естественного дробления, образующихся при взрывном разрушении корпусов осколочных боеприпасов (БП).

В [1] представлен способ испытания осколочного БП, который является модификацией известного (гостированного) способа проведения осколочных испытаний на полигонах. В основе обоих способов лежит следующее.

Измерение скорости здесь обычно совмещают с определением распределения осколков по меридиональному углу разлета. Используют полуцилиндрическую вертикальную стенку, обитую металлическим (дюралевым или стальным) листом. БП устанавливают в центре полуцилиндра в горизонтальном положении. С помощью скоростных кинокамер фиксируют время t между двумя моментами - освещением щита при подрыве снаряда и моментом удара осколков о щит, фиксируемом по вспышкам при ударе. Скорость осколков определяют как V₀=R/t, где R - радиус полуцилиндра (радиус оболочки снаряда считается пренебрежимо малым).

В качестве недостатка обоих способов можно отметить, что, поскольку расстояние R до вертикальной стенки выбирается достаточно большим (чтобы разлетающиеся продукты взрыва (ПВ) не долетали до нее и не экранировали съемку вспышек от осколков), то рассчитанная по формуле скорость V₀ является средней на базе измерения R, и считать ее начальной скоростью разлета осколков можно лишь приближенно. Действительно, в процессе расширения и дробления осколочной оболочки БП происходит набор скорости осколками от нуля до максимальной в течение определенного промежутка времени (пусть малого), и эта максимальная скорость не совпадает со скоростью V₀.

Таким образом, при использовании известного способа измерения скорости разлета теряется важная информация, связанная с динамикой разгона осколочной оболочки на ее начальном этапе движения.

В [2] приведено техническое решение, являющееся последующей модификацией предыдущего, состоящее в том, что вертикальную стенку выполняют в виде плоского прямоугольника с нанесенными на нем двумя параллельными линиями, расположенными вертикально или горизонтально и образующими границы измерительной базы, ось снаряда располагают параллельно упомянутым линиям, измерительную базу размещают в поле зрения высокочастотной фотокамеры и измеряют время перемещения осколочного фронта вдоль измерительной базы.

Данное техническое решение не устраняет вышеописанного недостатка и приводит лишь к некоторому уточнению величины средней скорости осколка.

В близком техническом решении [3], выбранном в качестве аналога, предлагается устройство для измерения запреградной скорости ПЭ (пуль, снарядов, осколков) при пробитии преград. Устройство, содержащее датчик, выполненный в виде сеточных электродов, снабжено датчиком запуска, формирователем импульса запуска, измерителем временных интервалов, схемой совпадения и формирователем импульса остановки. Пробивший преграду основной ПЭ, а также выделившиеся вторичные осколки, ПВ и ударная волна (УВ) приведут к электрическому замыканию датчика запуска.

Датчик остановки подвергнется сначала действию вторичных ПЭ. Для надежного срабатывания датчик остановки выполнен в виде двух или более пар параллельных сеточных электродов. Размер ячейки каждого электрода равен диаметру выходящего из преграды ПЭ, расстояние между электродами выбирается из условия надежного замыкания ПЭ двух рядом расположенных электродов. Ячейки сеточных электродов сдвинуты друг относительно друга так, что узлы ячеек одного электрода находятся напротив геометрического центра ячеек другого электрода. Такая конструкция датчика позволяет избежать преждевременного срабатывания датчика при воздействии осколков и недопустить его преждевременного разрушения от действий УВ и ПВ. Для недопущения замыкания датчика через ионизированные ПВ электроды могут быть выполнены из изолированных проводов. Материалом для изготовления датчика запуска может служить тонкая фольга, а сеточные электроды датчика запуска могут быть выполнены из тонкой изолированной металлической проволоки.

Достоинством устройства из [3] следует считать представление контактного датчика в виде двух или более пар параллельных сеточных электродов. Однако прямое использование предложенного устройства для измерения скорости осколков при взрыве осколочного БП проблематично в силу того, что в этом случае при взрыве сначала движется сильная УВ, затем высокоскоростные ПВ и лишь затем осколки корпуса, которые летят эшелонировано в ПВ. Поэтому на сетчатые электроды, которые должны располагаться вблизи БП, осуществляется последовательное силовое воздействие от УВ, ПВ и лишь потом осколков. Поскольку УВ и ПВ вблизи сработавшего осколочного БП имеют очень высокие параметры, то они могут привести к разрушению контактного датчика еще до момента подлета ПЭ (осколков).

Следовательно, необходима специальная конструкция контактного датчика, учитывающая особенности его взрывного нагружения.

В [4] предложено техническое устройство, наиболее близкое по конструкции к предлагаемому изобретению, поэтому оно было выбрано в качестве прототипа. Устройство содержит подложку из непроводящего материала, на поверхности которой размещена система из двух изолированных друг от друга проводников, подключенных к выходным клеммам источника постоянного напряжения и закрытых сверху защитным слоем.

Недостаток тот же - невозможность использования в условиях взрывного нагружения.

Раскрытие изобретения

Решаемой задачей настоящего изобретения является повышение защищенности конструкции контактного датчика применительно к условиям взрыва.

Указанная задача решается тем, что в известном техническом устройстве, содержащем подложку из непроводящего материала, на поверхности которой размещена система из двух изолированных друг от друга проводников, подключенных к выходным клеммам источника постоянного напряжения и закрытых сверху защитным слоем, в нем система изолированных проводников выполнена в виде плоской спирали из двух металлических полос, ширина которых составляет величину (3…6·V·10^-6, [м], где V, [м/с] - ожидаемая скорость подлета поражающего элемента к датчику, при этом ширина изоляционного слоя между проводниками составляет не более 0,3 от толщины корпуса осколочного боеприпаса.

Перечень чертежей

Фиг.1. Схема размещения датчиков около осколочного БП;

Фиг.2. Вид датчика и его сечение;

Фиг.3. Практическая реализация изобретения в условиях полигона;

Фиг.4. Типичная регистрация.

Осуществление изобретения

На чертежах цифрами и буквами обозначены:

1 - осколочный БП;

2 - контактный датчик;

3 - непроводящая подложка;

4 - оголенный проводник;

5 - изоляционный слой;

6 - упор для размещения контактного датчика;

7 - защитный слой;

x_i- удаления датчиков до поверхности БП.

На фиг.1 представлена схема размещения датчиков на различных удалениях x_i от поверхности БП, при этом датчики 2 размещаются на возрастающем удалении от поверхности БП 1 со смещением по углу для предотвращения экранировки друг друга.

На фиг.2 приведен вид датчика и его центральное сечение. Система из двух проводников 4, изготовленных из тонкой металлической полосы, вместе с изоляционным слоем 5 между ними размещается на поверхности непроводящей подложки 3 в виде плоской спирали, при этом концы проводников подключаются к разным полюсам источника постоянного напряжения. Со стороны датчика, обращенной к БП, проводники покрываются защитным слоем 7 для предотвращения срабатывания датчика от ионизированных ПВ и УВ, причем защитный слой 7 выполняется из малоплотного изоляционного материала (скотч, картон).

Ширина полосы выбирается из условия обеспечения надежности регистрации. Дело в том, что при регистрации параметров взрыва электрическими методами осциллографы всегда регистрируют электромагнитные помехи. Как показали результаты проведенных экспериментов, длительность помехи, как правило, не превышает 1,5…3 мкс с момента начала срабатывания датчика. Полезный сигнал достаточно уверенно различается на фоне помех в том случае, если его длительность примерно вдвое превышает длительность помехи, т.е. будет равна t=3…6 мкс. Предполагая, что скорость ПЭ V за это время меняется незначительно, следует простое соотношение для ширины полосы - а=V·t=(3…6)·V·10^-6 [м]. Ожидаемая скорость ПЭ при взрыве осколочного БП может быть оценена по известным зависимостям [5].

Срабатывание датчика происходит при замыкании электрической цепи проводник - ПЭ - проводник непосредственно через ПЭ, поэтому шаг намотки спирали h должен быть не больше ширины ПЭ. При взрывном расширении осколочной оболочки БП происходит ее утонение и при толщине 0,6δ происходит разрушение на осколки. Для надежной регистрации полагалось, что 2h≤0,6δ, откуда следует h≤0,3δ.

На фиг.3 представлен вариант практической реализации изобретения в полигонных условиях - расположение датчиков вблизи осколочно-фугасной боевой части.

На фиг.4 приведена типичная осциллограмма записи срабатывания сборки из четырех датчиков.

Предлагаемое техническое устройство работает следующим образом. Запуск всех датчиков происходит в один и тот же момент времени, соответствующий подаче инициирующего импульса на капсюль-детонатор (указан горизонтальной стрелкой для каждого датчика на фиг.4. Затем происходит распространение детонационной волны по заряду ВВ, чему соответствуют горизонтальные «полочки» на фиг.4. Момент замыкания первого датчика расширяющейся оболочкой, расположенного в данном случае непосредственно на поверхности БП, отмечен вертикальной стрелкой. Дальнейшая запись соответствует электромагнитной помехе на остальных датчиках, пока осколки еще не долетели до них, и их последовательное срабатывание (моменты обрыва записи). Видно, что при выполнении проводников в виде полос, возникающие электромагнитные помехи не препятствуют регистрации момента срабатывания датчиков.

Таким образом, по регистрациям можно точно отследить моменты времени t_i срабатывания датчиков, по которым вычисляется время движения осколка между датчиками Δt_i=t_i-t_i-1 и, с учетом расстояния между ними Δx_i=x_i-x_i-1, имеем V_i=Δх_i/Δt_i - средняя скорость полета осколка на участке Δх_i.

Источники информации

1. Патент RU 2131583 от 05.04.1996.

2. Патент RU 2353893 от 09.03.2007.

3. Патент RU 2094740 от 21.05.1996.

4. Динамика удара: Пер. с англ. / Зукас Дж.А., Николас Т., Свифт Х.Ф. и др. - М.: Мир. 1985. с.131, рис.3.14.

5. Физика взрыва / Под ред. Л.П.Орленко. - М.: ФИЗМАТЛИТ. 2004.

Контактный датчик для регистрации момента подлета поражающего элемента при взрыве осколочного боеприпаса, содержащий подложку из непроводящего материала, на поверхности которой размещена система из двух изолированных друг от друга проводников, подключенных к выходным клеммам источника постоянного напряжения и закрытых сверху защитным слоем, отличающийся тем, что в нем система изолированных проводников выполнена в виде плоской спирали из двух металлических полос, ширина которых составляет величину (3…6)·V·10^-6, [м], где V, [м/с] - ожидаемая скорость подлета поражающего элемента к датчику, при этом ширина изоляционного слоя между проводниками составляет не более 0,3 от толщины корпуса осколочного боеприпаса.