Установка для сжигания пороха
Установка для сжигания пороха предназначена для тарирования сферических крешеров и испытания крешерных приборов. Сущность ПМ заключается в том, что установка содержит корпус с датчиками давления, выполненный из двух цилиндров с натягом вставленных один в другой, крышку, дополнительно снабженную устройством уплотнения, содержащем стержень со шляпкой, на котором размещены гайка, цилиндрическая втулка и обтюрирующее кольцо, состоящее из кольца из упругого материала, размещенного в трех стальных кольцах, воспламенительную крышку с воспламенительной проставкой, выполненной в виде цилиндра с осевым отверстием, вставленной с натягом внутрь корпуса и снабженной устройством выпуска газов, содержащим разрушаемый элемент, обтюрирующее кольцо, размещенное в кольцевых канавках на торцевых поверхностях корпуса и воспламенительной проставки, а также электроввод. Технический результат - воспроизведение условий подготовительного, первого и второго периодов артиллерийского выстрела в диапазоне давлений более 1000 МПа в объеме внутренней полости установки достаточном для размещения крешерных приборов.
Полезная модель (далее ПМ) относится к области измерительной техники.
ПМ может быть использована в области измерительной техники в качестве физической модели артиллерийского выстрела
Известны устройства для сжигания пороха - манометрические бомбы (далее МБ), которые представляют собой замкнутые сосуды с малым неизменяемым объемом, снабженные прибором для измерения и регистрации величины давления пороховых газов и характера его изменения во времени. Они применяются для исследования характеристик порохов и взрывчатых веществ и явлений, сопровождающих предварительный период артиллерийского выстрела. Содержанием указанного периода является горение пороха в замкнутом объеме
В книге Гольбиндера АИ «Лабораторные работы по курсу: теории взрывчатых веществ». Росвузиздат 1963, 142, с.42. представлена манометрическая бомба, содержащая толстостенную трубу-корпус с двумя крышками. Обтюрация обеих крышек осуществляется с помощью плоских стальных и резиновых колец. В одной из крышек смонтирован изолированный электроввод, к внутреннему концу электроввода присоединяют тонкую проволочку, второй конец которой через ввинченный в крышку штифт соединяют с корпусом бомбы. Для накаливания проволочки, вызывающей горение воспламенителя, на изолированный электроввод и корпус бомбы подают напряжение. Во второй крышке смонтирован датчик давления. Последовательность сборки этой МБ: крышку с датчиком замера давления, резиновыми и стальными кольцами ввинчивают в корпус с одной стороны; во внутренней полости корпуса размещают навеску пороха, крышку с навеской воспламенителя, проволочкой накаливания, резиновыми и стальными кольцами ввинчивают в корпус с другой стороны; МБ устанавливают в зажимах; гаечным ключом затягивают обе крышки; подсоединяют провода датчика и запала; проводят сжигания навески пороха.
Недостатком известной МБ является то, что ее корпус и узел уплотнения крышек работают до давления не более 500 МПа.
Из описания к патенту №2236003 (дата подачи заявки 2003.05.27, регистрационный номер заявки 2003115774/28) известна МБ высокого давления для эксплуатации до давлений 1100 МПа, в том числе, для изучения характера нарастания давления пороховых газов и установления его максимального значения. МБ содержит корпус, выполненный из двух цилиндров с определенным натягом вставленных один в
другой, с двух сторон корпуса расположены стальные обтюрирующие кольца, которые прижаты к корпусу проставкой замера давлений и воспламенительной проставкой с крышками. Обтюрирующие кольца в поперечном сечении имеют форму треугольника с его основанием к малому диаметру кольца. Навеску пороха размещают во внутренней полости МБ. Навеску воспламенителя располагают между электровводами, один из которых изолирован от корпуса. Между электровводами расположена проволока накаливания, которая контактирует с навеской воспламенителя. Для выпуска газов после сжигания пороха воспламенительная проставка снабжена устройством выпуска газа, которое состоит из стального шарика, винта, который прижимает шарик к седлу, и ворота со стальным тросом, которые предназначены для дистанционного воздействия на устройство выпуска газов. Для защиты торцевых поверхностей проставок от воздействия продуктов горения пороха предусмотрены медные экраны.
Известные конструкции МБ имеют малый объем внутренней полости и воспроизводят явления, сопровождающие артиллерийский выстрел, только на предварительном его периоде.
Крешерный метод измерения максимального давления является основным при баллистических испытаниях в артиллерийской практике.
Задача, которую решает предложенная установка для сжигания пороха (далее установка): создание конструкции, предназначенной для проведения динамического тарирования сферических крешеров и испытаний крешерных приборов в условиях максимально приближенных к артиллерийскому выстрелу. Техническим результатом, который достигается предложенной конструкцией, является - воспроизведение с заданными параметрами условий предварительного, первого и второго периодов артиллерийского выстрела в объеме достаточном для размещения крешерных приборов, работа в диапазоне давлений до 1000 МПа.
К данному описанию представлены графические материалы на фиг.1 и на фиг.2. На фиг.1 представлена конструкция предлагаемой установки, где 1 - гайка устройства уплотнения; 2 - крышка; 3 - цилиндрическая втулка устройства уплотнения; 4 - кольцо, составная часть обтюрирующего кольца устройства уплотнения; 5 - резиновое кольцо, составная часть обтюрирующего кольца устройства уплотнения; 6 - кольцо, составная часть обтюрирующего кольца устройства уплотнения (2 шт.); 7 - стержень со шляпкой устройства уплотнения; 8 - отверстие для установки датчика давления (2 шт.); 9 - корпус; 10 - (второе)обтюрирующее кольцо; 11 - воспламенительная проставка; 12 - конусная втулка устройства выпуска газов; 13 - кольцевая прокладка; 14 - гайка для установки крепежных элементов; 15 - воспламенительная крышка; 16 - изолированные провода,
осуществляющие электроввод; 17 - разрушаемый элемент устройства выпуска газов; 18 - электровоспламенитель.
На фиг.2 представлены результаты испытаний установки в виде таблицы.
Поставленная задача решается выполнением корпуса из двух металлических цилиндров с натягом вставленных один в другой и с двумя крышками: крышки, на которой гайкой закреплено устройство уплотнения, содержащее также металлический стержень со шляпкой, на котором размещены указанная гайка, цилиндрическая втулка и обтюрирующее кольцо, выполненное из деталей: кольца из упругого материала, например из резины, размещенного в трех металлических кольцах с одинаковыми поперечными сечениями в виде прямоугольного треугольника, причем два кольца имеют одинаковый диаметр, из воспламенительной крышки с воспламенительной проставкой, выполненной в виде цилиндрической втулки с осевым отверстием, имеющим цилиндрическую и конические поверхности, установленной с натягом внутрь корпуса и размещением в ней конусной втулки устройства выпуска газов большим основанием во внутреннюю полость установки с разрушаемым элементом устройства выпуска газов, который выполнен в виде цилиндра с буртиком и сквозными продольными отверстиями для размещения проводов электроввода, помещенным в ее осевое отверстие со стороны внутренней полости установки, размещением в кольцевых канавках на сопрягаемых торцевой поверхности воспламенительной проставки и боковой поверхности корпуса стального обтюрирующего кольца, имеющего в поперечном сечении форму равнобедренного треугольника с его основанием к малому диаметру кольца. Поперечные сечения кольцевых канавок имеют форму прямоугольного треугольника. Отверстия для пьезокварцевых датчиков выполнены в боковых стенках корпуса радиально и симметрично относительно оси корпуса установки,
Установка содержит корпус 9, выполненный из двух цилиндров с определенным натягом, вставленных один в другой. С одной стороны корпуса 9 расположены обтюрирующее кольцо 10, воспламенительная проставка 11, крышка 15. Обпорирующее кольцо 10 имеет в поперечном сечении форму равнобедренного треугольника с его основанием к малому диаметру кольца и помещено в имеющих поперечное сечение в форме прямоугольного треугольника кольцевых канавках, выполненных на сопрягаемых боковой поверхности корпуса 9 и торцевой поверхности воспламенительной проставки 11. Оно поджато вставленной с определенным натягом воспламенительной проставкой 11 и крышкой 15. Воспламенительная проставка 11 выполнена в виде цилиндра с осевым отверстием, имеющем цилиндрическую и конические поверхности и снабжена устройством выпуска газов с деталями: конической втулкой 12, размещенной большим основанием во внутреннюю полость, и разрушаемым элементом 17, выполненным в виде
содержащего буртик цилиндра с продольными отверстиями, помещенного в осевое отверстие конической втулки 12 со стороны внутренней полости установки. С другой стороны корпуса 9 помещено устройство уплотнения, закрепленное гайкой 1 на крышке 2. Устройство уплотнения содержит следующие детали: стержень со шляпкой 7, цилиндрическую втулку 3 и гайку 1, для осуществления предварительного поджатия обтюрирующего кольца, состоящего из кольца из упругого материала 5, например, из резины, размещенного в трех стальных кольцах 4, 6, имеющих одинаковые поперечные сечения в форме прямоугольного треугольника. У упругого кольца 5 выполнены наружные и внутренняя фаски, на которых размещены кольца 4, 6. Такое исполнение обтюрирующего кольца обеспечивает защиту резины от выжимания. Крышки 2 и 15 выполнены в виде цилиндров с осевыми отверстиями и упорной резьбой. В боковой поверхности корпуса 9 радиально и симметрично относительно оси корпуса выполнены отверстия 8 для размещения пьезокварцевых датчиков. Навеску пороха в картузе с воспламенительной навеской и электровоспламенителем 18 размещают во внутренней полости установки. В качестве электровоспламенителя могут быть использованы воспламенители типа МБ-2Н, МБ-5, ЭВ-15, либо аналогичные. Электроввод к электровоспламенителю 18 осуществляется с помощью двух изолированных проводов 16, подсоединенных к соответствующему устройству через продольные отверстия разрушаемого элемента 17 устройства выпуска газов и через осевые отверстия определенного диаметра электровоспламенительных проставки 11 и крышки 15. Между торцевыми соприкасаемыми поверхностями конической втулки 12 узла выпуска газа и воспламенительной проставки 11 установлена кольцевая прокладка 13, например, из алюминия, для исключения сваривания указанных стальных поверхностей при выходе из установки раскаленных газов. Детали установки выполнены стальными (кроме упругого кольца устройства уплотнения). Установка содержит крепежные элементы, один из которых - гайка 14. Установка может быть размещена на лафете артиллерийского орудия.
Перед проведением испытаний крышка 2 установки, с закрепленным на ней устройством уплотнения, состоящим из деталей 1, 3, 4, 5, 6, 7 вывинчивается из корпуса 9. Из-за значительности веса крышки 2 с устройством уплотнения они могут перемещаться по направляющим, входящим в состав крепежных элементов. Для обеспечения электроввода к электровоспламенителю 18 от соответствующего устройства, например, пульта, прокладывают провода 16 через продольные отверстия разрушаемого элемента 17 и осевые отверстия воспламенительных проставки 11 и крышки 15. Цилиндрическая часть разрушаемого элемента 17 крепится к внутренней поверхности конической втулки 12 устройства выпуска газов крешерной мастикой. Во внутреннюю полость корпуса 9 помещают навеску пороха в картузе с воспламенительной навеской и
электровоспламенителем 18. Затем устанавливают магазин с крешерными приборами в области расположения пьезокварцевых датчиков давления, ввинчивают и затягивают гаечным ключом воспламенительную крышку 2, с закрепленным и предварительно поджатым гайкой 1 устройством уплотнения.
При подаче напряжения на электровоспламенитель 18, например, от пульта, воспламеняется навеска пороха. Возрастающее давление пороховых газов воздействует на торцевую поверхность шляпки стержня 7 устройства уплотнения, вызывая деформацию в поперечном сечении предварительно поджатого упругого кольца 5 устройства уплотнения, помещенного в металлические кольца 4, 6. Деформация упругого кольца 5 увеличивается с увеличением давления пороховых газов, обеспечивая надежную обтюрацию. На другом конце установки обтюрация обеспечивается обтюрирующим кольцом 10, поджатым воспламенительной проставкой 11, установленной с определенным натягом, и воспламенительной крышкой 15. Давление воздействует на внутреннюю поверхность обтюрирующего кольца 10. вдавливая его в канавки. Обтюрация обеспечивается также формой (конической) втулки 12 устройства выпуска газов и размещением втулки 12 большим основанием во внутреннюю полость установки с разрушаемым элементом 17, выполняющим на начальном этапе работы установки роль пробки. Горение пороха происходит в замкнутом неизменяемом объеме установки при нарастании давления пороховых газов. Содержанием предварительного периода артиллерийского выстрела является горение пороха в замкнутом объеме. В установке, таким образом, воспроизводится предварительный период артиллерийского выстрела.
Известно, что величина максимального давления, время ее достижения могут регулироваться массой пороха, геометрической формой пороховых элементов, но это не является предметом настоящего описания.
Первый или основной период артиллерийского выстрела начинается с момента начала движения снаряда в канале ствола до момента окончания горения пороха. Содержанием указанного периода является горение пороха в изменяющемся объеме, достижение максимального давления пороховых газов с последующим уменьшением давления пороховых газов.
В установке при достижении определенного давления, которое срезает буртик с разрушаемого элемента 17, начинается истечение пороховых газов через осевые отверстия деталей 12, 11, 15, то есть, происходит изменение объема, в котором продолжается горение пороха. Величина скорости истечения задается диаметром осевого отверстия конической втулки 12 узла выпуска газов. Толщина буртика, имеющего определенную механическую прочность, задает величину указанного давления. Давление пороховых газов в установке
при выбранной навеске пороха возрастает, несмотря на истечение газа, до полного сгорания пороха. Известно, что скорость горения пороха в некотором объеме тем выше, чем больше давление, при котором происходит горение. То есть, изменением механической прочности разрушаемого элемента 17 при одинаковой навеске пороха в установке изменяют скорость нарастания давления и величину максимального давления. Это подтверждено результатами сжигания пороха в установке, приведенными в строках с 1-ой по 4-ую таблицы на фиг.2. В установке происходит сгорание пороха в изменяемом объеме с нарастанием давления пороховых газов и достижением максимального давления пороховых газов. В установке, таким образом, воспроизводится первый период артиллерийского выстрела.
Второй период артиллерийского выстрела начинается с момента окончания горения порохового заряда до выхода снаряда из канала ствола. Этот период считается периодом адиабатического расширения газов.
В установке после полного сгорания порохового заряда продолжается истечение пороховых газов и согласно общей теории истечения этот процесс рассматривается как адиабатический. Изменяют скорость указанного процесса изменением диаметра осевого отверстия конической втулки 12 устройства выпуска газов. В установке, таким образом, воспроизводится второй период артиллерийского выстрела
Установка позволяет сжигать пороха, воспроизводить условия максимально приближенные к артиллерийскому выстрелу, создавать давления до 1000 МПа в объеме достаточном для размещения испытуемых крешерных приборов, подтверждением чему являются результаты испытаний, приведенные в виде таблицы на фиг.2. Измерение максимальных давлений при баллистических испытаниях в артиллерийской практике производят с применением крешерных приборов и пьезокварцевых датчиков. В реальных условиях крешера и крешерные приборы подвергаются во время выстрела не только действию давления пороховых газов, но и мощному температурному удару. Поэтому величины измеренных давлений в предлагаемой установке, имеют большую достоверность, чем результаты, полученные другими методами отличными от стрельб. Предложенная установка обеспечивает высокую надежность и технологичность эксплуатации до давлений до 1000 МПа. Эксплуатация установки позволит применить менее дорогостоящие методы тарирования сферических крешеров и испытания крешерных приборов, чем стрельбы из артиллерийских систем.
Установка для сжигания пороха содержит корпус, выполненный из двух цилиндров с натягом, вставленных один в другой, крышку, воспламенительную крышку, воспламенительную проставку с устройством выпуска газов, электроввод, два обтюрирующих кольца, одно из которых выполнено с поперечным сечением в форме треугольника с его основанием к малому диаметру кольца, отличающаяся тем, что крышка дополнительно снабжена устройством уплотнения, содержащем стержень со шляпкой, на котором размещены гайка, цилиндрическая втулка, обтюрирующее кольцо выполнено из кольца из упругого материала, размещенного в трех стальных кольцах с одинаковыми поперечными сечениями в форме прямоугольного треугольника, причем два кольца имеют одинаковый диаметр, воспламенительная проставка выполнена в виде цилиндра с осевым отверстием, имеющим цилиндрическую и конические поверхности, и вставлена с натягом внутрь корпуса, устройство выпуска газов выполнено в виде конической втулки, размещенной большим основанием во внутреннюю полость установки, и разрушаемого элемента, выполненного в виде содержащего буртик цилиндра с продольными отверстиями, помещенного в осевое отверстие конической втулки со стороны во внутренней полости установки, второе обтюрирующее кольцо размещено в кольцевых канавках, выполненных на боковой поверхности корпуса и на торцевой поверхности воспламенительной проставки и имеющих поперечное сечение в форме прямоугольного треугольника, в корпусе выполнены отверстия для размещения датчиков давления.
