Методы проведения пулеосколочных испытаний для оценки взрывобезопасности объектов, содержащих энергетические материалы тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

На правах рукописи

Сперанский Алексей Владимирович

Методы проведения пулеосколочных испытаний для оценки взрывобезопасности объектов, содержащих энергетические материалы

Специальность 01.02.06 - Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

4 ДЬК 2014

005556373

Саров - 2014

005556378

Работа выполнена в Саровском физико-техническом институте - филиале Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ».

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, Герасимов Сергей Иванович

Брагов Анатолий Михайлович,

доктор технических наук, профессор,

НИИ механики ФГАОУ ВО «Нижегородский

государственный университет им. Н. И.

Лобачевского»,

зав. лабораторией

Мишакип Василий Васильевич,

доктор технических наук, доцент,

ФГБУН Институт проблем машиностроения

РАН,

зав. лабораторией

Ведущая организация:

ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский государственный университет»

Защита состоится 25 декабря 2014 года в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д212.165.08 при ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет имени P.E. Алексеева» по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24, ауд. 1258.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет имени P.E. Алексеева».

Ваш отзыв на автореферат, заверенный печатью организации, просим направлять по адресу: 603950, Нижний Новгород, ул. Минина, 24, НГТУ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.165.08.

Автореферат разослан 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Грамузов Евгений Михайлович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации обусловлена тем, что обеспечение взрывобезопасности боевых частей (БЧ) ракетно-артиллерийского вооружения (РАВ) при различных несанкционированных воздействиях в современных условиях приобретает все большее значение. Одним из наиболее опасных воздействий на БЧ является попадание в нее пуль и осколков. Работы по предотвращению (снижению вероятности) взрыва при таком воздействии в настоящее время ведутся по двум направлениям: использование малочувствительных взрывчатых веществ и создание эффективных средств защиты БЧ от воздействия пуль и осколков.. Разрабатываемые в процессе этих работ технические решения требуют экспериментальной проверки в условиях, максимально приближенных к реальным. Кроме того, пулеосколочные испытания проводятся с целью сбора экспериментальных данных для тестирования расчетных методик, выявления физических закономерностей инициирования и развития реакций взрывчатого превращения в широких диапазонах варьирования параметров удара, характеристик взрывчатых материалов и конструктивных особенностей испытываемых объектов.

Цель работы состоит в разработке комплексного метода испытаний боевых частей ракетно-артиллерийского вооружения и средств защиты на стойкость к воздействию пуль и осколков.

Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи:

1. Обеспечение требуемых скоростей соударения пуль и осколков с изучаемыми узлами и изделиями.

2. Внедрение пороховых и легкогазовых пушек в практику исследования свойств ударно-сжатых веществ

3. Обеспечение регистрации состояния и параметров траектории полета поражающего элемента перед соударением с объектом испытания (ОИ)

4. Обеспечение регистрации состояния ОИ в процессе и после его нагружения поражающим элементом, в том числе, регистрацию параметров, необходимых для определения качественных и количественных характеристик процесса взрывчатого превращения энергетических материалов, содержащихся вОИ.

Научная новизна

1. Предложен подход к формированию расчетной области для решения задач распространения дульного выхлопа и дульной ударной волны и их взаимодействия с метаемым объектом и внешнетраекторным оборудованием. Дана количественная оценка параметров дульной ударной волны при ее распространении в направлении выстрела, перпендикулярном и противоположной направлениях. Представлены данные фоторегистрации фаз развития дульного выхлопа и образования конуса головного скачка уплотнения

в отраженном свете и теневой фоторегистрации в проходящем свете на фоне полупрозрачного диффузно-рассеивающего экрана.

2. Экспериментально отработаны режимы нагружения мишеней. Проведена методическая отработка на пороховой и легкогазовой пушках, в которых подтверждены условия, обеспечивающие требуемые скорости соударения ударника и мишени.

3. Экспериментально определено, что условием перехода от промежуточной к внешней баллистике для выстреливаемого из пороховой пушки калибра 14,5 мм модели со скоростью вдвое превышающей скорость звука (режим нагружения для серии типовых программ) служит условие образования при его полете головной УВ, что достигается при опережении носка модели фронта УВ пороховых газов, как минимум на величину, равную его длине, что соответствует расстоянию от носка модели до ствола пушки (с точностью до кратного значения) равного 45 калибрам пушки

4. При отстрелах с уменьшаемыми пороховым зарядом (ПЗ) пули Б-32, получена экспериментальная зависимость для падения скорости пули на участке свободного полета в диапазоне т=3,14-1,26 г (100-40% от тшт, Удс~820-(390-370) м/с), позволяющая обеспечивать моделирование дистанций обстрела до 700 м. Рубеж ш=1,26 г, при котором пуля может не выйти из канала ствола, является критическим и преодолевается заменой штатного пороха ВТ на ДРП-1 с уменьшением AV,,C вдвое и расширением моделирования дистанций обстрела до -900 м.

Получено, что случайный разброс величин AVdc поддается описанию соотношением:

AV,K. =29,689 .е-0'7769", и достигает максимума ~11% на нижней границе диапазона со.

Проверено соответствие угловых движений пули в моделируемых и натурных условиях в аэробаллистическом тире (участок регистрации -120 м) путем регистрации зависимостей a(Väl) при отстрелах пуль штатным ПЗ с удаленной от участка позиции (-90 м) и уменьшенными ПЗ с ближних (7-10 м) в диапазоне скоростей от 820 м/с (а=1-2°) до 450 м/с (а«8°).

Экспериментально показано, что при понижении температуры окружающего воздуха с +20° до -20° и постоянных параметрах заряжания ш=2,65 г (85%) дульная скорость Vac падает на 6,3% с 715 до 670 м/с.

5. Разработаны рентгеновский стереопост, эксплуатируемый на многоцелевом испытательном комплексе РФЯЦ-ВНИИЭФ в течение пяти лет, и методика, определения с его помощью пространственного положения пуль и других удлиненных поражающих элементов при проведении пулеосколочных испытаний изделий и средств их защиты.

Получены оценки величин погрешностей элементов точечной внешнетраекторной регистрации пули 7,62мм Б-32, соответствующих требуемой погрешности определения угла атаки оа < 0,5° при соударении пули с объектом испытаний - ag ctv = 0,2°; сгХ[ш !стуцм >CTzUM = 0.5 мм. 4

Теоретическая значимость

1. Показано, что сам факт инициирования взрывчатого превращения не означает неизбежного катастрофического разрушения или полномасштабного взрыва В В, поскольку развитие взрывчатого превращения может происходить прогрессивно, квазистационарно или затухать.

2. Показано, что предсказание реакции содержащих ВВ систем на ударное воздействие должно основываться на экспериментальном выявлении физических закономерностей инициирования и развития взрывчатого превращения в широком диапазоне параметров удара и характеристик системы при одновременном совершенствовании численных методов.

Практическая значимость

1. На основе проведенных исследований с применением, разработанных схем регистрации, произведена адаптация пороховой калибра 85 мм и легкогазовой калибра 23 мм пушек к задаче исследования свойств ударно сжатых веществ.

2. Определение границы промежуточной и внешней баллистики, соответствующей минимальному расстоянию от среза метательной установки, начиная с которого метаемый объект движется в невозмущенном воздухе и на пути ее движения, что позволило сформулировать требования к безопасному размещению оптических и контактных электрических хронографических регистрирующих систем.

3. На основе проведенных исследований разработан стенд пулеосколочных испытаний, отвечающий следующим требованиям:

- возможность проведения испытаний объектов как содержащих взрывчатые материалы (ВМ), так и инертных, на воздействие широкого спектра поражающих элементов (ПЭ) (пуль стрелкового оружия различного калибра, имитаторов осколков различной формы и реальных осколков),

- возможность проведение испытаний в широком диапазоне скоростей соударения ПЭ с объектом испытаний, имитирующем реальные дистанции обстрела.

На стенде осуществлено более тысячи экспериментов по программам испытаний на пожаро, взрывобезопасность изделий и узлов, содержащих ВМ.

4. Разработаны схемы оптической и рентгенографической регистрации в испытаниях на пожаро-взрыво безопасность спецматериалов при пуле-осколочных испытаниях путем их нагружения с помощью стрелкового оружия и ствольных баллистических установок Алгоритм выбора и расчета схем входит в учебное пособие СарФТИ для изучения студентами 5 курса предмета «Наземные и летные испытания».

5. Предложены, экспериментально проверены и внедрены в практику газодинамического эксперимента схемы оптической регистрации с мощными короткими источниками света, с отсечкой излучения за счет перемешивания

Методы исследования

При проведении исследований использовались методы механики сплошных сред, теории колебаний и волн, регистрации быстропротекающих процессов, при проведении написании программ использовался метод наименьших квадратов.

Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается их воспроизводимостью и многократным использованием в экспериментах по отработке РАВ на ракетном треке ВНИИЭФ.

На защиту выносятся:

1. Соответствие условий испытаний изделий на пулевое воздействие при стрельбе с малых дистанций патронами с уменьшенным пороховым зарядом условиям реального обстрела изделий из снайперской винтовки.

2. Условие перехода от промежуточной к внешней баллистике для выстреливаемого из пороховой пушки калибра 14,5 мм модели со скоростью вдвое превышающей скорость звука

3. Метод испытаний боевых частей ракетно-артиллерийского вооружения и средств их защиты на стойкость к воздействию пуль и осколков

4. Результаты расчетно-экспериментального исследования параметров дульного выхлопа и дульной ударной волны при выстреле из легкогазовой пушки (ЛГП) МТ-18М калибра 100 мм.

5. Методика силуэтной кинорегистрации для определения характера энерговыделения при пудеосколочных испытаниях.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались: на конференциях РАН, РАРАН «Современные методы проектирования и отработки ракетно-артиллерийского вооружения», «Харитоновские научные чтения».

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ, из которых 3 - статьи из перечня журналов, рекомендуемых ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, трех глав, заключения. Общий объем составляет 100 страниц, включая 46 рисунков, 9 таблиц, 4 страницы библиографии, содержащей 35 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель и задачи диссертационной работы, отмечены научная новизна, теоретическая и практическая значимость полученных результатов. В первой главе рассмотрены результаты расчетно-экспериментальных исследований, связанных с обеспечением требуемых режимов нагружения при пулеосколочных испытаниях и изучении свойств ударно-сжатых материалов,

В аэробаллистических опытах на испытательномкомплексе ВНИИЭФ проводятся эксперименты с использованием крупнокалиберной легкогазовой пушки (ЛГП) МТ-18М. Максимальная скорость, при которой проводятся испытания, составляет ~10М. До такой скорости могут быть разогнаны объекты

массой до 2,4 кг. После выхода метаемого объекта (МО) из ствола ЛГП дульный выхлоп и связанная с ним воздушная (дульная) ударная волна воздействуют на расположенное вблизи от нее оборудование, здания и сооружения. Для оценки их стойкости к такому воздействию необходимо рассчитать параметры дульного выхлопа для выстрела максимального могущества из ЛГП МТ-18М. На рисунке 1 представлены расчетные зависимости скорости МО в стволе ЛГП от времени и координаты. За нулевой момент времени принят момент начала горения порохового заряда, за нулевую

Рисунок 1 - Зависимость скорости МО от времени и координаты при разгоне в стволе

ЛГП

На рисунке 2 представлены зависимости от времени параметров водорода в сечении дульного среза при его истечении в атмосферу после выхода МО из ствола для представленного выше режима выстрела из ЛГП МТ-18М, рассчитанные с использованием программного комплекса 1Х!Р. За нулевой момент времени принят момент прохождения задним торцем МО дульного среза.

Время, мс Время, мс

Рисунок 2 - Зависимости параметров водорода на дульном срезе ЛГП от времени Конус головного скачка, формирующегося при движении МО со сверхзвуковой скоростью, влияет на параметры участка (сегмента) дульной ударной волны, находящегося внутри конуса, однако, лишь на расстоянии нескольких десятков калибров. В связи с этим при оценке воздействия дульной

ударной волны на сооружения, находящиеся на значительном удалении от баллистической установки, допускается рассматривать холостой выстрел. Отсутствие МО в расчетной схеме позволяет уменьшить дискретизацию расчетной области (укрупнить расчетную сетку), что позволяет при сохранении предельного количества расчетных ячеек значительно расширить границы расчетной области. Влияние земли на распространение дульной ударной волны не учитывалось.

Зависимости максимального давления в дульной ударной волне и скорости ее распространения в направлении осей ОХ, ОУ, ОХ ¡(направление противоположное ОХ) от пройденного расстояния рассчитаны численно и представлены на рисунках 4, 5. Вследствие удара переднего фронта потока рабочего газа о неподвижную атмосферу образуется скачок уплотнения, являющийся источником дульной ударной волны. Начальное давление в дульной ударной волне у дульного среза в направлении осей ОХ, ОУ, ОХ1 составляет, соответственно, 120, 4 и 2 ат, начальные скорости ее распространения -5000, 1000 и 450 м/с.

Дульный выхлоп, перемешиваясь с воздухом, резко теряет скорость и отстает от сформированной им воздушной ударной волны. Давление в волне быстро падает, скорость ее распространения во всех направлениях уменьшается, ударная волна становится слабой (звуковой), скорость ее распространения приближается к скорости звука.

...... «опп ■1...... .....

к -О— (IX —&-1>:Ч>\ '2 —О—Ос* ОХ •.«■■Ос» ОХ .....

{ ......Т..... 1 1 1 1 I ------- ........

1 , .... ......

\ V, о

¡2! Ш ......рхЧо^Д^

и». -И — --- >-------

Рисунок 4 - Зависимости максимального давления в дульной ударной волне в направлениях осей ОХ, ОУ, ОХ1 от расстояния

Рисунок 5 — Зависимости скорости распространения дульной ударной волны в направлениях осей ОХ, ОУ, ОХ1 от расстояния

Вследствие большого градиента изменения скорости волны в направлении оси ОХ и небольшого в направлении осей ОУ и ОХ1 дульная волна представляет собой эллипс, центр которого смещается в направлении выстрела. На рисунке 6 в виде зависимостей пройденного волной расстояния в направлении осей ОХ, ОУ, ОХ1 от времени показано перемещение границ этого эллипса.

Рисунок 6 - Зависимости пройденного волной расстояния от времени в направлениях осей ОХ, ОУ, ОХ1

Волна, в каком бы направлении она не перемещалась, имеет фазы сжатия и разрежения. Зависимости давления от времени в ряде маркеров расчетной области, расположенных на осях ОХ, ОУ, 0X1, представлены на рисунке 7. Максимальный перепад давления имеет место в направлении выстрела (по оси ОХ). Фазы развития дульного выхлопа и образования конуса головного скачка уплотнения при проведении фоторегистрации в отраженном свете показаны на рисунке 8. На рисунке 8а показаны фазы образования дульного выхлопа с задержками 7 и 205 мкс от импульса ФПУ при метании объекта со скоростью 3 км/с, длина воздушной пробки составила 480 мм. На снимке с т3=205мкс наблюдается образование конуса головного скачка при выходе МО из зоны дульного выхлопа.

При регистрации дульного выхлопа на фоне непрозрачного экрана (рисунки 8в (Уд=2.5 км/с) и 8г (Кй= 1.7 км/с)) наряду с изображением процесса в отраженном свете на экране наблюдаются теневые изображения оптических неоднородностей среды (ударных волн) и самого дульного выхлопа, которые не совпадают ввиду того, что скорость распространения дульного выхлопа много меньше скорости распространения дульной ударной волны.

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 10 Время, мс

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Время, мс

Рисунок 7 - Зависимости давления от времени в маркерах, расположенных направлениях осей ОХ, ОУ, ОХ1

а) Уд=3 км/с, /„,,=480 мм;

б) Уг=3.6 км/с, /„,,=250 мм;

в) Уц=2.5 км/с, /пр=48 мм;

г) К)=1.7 км/с, 1„р=40 мм.

а) г,=7 мкс

б) г,=98 мкс

г) г,=301 мкс

Рисунок 8 - Развитие дульного выхлопа и образование конуса головного скачка (фоторегистрация в отраженном свете) При испытании на пулевое воздействие различных объектов необходимо обеспечивать скорости соударения меньшие штатной. В связи с невозможностью получения требуемой точности попадания пули в заданную зону объекта обстрела с дистанции стрельбы, обеспечивающей требуемую скорость соударения, испытания проводятся на малых дистанциях ~ 7-10 м с использованием неполного порохового заряда, при этом условия движения пули в канале ствола СВД могут отличаться от условий штатного выстрела. Для экспериментальной проверки соответствия условий испытаний изделий на пулевое воздействие при стрельбе с малых дистанций патронами с уменьшенным пороховым зарядом условиям реального обстрела изделий из

снайперской винтовки в аэробаллистическом тире АБТ-2 проводились отстрелы пули Б-32 с дистанций до ~90м в составе штатного патрона и с дистанций ~7м с уменьшенным зарядом в свободный полет на измерительный участок АБТ-2, где в соответствии со штатной методикой в фиксированные моменты времени проводились внешнетраекторные измерения (ВТИ) линейных координат положения центра масс и углового положения пули.

1 При отстрелах с уменьшаемыми пороховыми зарядами (ПЗ) подтвержден закон падения скорости пули на участке свободного полета до 800м, поддающийся аппроксимации зависимостью:

V = Vdc-e-0-0<m\ (1).

2 Экспериментально получена зависимость:

=323,69-е0'28"", (2)

в диапазоне ш=3,14-1,26 г (100-40% от тшт, Кйс=820-(390-370) м/с), позволяющая обеспечивать моделирование дистанций обстрела до 700 м. Рубеж гп=1,26 г, при котором пуля может не выйти из канала ствола, является критическим и преодолевается заменой штатного пороха ВТ на ДРП-1 с уменьшением ЛУдс вдвое и расширением моделирования дистанций обстрела до -900 м.

3 Случайный разброс величин ЛУдс поддается описанию соотношением:

AFdc= 29,689 .е-0™9", (3)

и достигает максимума ~11% на нижней границе диапазона со. Основными причинами этого являются нестабильность горения ПЗ из-за снижения плотности заряжания и повторная (нештатная) завальцовка патрона.

4 Соответствие угловых движений пули в моделируемых и натурных условиях проверено в аэробаллистическом тире АБТ-2 (участок регистрации -120 м) путем регистрации зависимостей a(VAc) при отстрелах пуль штатным ПЗ с удаленной от участка позиции (-90 м) и уменьшенными ПЗ с ближних (7-10 м) в диапазоне скоростей от 820 м/с (а=1-2°) до 450 м/с (а«8°). Аналогичные испытания были проведены и на открытой трассе при стрельбе по бумажным мишеням с дистанции 400 м штатными ПЗ (V«540 м/с, а~9°) и с дистанции 20 м уменьшенными ПЗ (V=635 м/с, а=9-11°).

5 Экспериментально показано, что при понижении температуры окружающего воздуха с +20° до -20° и постоянных параметрах заряжания со=2,65 г (85%) дульная скорость Удс падает на 6,3% с 715 до 670 м/с. Полученный результат показал необходимость использования калориферного подогрева средств метания (температура 15-20°С, время >30 минут выдержки).

При проведении испытаний с применением пороховых метательных установок актуальным является определение границы промежуточной и внешней баллистики, что соответствует минимальному расстоянию от среза разгонной установки, начиная с которого объект испытаний движется в невозмущенном воздухе и на пути его движения можно размещать оптические и контактные электрические хронографические регистрирующие системы. Положение среза ствола, объекта испытаний и газодинамических картин потоков

проецировались импульсными источниками света на специально подготовленный мерный диффузно отражающий экран и регистрировалось серией аналоговых камер с электронно-оптическим затвором («ЭПОС»), выставленных специальным образом в горизонтальной плоскости стрельбы, что позволило визуализировать картины газодинамических течений, связанных с истечением пороховых газов из канала метательной установки в невозмущенную атмосферу, формируемая им ударная волна, а также положение модели с её головной ударной волной. На основе полученных газодинамических картин и анализа погрешностей определения скорости полета модели методами оптического и контактного электрического хронографирования экспериментально показано, что при метании из пороховой установки диаметром 14,5 мм со скоростью вдвое превышающей скорость звука граница между участками промежуточной и внешней баллистики

Рисунок 9 Снимки камер «ЭПОС», полученные в одном эксперименте и наложенные на единую масштабную сетку

Во второй главе описан стенд пулеосколочных испытаний разработка которого проводилась с учетом следующих требований:

- возможность проведения испытаний объектов как содержащих ВМ, так и инертных, на воздействие широкого спектра поражающих элементов (ПЭ) (пуль стрелкового оружия различного калибра, имитаторов осколков различной формы и реальных осколков). Испытания должны проводиться в широком диапазоне скоростей соударения ПЭ с объектом испытаний, имитирующем реальные дистанции обстрела.

- мобильность и обеспечивать возможность проведения испытаний как внутри помещения, так и на открытой местности.

- отсутствие механических воздействий на поражающий элемент после его вылета из ствола баллистической установки до момента соударения с ОИ;

- регистрацию состояния и параметров траектории поражающего элемента перед соударением с ОИ с требуемой программами испытаний точностью;

- регистрацию состояния объекта испытаний в процессе и после его нагружения поражающим элементом, а также регистрацию параметров, необходимых для

определения качественных и количественных характеристик процесса взрывчатого превращения ВМ, содержащихся в объектах испытаний;

- возможность дефектации ОИ после опыта.

Созданный стенд пулеосколочных испытаний включает в себя:

- комплекс ствольных баллистических установок, представляющих собой стрелковое оружие, пороховые и легкогазовые пушки (ПБУ, ЛГУ), установленные на специальных стапелях и оснащенные средствами дистанционного управления выстрелом;

- контактные и бесконтактные системы для измерения скорости полета поражающего элемента перед соударением с ОИ и (при необходимости) после его пробития;

- рентгеновский пост с одноракурсной съемкой для регистрации запреградного потока осколков и поражающего элемента при подлете к ОИ;

- рентгеновский пост, обеспечивающий съемку поражающего элемента в двух взаимноперпендикулярных направлениях перед его соударением с ОИ по результатам которой определяется состояние и пространственная ориентация ПЭ;

высокоскоростную кинокамеру для регистрации процесса разлета газообразных продуктов, образующихся при взрывчатом превращении в ОИ;

- системы датчиков для измерения перемещения элементов ОИ в процессе его нагружения поражающим элементом и пьезометрических датчиков для измерения параметров воздушной ударной волны, возникающей при испытании ОИ, содержащих ВМ, а также комплекс регистрирующей аппаратуры;

- видеокамеру для регистрации различных этапов проведения эксперимента и набор стандартного измерительного инструмента для дефектации ОИ после проведения испытаний.

Программа испытаний определяют следующие требования к условиям соударения ПЭ с О И:

- обеспечение заданной скорости соударения ПЭ с поверхностью ОИ Ууд с адекватными ей углами нутации (для пуль) в зоне нагружения, обозначаемой точкой прицеливания (ТП) с допускаемыми отклонениями (обычно АУуа<2-5% с учетом погрешности измерений 5Ууд<0,2-1,5%);

- допустимые радиальные отклонения точки попадания относительно ТП г (обычно <20 мм для осколков и <10мм для пуль, в отдельных опытах 2-5мм);

- обеспечению сохранности ПЭ;

- определению пространственной ориентации ППЭ (углов нутации а и процессии Э) при подлете к ОИ с указанием допустимого угла а (в отдельных опытах <5°);

- нагружению ОИ в момент достижения им заданной температуры при термостатировании для имитации эксплуатационных температур на границах диапазона (обычно ±50°±5°).

1,2- координатные экраны; 3,4- фокусные пятна; 5 - ПЭ;

6, 7 - проекции ПЭ на экраны; 8 - теодолит; 9 - нивелир

Рис.10, схема определения пространственной ориентации ПЭ Определение величин а и Э производится по результатам обработки материалов синхронной регистрации постом, содержащим два ортогонально расположенных рентгеновских аппарата (рис.11), находящимся на участке свободного полета ППЭ.

Принятая схема регистрации требует установки элементов поста в определенное положение, при котором:

- плоскости координатных экранов взаимно перпендикулярны, а их центральные поперечные оси и центры фокусных пятен Ф1,2, размещаются в плоскости ЧОХ, перпендикулярной оси стрельбы;

- центральные лучи пучков излучения аппаратов перпендикулярны плоскостям экранов и проецируются в их центры Ц1,2;

- центральные продольные оси экранов параллельны продольной оси зоны регистрации, проходящей через точку пересечения центральных лучей аппаратов.

Определение координат центра масс и углового положения пули в системе координат OXYZ основано на совместном решении уравнений прямых в отрезках, соединяющих фокусные пятна рентгеновских аппаратов Ф1,2 (координаты Хф!2~0; уфг,/,и) с проекциями на экраны (Н1,2; Р1,2) её характерных точек «Я», «Р». В первую очередь вычисляются линейные уш>, 2цГ> (хР=0) и угловые координаты а, 5, а затем с учетом положения её центра масс относительно точки «Я» Ицм и его координаты хщ„ ущь гцл,. Приводимая система уравнений (4)-(13), использованная для решения задачи, обрабатывается на ПЭВМ:

- _Хн1^ф2(Уф1 ~Ун2 )~2ф1(Уф2 ~Ун2 )\ " Уф1гф2~(Уф2 ~Ун2 )(%ф1 )

Уф1[гф2Ун2+гн1(^ф2~Ун2)\

У„ =—--—---, (5)

Уф1^ф2 Уф2 ~Ун2)(^ф1 ~2Н])

2ф2\Ун2(гф1~2н1 )+Уф1гн1\

2 и ~- - - -. (6)

Уф1гф2 ~(Уф2 ~Ун2)(2ф1 ~гн1)

_ Гф1[Ур2гф2 + гр1(Уф2 ~Ур2)\ Р Уф1гф2 ~(Уф2 ~Ун2 )(?ф1 ~Zh1 )'

2ф2[гр1Уф1+ Гр2(2ф1 ~Zpi )\ Р Уф!гф2 ~(уф2 ~Ун2 )(2ф1 ~Zh1 )

■¡(YH-Yp)2+(ZH-Zp)2 a = arclg-----—, (9)

X*

(ZH-Zp)

Хцм = XH -cosa , (1 ])

уцм = ун~ h4.« sin a cos 9, (12)

ZIf „ = ZH - Ицл1 sin a sin 3, (13)

Приводится методика силуэтной кинорегистрации для определения характера энерговыделения при пулеосколочных испытаниях.

Рисунок 11 - Обработка изображения объекта (пули), движущегося по прямолинейной

траектории

кадры кинорегистрации код скорости зеркала репер (зав. № камеры) .-.<.•:;;;.................................... \....................................... ...................................

< щц тт м»* 1рг

64 к 1024

2 4 8 16 32

2.1

^ХХХ ЖЛВ-2

\ № режима

Рисунок 12 Вид фотоплёнки с результатами регистрации Описан взрывной источник света с отсечкой длительности импульса за счет перемешивания и приведены результаты его использования в штатных полигонных испытаниях для проведения внешнетраекторных фотограмметрических измерений.

Рисунок 13 - Фрагмент съёмки одной из камер, входящих в состав стереопоста баллистической трассы

В главе 3 приводятся результаты внедрения ствольных пороховой и легкогазовой баллистических установок (пушек) в практику исследования свойств ударно сжатых веществ, отдельных испытаний ВВ-содержащих узлов на пуле-осколочные воздействия.

Рисунок 14 - Метаемые объекты для пороховой (1) и легкогазовой (2) пушек

Показано, что определение реакции исполнительных механизмов на ударное воздействие представляет собой самостоятельную и многофакторную задачу, которая включает как реакцию исполнительного механизма на первичное механическое воздействие, так и отклик на энерговыделение в ВВ изделия, вызванное первичным механическим воздействием. Сложность этой задачи связана с тем , что энерговыделение ВВ и импульс, приобретаемый изделием, сильно зависят от его конструктивных особенностей. Тем не менее имеющиеся экспериментальные результаты для укомплектованных взрывателями изделий показывают возможность решения этой задачи и важность такой информации для оценки последствий ударного воздействия.

Дальнейшее совершенствование методов предсказания реакции содержащих ВВ систем на ударное воздействие должно основываться на экспериментальном выявлении физических закономерностей инициирования и развития взрывчатого превращения в широком диапазоне варьирования параметров удара и характеристик системы при одновременном совершенствовании численных методов. Корректное предсказание реакции системы должно также учитывать отклик исполнительных механизмов по разработанной для них математической модели функционирования

Заключение

1. На основе проведенных исследований с применением, разработанных схем регистрации, произведена адаптация пороховой калибра 85 мм и легкогазовой калибра 23 мм пушек к задаче исследования свойств ударно сжатых веществ.

2. Определение границы промежуточной и внешней баллистики, соответствующей минимальному расстоянию от среза метательной установки, начиная с которого метаемый объект движется в невозмущенном воздухе и на пути ее движения позволило сформулировать требования к безопасному

размещению оптических и контактных электрических хронографических регистрирующих систем.

3. На основе проведенных исследований разработан стенд пулеосколочных испытаний, отвечающий следующим требованиям:

- возможность проведения испытаний объектов как содержащих взрывчатые вещества (ВМ), так и инертных, на воздействие широкого спектра , поражающих элементов (ПЭ) (пуль стрелкового оружия различного калибра, имитаторов осколков различной формы и реальных осколков),

- возможность проведение испытаний в широком диапазоне скоростей соударения ПЭ с объектом испытаний, имитирующем реальные дистанции обстрела.

На стенде осуществлено более одной тысячи экспериментов по государственному оборонному заказу с десятками различными изделиями. 4. Разработаны схемы оптической и рентгенографической регистрации в испытаниях на пожаро-взрыво безопасность спецматериалов при пулеосколочных испытаниях путем их нагружения с помощью стрелкового оружия и ствольных баллистических установок Список работ, опубликованных автором по теме диссертации

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Сперанский A.B. Герасимов С.И. Ерофеев В.И. Взрывной источник света, основанный на применении эффектов гидродинамических неустойчивостей, для оборудования баллистических трасс Нелинейный мир 2013. т.11, №12,

с.829-835.

2. Герасимов С.И., Ерофеев В.И., Номаконова В.Н., Сальников A.B., Сперанский A.B.., Расчетно-экспериментальные исследования параметров дульного выхлопа при выстреле из легкогазовой пушки МТ-18М Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии 2013. № 4. С.25-31.

3. A.B. Сперанский С.И. Герасимов В.В. Писецкий Применение точечного газоразрядного источника света в комбинированных схемах фоторегистрации в практике аэробаллистического эксперимента Вестник НИЯУ МИФИ, 2014, т.З, №2, с.172-177

Публикации в других издаииях

4. Герасимов С.И. Ерофеев В.И. Сперанский A.B. Тотышев К.И. Применение точечного газоразрядного источника света в комбинированных схемах фоторегистрации Вопросы атомной науки и техники, ТПФ, вып.2, 2013 С.40-45

5. Герасимов С.И. Ерофеев В.И. Костин В.И. Кикеев В.А. Сперанский A.B.Метод определения внешнетраекторных параметров Вопросы атомной

науки и техники, серия: теоретическая и прикладная физика,вып.3, 2013, с.39-42

6. Герасимов С.И. Ерофеев В.И. Невмержицкий Н.В.Сперанский А.В.Анализ влияния разделяющих диафрагм в виде тонких пленок на процесс неустойчивости границы раздела двух газов, ускоряемых ударной волной Прикладная механика и технологии машиностроенияю. Сборник научных трудов №1(22). «Интелсервис» Нижний Новгород, 2013, 204с. (сс.178-193)

7. Герасимов С.И. Костин В.И.Сперанский А.В.Менде Н.П.Алгоритмы определения внешнетраекторных параметров и аэродинамических характеристик движения тела вращения: пособие для студентов вузов СарФти НИЯУ МИФИ, 2013, 44с.

8. Герасимов С.И. Ерофеев В.И. Сперанский A.B. Тотышев К.В. Алгоритмы определения параметров схем теневого фотографирования: пособие для студентов вузов СарФти НИЯУ МИФИ, 2013, 82с.

Подписано в печать 14.11.2014. Формат 60x84 '/i6. Бумага офсетная. _Печать офсетная. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 774._

Нижегородский государственный технический университет им. P.E. Алексеева.

Типография НГТУ. Адрес университета и полиграфического предприятия: 603950, ГСП-41, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24.