RU2822977C1 - Способ определения траекторных параметров движения метаемого элемента в воде - Google Patents
Способ определения траекторных параметров движения метаемого элемента в воде Download PDFInfo
- Publication number
- RU2822977C1 RU2822977C1 RU2023133822A RU2023133822A RU2822977C1 RU 2822977 C1 RU2822977 C1 RU 2822977C1 RU 2023133822 A RU2023133822 A RU 2023133822A RU 2023133822 A RU2023133822 A RU 2023133822A RU 2822977 C1 RU2822977 C1 RU 2822977C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thrown
- light
- water
- trajectory
- speed
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000012800 visualization Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области определения внешне баллистических параметров метаемых элементов, движущихся в воде, и может быть использовано при испытаниях для экспериментального определения параметров движения метаемых элементов. Способ включает измерение скорости метаемого элемента в воде с помощью не менее двух световых плоскостей, ориентированных перпендикулярно предполагаемой траектории метаемого элемента и его визуализацию на траектории. Для формирования световых плоскостей, используют лазерные источники с длиной волны излучения 380-670 нм и мощностью 50-100 мВт, работающие в импульсном режиме с частотой 800-1000 кГц, Для визуализации картины обтекания и положения метаемого элемента в воде используют высокоскоростную видеорегистрацию и импульсные источники подсветки мощностью до 1800 Вт, включаемые синхронно с пролетом метаемого элемента через область видеосъемки. Источники подсветки и систему видеорегистрации для каждой измерительной базы запускают с помощью синхроноимпульсов, формируемых оптоэлектронными преобразователями при пересечении метаемым элементом светового плоскости. Среднюю скорость метаемого элемента определяют по формуле U= S/(t 2 - t 1 ), где S - измерительная база, равная расстоянию между соседними световыми экранами; t1 и t2 - моменты времени, соответствующие пересечению световых плоскостей метаемым элементом. Технический результат изобретения - определение скорости метаемого тела в воде, а также обеспечение качества картины обтекания элемента и его положения на предполагаемой траектории движения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области определения внешне баллистических параметров метаемых элементов, движущихся в воде, и может быть использовано при испытаниях для экспериментального определения параметров движения метаемых элементов.
Известна световая мишень [1] с определением скорости измерением временного интервала между последовательным пересечением метательным элементом двух параллельных световых экранов, образованных с помощью протяженных линейных источников излучения, расположенных по одну сторону траектории и оптически связанных с ними оптико-электронных преобразователей, расположенных по другую сторону траектории. Недостатком является то, что устройство не позволяет определить положение метательного элемента
Известно устройство для определения внешнебаллистических параметров метаемого элемента с помощью фотолинеек и световых экранов [2] взятое за прототип. Устройство содержит линейные излучатели, формирующие световые экраны и связанные с ними оптико-электронные преобразователи, образующие измерительные сечения, расположенные по траектории полета метаемого элемента перпендикулярно его траектории, в начале и конце мерной базы, блок питания, коаксиальные линии связи, согласующие и пороговые устройства, усилители - формирователи сигналов, ЭВМ и устройство отображения информации. Недостатком является то, что не обеспечивает одновременного определения скорости и положения метаемого элемента по траектории полета.
Основная проблема заключается в невозможности в одном эксперименте использовать мощные импульсные источники света для освещения области видеосъемки и оптоэлектронные преобразователи для выработки синхроимпульсов, поскольку оптоэлектронные преобразователи входят в насыщение
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка способа для определения скорости метаемого элемента в воде, его положение и визуализацию картины обтекания на предполагаемой траектории движения элемента.
Техническим результатом изобретения является определения скорости метаемого тела в воде, а также качество картины обтекания элемента и его положения на предполагаемой траектории движения
Технический результат достигается тем, что разработан способ определения траекторных параметров движения метаемого элемента в воде, включающий измерение скорости элемента с помощью не менее двух световых экранов, ориентированных перпендикулярно предполагаемой траектории метаемого элемента и его визуализацию на траектории. Для формирования световых экранов, в виде световых плоскостей, используют лазерные источники с длиной волны излучения 380-670 нм и мощностью 50-100 мВт, работающие в импульсном режиме с частотой 800-1000 кГц. Для визуализации картины обтекания и положения метаемого элемента в воде используют высокоскоростную видеорегистрацию и импульсные источники подсветки мощностью до 1800 Вт, включаемые синхронно с пролетом метаемого элемента через область видеосъемки, причем регистрирующую аппаратуру и систему визуализации для каждой измерительной базы запускают с помощью синхроноимпульсов, формируемых оптоэлектронными преобразователями при пересечении метаемым элементом световых плоскостей. Световые плоскости и источники подсветки размещают в местах расположения не менее двух пар герметичных иллюминаторов, установленных напротив друг друга в точках измерения параметров на траектории метаемого элемента. Среднюю скорость метаемого элемента определяют по формуле: U= S:(t 2 - t 1 ), где S - измерительная база, равная расстоянию между соседними световыми плоскостями; t 1 и t 2 - моменты времени соответствующие пересечению световых плоскостей метаемым элементом.
Сущность изобретения поясняется Фиг. 1 - Схема гидробаллистического стенда, где обозначены: 1 - метательное устройство; 2 - вакуумный участок трассы; 3 - вода; 4 - метаемый элемент; 5 - гидробаллистическая трасса; 6 - лазерные источники; 7 - источники подсветки; 8 - каверна; 9 - иллюминаторы; 10 - световые плоскости; 11 - оптоэлектронные преобразователи; 12 - видеокамеры.
Фиг. 2 - фотография суперкавитирующего метаемого элемента и картина обтекания, где обозначены: 3 - вода; 4 - метаемый элемент; 8 - каверна.
Положительный эффект изобретения обеспечивается следующими факторами.
Использование лазерных источников излучения с длиной волны 380-670 нм и мощностью 50-100 мВт, работающих в импульсном режиме с частотой 800-1000 кГц позволяет создать линейный излучатель, который формирует световую плоскость (10) и проецирует световой поток на оптоэлектронный преобразователь при прохождении метаемого элемента через световую плоскость (10) (Фиг.1).
Все числовые параметры выбраны по результатам отладочных экспериментов на гидробаллистическом стенде (Фиг.1).
Использование импульсных источников подсветки мощностью до 1800 Вт, включаемых синхронно с пролетом метаемого элемента через область видеосъемки, а также высокоскоростная видеорегистрация позволяют получить высококачественные и информативные видеокадры картины обтекания и положение метаемого элемента на предполагаемой траектории движения, в частности, для метаемого элемента (4) (Фиг. 2).
Размещение световых плоскостей и источников подсветки в местах расположения не менее двух пар герметичных иллюминаторов, установленных напротив друг друга в точках измерения параметров на траектории метаемого элемента позволяет исключить протекание жидкости гидробаллистического стенда и проводить подсветку и видеосъемку через прозрачные стекла иллюминаторов.
Определение скорости по формуле U= S/(t 2 - t 1) позволяет расчитать среднюю скорость на измерительной базе S (расстояние между двумя световыми плоскостями) по измеренным значениям t 1 и t 2
Формирование синхроноимпульсов и запуск с их помощью источников подсветки и системы видеорегистрации позволяет осуществить синхронизацию момента видеосъемки с моментом прохождения метаемого элемента через световую плоскость. Это повышает качество видеокадров элемента и картины его обтекания.
Пример реализации
На Фиг. 1 приведена схема гидробаллистического стенда для реализации заявляемого способа, включающего метательное устройство (1), вакуумный участок трассы (2), метаемый элемент (4), гидробаллистическую трассу (5), заполненную водой (3). Метаемый элемент (4) движется по гидробаллистической трассе (5). По длине стенда установлены герметичные иллюминаторы (9), две световые плоскости (10), формируемые с помощью лазерных источников (6), источники подсветки (7), а также каверна (8), оптоэлектронные преобразователи (11) и видеокамеры (12). Расстояние между световыми плоскостями является измерительной базой.
Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.
При пролете метаемым элементом световой плоскости (10) с помощью оптоэлектронного преобразователя (11) формируются синхроноимпульсы, которые с определенной задержкой времени запускают источники подсветки (7) и видеокамеру (12). Момент прохождения элементом световой плоскости фиксируется на регистрирующей аппаратуре. Таким образом, после прохождения метаемым элементом (4) каждого из последующих световых экранов получают мгновенные видеокадры положения элемента и картину обтекания, включая форму каверны (8) в режиме суперкавитации (Фиг. 2.) Кроме того, измеряют моменты времени, соответствующие прохождению метаемого элемента через каждую световую плоскость, с помощью которых рассчитывают значение скорости на каждом измерительном участке по формуле U= S:(t2 - t1), где S - измерительная база, равная расстоянию между соседними световыми плоскостями; t 1 и t 2 - моменты времени, соответствующие пересечению световых плоскостей метаемым элементом.
С помощью заявляемого способа были определены траекторные параметры движения суперкавитирующего метаемого элемента из металла массой 200 г на измерительной базе S = 0,83 м. Были измерены моменты времени пролета метаемым элементом световых плоскостей t 1 = 4,27 мс. и t 2 = 5,93 мс . , т.е. Δt = t 2 - t 1 = 1,66 мс.
По формуле U= S/Δt была рассчитана средняя скорость на данной измерительной базе.
На Фиг. 2 приведен видеокадр картины обтекания и положения элемента. В кадре отчетливо видна каверна вокруг обтекаемого элемента.
Из приведенного примера реализации следует, что заявляемый способ обеспечивает определение скорости движения метательного элемента по предполагаемой траектории, его положение и высококачественную картину обтекания в условиях внешних импульсных световых помех.
Список использованных источников
1 Патент RU № 2213320 С1 МПК G01P 3/68 F42B 35/00 Световая мишень F41J 5/02 / Н.Ю. Афанасьева, Ю.В. Веркиенко, В.С. Казаков, В.В. Коробейников - Опубл. 27.09.2003.
2. Патент RU № 2278388С1, МПК G01P 3/68 F42B 35/00 Устройство для определения внешнебаллистических параметров метательного элемента с помощью фотолинеек и световых экранов / Н.Ю. Афанасьева, В.А. Афанасьев, Ю.В. Веркиенко, В.С. Казаков, В.В. Коробейников - Опубл. 20.06.2005.
2. Ищенко А.Н., Буркин В.В.., Дьячковский А.С., Чупашев А.В. / Подводный старт суперкавитирующего ударника из лабораторной баллистической установки / Вестник томского государственного университета. 2023 №82 С. 97-107
3. Ищенко А.Н., Афанасьева С.А., Буркин В.В., Дьячковский А.С., Чупашев А.В. / Исследование взаимного влияния группы ударников при высокоскоростном одновременном входе в воду/ Письма в ЖТФ. 2019 Т. 45 В. 20 С. 47-50.
Claims (5)
1. Способ определения траекторных параметров движения метаемого элемента в воде, включающий измерение скорости элемента с помощью не менее двух световых экранов, ориентированных перпендикулярно предполагаемой траектории метаемого элемента и его визуализацию на траектории, отличающийся тем, что для формирования световых экранов, в виде световых плоскостей, используют лазерные источники с длиной волны излучения 380–670 нм и мощностью 50–100 мВт, работающие в импульсном режиме с частотой 800–1000 кГц, а для визуализации картины обтекания и положения метаемого элемента в воде используют высокоскоростную видеорегистрацию и импульсные источники подсветки мощностью до 1800 Вт, включаемые синхронно с пролетом метаемого элемента через область видеосъемки, причем источники подсветки и систему видеорегистрации для каждой измерительной базы запускают с помощью синхроноимпульсов, формируемых оптоэлектронными преобразователями при пересечении метаемым элементом светового плоскости.
2. Способ по п.1 отличающийся тем, что световые плоскости и источники подсветки размещают в местах расположения не менее двух пар герметичных иллюминаторов, установленных напротив друг друга в точках измерения параметров на траектории метаемого элемента.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что среднюю скорость метаемого элемента определяют по формуле U= S/(t 2 – t 1 )
где S – измерительная база, равная расстоянию между соседними световыми экранами;
(t 1 и t 2 ) –моменты времени, соответствующие пересечению световых плоскостей метаемым элементом.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2822977C1 true RU2822977C1 (ru) | 2024-07-16 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4253020A (en) * | 1977-12-07 | 1981-02-24 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Apparatus for measuring projectile velocity |
| RU2278388C1 (ru) * | 2005-01-18 | 2006-06-20 | Институт прикладной механики УрО РАН | Устройство для определения внешнебаллистических параметров метательного элемента с помощью фотолинеек и световых экранов |
| RU2279035C1 (ru) * | 2005-01-18 | 2006-06-27 | Институт прикладной механики УрО РАН | Устройство для определения внешнебаллистических параметров метательного элемента с помощью световых экранов |
| RU2285268C1 (ru) * | 2005-04-04 | 2006-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" | Устройство для измерения скорости и ускорения метаемого элемента |
| RU2752131C1 (ru) * | 2020-12-10 | 2021-07-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ) | Измерительно-регистрирующий комплекс для определения внутрибаллистических и траекторных параметров метаемого тела |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4253020A (en) * | 1977-12-07 | 1981-02-24 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Apparatus for measuring projectile velocity |
| RU2278388C1 (ru) * | 2005-01-18 | 2006-06-20 | Институт прикладной механики УрО РАН | Устройство для определения внешнебаллистических параметров метательного элемента с помощью фотолинеек и световых экранов |
| RU2279035C1 (ru) * | 2005-01-18 | 2006-06-27 | Институт прикладной механики УрО РАН | Устройство для определения внешнебаллистических параметров метательного элемента с помощью световых экранов |
| RU2285268C1 (ru) * | 2005-04-04 | 2006-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" | Устройство для измерения скорости и ускорения метаемого элемента |
| RU2752131C1 (ru) * | 2020-12-10 | 2021-07-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ) | Измерительно-регистрирующий комплекс для определения внутрибаллистических и траекторных параметров метаемого тела |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Определение предельных скоростей суперкавитирующего движения ударников из разных материалов в воде / А. Н. Ищенко, В. В. Буркин, А. С. Дьячковский [и др.] // Инженерно-физический журнал. - 2022. - Т. 95, 5. - С. 1240-1247. - EDN NFFKVL. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hrubes | High-speed imaging of supercavitating underwater projectiles | |
| CN107333046B (zh) | 数据采集方法及隧道检测车 | |
| Nicholson et al. | Some experimental techniques for the investigation of the mechanism of flame stabilization in the wakes of bluff bodies | |
| CN108279115B (zh) | 基于脉冲放电的高超稀薄流场时空演化诊断装置及方法 | |
| KR101747543B1 (ko) | 입자영상유속계 및 그 제어방법 | |
| RU2438119C1 (ru) | Способ регистрации быстропротекающих процессов и устройство для его реализации | |
| RU2822977C1 (ru) | Способ определения траекторных параметров движения метаемого элемента в воде | |
| Kleine | Filming the invisible–time-resolved visualization of compressible flows | |
| CN106706956A (zh) | 一种记录空气速度场信息的装置及方法 | |
| CN113093453A (zh) | 一种多光束piv照明系统 | |
| Sun et al. | Modeling of high-speed laser photography system for field projectile testing | |
| CN208060126U (zh) | 基于脉冲放电的高超稀薄流场时空演化诊断装置 | |
| RU100313U1 (ru) | Комбинированный фотопост для оптической регистрации быстропротекающих процессов | |
| Fristrom et al. | Flame zone studies by the particle track technique. I. Apparatus and technique | |
| Lester et al. | Velocity, mach number, and static temperature measurements in supersonic flows with 10 kHz laser-induced schliere anemometry | |
| CN205176052U (zh) | 一种记录空气速度场信息的装置 | |
| RU2650046C2 (ru) | Способ визуализации обтекания модели профиля крыла при околозвуковых скоростях потока | |
| Raghunath et al. | Characteristics of turbulent spots in a hypersonic transitional boundary layer inferred from dense arrays of thin-film heat transfer gauges | |
| Fuller | Some highlights in the history of high-speed photography and photonics as applied to ballistics | |
| Asher et al. | An experimental investigation of the formation and flow characteristics of an impulsively generated vortex street | |
| McIntyre et al. | High speed imaging of flow establishment and duration in impulse facilities | |
| Srulijes et al. | Shock tunnel high-speed photography and CFD calculations on spike-tipped bodies | |
| RU2752131C1 (ru) | Измерительно-регистрирующий комплекс для определения внутрибаллистических и траекторных параметров метаемого тела | |
| CN106713733A (zh) | 一种记录物体运动信息的装置及方法 | |
| CN115656550A (zh) | 一种流场速度测量方法及装置 |