Способ воспроизведения действия воздушной ударной волны повышенной длительности, преломленной в воду, на подводные инженерные боеприпасы в условиях открытого водоёма

Авторы патента:

Царев Алексей Васильевич (RU)

Суровцев Роман Павлович (RU)

Голенков Александр Иванович (RU)

Насонов Юрий Алексеевич (RU)

Карпенко Алексей Валентинович (RU)

G01N29/04 - для обнаружения локальных дефектов в твердых телах (G01N 29/16,G01N 29/18,G01N 29/20 имеют преимущество)

G01M7/08 - испытания на ударные нагрузки

F42B35/00 - Испытание или проверка боеприпасов

Владельцы патента RU 2725188:

Федеральное государственное казенное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к технике испытаний и может быть использовано при проведении предварительных и приемочных испытаний вооружения, военной и специальной техники (ВВСТ). Способ воспроизведения действия воздушной ударной волны (ВУВ) повышенной длительности, преломленной в воду, на подводные инженерные боеприпасы в условиях открытого водоема относится к технике испытаний. Способ включает установку объекта испытаний на акватории, размещение сосредоточенного заряда химического взрывчатого вещества (ВВ) в воздухе на некоторой высоте над поверхностью воды на заданном расстоянии от объекта испытаний и подрыв заряда. Непосредственное действие на объект испытаний преломленной подводной ударной волны (ПУВ), которая формируется при прохождении ВУВ повышенной длительности над водной поверхностью, обеспечивают совокупностью действия динамической и статической фаз давления. Динамическую фазу формируют подрывом заряда ВВ, для чего массу заряда, высоту его установки над поверхностью воды и расстояние до ПИБ устанавливают, исходя из условия соответствия параметров преломленной ПУВ параметрам дифракционного воздействия на ПИБ. Статическую фазу создают действием гидростатического давления, для чего объект испытаний размещают на глубине, обеспечивающей требуемые параметры воздействия. Техническим результатом изобретения является уменьшение количества химического ВВ, необходимого для воспроизведения действия ВУВ повышенной длительности на подводные инженерные боеприпасы. 5 ил.

Способ воспроизведения действия воздушной ударной волны повышенной длительности, преломленной в воду, на подводные инженерные боеприпасы в условиях открытого водоема относится к технике испытаний и может быть использован при проведении предварительных и приемочных испытаний вооружения, военной и специальной техники (ВВСТ).

При разработке и создании большинства новых образцов вооружения, военной и специальной техники задаются требования по стойкости к поражающим факторам ядерного взрыва (ЯВ). Частным случаем задания таких требований являются требования по стойкости создаваемых инженерных боеприпасов (противодесантных мин) к действию воздушной ударной волны (ВУВ), формируемой при ЯВ в воздухе, которая имеет амплитуду по фронту несколько сот килопаскалей при длительности более сотни миллисекунд. Инженерные противодесантные мины предназначены для минирования прибрежной зоны морей, рек и озер в целях поражения десантных средств, боевых и транспортных плавающих машин и устанавливаются на мелководье на глубинах от 5 до 30 метров. При наземном или воздушном маловысотном ЯВ возможно воздействие ВУВ, имеющей повышенную длительность, на установленные в боевое положение противодесантные мины. Непосредственное действие на боеприпас оказывает преломленная подводная ударная волна (ПУВ), которая формируется при прохождении воздушной ударной волны над водной поверхностью.

Известен способ создания ВУВ повышенной длительности, заключающийся в подрыве на открытом пространстве компактного заряда взрывчатого вещества (ВВ) большой массы, расположенного на заданном расстоянии от объекта воздействия [1]. Однако затраты на подготовку и подрыв зарядов ВВ массой 1000 и более тонн могут быть соизмеримы с затратами на разработку испытуемого образца ВВСТ или составлять значительную их часть. Кроме того, подобные эксперименты являются уникальными и единичными и требуют отчуждения больших территорий, включающих значительную акваторию, при испытаниях подводных инженерных боеприпасов.

Отечественный оборонно-промышленный комплекс располагает установками (комплексами ударных труб), позволяющими воспроизводить ВУВ с требуемыми параметрами [2, 3]. Комплексы ударных труб (УТ) предназначены для испытаний только наземных образцов ВВСТ. Для испытаний ВВСТ, установленных в воде на глубинах до 30 метров, экономически нецелесообразно строить на берегу водоемов подобные комплексы, которые представляют собой сложные инженерные сооружения большой протяженности.

Известны два варианта способа создания воздушной ударной волны, патент на изобретение RU №2387968, МПК G01M 7/08, опубл. 27.04.2010, бюл. №12 [4]. По первому варианту создание воздушной ударной волны реализуется размещением заряда ВВ на заданном расстоянии от объекта воздействия и его подрыв. В качестве заряда ВВ используют удлиненный заряд с изменяемой по его длине погонной массой.

Длина заряда L=V×T, м,

где: - V - скорость звука в воздухе, м/с;

- Т - длительность ВУВ, с.

Заряд размещают вдоль прямой линии, подрыв его производят с любого торца, а объект воздействия размещают со стороны торца заряда с меньшей погонной массой.

По второму варианту создание воздушной ударной волны реализуется размещением нескольких удлиненных зарядов ВВ с изменяемой по длине погонной массой, которые устанавливают по окружности заданного радиуса на заданном расстоянии друг от друга, а в центре окружности размещают объект воздействия. При этом торцы зарядов с меньшей погонной массой размещают со стороны центра указанной окружности, а подрыв зарядов осуществляют последовательным инициированием зарядов с любого торца с заданным временем задержки подрыва каждого последующего заряда относительно подрыва предыдущего, что позволяет получить ВУВ с требуемыми параметрами путем сложения воздушных ударных волн в месте размещения объекта воздействия.

В примерах, приведенных в [4], для реализации ВУВ с заданными параметрами по первому варианту требуется подрыв удлиненного заряда длиной ~270 м и массой ВВ ~9700 кг с изменяемой по его длине погонной массой ВВ при размещении объекта испытаний на расстоянии ~100 м от конца заряда с меньшей погонной массой. По второму варианту воспроизвести ВУВ с теми же параметрами можно с помощью 33 удлиненных зарядов длиной ~27 м с изменяемой по длине каждого заряда погонной массой (общая масса ВВ зарядов ~2000 кг) на расстоянии ~25 м от конца зарядов (в месте установки объекта воздействия). И в первом и во втором случаях для испытаний подводных объектов практически невозможно использовать подобные конструкции на водной поверхности в условиях открытого водоема, обеспечив их неизменную геометрию. Кроме того, заявленные в изобретении амплитудные значения ВУВ лежат в диапазоне нескольких килопаскалей.

Прототипом предлагаемого изобретения является способ формирования ВУВ повышенной длительности путем подрыва на открытом пространстве компактного заряда взрывчатого вещества (ВВ) большой массы, расположенного на заданном расстоянии от объекта воздействия [1].

Основной задачей при проведении испытаний ВВСТ по подтверждению требований к стойкости действия ВУВ повышенной длительности является достоверное моделирование (воспроизведение) взрывного нагружения на подводный объект испытаний, что предполагает воздействие на него ПУВ, параметры которой соответствуют преломленной ПУВ, сформированной проходящей над водной поверхностью ВУВ.

Показателями стойкости подводных объектов ВВСТ к действию ВУВ повышенной длительности являются сохранение целостности корпуса и сохранение работоспособности после взрывного нагружения.

Воздействие преломленной ПУВ на корпус боеприпаса, который установлен под водой, представляет собой дифракционный процесс его обтекания волной давления в течение характерного промежутка времени, не превышающего нескольких миллисекунд, и последующего периода статического нагружения корпуса «хвостом» подводной ударной волны.

В результате анализа взрывного воздействия и возникающих напряженно-деформированных состояний типовых корпусов подводных объектов испытаний (противодесантных мин) с использованием методов численного моделирования установлено, что время разрушения их корпусов под водой при критических нагрузках (нагрузках с минимальной амплитудой, при которой происходит пластическое разрушение корпуса) значительно меньше длительности действия преломленной ПУВ, формируемой проходящей над водной поверхностью ВУВ повышенной длительности. При нагрузках, превышающих критические, длительность процесса разрушения еще меньше. В случае же нагрузок, меньших критических, их длительность не влияет на конечный результат [5].

На фиг. 1 представлены зависимости величины деформирования корпуса конкретного объекта испытаний от времени и величины нагружения. На фиг. 1 w - прогиб корпуса образца; t - длительность воздействия.

Таким образом, действие преломленной ПУВ, порождаемой ВУВ повышенной длительности, предлагается воспроизводить комбинацией взрывного нагружения, создаваемого ВУВ меньшей длительности, и постоянной статической нагрузкой (давления), совместное разрушающее действие которых, с учетом характеристик конструктивной прочности объекта испытаний, с достаточным приближением эквивалентны действию нагрузки от ВУВ повышенной длительности. В данном случае амплитуда и длительность взрывной нагрузки должны соответствовать амплитудным и временным параметрам дифракционного процесса.

Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение затрат и уменьшение количества химического ВВ, необходимого для воспроизведения действия ВУВ повышенной длительности на подводные объекты.

Технический результат достигается тем, что действие ПУВ на подводный объект испытаний преломленной в воду, которая формируется при прохождении ВУВ повышенной длительности над водной поверхностью в месте установки объекта, обеспечивают совокупностью действия динамического и статического давления (фиг. 2).

Динамическую фазу ПУВ, которая характеризуется длительностью дифракционного процесса и амплитудой, равной удвоенной амплитуде ВУВ повышенной длительности, формируют подрывом сосредоточенного заряда химического ВВ в воздухе на некоторой высоте над поверхностью воды. Преломленная ПУВ с учетом характеристик конструктивной прочности объекта испытаний создает нагрузки с достаточным приближением эквивалентные дифракционному давлению преломленной ПУВ, формируемой ВУВ повышенной длительности. Статическую фазу формируют действием гидростатического давления, для чего объект испытаний размещают на глубине, обеспечивающей требуемые параметры воздействия. Она воспроизводит действие нагрузок от «хвоста» ВУВ повышенной длительности на объект испытаний.

Технический результат достигается при выполнении всей совокупности существенных признаков изобретения для объектов испытаний, сумма геометрических размеров которых по трем измерениям не превышает 2-х метров.

Технической проблемой, решение которой обеспечит заявляемое изобретение, является расширение арсенала технических средств для проведения испытаний подводных инженерных боеприпасов на стойкость к поражающему действию факторов ЯВ.

Осуществимость изобретения подтверждена рядом экспериментов и испытаниями противодесантной мины, проведенными на открытой акватории в НИЦ БТС 12ЦНИИ МО РФ [5].

Перед проведением экспериментальной части исследований был проведен расчет прогнозируемых давлений с использованием методов численного моделирования. Затем был проведен предварительный опыт без объекта испытаний с целью экспериментального подтверждения расчетного нагружения. На втором этапе воздействие осуществлялось непосредственно на объект испытаний. Схема предварительного опыта представлена на фиг. 3. Заряд тротила массой 50 кг размещали на высоте 1 м от поверхности воды на расстоянии 10 м до рубежа установки датчиков давления ВУВ и ПУВ. Датчики ВУВ располагали на одном уровне с зарядом. Датчики давления ПУВ устанавливали на глубине 24 м, что соответствовало глубине установки противодесантной мины. Затем осуществляли подрыв заряда и регистрировали параметры ВУВ и ПУВ. Расчетная эпюра давления ВУВ, а также эпюры давления ВУВ, зарегистрированные датчиками №1 и №2 при проведении предварительного опыта, представлены на рисунках фиг. 4. Расчетная эпюра давления ПУВ, а также эпюры давления ПУВ, зарегистрированные датчиками №1 и №2 при проведении предварительного опыта, представлены на рисунках фиг. 5.

Анализ расчетных и зарегистрированных эпюр ВУВ и ПУВ показал, что расчетная модель работает корректно, а условия проведения опыта выбраны правильно. При испытаниях противодесантной мины эти условия были воспроизведены.

Список источников

1. М.А. Садовский «Механические действия воздушных ударных волн по данным экспериментальных исследований», Физика взрыва, сборник №1, изд. Академий Наук СССР, 1952.

2. С.И. Шабунин «12ЦНИИ Минобороны России - 65 лет!», Изобретатель и рационализатор, №6, 2015.

3. Способ генерации воздушной ударной волны на основе детонации топливовоздушной смеси и устройство для его осуществления, патент на изобретение RU 2207497 кл. F42D 7/00, G01N 3/313, 2003.

4. Способ создания воздушной ударной волны (варианты), патент на изобретение RU 2387968 кл. G01M 7/08, 2010.

5. Протокол предварительных испытаний в рамках ОКР «Поверхность» №01-16, НИЦ БТС 12 ЦНИИ МО РФ, 2016.

Способ воспроизведения действия воздушной ударной волны (ВУВ) повышенной длительности, преломленной в воду, на подводные инженерные боеприпасы в условиях открытого водоема, характеризующийся тем, что подводный инженерный боеприпас (ПИБ) устанавливают под водой, а над поверхностью воды на заданном расстоянии от ПИБ размещают сосредоточенный заряд химического взрывчатого вещества (ВВ) и производят его подрыв, отличающийся тем, что непосредственное действие на ПИБ подводной ударной волны, которая образуется преломленной ВУВ повышенной длительности при прохождении над водной поверхностью в месте установки ПИБ, обеспечивают совокупностью действия динамической и статической фаз давления, при этом динамическую фазу создают подрывом сосредоточенного заряда ВВ, для чего массу заряда, высоту его установки над поверхностью воды и расстояние до ПИБ устанавливают, исходя из условия соответствия параметров преломленной ПУВ параметрам дифракционного воздействия на ПИБ, а статическую фазу формируют действием гидростатического давления, для чего ПИБ устанавливают на глубине, обеспечивающей требуемые параметры воздействия.

Использование: для неразрушающего контроля твердых материалов. Сущность изобретения заключается в том, что для осуществления предлагаемых способа и устройства оптико-акустическому преобразователю и решетке пьезоэлементов придают тороидальную форму, которая сфокусирована таким образом, что ее центр кривизны, определяемый величиной радиусов кривизны и угловых апертур в плоскостях XY, совпадает с началом координат, используемых при позиционировании исследуемого объекта, при этом исследуемый объект помещают в иммерсионную среду и располагают так, что излучаемый акустический сигнал фокусируется не на его поверхности, а на некоторой глубине внутри него.

Устройство для иммерсионного ультразвукового контроля // 2723913

Использование: для ультразвукового контроля изделий со сложным профилем, таких как рельсы или сортовой прокат. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для иммерсионного ультразвукового контроля содержит иммерсионную или локально-иммерсионную ванну, и один или несколько иммерсионных ультразвуковых преобразователей, позиционированных относительно объекта контроля таким образом, что оптимальный угол падения β продольной волны на поверхность объекта контроля соответствует условию:β = Arcsin C1/CR, где:С1 – скорость продольной волны в иммерсионной среде; CR – скорость рэлеевской волны в материале объекта контроля, при этом каждый ультразвуковой преобразователь включает в себя совокупность из двух и более пьезоэлементов, причём расстояние Н между центрами соседних пьезоэлементов соответствует условию:H = K × (CR/F) × Сos (Arcsin C1/CR), где:K – коэффициент, выбираемый из диапазона K = 2 … 20; F – эффективная частота упругих колебаний.

Способ ультразвукового контроля дефектности металлического изделия // 2723368

Использование: для ультразвукового контроля дефектности металлического изделия. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют размещение изделия контроля в иммерсионной ванне, сканирование изделия ультразвуковыми сигналами при возвратно-поступательном перемещении ультразвукового датчика в иммерсионной жидкости над изделием контроля поперек области контроля, регистрацию амплитуды и координаты ультразвуковых эхо-сигналов, обработку данных на компьютере и получение на дисплее двумерных ультразвуковых изображений при B- и C-сканировании изображений, образующих группу, получаемую при B-сканировании, суммируют их в одно изображение, при наличии в изделии дефекта «полистно» просматривают все ультразвуковые изображения этой группы, по которым оценивают размеры дефекта, при этом сканируют изделие контроля ультразвуковыми сигналами от датчиков линейной фазированной антенной решетки через зонную пластинку из полилактида с продольными прямоугольными отверстиями, которую прикрепляют перед датчиками, предварительно изготовив с помощью 3D-принтера, определив ее толщину th и размеры зон ln из заданного математического выражения, причем шаг сканирования вдоль активной ΔХ и вдоль пассивной апертуры ΔУ фазированной антенной решетки составляет не более 1 мм, определяют количество шагов сканирования Nx и Ny по осям Х и У и количество цифровых отсчетов Nz в одном ультразвуковом сигнале в каждой точке сканирования и формируют матрицу значений A (Nz, Nх, Nу), на основе которой визуализируют изображение внутреннего дефекта изделия контроля.

Способ бесконтактной ультразвуковой дефектоскопии с использованием эффекта доплера // 2722089

Использование: для бесконтактной ультразвуковой дефектоскопии с использованием эффекта Доплера. Сущность изобретения заключается в том, что в процессе относительного движения бесконтактного акустического преобразователя и контролируемого изделия на заданной частоте излучают в изделие ультразвуковые колебания с симметричной в плоскости зондирования диаграммой направленности с известными углами, принимают отраженные эхо-сигналы, при известной скорости движения вычисляют доплеровский сдвиг частоты эхо-сигналов, при этом определяют мгновенные частоты эхо-сигналов, принятых в пределах противоположно направленных основных лепестков диаграммы направленности преобразователя, по направлению и величинам их изменения и по взаимному временному положению групп эхо-сигналов, принятых указанными лепестками диаграммы направленности, определяют наличие и положение дефекта.

Автоматизированный контроль температур при сварке // 2721478

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано в устройствах контроля основных параметров сварки в качестве средства автоматизированного контроля температур.

Автоматизированный контроль температур при сварке // 2721478

Способ высокоскоростной ультразвуковой дефектоскопии с использованием эффекта доплера // 2720043

Использование: для высокоскоростной ультразвуковой дефектоскопии с использованием эффекта Доплера. Сущность изобретения заключается в том, что в процессе относительного движения бесконтактного акустического преобразователя и контролируемого изделия излучают в изделие ультразвуковые колебания на заданной частоте под определенным углом с известной диаграммой направленности, принимают отраженные эхо-сигналы, при известной скорости сканирования учитывают доплеровский сдвиг частоты эхо-сигналов, при этом с необходимой дискретностью определяют мгновенные частоты эхо-сигналов и по их изменению определяют наличие дефекта.

Способ исследования соединений с натягом с применением ультразвуковой томографии // 2719276

Использование: для исследования соединений с натягом с применением ультразвуковой томографии. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют многоракурсное ультразвуковое зондирование по окружности исследуемого объекта в заданном поперечном сечении (сканирование с шагом 22°30') пакетами ультразвуковых импульсов, посылаемых ультразвуковым излучателем, а прошедший через объект сигнал регистрируется пьезоакустическим датчиком и используется для вычисления коэффициента отражения УЗ волны от области сопряжения деталей по каждому направлению распространения УЗ волны и представления этих данных в виде круговых диаграмм, соответствующих каждому сечению зондирования, формируют плоские изображения ряда поперечных «срезов» объекта (2D–томограмм), после чего по этим данным выполняют программное восстановление трехмерного образа напряженно-деформированного состояния деталей соединения с натягом по всей поверхности сопряжения, обеспечивая возможность количественной оценки влияния разброса натяга по поверхности сопряжения на качество соединения.

Способ оценки остаточного ресурса змеевиков реакционных печей // 2717557

Использование: для прогнозирования остаточного ресурса змеевиков реакционных печей. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют измерение толщины стенки змеевика ультразвуковым методом, при этом вначале сканируют поверхность трубы магнитным методом, выявляя зоны с максимальным значением напряженности постоянного магнитного поля, в которых ультразвуковым методом измеряют толщину стенки, причем значение измеренной толщины корректируют, учитывая толщину науглероженного слоя и изменения скорости прохождения в материале стенки змеевика ультразвуковых продольных волн, причем в качестве магнитного параметра используется показатель результирующей напряженности постоянного магнитного поля, а в качестве ультразвукового параметра используется скорость распространения продольных ультразвуковых волн, а остаточный ресурс определяют по определенной математической формуле.

Устройство контроля и измерения дефектов сварного шва цилиндрической стенки и способ применения такого устройства // 2717382

Использование: для контроля и измерения дефектов сварного шва. Сущность изобретения заключается в том, что устройство контроля и измерения дефектов сварного шва, присутствующих в цилиндрической стенке, такой как стенка прохода дна бака ядерного реактора, содержит головку (4) контроля, образующую зонд, которая имеет вдоль продольной оси (X-X') проксимальный конец (ЕР) и дистальный конец (ED) и первая сторона (42) которой, называемая внутренней стороной, оснащена по меньшей мере одним преобразователем ультразвуковых волн, при этом указанная головка (4) контроля содержит вторую сторону (43), называемую наружной стороной и противоположную первой стороне (42), которая имеет криволинейную поверхность в виде участка цилиндра с продольной осью, параллельной продольной оси (X-X') головки (4), и вогнутость которой обращена наружу; указанный преобразователь волн состоит из набора (5) расположенных рядом элементов (50), при этом каждый элемент (50) является одновременно излучающим и принимающим, при этом поверхность набора (5) является криволинейной и имеет форму участка цилиндра, который имеет такое же направление, что и продольная ось (X-X'), и вогнутость которого обращена наружу; плоскость (Р1), которая содержит две крайние образующие участка цилиндра второй стороны (43) и образует с плоскостью (Р2), которая содержит две крайние образующие указанного участка цилиндра преобразователя (5) волн, не равный нулю острый угол.

Способ определения степени тяжести контузии // 2719921

Изобретение относится к способам определения уровня контузионного воздействия на биообъект, а именно к способам определения степени тяжести контузии. Заявлен способ определения степени тяжести контузии, включающий расчет удельного импульса для ударника, причем удары производят ударником с фиксированной массой и диаметром наконечника по объекту с разными энергиями, при этом для каждой энергии производят расчет величины удельного импульса.