Способ метрологической аттестации теплового контроля поглощения энергии поражающего элемента многослойной текстильной броневой преградой и устройство для его осуществления

Изобретения относятся к области измерительной техники и могут использоваться для оценки погрешности контроля качества композитных броневых преград на основе результатов теплового контроля при попадании поражающего элемента в броневую преграду за счет поглощения энергии броневой преградой, а также для проведения непосредственно контроля. Согласно способу осуществляют силовое нагружение волокон слоев текстильного бронематериала, в процессе нагружения строят диаграмму деформации волокон, измеряют скорость деформации волокон, измеряют динамическое температурное поле в нескольких точках по их длине и температуру окружающей среды. Определяют коэффициент теплового эффекта, энергию поглощения текстильного бронематериала преградой, погрешность измерения величины поглощения энергией тепловым методом текстильной броневой преграды при взаимодействии с поражающим элементом и сравнивают ее величину с допустимой величиной погрешности измерений, по результатам делают заключение о применимости методики. Для реализации способа используют устройство. Технический результат – повышение информативности и достоверности результатов контроля текстильных композитных броневых преград. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 ил.

 

Область техники

Группа изобретений относится к области измерительной техники и может использоватьсядля оценки погрешности метода при контроле качества композитных броневых преград на основе результатов теплового контроля при попадании поражающего элемента в броневую преграду за счет поглощения энергии броневой преградой, а также для проведения непосредственно контроля.

Изобретения могут быть использованы для контроля качества броневых преград, как в процессе производства, так и в реальных условиях эксплуатации.

Особенно эффективно применение изобретения при испытании ответственных броневых преград, например, при защите личного состава. Такие броневые преграды, как правило, имеют сложную конструкцию и большую стоимость. Широкое распространение получили текстильные броневые преграды. К таким конструкциям с одной стороны предъявляются высокие требования по надежности защиты, а с другой стороны они являются дорогими и трудоемкими в изготовлении для того, чтобы большое количество конструкций можно было испытать методами разрушающего контроля, т.е. разрушить после воздействия поражающими элементами.

При этом требуется определить потенциально опасные места (узлы конструкции), которые в первую очередь могут снизить качество броневой преграды, что может привести к поражению личного состава. А поскольку данная задача решается на основе определения энергии поглощения поражающего элемента, то существует актуальная задача оценки погрешности определения энергии поглощения, т.е. задача метрологической аттестации методики контроля.

Уровень техники

Появление новых типов эффективных бронебойных боеприпасов стрелкового оружия выдвинуло перед разработчиками легкобронированной и небронированной техники задачу - повышения ее защищенности, а также защищенности людей, находящихся в ней (Анискович В.А. Научно-технологические аспекты создания комбинированной полимеркерамической брони. - М.: Издательский дом «Спектр», 2015, - 76 с. ISBN 978-5-4442-0096-4). Броневая защита как в военной, так и в невоенной области развивается в направлении получения и использования материалов с высокими защитными свойствами и более низкой, чем у традиционно используемой металлической брони, плотностью. Все более широкое применение находят композитные и керамические материалы, как сами по себе, так и в сочетании с металлической броней.

Несмотря на значительные достижения в этой области, в настоящее время отсутствует комплексный научно-технологический подход к созданию текстильной брони с требуемыми свойствами, в том числе отсутствуют методы математического моделирования и расчета комбинированной брони, новые эффективные бронематериалы, методы прогнозирования конструкции текстильной брони с заданными защитными свойствами.

В том числе отсутствует подход к оценке достоверности определения энергии поглощения поражающего элемента.

Анализ современных тенденций в области развития брони для защиты крупногабаритных объектов военной техники и личного состава Вооруженных Сил выявил устойчивое развитие текстильной броневой преграды, которая в большинстве случаев заменяет сталь при защите личного состава. Это обусловлено комплексом уникальных свойств такой брони: низкой плотностью, малым весом, невысокой себестоимостью при производстве.

Используются различные критерии оценки эффективности защитных свойств материала: глубина проникания при остановке поражающего элемента (ПЭ); продолжительность остановки ПЭ; давление, оказываемое на ПЭ при проникании; переходная скорость (скорость выше которой происходит проникание и ниже которой ПЭ отклоняется на поверхности); критическая скорость ПЭ, при которой вероятность его остановки данной броней более 50% или баллистический предел V50%нпрб., то есть критическая скорость удара, при которой броня пробивается с вероятностью 50%.

В этой связи большое значение приобретают методы контроля и диагностики таких конструкций. Они позволяют объективно определять фактическое состояние конструкции, оценить надежность их эксплуатации и дать рекомендации по ее совершенствованию или восстановлению.

В настоящее время оценка результативности конструирования брони осуществляется главным образом с помощью стендовых испытаний, проводимых для широкого ряда материалов, которые состоят в экспериментальном определении максимальной скорости снаряда, при которой не происходит его проникновение сквозь мишень. Однако какие свойства материала броневой преграды являются определяющими, данными экспериментами установить затруднительно. Стендовые испытания не дали достаточной информации относительно конструкции брони, поскольку при оказании противодействия проникновению одновременно работает несколько механизмов. При обычных стендовых испытаниях нельзя разделить вклад отдельных эффектов.

В настоящее время наиболее популярным способом определения качества защитных свойств керамической брони является определение глубины проникания снаряда (ГПС) и баллистический предел V50%нпрб. (Маринин В.М., Хромуш-кин В.А. Определение характеристик энергоемкости защитных конструкций на основе текстильной брони при баллистическом ударе // Международная конференция «Харитоновские тематические научные чтения». Саров, 2005. Сборник тезисов докладов, с. 239-241.)

Недостатками методов испытаний на глубину проникания и определения баллистического предела V50%нпрб. является то, что они не дают точного сравнения защитных свойств керамических материалов. В реальной броне не может быть бесконечно толстой подложки (как того требует методология данных тестов). Эти методы также не позволяют оценить погрешность поглощения энергии.

Известны способ и система, раскрытые в публикациях:

- Долганина, Н.Ю. Оценка баллистического предела и прогиба многослойных тканевых пластин при ударе индентором // Вестник ЮУрГУ. Серия: Машиностроение. - 2010. - №10 (186). - С. 17-23, и Долганина, Н.Ю. Исследование ударного взаимодействия индентора с тканевыми бронепластинами, расположенными на пластилиновом основании // Вестник ЮУрГУ. Серия: Вычислительная математика и информатика - 2012. - №47 (306). - С. 37-45.

Известные технические решения позволяет осуществить тепловой контроль надежности конструкций. Способ контроля качества броневых преград на основе анализа их энергии поглощения поражающего элемента, включает:

- установку броневой преграды перед пластиной из пластилина,

- направление с заданной скоростью поражающего элемента на броневую преграду,

- измерение глубины проникновения поражающего элемента в пластилине,

- определение энергии поглощения по формуле:

где

m - масса поражающего элемента,

v - скорость поражающего элемента в перед композитной броневой преградой,

A(Δw)- работа сил сопротивления пластилина при внедрении в него поражающего элемента.

Система для стендовых испытаний броневых преград на основе анализа их энергии поглощения поражающего элемента, включает:

- устройство, обеспечивающее стрельбу поражающим элементом (снарядом) с заданной скоростью («устройство для стрельбы»),

- устройство для измерения скорости поражающего элемента на выходе устройства для стрельбы,

- подложка, как правило, из пластилина,

при этом устройство измерения скорости расположено между подложкой и устройством для стрельбы на траектории полота поражающего элемента. Недостатки известных способа и системы следующие:

1. Тарировочные кривые для определения сил сопротивления пластилина при внедрении в него поражающего элемента могут иметь достаточно большую погрешность, что, соответственно, увеличивает погрешность определения энергии поглощения в композитной броневой преграде,

2. Способ не позволяет оценить энергию поглощения по толщине композитной броневой преграды, что не позволяет оптимизировать расположение и характеристики композитных слоев,

3. Способ не позволяет оценить качество самих композитных слоев и их вклад в поглощение энергии,

4. Недостатками методов испытаний на глубину проникания и определения предела V50%нпрб. является то, что они не дают точного сравнения защитных свойств керамических материалов. В реальной броне не может быть бесконечно толстой подложки (как того требует методология данных тестов),

5. Для реализации способа и реализующей его системы необходима пластилиновая толстая подложка, которая отсутствует в реальных условиях эксплуатации композитной брони. Это снижает достоверность получаемых результатов, т.к. пластилиновая подложка вносит искажения в процесс контроля.

Поэтому данное техническое решение применимо только для контроля ограниченной номенклатуры изделий.

На сегодняшний день имеется актуальная потребность в создании способа и устройства диагностики технического состояния реальных броневых конструкций, который может применяться на практике для широкого круга объектов с использованием простого и точного оборудования и с оценкой погрешности определения энергии поглощения.

Решение задач определения и локализации областей концентрации внутренних напряжений и вызванных ими дефектов типа нарушений сплошности (например, трещин) стало возможным в связи с развитием средств диагностики, основанных на регистрации и анализе температурных полей поверхности контролируемой конструкции. Наиболее значимые результаты появились в последнее десятилетие.

Это связано, с появлением современной портативной тепловизионной техники, например, см. О.Н. Будадин и др., Тепловой неразрушающий контроль изделий, М., Наука, 2002, стр. 338-393, во-вторых, с созданием современного математического аппарата (там же, стр. 39-89), позволяющего решать прямые и обратные задачи нестационарной теплопередачи, что дало возможность перехода от дефектоскопии (обнаружения дефектов) к дефектометрии (распознавания внутренних дефектов, определения их характеристик и оценки остаточного ресурса изделий).

Наиболее близкими техническими решениями к представленным способу и устройству являются способ и реализующее его устройство, описанные в патенте РФ 2608491.

Известный из РФ 2608491 способ контроля качества композитных броневых преград включает направление с заданной скоростью поражающего элемента на броневую преграду, регистрацию температурного поля поверхности броневой преграды после взаимодействия с поражающим элементом, на основании анализа температурного поля определение энергии поглощения броневой преградой.

Известное устройство контроля качества композитных броневых преград включает: устройство для стрельбы, расположенное перед многослойной текстильной броневой преградой, устройство для измерения скорости полета поражающего элемента на выходе устройства для стрельбы, тепловизионную систему, регистратор в виде, например, компьютерной системы, - устройство регистрации начала полета поражающего элемента. Тепловизионная система расположена таким образом, чтобы поле обзора ее оптической части охватывало место соприкосновения поражающего элемента и многослойной текстильной броневой преграды. Вход устройства регистрации начала полета поражающего элемента подключен к выходу устройства измерения скорости поражающего элемента на выходе устройства для стрельбы, выход устройства регистрации начала полета поражающего элемента подключен ко входу тепловизионной системы, а выход тепловизионной системы подключен к входу регистратора.

Недостатки ближайшего аналога не позволяют использовать его с высокой достоверностью для решения поставленных задач по причине присущих ему принципиальных недостатков:

- метод не позволяет оценить погрешность определения величины поглащения энергии поражающего элемента броневой преградой,

- как следует из разработанной теории взаимодействия поражающего элемента и текстильной многослойной броневой преграды (см. Тепловой контроль композитных конструкций в условиях силового и ударного нагружения / В.В. Клюев, О.Н. Будадин, Е.В. Абрамова, А.Н. Пичугин, С.О. Козельская. - М.: Издательский дом «Спектр», 2017 [1]), кинетическая энергия поражающего элемента в процессе взаимодействия разделяется на три составляющие и приводит к следующим результатам: деформации волокон, разрыув волокон, колебательному процессу волокон. Только последняя составляющая, самая незначительная, переходит в тепло полностью за счет эффекта трения между волокнами. Первые две переходят в тепло лишь частично. Поэтому тепловая энергия, зарегистрированная по способу, принятому в качестве прототипа, не отражает с полной достоверностью эффект поглощения энергии броневой преградой.

Для определения полной энергии поглощения необходимо знать долю энергии от первых двух составляющих, переходящую в тепло.

Сущность изобретения

Изобретение направлено на решение задачи повышения достоверности контроля текстильных композитных броневых преград за счет исключения указанных выше недостатков, т.е. обеспечения оценки погрешности определения энергии поглощения по анализу температурного поля на поверхности.

В конечном итоге изобретение направлено на повышение безопасности защищаемого личного состава от поражающих элементов.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в повышении информативности и достоверности результатов контроля текстильных композитных броневых преград.

Технический результат достигается за счет того, что в известном способе метрологической аттестации методики теплового контроля многослойных текстильных бронепреград, включающем направление с заданной скоростью поражающего элемента на многослойную броневую преграду, представляющую собой текстильный бронематериал, слои которого состоят из волокон, регистрацию температурного поля поверхности текстильного бронематериала после взаимодействия с поражающим элементом, и определение на основании анализа температурного поля энергии поглощения текстильного бронематериала, осуществляют силовое нагружение волокон слоев текстильного бронематериала, в процессе нагружения:

а) строят диаграмму деформации упомянутых волокон σ=σ(ε), где σ - напряжение волокон в процессе нагружения, ε - величина деформации волокон в процессе нагружения,

б) измеряют скорость деформации волокон - где ε - величина деформации волокон в процессе нагружения, t - время нагружения волокон,

в) измеряют динамическое температурное поле в нескольких точках по длине волокон Tkj, где k -порядковый номер регистрации, j- номер точки на волокне, в которой осуществляется регистрация температуры,

г) измеряют температуру окружающей среды в процессе нагружения Т, определяют коэффициент теплового эффекта b, являющегося отношением доли энергии ΔЕт, выделившейся в виде тепла на поверхности текстильного бронематериала к полной энергии ΔЕ0, поглощенной текстильным бронематериалом: b=ΔEт/ΔЕ0,

решая уравнение относительно величины «b» и варьируя два фактора: температуру среды и коэффициент теплового эффекта «b»:

где i - номер точки измерения температуры на волокне, 7\,- значение измеренной температуры,

Трасч - расчетное значение температуры, определяемое путем решения уравнения теплового баланса,

- поражающий элемент направляют в многослойную броневую преграду р раз с такой скоростью V0, чтобы он не пробил насквозь многослойную броневую преграду, р - целое число от 1 до n, равное количеству взаимодействий,

- после каждого р взаимодействия определяют энергию, выделившуюся в виде тепла на поверхности текстильного бронематериала после взаимодействия с поражающи элементом:

где Tijk - температура элемента поверхности текстильного бронематериала с координатами i,j после р-го взаимодействия поражающего элемента и броневой преграды,

ΔTijk - приращение температуры на поверхности текстильного бронематериала после после р-го взаимодействия поражающего элемента и броневой преграды,

ρ - плотность текстильного бронематериала,

С (Tijk)- теплоемкость текстильного бронематериала, зависфщая от температуры Tijk,

h - толщина текстильного бронематериала,

ΔS - мгновенное линейное поле зрения тепловизионной системы, которой осуществляется регистрация и измерение температурного поля, на поверхности текстильного бронематериала,

- определяют энергию поглощения текстильного бронематериала преградой после р-го взаимодействия с поражающи элементом, следующим образом:

ΔЕ=ΔЕТр/b,

- определяют погрешность измерения величины поглощения энергией тепловым методом текстильной броневой преграды при взаимодействии с поражающим элементом, следующим образом:

где m - масса поражающего элемента,

- сравнивают величину ε с допустимой величиной погрешности измерения ε0 и если ε≤ε0 - делают заключение, что методика применима для практического использования.

Расчетное значение температуры Трасч определяют путем решения уравнения теплового баланса:

где Н- толщина текстильного бронематериала,

h - коэффициент теплообмена поверхности текстильного бронематериала,

Е0 - модуль упругости,

t - текущее время,

ρ - плотность текстильного бронематериала,

с - теплоемкость текстильного бронематериала.

T(t)=Tpacч(t) - расчетное значение температуры,

T - темпетарута окружающей среды.

Силовое нагружение представляет собой растяжение волокон слоев текстильного бронематериала.

Технический результат в части устройства для метрологической аттестации методики теплового контроля многослойных текстильных броневых преград, представляющих собой текстильный бронематериал, слои которого состоят из волокон, достигается за счет того, что устройство включает: устройство для стрельбы, расположенное перед многослойной броневой преградой, устройство для измерения скорости полета поражающего элемента на выходе устройства для стрельбы, тепловизионную систему, регистратор и устройство регистрации начала полета поражающего элемента, причем тепловизионная система расположена таким образом, чтобы поле обзора ее оптической части охватывало место соприкосновения поражающего элемента и броневой преградвход устройства регистрации начала полета поражающего элемента подключен к выходу устройства измерения скорости поражающего элемента на выходе устройства для стрельбы, а первый выход устройства регистрации начала полета поражающего элемента подключен ко входу тепловизионной системы, в него дополнительно введены коммутатор, первый - третий блоки памяти, первый - третий сумматоры, логический блок сравнения «если-то», первый - четвертый умножители, делитель и счетчик выстрелов, при этом второй выход устройства регистрации начала полета поражающего элемента подключен к входу счетчика выстрелов, выход счетчика выстрелов подключен к первому входу коммутатора, второй выход устройства для измерения скорости полета поражающего элемента подключен к входу третьего умножителя, выход третьего умножителя подключен к первому входу четвертого умножителя, второй вход четвертого умножителя подключен к третьему выходу первого блока памяти, выход четвертого умножителя подключен одновременно к первому входу третьего сумматора и ко второму входу делителя, выход второго умножителя подключен к второму входу второго сумматора, выход второго сумматора подключен к второму входу третьего сумматора, выход третьего сумматора подключен к первому входу делителя, выход делителя подключей к входу регистратора, первый - третий выходы коммутатора подключены ко входам первого - третьего блоков памяти, выход тепловизионной системы подключен к второму входу коммутатора, первый выход первого блока памяти подключен к первому входу первого умножителя, выход второго блока памяти подключен к первому входу первого сумматора, выход третьего блока памяти подключен к второму входу первого сумматора, выход первого сумматора подключен к второму входу блока «если-то», выход первого умножителя подключен к первому входу второго умножителя, второй вход второго умножителя подключен к второму выходу первого блока памяти, четвертый выход коммутатора подключен одновременно к первому входу блока сравнения «если-то» и к второму входу первого сумматора, первый выход блока сравнения «если-то» подключен к второму входу первого умножителя, а второй выход блока сравнения «если-то» подключен к третьему входу коммутатора. Регистратор выполнен в виде компьютерной системы.

Краткое описание фигур чертежей

Сущность изобретения и возможность достижения технического результата будут более понятны из последующего описания со ссылками на позиции фигур графических материалов, где:

фиг. 1 - функциональная схема устройства,

фиг. 2 - фотография устройства проведения контроля,

фиг. 3-фотография проведения предварительных исследований,

фиг. 4 - диаграмма растяжения,

фиг. 5 - фотография разрывной машины,

фиг. 6 - термограмма реального объекта.

На приведенных фигурах приняты следующие обозначения:

1 - многослойная текстильная броневая преграда,

2 - устройство для стрельбы,

3 - устройство для измерения скорости полета поражающего элемента,

4 - тепловизионная система,

5 - поле обзора тепловизионой системы,

6 - устройство регистрации начала полета поражающего элемента,

7 - коммутатор,

8 - первый блок памяти,

9 - второй блок памяти,

10 - третий блок памяти,

11 - первый сумматор,

12 - логический блок сравнения «если-то»,

13 - первый умножитель,

14 - регистратор,

15 - направление полета поражающего элемента,

16 - второй умножитель,

17 - термограммы волокон в различные моменты времени их нагружения,

18 - термопрофили (зависимости температуры от времени) волокон в их различных точках,

19 - разрывная машина: а - в процессе испытаний волокон, б - после завершения испытания волокон,

20 - жгуты волокон,

21 - третий умножитель,

22 - четвертый умножитель,

23 - второй сумматор,

24 - третий сумматор,

25 - делитель,

26 - счетчик выстрелов,

Предпочтительный вариант осуществления изобретения Все используемые электронные блоки построены на основе стандартных микропроцессорных схем и микропроцессорных сборок с перепрограммируемыми запоминающими устройствами (см. например, Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника: учебн. пособие для вузов. - 3-е изд. перераб. и доп. - СПб.: - БХВ-Петербург, 2010.). В качестве тепловизионной системы 4 используются тепловизоры фирмы FLIR, тепловизоры марки ИРТИС-2000 или аналогичные по техническим характеристикам. В проведенных экспериментах, результаты которых представлены ниже, использовалась тепловизионная система FLIR 1500.

Устройство 2 для стрельбы изготовлено на основе стандартной мелкокалиберной винтовки. Устройство 3 для измерения скорости полета поражающего элемента (пули) РС-4М (производство «Малое Государственное Предприятие «Нанотех», г. Санкт-Петербург, руководство по эксплуатации РС-4.00.00ТО) имеет стандартную конструкцию. Оно включает два оптико-электронных датчика (фотореле), расположенные последовательно вдоль траектории движения поражающего элемента на заданном расстоянии друг от друга. Содержит, также, таймер (электронный секундомер) и вычислитель. При пересечении поражающим элементом первого оптико-электронного датчика таймер начинает работу, а при пересечении оптической оси второго оптико-электронного датчика таймер выключается. Вычислитель по расстоянию между датчиками и времени работы таймера вычисляет скорость поражающего элемента.

Непосредственно перед проведением контроля энергопоглощения текстильной многослойной броневой преградой 1 проводят следующие действия:

1. Осуществляют силовое нагружение (растягивание) волокон, из которых состоят слои текстильного бронематериала (фиг. 5).

2. В процессе силового нагружения волокон строят диаграмму деформирования волокон, из которых состоят слои текстильного бронематериала -

О" - 5 где а - напряжение волокон в процессе нагружения, е - велична де-

формации волокон в процессе наружения (фиг. 4).

3. Одновременно в процессе нагружения измеряют скорость деформации волокон, из которых состоят слои текстильного бронематериала - где ε - велична деформации волокон в процессе наружения, t - время нагружения волокон,

4. В процессе нагружения волокон 20 разрывной машиной 19 с помощью тепловизионной системы 4 (фиг. 3) регистрируют термограммы волокон 17 и измеряют динамическое температурное поле 18 в нескольких точках по длине волокон Tkj, где k - номер момента времени регистрации температуры, j - номер точки на волокне, в которой осуществляется регистрация температуры,

5. Измеряют температуру окружающей среды в процессе нагружения Тт,

6. Определяют коэффициент теплового эффекта (b), являющегося отношением доли энергии ΔЕт, выделившейся в виде тепла на поверхности текстильной брони к полной энергии ΔЕ0 поражающего элемента, поглощенной текстильной броней (b=ΔЕт/ΔЕ0), решая уравнение относительно величины «b», при этом варьируя два фактора: температура среды и коэффициент теплового эффекта «b»:

где i - номер точки измерения температуры на волокне,

k - номер момента времени регистрации температуры,

Tk,i - значение измеренной температуры,

Трасч - значение температуры, рассчитанное по формуле,

b - коэффициент теплового эффекта,

T - температура окружающей среды.

Расчетное значение температуры Трасч определяют путем решения уравнения теплового баланса:

Н- толщина пакета,

h - коэффициент теплообмена поверхности брони,

Е0 - модуль упругости,

t - текущее время,

ρ - плотность текстильной брони,

С - теплоемкость текстильной брони.

7. Результаты предварительных исследований, характеристики текстильной броневой преграды и параметры условий контроля «помещаются» в первый блок памяти 8. Подробно теоретические основы данного метода изложены в [1].

После завершения предварительных измерений и подготовки к контролю осуществляют непосредственно контроль (измерение) величины поглощенной энергии текстильным броневым материалом при его взаимодействии с поражающим элементом следующим образом:

8. Направляют в текстильную броневую преграду 1 поражающий элемент ПЭ 15 через устройство 3 измерения скорости поражающего элемента - V0.

9. После прохождения ПЭ устройства 3 измерения скорости с выхода устройства 3 на устройство регистрации начала полета поражающего элемента 6, поступает сигнал о выстреле.

По этому сигналу с устройства 6 в тепловизионную систему 4 поступает «команда» о начале регистрации температурного поля. Таким образом, тепловизионное устройство регистрирует температурное поле Тпов(i,j,t). Здесь i,j - целочисленные координаты поверхности композитной брони (1), t- время регистрации температурного поля. В первый момент t=0 регистрируется температурное поле в момент, предшествующий моменту соприкосновения ПЭ и поверхности изделия (1) - Тпов(i,j,t=0). Последующая регистрация осуществляется в моменты времени t=t1, t2, … tk, … tn. Здесь n - количество регистраций

Одновременно с выхода устройства 6 поступает сигнал в счетчик выстрелов (26), который считает количество выстрелов р=1, 2, 3 …, n.

С выхода счетчика выстрелов 26 сигнал поступает в коммутатор 7 о начале коммутирования сигналов в устройстве.

10. После прохождения поражающего элемента устройства для измерения скорости полета поражающего элемента сигнал с него 3, соответствующий скорости поражающего элемента V0, поступает на вход третьего умножителя 21, где вычисляется выражение V20.

11. Сигнал, соответствующий выражению V20, с выхода третьего умножителя 21 поступает в четвертый умножитель 22. На второй вход четвертого умножителя 22 поступает сигнал, соответствующий массе m поражающего элемента с третьего выхода первого блока памяти 8. В четвертом умножителе 22 осуществляется определение кинетической энергии поражающего элемента р-м выстреле:

Ep=( V20)×m/2.

12. По команде коммутатора 7 температурное поле Тпов(i,j,t=0) с выхода темпловизионной системы 4 регистрируется во втором блоке памяти 9.

13. По сигналам коммутатора температурное поле Тпов(i,j,t) в моменты времени t=t1, t2, … tk, … tn регистрируются в третьем блоке памяти 10.

14. Сигналы о значениях температурного поля Тпов(i,j,t=0) и Тпов(i,j,t) поступают в сумматор 11, где измеряется их разность:

ΔТпов(i,j,t=0)=| Тпов(i,j,t=0)-Тпов(i,j,t)|.

15. Сигнал, соответствующей величине ΔТпов(i,j,tk) поступает в логический блок сравнения 12 «если-то», где осуществляется его логическая обработка следующим образом:

- если ΔТпов(i,j,tk)<ΔТпов(i,j,tk+1)), то сигнал с блока 12 поступает в коммутатор 7 и операция сравнения температурного поля повторяется,

- если (ΔТпов(i,j,tk)≥ΔТпов(i,j,tk+1)), то сигнал с блока 12 поступает в умножитель 13. Это означает, что разность температурного поля исходного и образованного в результате взаимодействия ПЭ и текстильной броневой преграды достигло наибольшего значения.

16. В первом умножителе 13 осуществляется умножение сигналов, поступивших от блока 12 и первого блока памяти 8 и измеряется величина энергии, выделившаяся в виде тепла на поверхности текстильной брони:

где Тпов(i,j,tk+1) - температура элемента поверхности текстильной брони с координатами i,j, ΔТпов(i,j,tk+1) - сигнал с блока 12, ρ - плотность текстильной брони, C(Тпов(i,j,tk+1)) - теплоемкость текстильной брони при температуре Тпов(i,j,tk+1), h - толщина текстильной брони, ΔS - мгновенное линейное поле зрения тепловизионной системы, которой осуществляется регистрация и измерение температурного поля, в пространстве предмета (на поверхности текстильной брони).

Далее во втором умножителе 16 осуществляется измерение полной энергии (поглощение энергии) после взаимодействия с поражающим элементом следующим образом при р-м выстреле:

ΔЕ=ΔET/b,

где сигнал, соответствующий «b», поступает на второй вход умножителя 16 с второго выхода первого блока памяти 8 по сигналу (команде) коммутатора 7.

17. Сигнал, соответствующий ΔЕ с выхода второго умножителя 16 поступает на вход второго сумматора 23. В втором сумматоре 23 осуществляется суммирование сигналов, соответствующих ΔЕ:

18. Сигнал со второго сумматора 23 поступает на второй вход третьего сумматора 24, на первый вход которого поступает сигнал с четвертого умножителя 22, соответствующий кинетической энергии поражающего элемента EP=(V20)×m/2, где осуществляется определение выражения:

Ерс.

19. Сигнал с выхода третьего сумматора 24 (Ерс) поступает на первый вход делителя 25, на второй вход которого поступает сигнал с четвертого умножителя 22, соответствующий кинетической энергии поражающего элемента EP=(V20)×m/2. В делителе 25 осуществляется определение погрешности определения величины поглощения энергии исследуемой методики

20. Измеренное значение погрешности определения величины поглощения энергии исследуемой методики регистрируется регистратором 14.

Коммутатор 7 осуществляет коммутирование (синхронизацию функционирования) всех блоков устройства.

Экспериментальные исследования предлагаемого технического решения проводились на установке, фотографии которых приведены на фиг. 2,3,5.

Процесс проведения предварительных исследований по определению погрешности определения энергии поглащения исследуемой методикой представлен на фотографиях фиг. 3, 5.

В качестве испытуемых волокон использовались волокна марки «Русар».

Результаты экспериментального определения коэффициента теплового эффекта «Ъ» приведены в таблице 1.

Погрешность измерения энергии поглощения составляет 7 дж., или

ε=(307-300)/300=0,023 или 2,3%.

Как правило, допустимая погрешность подобных методик контроля (ε0) составляет от 5% до 10%.

Поэтому настоящий способ метрологической аттестации достоверно описывает погрешность контроля.

Таким образом, предлагаемый способ и реализующее его устройство позволяют оценивать погрешность определения энергии поглощения тепловым методом, т.е. могут быть использованы как метод метрологической аттестации методики контроля.

Представленные способ и устройство являются перспективными для исследования процессов взаимодействия ПЭ с броневыми структурами из полимерных материалов, их использование позволит более эффективно производить отбор материалов для броневых структур с целью повышения их защитных свойств.

Изобретения имеют следующие преимущества:

1. Позволяет оценить погрешность определения энергии поглощения текстильной броневой преградой тепловым методом, что в свою очередь позволит на более достоверных исходных данных создавать конструкцию текстильной броневой преграды.

2. Позволяют оценить энергию поглощения по толщине композитной броневой преграды, что позволяет оптимизировать расположение и характеристики композитных слоев,

3. Позволяют оценить качество самих композитных слоев и их вклад в поглощение энергии,

4. Позволяют повысить производительность контроля, наглядность результатов.

5. Позволяют применять метод во внелабораторных условиях контроля и использовать современный математический аппарат для анализа результатов.

1. Способ метрологической аттестации методики теплового контроля многослойных текстильных бронепреград, включающий

- направление с заданной скоростью поражающего элемента на многослойную броневую преграду, представляющую собой текстильный бронематериал, слои которого состоят из волокон,

- регистрацию температурного поля поверхности текстильного бронематериала после взаимодействия с поражающим элементом,

- определение на основании анализа температурного поля энергии поглощения текстильного бронематериала,

отличающийся тем, что

- осуществляют силовое нагружение волокон слоев текстильного бронематериала,

в процессе нагружения:

а) строят диаграмму деформации упомянутых волокон σ=σ(ε) где σ - напряжение волокон в процессе нагружения, ε - величина деформации волокон в процессе нагружения,

б) измеряют скорость деформации волокон - , где ε - величина деформации волокон в процессе нагружения, t - время нагружения волокон,

в) измеряют динамическое температурное поле в нескольких точках по длине волокон Tkj, где k - порядковый номер регистрации, j - номер точки на волокне, в которой осуществляется регистрация температуры,

г) измеряют температуру окружающей среды в процессе нагружения Т,

определяют коэффициент теплового эффекта b, являющегося отношением доли энергии , выделившейся в виде тепла на поверхности текстильного бронематериала к полной энергии ΔЕ0, поглощенной текстильным бронематериалом: ,

решая уравнение относительно величины «b» и варьируя два фактора:

температуру среды и коэффициент теплового эффекта «b»:

,

где i - номер точки измерения температуры на волокне,

Tk,j - значение измеренной температуры,

Трасч - расчетное значение температуры, определяемое путем решения уравнения теплового баланса,

- поражающий элемент направляют в многослойную броневую преграду р раз с такой скоростью V0, чтобы он не пробил насквозь многослойную броневую преграду, р - целое число от 1 до n, равное количеству взаимодействий,

- после каждого р взаимодействия определяют энергию, выделившуюся в виде тепла на поверхности текстильного бронематериала после взаимодействия с поражающим элементом:

где Tijk - температура элемента поверхности текстильного бронематериала с координатами i,j после р-го взаимодействия поражающего элемента и броневой преграды,

ΔTijk - приращение температуры на поверхности текстильного бронематериала после р-го взаимодействия поражающего элемента и броневой преграды,

ρ - плотность текстильного бронематериала,

С (Tijk) - теплоемкость текстильного бронематериала, зависящая от температуры Tijk,

h - толщина текстильного бронематериала,

ΔS - мгновенное линейное поле зрения тепловизионной системы, которой осуществляется регистрация и измерение температурного поля, на поверхности текстильного бронематериала,

- определяют энергию поглощения текстильного бронематериала преградой после р-го взаимодействия с поражающим элементом, следующим образом:

ΔЕ=ΔЕТр/b,

- определяют погрешность измерения величины поглощения энергией тепловым методом текстильной броневой преграды при взаимодействии с поражающим элементом, следующим образом:

где m - масса поражающего элемента,

- сравнивают величину ε с допустимой величиной погрешности измерения ε0, и если ε≤ε0, - делают заключение, что методика применима для практического использования.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расчетное значение температуры Трасч определяется путем решения уравнения теплового баланса:

где Н - толщина текстильного бронематериала,

h - коэффициент теплообмена поверхности текстильного бронематериала,

Е0 - модуль упругости,

t - текущее время,

ρ - плотность текстильного бронематериала,

с - теплоемкость текстильного бронематериала.

T(t)=Трасч(t) - расчетное значение температуры,

T∞ - температура окружающей среды.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что силовое нагружение представляет собой растяжение волокон слоев текстильного бронематериала.

4. Устройство для метрологической аттестации методики теплового контроля многослойных текстильных броневых преград, представляющих собой текстильный бронематериал, слои которого состоят из волокон, включающее:

устройство для стрельбы (2), расположенное перед многослойной броневой преградой (1),

устройство (3) для измерения скорости полета поражающего элемента на выходе устройства для стрельбы,

тепловизионную систему (4),

регистратор (14) и

- устройство регистрации начала полета поражающего элемента (6),

при этом тепловизионная система (4) расположена таким образом, чтобы поле обзора (5) ее оптической части охватывало место соприкосновения поражающего элемента (15) и броневой преграды (1), вход устройства регистрации начала полета поражающего элемента (6) подключен к выходу устройства (3) измерения скорости поражающего элемента на выходе устройства для стрельбы, а первый выход устройства регистрации начала полета поражающего элемента (6) подключен ко входу тепловизионной системы (4),

отличающееся тем, что

в него введены:

коммутатор (7),

первый - третий блоки памяти (8, 9, 10),

первый - третий сумматоры (11, 23, 24),

логический блок сравнения «если-то» (12),

первый - четвертый умножители (13, 16, 21, 22),

делитель (25) и

счетчик выстрелов (26),

при этом второй выход устройства (6) регистрации начала полета поражающего элемента подключен к входу счетчика выстрелов (26),

выход счетчика выстрелов (26) подключен к первому входу коммутатора (7),

второй выход устройства (3) для измерения скорости полета поражающего элемента подключен к входу третьего умножителя (21),

выход третьего умножителя (21) подключен к первому входу четвертого умножителя (22),

второй вход четвертого умножителя (22) подключен к третьему выходу первого блока памяти (8),

выход четвертого умножителя (22) подключен одновременно к первому входу третьего сумматора (24) и ко второму входу делителя (25),

выход второго умножителя (16) подключен к второму входу второго сумматора (23),

выход второго сумматора (23) подключен к второму входу третьего сумматора (24),

выход третьего сумматора (24) подключен к первому входу делителя (25),

выход делителя (25) подключен к входу регистратора (14),

первый - третий выходы коммутатора (7) подключены ко входам первого - третьего блоков памяти (8, 9, 10),

выход тепловизионной системы (4) подключен к второму входу коммутатора (7),

первый выход первого блока памяти (8) подключен к первому входу первого умножителя (13),

выход второго блока памяти (9) подключен к первому входу первого сумматора (11),

выход третьего блока памяти (10) подключен к второму входу первого сумматора (11),

выход первого сумматора (11) подключен к второму входу блока «если-то» (12),

выход первого умножителя (13) подключен к первому входу второго умножителя (16),

второй вход второго умножителя (16) подключен к второму выходу первого блока памяти (8),

четвертый выход коммутатора (7) подключен одновременно к первому входу блока сравнения «если-то» (12) и к второму входу первого сумматора (11),

первый выход блока сравнения «если-то» (12) подключен к второму входу первого умножителя (13), а

второй выход блока сравнения «если-то» подключен к третьему входу коммутатора (7).

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что регистратор (14) выполнен в виде компьютерной системы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к легкой промышленности и может быть использовано для определения драпируемости различных материалов для женской поясной одежды. Заявленный способ определения драпируемости материалов заключается в подготовке пробы материала в форме круга, фиксации ее между двумя дисками равных диаметров: основным диском в центре с иглой, грузовым диском с отверстием в центре для иглы, фиксируемой трехлепестковым зажимом, закрепленным на кронштейне, который может перемещаться вдоль жестко закрепленного на основании стержня, с возможностью фиксации положения кронштейна относительно стекла планшетного сканера с помощью винта, определении площади горизонтальной проекции пробы материала после деформации и длин осевых линий с помощью планшетного сканера, подключенного к компьютеру, при этом драпируемость материала оценивают коэффициентом драпируемости, который определяют как процент отношения разницы площадей пробы материала и ее горизонтальной проекции после деформации к площади пробы материала, при этом для имитации ветровых воздействий и приближения условий испытаний к эксплуатационным используют вентилятор, установленный на планшетный сканер.

Группа изобретений относится к области измерительной техники и может быть использована для контроля качества композитных броневых преград на основе результатов теплового контроля при попадании поражающего элемента в броневую преграду.

Изобретение относится к технике испытаний и измерений. Способ включает подготовку и разметку образцов, закрепление зажимов разрывной машины, нагружение, фиксирование и определение характера деформации пробы и ее измерение.

Изобретение относится к области переработки полимеров, точнее к исследованиям и оптимизации режимов формования изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ), изготовленных по технологии типа RTM (ResinToolMolding), LRI (LiquidResinInfusion), RFI (ResinFilmInfusion), конкретнее к исследованиям пропитывания образца ткани, предварительно уложенной в закрытую полость измерительной ячейки установки (стенда) для исследования кинетики пропитывания тканей различной структуры и химической природы в режимах смачивания и фильтрации.

Изобретение относится к области измерительной техники, предназначено для определения параметров стационарного и нестационарного теплообмена в системе «человек-одежда-окружающая среда».

Изобретение относится к области измерительной техники, предназначено для определения параметров стационарного и нестационарного теплообмена в системе «человек-одежда-окружающая среда».

Изобретение относится к устройствам для контроля качества волокнистых систем и может быть использовано для оценки пиллингуемости различных текстильных материалов.

Изобретение относится к области исследований устойчивости материалов к световому воздействию и касается способа оценки светостойкости текстильных материалов. Способ включает в себя использование эталонов, проб и источника света.

Изобретение касается способа оценки деформационных свойств полипропиленовых нитей с углеродными наполнителями в процессе эксплуатации. Сущность способа заключается в том, что проводят поминутное растяжение с постоянной скоростью образцов синтетических нитей с одновременным воздействием электрическим током.

Изобретение относится к швейной промышленности и может использоваться при определении посадки и стягивания слоев сшиваемого материала при оценке продольной деформации ниточных соединений деталей швейных изделий.

Изобретение относится к области управляемого трещинообразования в материалах, в частности, с целью определения свойств заданного объема материала при образовании трещин.

Изобретение предназначено для определения прочности бетона и относится к разрушающим методам контроля и повышения точности измерений при упрощении методики испытаний.

Изобретение относится к средствам (испытательные машины) и методам механических испытаний материалов на растяжение, сжатие, изгиб и малоцикловую усталость. Машина содержит основание, два гидроцилиндра, закрепленных на верхней плоскости основания симметрично относительно оси нагружающего устройства, траверсу, скрепленную со штоками гидроцилиндров, два захвата для закрепления испытуемых образцов, датчик силы, датчик перемещения, приспособление для испытания на сжатие, содержащее нижнюю и верхнюю плиты, устанавливаемые на захваты нагружающего устройства, приспособление для испытания на изгиб, содержащее изгибную траверсу с опорными роликами для установки образца и опору с комплектом ножей, устанавливаемые на захваты нагружающего устройства, а также насосную установку, содержащую насос высокого давления, клапан предохранительный, гидрораспределители для управления захватами, компенсатор давления и сервоклапан для управления гидроцилиндрами (нагружением образца).

Изобретение относится к устройствам для испытания радиоактивных образцов в радиационно-защитной камере на прочность. Устройство содержит первый захват, раму, состоящую из плиты, двух стоек и балки, а также связанное с рамой средство вертикального реверсивного перемещения, снабженное кареткой, содержащей два толкателя с траверсами, на одной из которых расположен второй захват, а на другой закреплен датчик контроля усилия, взаимодействующий со штоком средства вертикального реверсивного перемещения.

Изобретение относится к наглядным учебным пособиям и предназначено для использования в учебных и исследовательских лабораториях по теоретической, строительной механике, строительным конструкциям как в качестве наглядной демонстрации работы стержневых пространственных конструкций, так и в качестве моделей шарнирно-стержневых систем при проектировании зданий и сооружений, при изучении работы пространственных стержневых конструкций.

Изобретение относится к методам исследования упругих свойств эластичных элементов, в частности уплотнительных резиновых колец. Установка содержит удерживающий узел, нагружающий узел и средства измерения.

Группа изобретений относится к области измерительной техники и может быть использована для контроля качества композитных броневых преград на основе результатов теплового контроля при попадании поражающего элемента в броневую преграду.

Изобретение относится к области испытаний на трещиностойкость, а именно к способам испытания на трещиностойкость образцов полимерных композиционных материалов. Сущность: размещают на контрастном фоне образец материала с предварительно выполненной на его конце трещиной, прикладывают к упомянутому концу образца материала растягивающее усилие, в процессе приложения растягивающего усилия освещают образец, измеряют прикладываемое усилие и формируют временную последовательность цифровых изображений образца в отраженном свете, на каждом цифровом изображении образца определяют положение вершины трещины и вычисляют ее длину, и на основании вычисленных значений длины трещины и измеренного значения прикладываемого усилия определяют характеристику трещиностойкости образца, причем положение вершины трещины определяют посредством измерения интенсивности пикселей вдоль линии трещины на каждом цифровом изображении образца, для вычисления длины трещины на одном из цифровых изображений задают контрольный сегмент в окрестности характерной точки, в качестве последней выбирают точку, положение которой остается неизменным относительно точки отсчета начала длины трещины в процессе испытания, на каждом цифровом изображении образца определяют положение контрольного сегмента посредством сравнения цифровых изображений, вычисляют смещение точки отсчета начала длины трещины относительно контрольного сегмента и по результатам вычисления определяют положение точки отсчета начала длины трещины, а длину трещины вычисляют как длину кривой между вершиной трещины и точкой отсчета начала длины трещины на соответствующем изображении.

Изобретение относится к области определения и контроля напряженно-деформированного состояния металлической конструкции (объекта), находящейся под нагрузкой, и может быть использовано для оценки ее прочности и прогнозирования несущей способности.

Изобретение относится к области мониторинга состояния конструкции по условиям прочности, направленное на определение момента разрушения элементов конструкций из полимерного композиционного материала (ПКМ) при циклическом нагружении.

Изобретение относится к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на обтекатель ракеты в наземных условиях и может быть использовано при наземных испытаниях элементов летательных аппаратов.

Изобретения относятся к области измерительной техники и могут использоваться для оценки погрешности контроля качества композитных броневых преград на основе результатов теплового контроля при попадании поражающего элемента в броневую преграду за счет поглощения энергии броневой преградой, а также для проведения непосредственно контроля. Согласно способу осуществляют силовое нагружение волокон слоев текстильного бронематериала, в процессе нагружения строят диаграмму деформации волокон, измеряют скорость деформации волокон, измеряют динамическое температурное поле в нескольких точках по их длине и температуру окружающей среды. Определяют коэффициент теплового эффекта, энергию поглощения текстильного бронематериала преградой, погрешность измерения величины поглощения энергией тепловым методом текстильной броневой преграды при взаимодействии с поражающим элементом и сравнивают ее величину с допустимой величиной погрешности измерений, по результатам делают заключение о применимости методики. Для реализации способа используют устройство. Технический результат – повышение информативности и достоверности результатов контроля текстильных композитных броневых преград. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 ил.

Наверх