RU2715795C1 - Контактный датчик для регистрации момента подлета осколка при взрыве осколочного снаряда - Google Patents

Контактный датчик для регистрации момента подлета осколка при взрыве осколочного снаряда Download PDF

Info

Publication number
RU2715795C1
RU2715795C1 RU2019129650A RU2019129650A RU2715795C1 RU 2715795 C1 RU2715795 C1 RU 2715795C1 RU 2019129650 A RU2019129650 A RU 2019129650A RU 2019129650 A RU2019129650 A RU 2019129650A RU 2715795 C1 RU2715795 C1 RU 2715795C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
insulating material
exceed
sensor
fragment
explosion
Prior art date
Application number
RU2019129650A
Other languages
English (en)
Inventor
Михаил Михайлович Бойко
Евгений Федорович Грязнов
Александр Дмитриевич Заборовский
Сергей Ильич Климачков
Владимир Валентинович Колтунов
Евгений Александрович Ломакин
Дмитрий Николаевич Мелешко
Елена Викторовна Никитина
Владимир Николаевич Охитин
Илья Александрович Перевалов
Артем Олегович Пизаев
Юрий Серафимович Фурсов
Original Assignee
Федеральное казенное предприятие "Научно-исследовательский институт "Геодезия" (ФКП "НИИ "Геодезия")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное казенное предприятие "Научно-исследовательский институт "Геодезия" (ФКП "НИИ "Геодезия") filed Critical Федеральное казенное предприятие "Научно-исследовательский институт "Геодезия" (ФКП "НИИ "Геодезия")
Priority to RU2019129650A priority Critical patent/RU2715795C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2715795C1 publication Critical patent/RU2715795C1/ru

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41WEAPONS
    • F41JTARGETS; TARGET RANGES; BULLET CATCHERS
    • F41J5/00Target indicating systems; Target-hit or score detecting systems
    • F41J5/04Electric hit-indicating systems; Detecting hits by actuation of electric contacts or switches
    • F41J5/044Targets having two or more electrically-conductive layers for short- circuiting by penetrating projectiles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области испытательной и измерительной техники, конкретно к области взрывной баллистики и техническим устройствам, служащим для определения скорости готовых поражающих элементов и осколков естественного дробления, образующихся при взрывном разрушении корпусов осколочных боеприпасов, на начальном этапе разлета и в ближней зоне. Представлен контактный датчик для регистрации осколков при взрыве осколочного снаряда, содержащий разделенные слоем изоляционного материала замыкаемые проводящие элементы, по крайней мере один из которых выполнен в виде сетки. При этом в качестве фронтального проводящего элемента (1) используется сетка с прямоугольными ячейками, максимальный и минимальный размеры которых не превышают соответственно максимального и минимального размеров регистрируемого осколка. В качестве изоляционного материала (3) используется пространственная сотовая конструкция из плоских элементов, толщина которых не превышает величины диаметра проволоки сетки, вспененный полимерный материал с крупнопористой структурой или воздушно-пузырьковая (пузырчатая) пленка. Толщина слоя изоляционного материала не превышает минимального размера регистрируемого осколка. Обеспечивается повышение точности измерений за счет уменьшения чувствительности датчика к электромагнитному импульсу взрыва посредством снижения емкостных характеристик. 3 ил.

Description

Изобретение относится к области испытательной и измерительной техники, конкретно к области взрывной баллистики и техническим устройствам, служащим для определения скорости готовых поражающих элементов и осколков естественного дробления, образующихся при взрывном разрушении корпусов осколочных боеприпасов, на начальном этапе разлета и в ближней зоне.
Известны конструкции контактных датчиков для регистрации момента подлета осколка при взрыве осколочного снаряда /1, 2/.
Датчик /1/ содержит металлическую подложку, оголенный проводник в виде змейки из тонкого провода с заданным шагом между витками и тонкий слой изоляционного материала, размещенный между подложкой и проводником, которые соединены с разноименными клеммами источника постоянного напряжения. Поверхность оголенного проводника со стороны, обращенной к снаряду, покрыта защитным слоем из малоплотного изоляционного материала.
Датчик /2/ содержит подложку из непроводящего материала, на поверхности которой размещена система из двух изолированных друг от друга проводников в виде плоской спирали из двух металлических полос заданной ширины, и подключенных к выходным клеммам источника постоянного напряжения и закрытых сверху защитным слоем.
Общим недостатком данных конструкций является то, что первый же достигший датчика осколок (поражающий элемент) производит обрыв проводника\системы проводников, укорачивая тем самым длину исходной измерительной базы, вследствие чего момент подлета параллельно летящих осколков, достигающих датчика, может быть не зарегистрирован.
Особым недостатком обладает датчик /2/: - входящая в него система из двух изолированных друг от друга проводников в виде плоской спирали из двух металлических полос по сути представляет собой электрическую емкость (конденсатор), воспринимающую в момент взрыва испытуемого заряда\боеприпаса сопутствующий ему мощный электромагнитный импульс, что отрицательно сказывается на работе измерительных устройств и точности выполняемых измерений.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является датчик /3/, также содержащий систему двух изолированных друг от друга проводников, выполненных из алюминиевых сеток.
Анализ конструкции и предлагаемых условий применения данного датчика выявил следующие его недостатки:
- относительно большая стоимость, вызванная сложностью конструкции, наличием двух электропроводных сеток и выбором материалов;
- непригодность для использования при определении скорости на начальном этапе разлета поражающих элементов (ПЭ) боеприпаса, вследствие наличия изолирующего слоя перед фронтальной сеткой, осуществляющего торможение осколка, а отсюда - отсутствие необходимой точности измерений;
- размер ячейки сетки не связан с размером регистрируемого поражающего элемента;
- большая чувствительность к электромагнитному импульсу от взрыва, вызванная тем, что в конструкции предложено использовать сетки с квадратными ячейками; кроме того, предложенное двукратное уменьшение исходного диаметра проволоки посредством каландрирования, т.е. ее уплощение, приводит к соответствующему увеличению поверхности, а следовательно и емкости датчика;
- использование микропористого вспененного пластика в качестве межсеточного изолятора емкостные характеристики датчика снижает несущественно.
Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков устройства прототипа, в первую очередь - повышение точности измерений за счет уменьшения чувствительности датчика к электромагнитному импульсу взрыва посредством снижения емкостных характеристик, а также снижение стоимости.
Решение задачи достигается тем, что в известном контактном датчике для регистрации осколков при взрыве осколочного снаряда, содержащем разделенные слоем изоляционного материала замыкаемые проводящие элементы, по крайней мере один из которых - фронтальный - выполнен в виде сетки, в соответствии с изобретением в качестве фронтального проводящего элемента используется сетка с прямоугольными ячейками, максимальный и минимальный размеры которых не превышают, соответственно максимального и минимального размеров регистрируемого осколка, а в качестве изоляционного материала используется пространственная сотовая конструкция из плоских элементов, толщина которых не превышает величины диаметра проволоки сетки, вспененный полимерный материал с крупнопористой структурой, или воздушно-пузырьковая (пузырчатая) пленка, при этом толщина слоя изоляционного материала не превышает минимального размера регистрируемого осколка.
Указанные отличительные признаки предлагаемого решения, направленные на уменьшение емкостных характеристик датчика, могут быть пояснены следующим образом.
В общем случае емкость С плоского конденсатора с пластинчатыми обкладками определяется зависимостью:
Figure 00000001
ε0=8,85⋅10-12 - электрическая постоянная, Ф/м;
εa0⋅εr - абсолютная диэлектрическая проницаемость, Ф/м;
εr - относительная диэлектрическая проницаемость;
S - площадь обкладок конденсатора, м2;
h - расстояние (зазор) между пластинами конденсатора, м.
Для емкостной системы, содержащей сетчатые электроды, данная зависимость может быть представлена в виде:
Figure 00000002
k<1 - некий коэффициент, учитывающий «сетчатую» поверхность обкладок.
Для обеспечения минимального влияния наводок от электромагнитного импульса, сопутствующего взрыву испытываемого боеприпаса, датчик, входящий в измерительную систему, соответственно должен иметь минимальную емкость.
Из вышеприведенных зависимостей (1, 2) следует, что для обеспечения этого условия необходимо, чтобы входящие в них величины S и εr были минимальными, a h - максимальной.
Однако, ориентация регистрируемого осколка при взаимодействии с замыкаемыми проводящими элементами датчика непредсказуема, поэтому исходя из наиболее неблагоприятного случая, для обеспечения надежного замыкания необходимо, чтобы расстояние h между ними не превышало минимального размера регистрируемого осколка.
Величина площади поверхности S фронтального сетчатого проводящего элемента, влияющей на его емкостные характеристики, в итоге определяется количеством проволок сетки приходящихся на общую поверхность датчика. Например, при использовании тканой сетки, -образованной перекрестным переплетением проволок основы (проходящих вдоль полотна сетки) с проволоками утка (проходящими поперек полотна сетки) в первом приближении величину S можно определить как:
Figure 00000003
d - диаметр проволоки, м;
Figure 00000004
- суммарная длина проволок основы, м;
Figure 00000005
- суммарная длина проволок утка, м.
В случае сетки с прямоугольными ячейками сумма
Figure 00000006
будет меньшей, чем у сетки с квадратными ячейками, а следовательно в данном случае будет меньше и поверхность S, определяющая емкость датчика. А для обеспечения надежного начального электрического контакта регистрируемого осколка с ячейкой сетки, опять-таки из условий наиболее неблагоприятного случая его ориентации, необходимо, чтобы максимальный и минимальный размеры ячейки не превышали, соответственно максимального и минимального размеров регистрируемого осколка.
При использовании в качестве изоляционного материала между проводящими элементами датчика пространственной сотовой конструкции из плоских элементов, его эквивалентная емкостная схема близка к схеме параллельного включения конденсаторов с различными однородными диэлектриками. Эквивалентная диэлектрическая проницаемость
Figure 00000007
в данном случае определяется по зависимости:
Figure 00000008
у1 и εr1 - доля объемного содержания и относительная диэлектрическая проницаемость материала стенок сотовой конструкции;
у2 и εr2 - доля объемного содержания и относительная диэлектрическая проницаемость воздуха, находящегося в сотовом пространстве.
Величина εr2≈1, поэтому исходя из совместного условия минимальности величины
Figure 00000009
и прочностных характеристик стенок сот, величина у1 также должна быть минимальной, а толщина их должна быть соизмерима (без превышения) с величиной диаметра проволоки сетки.
При использовании в качестве изоляционного материала между проводящими элементами датчика вспененного полимерного материала с крупнопористой структурой эквивалентная диэлектрическая проницаемость
Figure 00000010
определяется по зависимости:
Figure 00000011
откуда
Figure 00000012
εT и ρТ - относительная диэлектрическая проницаемость и плотность (кг/м3) вещества-изолятора в твердом состоянии;
ε* и ρ* - относительная диэлектрическая проницаемость и плотность (кг/м3) вещества-изолятора во вспененном состоянии.
Из зависимости (5) следует, что минимальная величина
Figure 00000007
будет обеспечена при минимальной величине ρ*, что обеспечивается крупнопористой структурой вспененного полимерного материала.
Наконец, при использовании в качестве изоляционного материала между проводящими элементами датчика воздушно-пузырьковой (пузырчатой) пленки эквивалентная емкостная схема близка к схеме последовательного включения двух конденсаторов с различными однородными диэлектриками. Эквивалентная диэлектрическая проницаемость
Figure 00000007
в данном случае определяется по зависимости:
Figure 00000013
откуда следует, что минимальная величина
Figure 00000007
обеспечивается при минимальной величине у1 и соответственно максимальной у2, т.е при минимальной толщине пленки и максимальном суммарном объеме воздушных полостей, - как непосредственно в пузырьках, так и в межэлектродном зазоре.
Таким образом, основными отличительными признаками предлагаемого технического решения являются:
- использование в качестве фронтального проводящего элемента сетки с прямоугольными ячейками, максимальный и минимальный размеры которых не превышают, соответственно максимального и минимального размеров регистрируемого осколка;
- варианты использования в качестве изоляционного материала:
- пространственной сотовой конструкция из плоских элементов, толщина которых не превышает величины диаметра проволоки сетки;
- вспененного полимерного материал с крупнопористой структурой;
- воздушно-пузырьковой (пузырчатой) пленки,
при толщине слоя изоляционного материала не превышающей минимального размера регистрируемого осколка.
Сетку, т.е. фронтальный проводящий элемент датчика, целесообразно выполнять из материала с относительно невысокой прочностью - меди, латуни, алюминия и т.п. Это позволит снизить эффект торможения осколка при пробитии сетки и некоторой потери при этом его скорости.
Второй (тыльный) контактный элемент датчика может быть выполнен из фольги, расположенной на прочном жестком основании, или же непосредственно представлять собой пластину необходимого размера из дешевой листовой стали, типа Ст.3…Ст.5, что позволит во-первых обеспечить прочностные характеристики датчика, а во-вторых удешевить конструкцию.
В качестве изоляционного материала, размещаемого между проводящими элементами датчика, для пространственной сотовой конструкции может быть использован, например, полистирол или поликарбонат, а для изготовления изолятора со вспененной крупнопористой структурой или воздушно-пузырьковой пленки - полиэтилен высокого давления. В частности может быть использована воздушно-пузырьковая (пузырчатая) пленка (двухслойная) по ТУ 22.22.19-001-78043335-2017.
В изобретение иллюстрируется следующей графической информацией:
На фиг. 1 приведена схема контактного датчика с изолятором в виде пространственной сотовой конструкции из плоских элементов;
На фиг. 2 - с изолятором из вспененного полимерного материала с крупнопористой структурой;
На фиг. 3 - с изолятором из воздушно-пузырьковой (пузырчатой) пленки.
Фронтальный проводящий элемент датчика 1 (фиг. 1…3) представляет собой сетку с прямоугольными ячейками, выполненную из проволоки диаметра d. Максимальный b и минимальный a размеры ячеек не превышают, соответственно максимального и минимального размеров регистрируемого осколка. Второй или тыльный проводящий элемент датчика 2, для упрощения изготовления и обеспечении геометрических и прочностных характеристик при возможном нагружении ударной волной до прилета регистрируемого осколка выполнен из сплошной металлической пластины. Проводящие элементы датчика разделены слоем изоляционного материала 3, толщина которого h не превышает минимального размера регистрируемого осколка; в случае использования в конструкции датчика воздушно-пузырьковой пленки (фиг. 3), h - высота пузырька 4.
Работа контактного датчика осуществляется следующим образом.
Необходимое для осуществления измерений количество датчиков размещается на возрастающем удалении от поверхности боеприпаса со смещением по углу для предотвращения взаимной экранировки.
Одновременно с подачей инициирующего импульса на капсюль-детонатор, возбуждающий взрыв заряда ВВ боеприпаса, осуществляется запуск всех датчиков, т.е. подключение их к приборам измерительной системы по индивидуальным линиям.
При взрыве боеприпаса происходит дробление его корпуса на разлетающиеся с высокой скоростью осколки, а также генерируется мощный электромагнитный импульс, регистрируемый всеми датчиками практически одновременно, однако, вследствие малой емкости датчиков, влияние его на измерительную систему будет незначительным, что повысит точность измерений.
Достигнувший датчика отдельный осколок пробивает сетку 1, изоляционный материал 2 и касается тыльного проводящего элемента 3, вследствие чего происходит замыкание электрической цепи: - «фронтальный проводящий элемент (сетка) - осколок - тыльный проводящий элемент (электропроводная пластина)», т.е. срабатывание датчика, регистрируемое приборами измерительной системы.
Вследствие того, что фронтальный проводящий элемент датчика выполнен в виде сетки, контактная способность датчика не нарушается, и он, при достаточно развитой фронтальной поверхности, может среагировать и на параллельно летящие осколки, что наряду с повышением точности измерений позволит произвести оценку и геометрических характеристик осколочного поля в радиусе расположения датчика.
По зарегистрированным временам срабатывания отдельных датчиков и известным расстояниям между отдельными датчиками, а также и от корпуса боеприпаса до первого, ближайшего к нему датчика, определяются средние скорости разлета осколков.
Как непосредственно измерения, так и их математическая обработка могут осуществляться с применением современных программно-аппаратных средств, что позволит обеспечить измерения со снижением трудозатрат и одновременным повышением точности измерений, с целью использования автоматизированных систем сбора и обработки информации о характеристиках осколочного поля на начальном этапе разлета.
Источники информации, принятые во внимание при описании заявки:
1) Патент РФ №2455538, F41J 5/044, Контактный датчик для регистрации момента подлета осколка при взрыве осколочного снаряда, 2012 г.
2) Патент РФ №2455539, F41J 5/044, Контактный датчик для регистрации момента подлета поражающего элемента при взрыве осколочного боеприпаса, 2012 г.
3) Патент США №4240640, F41J 5/04, Projectile penetration responsive electrically shorting target, 1980 г. - прототип.

Claims (1)

  1. Контактный датчик для регистрации осколков при взрыве осколочного снаряда, содержащий разделенные слоем изоляционного материала замыкаемые проводящие элементы, по крайней мере один из которых выполнен в виде сетки, отличающийся тем, что в качестве фронтального проводящего элемента используется сетка с прямоугольными ячейками, максимальный и минимальный размеры которых не превышают соответственно максимального и минимального размеров регистрируемого осколка, а в качестве изоляционного материала используется пространственная сотовая конструкция из плоских элементов, толщина которых не превышает величины диаметра проволоки сетки, вспененный полимерный материал с крупнопористой структурой или воздушно-пузырьковая - пузырчатая пленка, при этом толщина слоя изоляционного материала не превышает минимального размера регистрируемого осколка.
RU2019129650A 2019-09-20 2019-09-20 Контактный датчик для регистрации момента подлета осколка при взрыве осколочного снаряда RU2715795C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019129650A RU2715795C1 (ru) 2019-09-20 2019-09-20 Контактный датчик для регистрации момента подлета осколка при взрыве осколочного снаряда

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019129650A RU2715795C1 (ru) 2019-09-20 2019-09-20 Контактный датчик для регистрации момента подлета осколка при взрыве осколочного снаряда

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2715795C1 true RU2715795C1 (ru) 2020-03-03

Family

ID=69768286

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019129650A RU2715795C1 (ru) 2019-09-20 2019-09-20 Контактный датчик для регистрации момента подлета осколка при взрыве осколочного снаряда

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2715795C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022126943A1 (zh) * 2020-12-16 2022-06-23 江南大学 传感弹性泡沫及其多通道同轴挤出的增材制造设备与方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4240640A (en) * 1978-09-07 1980-12-23 Joanell Laboratories, Inc. Projectile penetration responsive electrically shorting target
RU2094740C1 (ru) * 1996-05-21 1997-10-27 Войсковая часть 70170 Устройство измерения скорости поражающего элемента
US7207566B2 (en) * 2004-02-10 2007-04-24 Bruce Hodge Method and apparatus for determining and retrieving positional information
CN106969672A (zh) * 2017-04-19 2017-07-21 常州印刷电子产业研究院有限公司 基于印刷电子技术的自动报靶系统及其工作方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4240640A (en) * 1978-09-07 1980-12-23 Joanell Laboratories, Inc. Projectile penetration responsive electrically shorting target
RU2094740C1 (ru) * 1996-05-21 1997-10-27 Войсковая часть 70170 Устройство измерения скорости поражающего элемента
US7207566B2 (en) * 2004-02-10 2007-04-24 Bruce Hodge Method and apparatus for determining and retrieving positional information
CN106969672A (zh) * 2017-04-19 2017-07-21 常州印刷电子产业研究院有限公司 基于印刷电子技术的自动报靶系统及其工作方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022126943A1 (zh) * 2020-12-16 2022-06-23 江南大学 传感弹性泡沫及其多通道同轴挤出的增材制造设备与方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2715795C1 (ru) Контактный датчик для регистрации момента подлета осколка при взрыве осколочного снаряда
David et al. The chemical effects of pressure. Part 5.—The electrical conductivity of water at high shock pressures
RU2131583C1 (ru) Способ испытания осколочного боеприпаса с круговым полем разлета осколков и стенд для его реализации
AU3779293A (en) Methods and apparatus for determining the trajectory of a supersonic projectile
US4101825A (en) Electric field sensor
EP3434599B1 (en) Methods and systems for aircraft lightning strike protection
US20130284043A1 (en) Silver bridge element slapper detonator
US3196794A (en) Piezo-electric fuse device
Hauver Penetration with instrumented rods
US2869364A (en) Apparatus and method for nondestructive testing of initiators
RU2465538C2 (ru) Контактный датчик для регистрации момента подлета осколка при взрыве осколочного снаряда
RU2465539C2 (ru) Контактный датчик для регистрации момента подлета поражающего элемента при взрыве осколочного боеприпаса
US3362331A (en) Proximity fuze
Ter Haseborg et al. Electric charging and discharging processes of moving projectiles
RU169316U1 (ru) Контактный датчик цели
CN107289825A (zh) 一种基于分区探测接收的抗海杂波背景干扰方法
EP1116930A1 (en) Electric ignition system for a projectile with explosive charges in tandem
US2188339A (en) Chronograph screen
RU2562871C1 (ru) Мишенная обстановка для испытания боеприпасов с круговым осколочным полем
RU2511027C2 (ru) Устройство для генерирования механического импульса давления электрическим взрывом фольги
RU2788241C1 (ru) Способ оценки пробивного действия осколков осесимметричного осколочного боеприпаса с осесимметричным полем разлета осколков
RU114520U1 (ru) Устройство для измерения скорости
Keefe et al. Delayed detonation in card gap tests
US3760733A (en) Self-leveling anti-disturbance device
RU179361U1 (ru) Электрооптический датчик измерения временных интервалов при исследовании быстропротекающих процессов