RU2582524C1

RU2582524C1 - Method of controlling gas inlet in powder ballistic apparatus and apparatus therefor

Info

Publication number: RU2582524C1
Application number: RU2014153477/11A
Authority: RU
Inventors: Ольга Валентиновна Иванова; Сергей Александрович Краюхин; Александр Викторович Сальников
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2016-04-27

Abstract

FIELD: test equipment.

SUBSTANCE: powder ballistic unit (PCU) comprises barrel to accommodate a thrown object (MO), a powder charge (PC), a charging chamber, connected to additional chamber through hole with diameter depending on equality of maximum pressure in charging and additional chambers during acceleration MO. Method includes initiating PC, beginning gas inlet into a charging chamber, MO is accelerated in barrel under action of combustion products of PC, performing overflow of combustion products of PC into additional chamber, pressure is balanced in charging chamber and additional chamber is carried out overflow of combustion products from additional chamber into charging chamber.

EFFECT: invention may be used in PCU.

2 cl, 8 dwg

Description

Изобретения относятся к испытательной технике. Преимущественная область применения - пороховые баллистические установки, используемые в качестве разгонных устройств в стендах для испытаний конструкций на воздействие интенсивных механических нагрузок.The invention relates to test equipment. The primary field of application is powder ballistic installations used as booster devices in test benches for testing structures for exposure to intense mechanical loads.

Известен способ управления газоприходом в пороховой баллистической установке (ПБУ) и установка для его осуществления, описанные в патенте RU 02467300, "Стенд динамических испытаний", МПК G01M 7/08 (2006.01) опубл. 20.11.2012, выбранные в качестве прототипа. Стенд динамических испытаний содержит разгонное устройство (ПБУ), включающее ствол, источник давления в виде порохового заряда, размещенного в зарядной камере, и инициирующее устройство. При подаче электрического импульса на инициирующее устройство производят воспламенение порохового заряда, начинается газоприход в зарядной камере, вследствие чего в ней увеличивается давление, под действием которого осуществляется разгон контейнера (метаемого объекта (МО)). В процессе разгона происходит нагружение размещенного в контейнере объекта испытаний (ОИ) с реализацией требуемых параметров импульса ускорения.A known method of controlling the gas inlet in a powder ballistic installation (PBU) and installation for its implementation, described in patent RU 02467300, "Stand dynamic tests", IPC G01M 7/08 (2006.01) publ. 11/20/2012, selected as a prototype. The dynamic test bench contains an accelerating device (PBU), including a barrel, a pressure source in the form of a powder charge placed in the charging chamber, and an initiating device. When an electrical impulse is applied to the initiating device, the powder charge is ignited, the gas inlet in the charging chamber begins, as a result of which the pressure increases under which the container (propelled object (MO)) is accelerated. During acceleration, loading of the test object (OI) placed in the container occurs with the implementation of the required parameters of the acceleration pulse.

Длительность фронта нарастания ускорения ОИ определяется длительностью фронта нарастания давления в зарядной камере ПБУ в результате газоприхода от горения порохового заряда и газорасхода вследствие увеличения заснарядного пространства по мере разгона контейнера с ОИ.The duration of the front of the increase in acceleration of the OI is determined by the duration of the front of the rise of pressure in the charging chamber of the PBU as a result of the gas intake from the burning of the powder charge and gas consumption due to an increase in the projectile space as the container with the OI accelerates.

Осуществление данного способа управления газоприходом в ПБУ, обеспечивающего нагружение ОИ, и применение реализующего его разгонного устройства не позволяет обеспечить при использовании штатных пироксилиновых порохов (ВТ, 6/7 фл, 9/7 и пр.) длительность фронта нарастания давления менее 1 мс.The implementation of this method of controlling the gas inlet in the control unit, which provides loading of the OI, and the use of the accelerating device that implements it, does not allow using the standard pyroxylin powders (VT, 6/7 fl, 9/7, etc.) the duration of the pressure rise front is less than 1 ms.

Решаемой технической задачей является создание способа управления газоприходом в ПБУ и установки для его осуществления, используемой в качестве разгонного устройства в стендах для испытаний конструкций на воздействие механических нагрузок, обеспечивающих параметры, приближенные к параметрам натурного нагружения ОИ.The technical problem to be solved is the creation of a method for controlling the gas inlet in the control room and the installation for its implementation, which is used as an accelerating device in stands for testing structures for mechanical loads, providing parameters close to the parameters of full-scale loading of the OI.

Ожидаемый технический результат заключается в уменьшении длительности фронта нарастания давления в зарядной камере ПБУ до требуемой (менее 1 мс) при одновременном сохранении наполненности диаграммы давления.The expected technical result is to reduce the duration of the front of the rise in pressure in the charging chamber of the PBU to the required (less than 1 ms) while maintaining the fullness of the pressure diagram.

Технический результат достигается за счет применения способа управления газоприходом в ПБУ, включающего инициирование порохового заряда, установленного в зарядной камере, с последующим началом газоприхода в зарядной камере, разгон МО в стволе под действием продуктов сгорания порохового заряда. В отличие от прототипа в предлагаемом способе зарядную камеру ПБУ снабжают дополнительной камерой, сообщающейся с зарядной камерой. После инициирования порохового заряда в зарядной камере в ходе разгона МО осуществляют перетекание продуктов сгорания порохового заряда в дополнительную камеру, выравнивают давление в зарядной камере и дополнительной камере, затем осуществляют обратное перетекание продуктов сгорания из дополнительной камеры в зарядную камеру.The technical result is achieved through the application of the gas intake control method in the control unit, including the initiation of the powder charge installed in the charging chamber, followed by the start of the gas supply in the charging chamber, the acceleration of the MO in the barrel under the action of the combustion products of the powder charge. In contrast to the prototype in the proposed method, the charging chamber of the PBU is equipped with an additional camera in communication with the charging chamber. After the initiation of the powder charge in the charging chamber during the acceleration of the MO, the products of combustion of the powder charge are transferred to the additional chamber, the pressure in the charging chamber and the secondary chamber are equalized, and then the products of combustion are transferred back from the additional chamber to the charging chamber.

Использование дополнительной камеры, сообщающейся с зарядной камерой, позволяет производить дополнительный газорасход продуктов сгорания порохового заряда из зарядной камеры.The use of an additional chamber in communication with the charging chamber allows additional gas consumption of the combustion products of the powder charge from the charging chamber.

Перетекание продуктов сгорания порохового заряда после его инициирования из зарядной камеры в дополнительную камеру с последующим выравниванием давлений в зарядной камере и дополнительной камере позволяет разместить в зарядной камере пороховой заряд с плотностью заряжания более высокой, чем это могло бы быть при отсутствии перетекания в дополнительную камеру. Благодаря этому на начальном этапе горения порохового заряда повышается величина газоприхода в зарядной камере, что приводит к более интенсивному увеличению скорости нарастания давления и, как следствие, к общему сокращению длительности фронта его нарастания. Требуемая максимальная величина давления в зарядной камере обеспечивается за счет выравнивания процессов газоприхода и газорасхода.The flow of the combustion products of the powder charge after its initiation from the charging chamber to the additional chamber, followed by equalization of the pressures in the charging chamber and the secondary chamber, makes it possible to place the powder charge in the charging chamber with a charge density higher than it would be without flowing into the secondary chamber. Due to this, at the initial stage of the combustion of the powder charge, the gas inlet in the charging chamber increases, which leads to a more intensive increase in the rate of increase in pressure and, as a result, to a general decrease in the duration of the front of its rise. The required maximum pressure in the charging chamber is ensured by equalizing the processes of gas intake and gas consumption.

Обратное перетекание продуктов сгорания из дополнительной камеры в зарядную камеру обеспечивает требуемое наполнение диаграммы давления в зарядной камере.The backflow of combustion products from the additional chamber to the charging chamber provides the required filling of the pressure diagram in the charging chamber.

Технический результат достигается также за счет применения пороховой баллистической установки, содержащей ствол для размещения в нем МО, пороховой заряд, установленный в зарядной камере, средство инициирования. В отличие от прототипа ПБУ снабжена дополнительной камерой, соединенной через отверстие с зарядной камерой, при этом диаметр отверстия определен из условия обеспечения равенства максимальных значений давлений в зарядной и дополнительной камерах в процессе разгона МО.The technical result is also achieved through the use of a powder ballistic installation containing a barrel for placing MO therein, a powder charge installed in the charging chamber, and an initiating means. Unlike the prototype, the PBU is equipped with an additional camera connected through an opening to the charging chamber, and the diameter of the hole is determined from the condition of ensuring the equality of the maximum pressure values in the charging and additional chambers during the acceleration of the MO.

Снабжение ПБУ дополнительной камерой, соединенной через отверстие с зарядной камерой, обеспечивает перетекание продуктов сгорания порохового заряда из зарядной камеры в дополнительную камеру, что позволяет разместить в зарядной камере пороховой заряд с плотностью заряжания более высокой, чем это могло бы быть при отсутствии перетекания в дополнительную камеру. Благодаря этому на начальном этапе горения порохового заряда повышается величина газоприхода в зарядной камере, что приводит к более интенсивному увеличению скорости нарастания давления и, как следствие, к общему сокращению длительности фронта его нарастания.The supply of the control unit with an additional chamber connected through an opening to the charging chamber ensures that the products of combustion of the powder charge flow from the charging chamber to the additional chamber, which makes it possible to place a powder charge in the charging chamber with a charge density higher than it would be without flowing into the additional chamber . Due to this, at the initial stage of the combustion of the powder charge, the gas inlet in the charging chamber increases, which leads to a more intensive increase in the rate of increase in pressure and, as a result, to a general decrease in the duration of the front of its rise.

Определение диаметра отверстия из условия обеспечения равенства максимальных значений давлений в зарядной и дополнительной камерах в процессе разгона МО позволяет реализовать максимально возможную плотность заряжания в зарядной камере и соответственно сократить длительность фронта нарастания давления при сохранении наполненности его диаграммы.Determining the diameter of the hole from the condition of ensuring the equality of the maximum pressure values in the charging and additional chambers during the acceleration of the MO makes it possible to realize the maximum possible charge density in the charging chamber and, accordingly, reduce the duration of the pressure rise front while maintaining the fullness of its diagram.

Заявляемый способ управления газоприходом в ПБУ и установка для его осуществления поясняются рисунками: фиг. 1 - пример конструктивного исполнения ПБУ, фиг. 2÷5 - схемы стадий функционирования ПБУ, фиг. 6 - экспериментальные зависимости давления в зарядной камере от времени на участке нарастания с использованием дополнительной камеры и без нее ("штатная" схема метания), фиг. 7 - зависимости скорости изменения давления в зарядной камере от времени на участке нарастания с использованием дополнительной камеры и без нее ("штатная" схема метания), фиг. 8 - зависимости давления от времени в зарядной камере и дополнительной камере.The inventive method of controlling the gas inlet in the PBU and installation for its implementation are illustrated by drawings: FIG. 1 - an example of the design of the PBU, FIG. 2 ÷ 5 - diagrams of the stages of operation of the PBU, FIG. 6 - experimental dependences of pressure in the charging chamber on time at the rise area using and without an additional camera (“standard” throwing circuit), FIG. 7 - dependences of the rate of change of pressure in the charging chamber on time at the rise area using and without an additional camera (“standard” throwing circuit), FIG. 8 - pressure versus time in the charging chamber and additional chamber.

ПБУ (фиг. 1) включает в свой состав ствол 1 с установленным в нем МО 2, зарядную камеру 3, размещенный в ней пороховой заряд 4 и средство инициирования 5, в качестве которого может быть использован, например, пиропатрон. Зарядная камера 3 через отверстие 6 сообщается с дополнительной камерой 7. Диаметр отверстия 6 определен из условия обеспечения равенства максимальных значений давлений в зарядной 3 (Р_ЗК - давление в зарядной камере) и дополнительной 7 камерах (Р_ДК - давление в дополнительной камере) в процессе разгона МО.PBU (Fig. 1) includes a barrel 1 with MO 2 installed in it, a charging chamber 3, a powder charge 4 placed in it, and initiating means 5, for which, for example, a squib can be used. The charging chamber 3 through the hole 6 communicates with the additional camera 7. The diameter of the hole 6 is determined from the condition of ensuring the equality of the maximum pressure values in the charging 3 (P _ZK - pressure in the charging chamber) and an additional 7 chambers (P _DK - pressure in the additional chamber) overclocking MO.

Функционирование заявляемой ПБУ, обеспечивающей реализацию заявляемого способа управления газоприходом, осуществляется следующим образом.The functioning of the claimed PBU, ensuring the implementation of the proposed method of controlling the gas intake, is as follows.

После инициирования порохового заряда 4 (см. фиг. 2, 3) происходит нарастание давления в зарядной камере 3 за счет газоприхода от горения порохового заряда 4. При этом МО 2 начинает разгоняться, вследствие чего увеличивается объем зарядной камеры, продукты сгорания порохового заряда перетекают из зарядной камеры 3 через отверстие 6 в дополнительную камеру 7, формируя в ней давление Р_ДК.After the initiation of the powder charge 4 (see Fig. 2, 3), an increase in pressure occurs in the charging chamber 3 due to the gas intake from the combustion of the powder charge 4. In this case, the MO 2 starts to accelerate, as a result of which the volume of the charging chamber increases, the combustion products of the powder charge flow from charging chamber 3 through the hole 6 into the additional chamber 7, forming a pressure P _DC in it.

Для реализации требуемой максимальной величины давления в зарядной камере 3, в условиях газоперетока в дополнительную камеру 7, в ней размещают пороховой заряд 4 с плотностью заряжания более высокой, чем это могло бы быть при отсутствии перетекания в дополнительную камеру 7. Благодаря увеличенной плотности заряжания и, соответственно, большей поверхности горения пороха, величина газоприхода в зарядной камере 3 повышается. Это приводит к более интенсивному увеличению скорости нарастания давления в зарядной камере 3 и, как следствие, к общему сокращению длительности фронта его нарастания. За счет газоперетока в дополнительную камеру 7 обеспечивают требуемую максимальную величину давления в зарядной камере 3 при повышенной плотности заряжания в ней. Таким образом, газопереток в дополнительную камеру 7 компенсирует рост давления в зарядной камере 3, и при его отсутствии (газоперетока) величина максимального давления в ней, также как и ускорение разгоняемого МО 2, была бы завышена.To realize the required maximum pressure in the charging chamber 3, under conditions of gas transfer to the additional chamber 7, a powder charge 4 is placed in it with a charge density higher than it would be if there were no overflow into the additional chamber 7. Due to the increased charge density and, accordingly, a larger combustion surface of the powder, the gas intake in the charging chamber 3 increases. This leads to a more intensive increase in the rate of increase in pressure in the charging chamber 3 and, as a consequence, to a general decrease in the duration of the front of its rise. Due to the gas flow into the additional chamber 7, the required maximum pressure in the charging chamber 3 is provided at an increased charge density in it. Thus, the gas flow to the additional chamber 7 compensates for the increase in pressure in the charging chamber 3, and in its absence (gas flow), the maximum pressure in it, as well as the acceleration of the accelerated MO 2, would be overestimated.

Диаметр отверстия 6 (⌀D) (см. фиг. 1) газоперетока определен из условия обеспечения равенства максимальных значений давлений в зарядной камере 3 и дополнительной камере 7 в процессе разгона МО 2, что, в свою очередь, обеспечивает максимально возможную плотность заряжания в зарядной камере 3 и, соответственно, минимальную длительность фронта нарастания давления. В случае если максимальное давление в дополнительной камере 7 реализуется ниже максимального давления в зарядной камере 3, можно дополнительно повысить плотность заряжания, увеличив при этом диаметр 6 газоперетока в дополнительную камеру 7.The diameter of the hole 6 (⌀D) (see Fig. 1) of the gas flow is determined from the condition of ensuring the equality of the maximum pressure values in the charging chamber 3 and the additional chamber 7 during the acceleration of MO 2, which, in turn, ensures the maximum possible charge density in the charging chamber 3 and, accordingly, the minimum duration of the front of the pressure rise. If the maximum pressure in the additional chamber 7 is realized below the maximum pressure in the charging chamber 3, it is possible to further increase the charging density, while increasing the diameter 6 of the gas flow into the additional chamber 7.

Увеличение заснарядного пространства зарядной камеры 3 при разгоне МО 2 и перетекание части пороховых газов в дополнительную камеру 7 по мере сгорания порохового заряда 4 приводят к понижению скорости нарастания давления в зарядной камере 3 и последующему понижению давления. Давление в зарядной камере 3 (Р_ЗК) и дополнительной камере 7 (Р_ДК) выравниваются (см. фиг. 4), после чего, по мере понижения давления в зарядной камере 3, начинается процесс обратного перетекания (см. фиг. 5) продуктов сгорания порохового заряда из дополнительной камеры 7 в зарядную камеру 3, вследствие чего происходит наполнение зависимости давления на МО 2 от времени на участке спада.The increase in the projection space of the charging chamber 3 during acceleration of MO 2 and the flow of part of the powder gases into the additional chamber 7 as the powder charge 4 burns, leads to a decrease in the rate of increase in pressure in the charging chamber 3 and a subsequent decrease in pressure. The pressure in the charging chamber 3 (P _ZK ) and the additional chamber 7 (P _DK ) are equalized (see Fig. 4), after which, as the pressure in the charging chamber 3 decreases, the backflow process (see Fig. 5) begins combustion of the powder charge from the additional chamber 7 into the charging chamber 3, as a result of which the dependence of pressure on MO 2 on time in the decay section is filled.

На фиг. 6 приведены две экспериментальные зависимости давления в зарядной камере от времени на участке нарастания. Одна из них получена при применении способа управления газоприходом, выбранного в качестве прототипа ("штатная" схема метания), а другая - при использовании заявляемого способа управления газоприходом (схема метания с дополнительной камерой). Компоненты порохового заряда, а также максимальные величины давлений приблизительно одинаковы. При использовании "штатной" схемы метания длительность фронта нарастания давления τ_ф (оценка проводилась от условного уровня 0,1 до уровня 0,9 P^max) составляет ≈1,25 мс, а при использовании схемы метания с дополнительной камерой - ≈0,85 мс. Как можно видеть, длительность фронта нарастания давления сократилась в ≈1,5 раза.In FIG. Figure 6 shows two experimental dependences of the pressure in the charging chamber on time in the rise area. One of them was obtained by applying the gas inlet control method selected as a prototype ("standard" throwing scheme), and the other when using the inventive gas inlet control method (throwing scheme with an additional chamber). The components of the powder charge, as well as the maximum pressure values are approximately the same. When using the “standard” throwing scheme, the duration of the pressure rise front τ _f (evaluation was carried out from a conditional level of 0.1 to the level of 0.9 P ^max ) is ≈1.25 ms, and when using the throwing scheme with an additional camera, ≈0.85 ms As can be seen, the duration of the pressure rise front decreased by ≈1.5 times.

На фиг. 7 приведены две зависимости скорости изменения давлений (dP/dt), представленных на фиг. 6, от времени. Согласно данным зависимостям при использовании заявляемого способа управления газоприходом наблюдается более интенсивный рост скорости изменения давления, который, как было сказано выше, обеспечивается благодаря более высокой плотности заряжания в зарядной камере, чем при использовании "штатной" схемы метания.In FIG. 7 shows two dependences of the rate of change of pressure (dP / dt) shown in FIG. 6, from time to time. According to these dependencies, when using the proposed method for controlling the gas intake, a more intense increase in the rate of change of pressure is observed, which, as mentioned above, is provided due to the higher loading density in the charging chamber than when using the “standard” throwing scheme.

Пример экспериментальных зависимостей давления в зарядной камере и дополнительной камере от времени приведен на фиг. 8. В процессе разгона МО обеспечено равенство максимальных значений давлений (350 МПа) в зарядной камере и дополнительной камерах.An example of the experimental dependences of the pressure in the charging chamber and the additional chamber on time is shown in FIG. 8. In the process of accelerating the MO, equality of the maximum pressure values (350 MPa) in the charging chamber and the additional chambers is ensured.

Использование заявляемых способа управления газоприходом в ПБУ и установки для его осуществления позволяет снизить длительность фронта нарастания давления в зарядной камере при сохранении наполненности диаграммы давления.Using the inventive method of controlling the gas inlet in the control room and the installation for its implementation can reduce the duration of the front of the rise in pressure in the charging chamber while maintaining the fullness of the pressure diagram.

Предлагаемый способ управления газоприходом в ПБУ и установка для его осуществления успешно прошли экспериментальную проверку.The proposed method of controlling the gas inlet in the control room and the installation for its implementation have successfully passed experimental testing.

Claims

1. The method of controlling the gas inlet in a powder ballistic installation (PBU), including the initiation of a powder charge installed in the charging chamber, followed by the start of the gas inlet in the charging chamber, acceleration of a missile object (MO) in the barrel under the action of the combustion products of the powder charge, characterized in that the charging chamber of the PBU is equipped with an additional chamber communicating with the charging chamber, after the initiation of the powder charge in the charging chamber during the acceleration of the MO, the combustion products of the powder are transferred over venom additional chamber equalize the pressure in the charging chamber and the additional chamber, and then carried out the reverse flow of combustion products from the supplementary chamber into the charging chamber.

2. A powder ballistic installation containing a barrel for placing MO therein, a powder charge mounted in the charging chamber, initiating means, characterized in that it is provided with an additional chamber connected through an opening to the charging chamber, the diameter of the opening being determined from the condition of ensuring equality of maximum pressure values in the charging and additional chambers during the acceleration of the MO.