Экспериментальное определение давления в канале ствола баллистической установки и начальной скорости при выстреле.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«Пермский национальный исследовательский
Политехнический университет»
Направление 170100 (652800) «Оружие и системы вооружения»
Специальность170102 (171300) « Стрелково-пушечное, артиллерийское и ракетное оружие»
Специализация Артиллерийское оружие
Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ по курсу
." Баллистика ракетных и ствольных систем"
Форма обучения - очная
Пермь 2011
Лабораторная работа №1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ ТОПЛИВА И КОВОЛЮМА ПРИ СЖИГАНИИ НАВЕСКИ В МАНОМЕТРИЧЕСКОЙ БОМБЕ.
1.1. Постановка задачи.
Данная работа посвящена определению основных характеристик топлива - его силы и коволюма, путем сжигания топлива в постоянном объеме.
Для выполнения работы необходимо подобрать две навески топлива (их массу) под плотность заполнения 100 и 200 кг/м3 и задать их в исходных данных.
В результате расчета по полученным распечаткам следует определить силу F и коволюм a, а также полный импульс давления - Ik (площадь под кривой давление - время) и затем, пользуясь таблицей, определить марку сжигаемого топлива.
Для определения Ik нужно построить графики зависимости Р(t) для двух расчетов, затем рассчитать площади под полученными кривыми.
|
|
|
1.2. Общие сведения о предмете лабораторной работе.
Для определения основных характеристик топлива, таких как импульс давления, коволюм и сила топлива, производится опыт по сжиганию навесок топлива в манометрической бомбе.
Для проведения огневых испытаний в лабораторной работе допускается состав ПТ-50-2.
1. Топливо ПТ-50-2 представляет собой плотное вещество, имеющее высокую механическую прочность. Цвет топлива графитно-черный.
2. По форме топливо представляет собой порошкообразное или зерненное вещество.
3. Плотность испытываемого топлива составляет 1,72 г/см3.
4. Температура вспышки 175 град. С, температура интенсивного разложения 169 град. С.
5. Чувствительность к механическому воздействию, нижний предел, к удару при грузе 10 кг 50-75 мм (5-7.5 Дж), к трению 254-302.5 МПа.
6. Скорость горения при нормальных условиях 3 мм/с.
7. Горение происходит без детонации.
Для определения характеристик топлива производят два опыта с разными плотностями заряжания. При этом фиксируется максимальное давление и время конца горения, которое соответствует максимуму.
1.3. Теоретические предпосылки определения характеристик пороха.
|
|
|
 |
|
Из уравнения (1) следует, что зависимость p(D) имеет вид:
 |
Рис.1
Формулу можно преобразовать Pm/D-aPm=¦ или Pm/D=¦+aPm. Этой зависимостью пользуются для определения ¦ и a при сжигании в манометрической бомбе. Зная Pm1 и Pm2 при соответствующих D1 и D2 получим:
Pm1/D1=¦+aPm1; (2)
|
| |
 |
А затем из выражения (3) находим ¦ (обычно D1=0.1; D 2=0.2¸ 0.25).
 |
Рис.2
Теоретические предпосылки определения импульса пороха Jk .
Для топлива принят геометрический закон горения
и=А1Р, (6)
где: и - скорость горения;
А1 - коэффициент характеризующий природу топлива;
Р - давление.
Полный импульс давления зависит только от толщины пороха, коэффициента А1, характеризующего природу пороха и не зависит от плотности заряжания.
Между тем сама кривая P=f ( t ) давления резко изменяется с изменением плотности заряжания D: при увеличении D кривая давления повышается, а время tK убывает. Зависимости давления от времени при разных D показаны на рис. 2. для трех разных навесок.
|
|
|
Рисунок 2. Графики зависимости давления по времени при опытах в манометрической бомбе.
Проведя опыты при сжигании одного и того же пороха и измерив площади полученных кривых, Шмиц [2] нашел, что, действительно эти площади равны между собой, а следовательно справедлив закон горения и=А1Р.
1.4. Лабораторное оборудование.
Манометрическая бомба представляет собой цилиндр с клапаном сброса давления и гнездом для датчика давления Т-6000 и запальным устройством. Чертеж манометрической бомбы представлен на рис. 3.
Рисунок 3. Манометрическая бомба:
1-ограничительная шайба; 2-пружина; 3-шарик клапана; 4, 11-канал сброса давления; 5-объем каморы бомбы; 6-датчик давления Т-600; 7- штифт клапана; 8-крышка бомбы; 9-стержень клапана; 10-шнур для сброса давления; 12-уплотнительное кольцо; 13-заряд; 14-запал; 15-корпус запала; 16-канал для шнура запала; 17-заглушка.
Работа производится в пиротехнической лаборатории кафедры.
При выполнении работ используется следующее оборудование:
1. Манометрическая бомба.
|
|
|
2. Стенд для крепления манометрической бомбы.
3. Система измерения давления включающая:
- Пьезоэлектрический датчик Т-6000;
- Усилительная аппаратура «Тишина»; Осциллограф С8-13.
ПК «Агат» с принтером.
Фотография манометрической бомбы на стенде представлена на рис. 4.
Рисунок 4. Фото манометрической бомбы на стенде.
Навеска топлива 13 ( рис. 3 ) в камере 5 воспламеняется запалом 14 и сжигается, при этом процесс изменения давления фиксируется датчиком 6. Сигнал с датчика 6 фиксируется осциллографом С8-13.
1.5. Проведение лабораторной работы № 1.
а) Условия проведения лабораторной работы № 1.
1. Производится два сжигания навески топлива разной массы.
2. Оба сжигания осуществляются при использовании зарядов одной марки топлива.
б) Параметрами, характеризующими работоспособность конструкции, является:
- давление газов в манометрической бомбе;
- целостность конструкции.
- наличие видимого вытекания газа при сбросе давления через клапан сброса давления.
в) Подготовка оборудования для проведения лабораторной работы № 1.
При подготовке манометрической бомбы к опыту осуществляется следующее:
1. Отворачиваем крышку бомбы 8.
2. Снимаем бомбу со стапеля.
3. Отворачиваем заглушку 17 воспламенителя, извлекаем корпус запала 15 с запалом 14.
4. Очищаем объем каморы бомбы.
5. В корпус запала 15 вставляется новый запал.
6. Корпус запала 15 с запалом 14 вставляем в корпус бомбы и ввинчиваем заглушку 17.
7. Устанавливаем корпус бомбы на стапель.
8. В камору бомбы помещается новый заряд 13.
9. Навинчиваем крышку бомбы 8.
10. Подсоединяем к разъемам электросети концы воспламенителя 14 и датчика 6.
11.Включение, настройка и проверка измерительной аппаратуры. Эти операции проводятся только сотрудниками кафедры, имеющими специальный допуск на проведение испытаний.
г) Порядок проведения лабораторной работы № 1.
1. Знакомство с правилами техники безопасности ( по специальной инструкции, находящейся в лаборатории);
2. Изучение манометрической бомбы и испытательного стенда (по методическому руководству);
3. Осмотр манометрической бомбы и испытательного стенда (по натуральному образцу);
4. Подготовка манометрической бомбы к лабораторной работе (по методическому руководству);
5. Подключение систем измерения (Этот пункт выполняется специалистом кафедры);
6. Проведение опыта (дистанционно );
7. Регистрация результатов опыта:
- фиксация максимального давления и времени конца горения в камере манометрической бомбы;
- вывод графика давления газов с экрана осциллографа на принтер.
- Запись значений 20-25 точек кривой напряжения от времени полученной на экране осциллографа С8-13.
8. Сброс давления из манометрической бомбы (проводится сотрудниками кафедры);
9. Осмотр манометрической бомбы и стенда;
10.Определение характеристик топлива;
11. Оформление отчета.
д) Результаты лабораторной работы № 1.
По результатам проведения лабораторной работы №1 нужно зафиксировать следующие данные:
1. В бомбе объемом Wo=0.00002155 м3, площадь боковой поверхности F6=0.0012746 м2 , при сжигании навесок топлива при D1, , D2 зафиксировать Pm2 , Pm1 и время конца горения каждого опыта.
2. Перевести полученные значения (20-25 точек кривой осциллографа) в давление в каждой точке для построения графика давления от времени при каждом опыте .
д) Определение характеристик топлива.
Баллистические характеристики пороха, силы f и коволюм а — определяются по формулам 3 и 5.
Для определения импульса топлива Jк1 , Jk2 строим графики зависимости давления от времени P 1 ( t), Р2( t) и определяем площадь под каждой кривой давления, которая равна импульсу давления ( площади под кривыми давления равны).
Провести проверочный расчет полученных данных на ЭВМ, построить графики P1{ t ) , Р2{ t ) и сопоставить полученные кривые с кривыми из опытов.
1.6. Оформление отчета по лабораторной работе № 1.
- Введение
- Графики давления от времени для двух опытов;
- Основные расчетные данные;
- Значения f,a,Jk;
- Графики давления от времени полученные при расчете на ЭВМ.
Лабораторная работа №2
Экспериментальное определение давления в канале ствола баллистической установки и начальной скорости при выстреле.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Ознакомиться с методом измерения скорости движущегося в воздухе тела, используемым при этом оборудованием и приборами.
I. Сведения из теории
Одним из наиболее распространенных методов определения скорости движения тела ввоздухе является метод, основанный на измерении времени t прохождения телом участка трассы определенной длины; (базы) l . Вэтом случае, допуская линейное изменение скорости, рассчитывают ее значение по формуле v = l / t . Найденную скорость относят к точке, которая совпадает с серединой измерительного участки, то есть регистрируют среднее значение скорости на блокируемой участке траектории. Для уменьшения погрешностей, вызываемых осреднением скорости, длину базы l выбирают возможно более малой, насколько это позволяет измерительная аппаратура.
Как ясно из существа рассмотренного метода, реализующая его измерительная аппаратура должна состоять из двух взаимосвязанных звеньев: датчиков регистрации моментов пролета тела в некоторых сечениях трассы - блокирующих устройств (БУ) и прибора - измерителя интервалов времени.
а) Блокирующие устройства
Наиболее простым и надежным средством регистрации моментов пролетов издавна являются механические контактные системы типа рам-мишеней.
Рама-мишень представляет собой плоскую раму, на которую наматывается (изолированно от неё) тонкая проволока диаметром 0,20 - 0,25 мм ( см. рис, I).
Для повышения надежности разрыва намотка проволоки ведется с натягом, а расстояние между соседними витками не должно превышать одной четверти калибра исследуемого тела. В некоторых случаях проволоку или фольгу наклеивают на непроводящий материал (бумагу, пленку), рамы-мишени на трассе устанавливаются так, чтобы их плоскости были перпендикулярны к траектории движущегося тела.
|
|
| Рис. 1. Проволочная рама-мишень |
По цепям рам-мишеней пропускают постоянный ток. При прохождении через раму тело разрывает ее обмотку, что является сигналом начала или конца отсчета времени. Иногда используется схема включения на замыкание. В этом случае вместо проволоки на раму-мишень крепятся два листа фольги, между которыми находится изоляционный материал. Замыкание цепи производится летящим металлический телом.
Удобство применения рам-мишеней заключается в том, что они не чувствительны ни к механическим, ни к электрическим помехам и могут перекрывать большие плоскости, они применимы при любах скоростях. Недостатками рам-мишеней являются:
1) неопределенность момента разрыва. который может быть произведен как головной, так ихвостовой частью, а также вследствие растяжения проволоки;
2) если.., модель металлическая, то после разрыва проволоки головной частью замыкание может происходить через модель;
3) рама-мишень не может быть выставлена натраектории с большой точностью по координате;
4) восстановление рамы-мишени нужно производить после каждого эксперимента, что препятствует автоматизации процесса измерения скорости;
5) удар модели о проволоку с большой скоростью может вызвать повреждение ее поверхности, а также усиленное нутационное движение модели, что не всегда желательно.
В настоящее время в качестве БУ широкое распространение получили бесконтактные датчики. Они не оказывают влияния на движения тел и нетребуют восстановления.
Наиболее перспективной по точности измерения и надежности работы является световая (фотоэлектрическая) система регистрации моментов пролета тел. Принцип построения таких систем блокировки основан на модуляции светового потока, падающего на чувствительный элемент, при прохождении телом световой плоскости.
Фотоэлектрическая система блокировки (см. рис. 2) включает источник света S , питаемый постоянным током, коллиматоры K 1 , К 2 и фоторегистратор Ф. Коллиматор состоит из сферической или цилиндрической линзы L 1 и 
системы щелевых диафрагм D 1 , формирующих свеТ0ВУЮ ПЛОСКОСТЬ.
| Рис. 2. Фотоэлектрическая система блокировки |
В коллиматоре К 2 с помощью более узких щелей вырезается центральная зона, высота и ширина которой определяют область регистрации пролета тел. Вторая конденсорная линза L2фокусирует cвет на фоторегистратор Ф , в качестве которого могут использоваться фотодиоды, фоторезисторы и фотоэлектронные умножители (ФЭУ). При проведении экспериментов с моделями малого удлинения и при больших скоростях предпочтительными являются ФЭУ, обеспечивающие высокую скорость нарастания выходного сигнала.
В экспериментальной баллистике часто применяется электромагнитная регистрация пролета тел, чувствительным элементом которой является соленоид с двумя обмотками (см, рис. 3). Одна обмотка питается постоянным током, создавая постоянный магнитный поток. При прохождении внутри соленоида металлического тела, обладающего.магнитными свойствами, во второй (рабочей) обмотке соленоида появляется ЭДС , что является сигналом начала или конца отсчета времени. Недостатком соленоидных датчиков является относительно невысокая крутизна фронтов генерируемых импульсов, вследствие чего затрудняется формирование сигналов с большим временным разрешением, а также необходимость подмагничивания тела.
Бесконтактная регистрация момента пролета может быть успешно осуществлена с помощью акустических датчиков.
|
|
| Рис. 4. Схема определения скорости тела с помощью пьезоэлектрических датчиков. |
Рис. 3. Электромагнитная система блокировки:
УПС - усилитель-преобразователь сигналов;
ИИВ - измеритель интервалов времени.
Эти датчики реагирует на головную баллистическую волну. Обычно в качестве таких датчиков применяются пьезоэлектрические датчики давления (ПД) (см. рис. 4). Чувствительным элементом такого .датчика является пьезоэлемент. При воздействии импульсного давления на воспринимающую поверхность пьезоэлементов возникает электрический сигнал, по которому осуществляется пуск или останов счетного устройства. Этот метод нельзя использовать при дозвуковых скоростях движения тела.
б) Измерители интервалов времени (ИИВ)
В качестве ИИВв экспериментальной баллистике используются различные виды хронографов, хронометров, частотомеров и осциллографов.
Длительное время для определения скорости движущегося тела применялся (иногда и сейчас применяется) хронограф системы Ле-Буланже (рис. 5), изобретенный в 1864 г. Он представляет собой установленную на массивном основании колонку, на которой укреплены два электромагнита Э 1 
и Э2. К сердечникам электромагнитов подвешиваются два стержня: длинный - хронометр и короткий – отмечатель. В электрические цепи обоих электромагнитов, питаемых постоянным током, включены рамы-мишени. При прорыве первой рамы-мишени ток в цепи электромагнита прерывается и хронометр начинает падать. При прорыве второй рамы-мишени падает отмечатель и ударяет в плечо спускового механизма С . Последний освобождает нож Н, который под действием пружины ударяет по хронометру и на высоте h2 оставляет на нем метку.
Рис. 5. Принцип работы
хронографа Ле-Буланже.
|
|
Время падения хронометра
Из нeгo необходимо вычесть время запаздывания t1, , то есть время от начала падения отмечателя до получения метки на хронометре. Для определения этого времени с помощью специального прибора (разобщителя) размыкают одновременно обе цепи. При этом получают на трубке хронометра метку на высоте h 1 . Тогда время запаздывания
t 1 =√2h 1 /g
Время полета тела на за блокированном участке найдем по выражению
t=t 2 -t 1
Основные достоинства описанного хронографа - простота и надежность работы. Средние ошибки в определении скорости не превышают 0.1%. Однако хорошую точность этот прибор обеспечивает при измерении интервалов времени порядка 0,1 с. В связи с этим база, на которой установлены рамы-мишени, должна составлять численно 0,1 от предполагаемой скорости.
В настоящее время на баллистических трассах в основной применяются электронные хронометры, работающие по принципу сравнения измеряемых промежутков вренени с суммой периодов колебаний высокочастотного кварцевого генератора (КГВЧ) згектрических колебаний (см. рис. б). В таком хронометре КГЧВ непрерывно вырабатывает электрические импульсы определённой частоты f (с периодом Т= 1/ f }. Однако эти импульсы на электронное счетное устройство (ЭСУ) не поступают. При прохождении телом первого блокирующего устройства БУ-1 возникает сигнал,
|
|
идущий сначала на усилителъ-преобразователь сигналов (УПС), а затем (после формирования) на быстродействующий электронный переключатель (ЭП), который по полученному сигналу начитает пропускать импульсы от КВГЧ на ЭСУ. По сигналу второго блокирующего устройства БУ-2 вновь срабатывает ЭП, отключая при этом КГВЧ от ЭСУ.
Таким образом, за время движения тела между БУ-1 и БУ-2 на блок ЭСУ поступает определенное количество импульсов. Поскольку число периодов n , известно, то искомое время найдется по формуле
t = nT
2. Оборудование, используемое при проведении работы
В качестве измерителя интервалов времени для лабораторной работы используется электронный баллистический хронометр типа "Руш" (см. рис. 7). Прибор индуцирует результаты измерений непосредственно на восьмиразрядном цифровом табло и выдает в фазоимпульсном десятичном коде на цифропечатающее устройство.
 |
|
Рис. 7. Внешний.вид баллистического хронометра «Руш».
а) Технические характеристики прибора
Прибор измеряет интервалы времени между двумя электрическими импульсами от соленоидных или контактных датчиков диапазоне от 10 мкс до 10 Е-4 с.
Погрешность измерения интервала времени не превышает вычисленную по формуле
где д о - погрешность частот внутреннего кварцевого генератора,
fо - частота заполнения,
фх ~ измеряемый интервал.
Основная относительная погрешность частоты внутреннего кварцевого генератора после одного часа прогрева не превышает суммарной:
д о = ±( д обр + д уст + д t ) ,
где д обр - погрешность образцовой частоты, используемой для установки частот кварцевого генератора,
д уст - погрешность первоначально установки частоты кварцевого генератора при выпуске заводом-изготовителем (. Ot / en ^+ I-I0");
д t - нестабильность частоты кварцевого генератора во времени.
Время самопрогрева прибора до достижения заданной точностии измерения определяется блоком кварцевого генератора и составляет не более I часа в интервале температур от + 5оС до +40оС.
Прибор выдает образцовые частоты от 0,1 Гц до 10Е6 Гц декадными ступенями с погрешностью частоты внутреннено генератора.
Прибор допускает непрерывную работу в рабочих условиях втечении 8 часов при сохранении своих технических характеристик в пределах нормы.
6) Принцип действия прибора
Принцип действия хронометра основан на подсчете числа импульсов образцовой частоты за интервал времени. На цифровом табло прибора автоматически регистрируется результат измерения с указанием порядка и размерности. Импульсы образцовой частоты образуются декадными делениями опорной частоты и называются метками времени.
|
|
3. Порядок проведения работы
А) Подготовить прибор к измерениям. Для этого:
- проверить исправность и номинал предохранителей;
- включить кабель питания прибора в сеть;
- включить тумблер "сеть". При включении прибора должна зажечься лампочка наиндикации работы термостата ивосемь ламп индикаторноготабло;
- прогреть прибор в течении 1 часа.
Б) Проверить работоспособность прибора. Для этого:
- произвестинесколько отсчетов частоты для каждого переключателя"Род работы" при последовательной установке переключателя «'Метки времени.» Время измерения в положения «10mS», I00mS , «1S», «10S».
|
|
Показания прибора, соответствующие различным положениямпереключателей "Род работы" и "Метки времени. Время измерения:", сведены в таблицу. Показания прибора могут отличаться от указанных в таблице не более чем +- 1 ед.счета.
Рис. 9. Блок-схема измерения интервала времени при помощи соленоидных датчиков.
Рис 10.Блок-схема измерения интервала времени при помощи датчиков, дающих разрыв цепи.
| Метки времени; Время измерения
| Род работа | ||
| Самоконтроль 100 кГц | Самоконтроль. I МГц | Самоконтроль 10 МГц | |
| 10 100 1 10 | 0000100.0 000100.00 00100.000 0100.0000 | 0001000.0 001000.00 01000.000 1000.0000 | 0010000.0 010000.00 10000.000 0000.0000 |
- произвести несколько отсчетов времени при нажатии I кнопки "Искусств.сигнал" при положении переключателя "Метки времени. Время измерения" в требуемом положении (обычно "0,1 µ S "). Запуск счета в хронометре производится первым нажатием кнопки, а остановка счета - вторым нажатием этой же кнопки;
- произвести несколько отсчетов времени при нажатии I и 2 кнопок "Искусств.сигнал" при положении переключателя "Род работы" на "Измер. П" и переключателя "Метки времени. Время измерения" в требуемом положении. Запуск счета произвести нажатием 2 кнопки "Искусств. сигнал", а остановку - нажатием I кнопки;
- при замкнутых контактных размыкателях произвести несколько отсчетов времени от кнопок "Пуск" и "Стоп" при положении переключателя "Род работы" на "Измер.П" и переключателя "Метки времени. Время измерения" в требуемом положении (обычно "0,1 µ S "). При нажатии кнопки "Пуск" происходит запуск прибора и загорание соответствующего светового индикатора. При нажатии кнопки "Стоп" загорается правый индикатор и прекращается счет. При проведении данной контрольной операции к разъему "KБ" подсоединить кабель с замкнутыми клеммами "Пуск" и "Стоп".
В) Коммутация целей и подготовка блокирующих устройств и прибора к работе.
К разъему "KБ" подсоединить кабель с входными клеммами (АШВ4.853.015). Подключить линию от пускового контактного замыкателя к выходным клеммам "Пуск". Линию от стопового контактного размыкателя подключить к клеммам "Стоп".
При замкнутых контактных размыкателях световые индикаторы "Контроль КБ" не должны светиться.
Проверить целостность замкнутых контактных размыкателей при помощи кнопок "Пуск" и "Стоп" при положении переключателя "Род работы" на "Измер.П" и переключателя "Метки времени. Время измерения" в требуемом положении.
При нажатии кнопки "Пуск" происходит запуск прибора и загорание соответствующего светового индикатора. При нажатии кнопки "Стоп" загорается правый индикатор и прекращается счет.
Привести прибор в состояние готовности нажатием кнопки "Сброс".
Г) Проведение эксперимента.
Подготовить бадллистическую установку к работе в соответствии с инструкцией.
Произвести испытание. Вести наблюдение по экрану промышленной телевизионной установки.
После эксперимента произвести отсчет показаний прибора. Подготовить блокирующие устройства к работе и привести прибор в состояние готовности.
Д) Обработка результатов эксперимента.
Наибольшая относительная ошибка в определении скорости.вычисляется по формуле
Для определвния начальной скорости Vo необходимо воспользоваться аналитической зависимостью метода Сиаччи.
4.Оформление отчета и защита лабораторной работы.
Отчет должен включать сxeму проведения эксперимента, схему и краткое описание оборудования, расчеты.
Защита лабораторной работы проводится путем проверки отчета и опроса.
5. Контрольные вопросы:
методы определения скорости тела;
типы блокирующих устройств;
измерители интервалов времени;
устройотво хронометра "Руш";
подготовка оборудования к работе;
порядок проведения экспериментов и обработка результатов.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 505; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!