Методические аспекты техники проведения испытаний средств защиты на противоосколочную стойкость

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методические аспекты техники проведения испытаний средств защиты на противоосколочную стойкость

Егоров А.И., к.т.н. Маринин В.М.

Открытое акционерное общество

«Научно-исследовательский институт стали»

Одним их поражающих факторов, которые учитываются при создании средств индивидуальной и групповой защиты людей, а также различных видов техники, являются осколки, образующиеся при подрыве различных боеприпасов. Основным методом определения противоосколочной стойкости преград и защитных материалов является метание одиночного поражающего элемента в определенном диапазоне скоростей с оценкой результатов взаимодействия с преградой. Характеристикой защитных свойств преграды является закон распределения вероятности пробития в зависимости от скорости поражающего элемента. На практике заменяемый числовой характеристикой V₅₀, так называемым 50% баллистическим пределом - скоростью, при которой вероятность пробития составляет 50%. Несмотря на то, что V₅₀ не полностью характеризует защитные свойства преграды или поражающую способность осколка, она является надежно определяемой характеристикой, широко используемой в мировой практике, и для ее определения разработаны соответствующие методы испытаний и расчета [1-4]. В испытаниях на противоосколочную стойкость реальные осколки, образующиеся при подрыве различных боеприпасов, заменяются их имитаторами заданной формы. В отечественной практике это, как правило, шарик, в стандарте [5] США - цилиндр со скошенными на ударной поверхности краями. Учитывая широкий спектр характеристик реальных осколков, для оценки различных средств защиты применяются различные имитаторы осколков. Так, при испытании средств индивидуальной защиты наиболее распространенным является имитатор осколков массой около 1 г с энергией удара 100…400 Дж, для оценки характеристик защиты различных видов техники необходимо использование имитаторов осколков большей массы с энергией несколько тысяч Дж.

В обеспечение задач создания эффективных средств защиты в НИИ Стали разработаны соответствующие методы и установки для экспериментального определения характеристик противоосколочной стойкости материалов и преград.

При проведении испытаний необходимо варьирование скорости имитатора осколков для того, чтобы определить диапазоны скоростей, в которых обеспечивается:

- надежная защита;

- надежное поражение;

- зона смешанных результатов и 50% баллистический предел.

В настоящее время в различных испытательных лабораториях используется несколько способов изменения ударных скоростей.

Один из них основан на падении скорости на траектории полета. При этом метание шарика осуществляется неизменяемым патроном с заданной начальной скоростью, а изменение ударной скорости осуществляется изменением расстояния от метательного устройства до мишени. Как показано в работе [6] в рабочем диапазоне скоростей от 200 м/с до 1200 м/с падение скорости стального шарика диаметром 6,35 мм на 1 м траектории удовлетворительно описывается линейной зависимостью:

dV =0.015*V, (1).

противоосколочный стойкость средство защита

Например, при скорости 650 м/с, при удалении мишени на 1 м при сохранении неизменной начальной скорости ударная скорость уменьшается на 10 м/с. Достоинством этого метода является то, что не требуется никаких манипуляций с патроном, обеспечивающим метание поражающего элемента. Недостатками являются:

- ухудшение условий для обеспечения попадания шарика в заданную точку прицеливания, вследствие перемещения мишени относительно баллистического ствола;

- ограниченные возможности варьирования ударной скоростью.

Другой метод основан на изменении КПД использования энергии порохового заряда неизменяемого патрона за счет перемещения шарика по длине ствола (при отодвигании шарика от порохового заряда скорость метания уменьшается). Достоинства и недостатки этого метода аналогичны предыдущему.

Наиболее широкие возможности по варьированию скорости метаемого поражающего элемента в процессе испытаний открывает способ с изменением массы пороховой навески. Для практической реализации этого способа требуется наличие специалистов, владеющих знаниями основ внутренней баллистики, приспособлений для снаряжения патронов и специальных весов, обеспечивающих требуемую точность в определении массы пороховой навески. Именно этот метод используется в НИИ Стали.

Для метания различных поражающих элементов используются гладкоствольные баллистические стволы калибров 7 мм, 12,7 мм, 23 мм. Метание поражающего элемента осуществляется с помощью поддона, наружный диаметр которого соответствует диаметру баллистического ствола, а в его выемке располагается поражающий элемент.

Мягкий полиэтиленовый поддон, масса которого составляет 20-25% от массы поражающего элемента, практически не оказывает влияния на поражающее действие элемента. При необходимости может быть проведена отсечка поддона или разделение его на части с устранением воздействия его элементов на защиту в зоне действия поражающего элемента.

Использование шарика в качестве имитатора поражающего элемента оправдано с методической точки зрения, поскольку в этом случае условия взаимодействия определяются только ударной скоростью и не зависят от ориентации поражающего элемента. Однако, если необходимо изучение действия реальных поражающих элементов, то метод метания поражающего элемента с помощью поддона позволяет осуществлять такие исследования.

Используемые в настоящее время баллистические установки и диапазон характеристик поражающих элементов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Следует отметить, что диапазон скоростей 2000-2200 м/с является практически предельным для способа порохового метания [7-8]. Для обеспечения ударной скорости 2000 м/с шарика массой 3 г (требование для оценки защиты авиационной техники) с учетом падения скорости на траектории полета (~ 22 м/с на 1 м полета) необходимо обеспечение дульной скорости 2100…2150 м/с. Для обеспечения столь высоких скоростей используется сочетание различных порохов в определенной последовательности их расположения в гильзе патрона.

Для метания шарика диаметром 6,35 мм, широко используемого в практике испытаний, используются различные охотничьи пороха (Сокол, Сунар-ТУ7506804-119-91, Сунар Магнум 42/2-ТУ7506804-200-96, Сунар 410, Сунар 35 ТУ 7277-119-07506808-2003 и др.), для каждого из которых определены зависимости скорости метания от массы пороховой навески.

Обязательным условием проведения баллистических испытаний является регистрация скорости метаемого элемента. Следует обратить внимание на то, что современные регистраторы с оптической блокировкой базы измерений (типа РС-4М, зарегистрированные в Ростесте) не обеспечивают измерение скоростей выше 1200…1300 м/с. Причина этого заключается в том, что с увеличением скорости поражающего элемента и, соответственно, уменьшением времени его нахождения в зоне базы измерений, снижается интенсивность его тени, на которую реагирует приемное устройство измерителя скорости. В связи с этим регистрация скоростей свыше 1500 м/с осуществляется с использованием метода измерений с блокировкой базы измерений рамами мишенями контактного действия, срабатывающими при разрыве проволоки, являющейся элементом электрической цепи.

Для определения противоосколочной стойкости средств защиты от высокоэнергетических поражающих элементов, которые могу возникать, в том числе и в чрезвычайных ситуациях, должны использоваться баллистические установки существенно больших калибров.

НИИ Стали располагает баллистическими установками калибров 30 мм, 50 мм, 100 мм с использованием которых может осуществляться метание поражающих элементов со скоростями порядка 1500…2000 м/с с энергией десятки тысяч Дж.

Схема баллистического испытательного комплекса на основе 100 мм установки МТ-12 представлена на рис.2

Рисунок 2 Схема баллистического испытательного комплекса на основе 100 мм установки МТ-12. Общая длина ствола с дульным тормозом и казенником - 6,3 м

Баллистическая трасса оснащена регистрирующей аппаратурой (в настоящее время используются рентгено-импульсные аппараты МИРА-5Б и МИРА-8Б с напряжением 600 КВ с дозой излучения 3 миллирентгена), что позволяет исследовать процесс взаимодействия различных ударников с различными преградами, которые в том числе могут содержать взрывчатые вещества.

Таким образом НИИ Стали располагает широкими возможностями в обеспечении проведения исследований и испытаний различных средств защиты на противоосколочную стойкость.

Список литературы

1. С.Н.Высоковский, В.А.Григорян, В.М.Маринин, и др. Вероятностно-статистический метод определения 50-процентного баллистического предела стойкости защитных преград. Боеприпасы, №3, 2000 г.

2. Military standard V50 ballistic test for armor. Mil-Std-662E 22, January 1987, Departament of Defence, USA.

3. Laible R.C. ed. Ballistic Materials. Penetration Mechanics, Amsterdam: Elsevier Scientific Publishing Company, 1980.

4. J.H.Wood, Final Report on Determination of Zone of Mixed Results for Various Armor Materials, Rept. No. DPS-2862, Aberdeen Proving Ground, MD, 1968.

5. Military specification. Projectile, calibers.22,.30,.50, and 20 mm. Fragment-simulating. MIL-P-46593A. 12 october 1962.

6. А.И. Егоров, В.М. Макушкин, В.М. Маринин, И.А. Поляков Экспериментальное определение величины падения на траектории скорости стального шарика диаметром 6,3 мм. 4-ая Всероссийская научно практическая конференция «Актуальные проблемы защиты и безопасности», С-Петербург, 2001 г.

7. Физика взрыва. Под редакцией Л.П. Орленко. Изд 3-е, перераб. В 2-х т. М. ФИЗМАТЛИТ, 2002.

8. Джонас А. Зукас Проникание и пробивание твердых тел. USA Ballistic Research Laboratory. В книге Динамика удара. Пер. с англ. Под ред. С.С Григоряна. М. Мир 1985.

Размещено на Allbest.ru