CC BY
313
ОПТИКА, ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ
УДК 623.4
УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ БОЕПРИПАСОВ
Валерик Сергеевич Айрапетян
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, заведующий кафедрой специальных устройств и технологий СГГА, тел. (383)361-07-31, e-mail: [email protected]
Сергей Григорьевич Губин
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доцент кафедры специальных устройств и технологий СГГА, тел. (383)361-07-31
В обзорной статье представлены принцип действия и методы современных устройств, предназначенные для измерения скорости боеприпасов. Подробно анализируются и сравниваются основные технические характеристики измерителей скорости боеприпасов, основанные на разных принципах действия.
Ключевые слова: хронограф, ферромагнитный и диамагнитный материалы, фотоэлектронные измерители, радиометрические измерители скорости.
THE SPEED MEASURING DEVICE AMMUNITION
Valerik S. Ayrapetyan
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plachotnogo St., Prof., Head of the department of special devices and technologies SSGA, tel. (383)361-07-31, e-mail: [email protected]
Sergey G. Gubin
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plachotnogo St., Associate professor of the department of special devices and technologies SSGA, tel. (383)361-07-31
In a review article the principle and methods of modern devices used to measure the velocity ammunition. Detailed analyzes and compares the basic characteristics of ammunition velocity meters, based on different principles of action.
Key words: Chronograph, ferromagnetic and diamagnetic materials, photoelectric meters, radiometric measure the speed.
73
Оптика, оптико-электронные приборы и системы
В настоящее время существует много различных способов для измерения скорости боеприпасов, выпущенных из различных стреляющих устройств. Некоторые из них являются универсальными, т. е. могут быть использованы при выполнении различных задач, однако есть и сугубо специфические, предназначенные для использования в ограниченном круге задач. Самым распространенным методом измерения скорости является метод хронографа. В этом методе обязательно присутствуют две точки, расстояние между которыми заведомо известно. Остается только измерить время, в течение которого пуля пролетела это расстояние. Зная время и расстояние, можно вычислить скорость.
Следующим наиболее простым способом измерения скорости пули является метод баллистического маятника. В основе этого метода заложены законы сохранения импульса и энергии. Пуля, попадая в неподвижный маятник, вызывает его колебания. Зная массу пули, массу маятника и максимальную величину подъема центра тяжести маятника, можно рассчитать скорость пули в момент соударения ее с маятником. Скорость пули, V, м/с, находится по формуле:
где M - масса маятника; x - максимальное отклонение маятника; m - масса пули; g - ускорение свободного падения; l - длина подвеса.
На рис. 1 показан фотоснимок баллистического регистратора для измерения скорости полета пули «РБ-1000». Особенность этого датчика в том, что он может производить измерения двумя способами: методом хронографа и методом баллистического маятника.
а)
б)
Рис. 1. Регистратор баллистический «РБ-1000»: а - блок датчиков; б - блок регистрации
74
Оптика, оптико-электронные приборы и системы
Широкое распространение получили устройства для измерения скорости полета пули и снаряда из ферромагнитного материала с помощью соленоидных датчиков. Первичная обмотка двухобмоточного соленоида включена в цепь источника постоянного тока, а во вторичную обмотку включен светодиод оп-тронной пары, фотодиод которой подключен к схеме обработки сигнала.
Наряду с хорошей помехозащищенностью, данные устройства обладают рядом существенных недостатков, снижающих надежность их работы. Это, прежде всего, низкая чувствительность, которая связана с тем, что для срабатывания оптронной пары необходимо создать сильное магнитное поле, т. е. производить запитку соленоидов постоянным током большой величины и малыми пульсациями напряжения. В связи с тем, что соленоидные датчики располагаются на значительном расстоянии от регистрирующей аппаратуры источника питания, обмотка соленоидов и соединительные линии должны выполняться проводом большого сечения, чтобы снизить потери напряжения на линии при запитке соленоидов током в несколько ампер. Все это накладывает ограничения на длину питающей линии, с изменением которой изменяется ток в цепи, а следовательно, и магнитный поток, что снижает чувствительность и надежность устройства. Низкая чувствительность данных устройств позволяет измерять скорость пули (снаряда) только из ферромагнитного материала большой массы. Поэтому для надежного срабатывания светодиода требуется поддерживать постоянный ток определенной величины. Если учесть, что питание соленоидов осуществляется от аккумулятора, то для получения тока в несколько ампер требуется аккумулятор большой емкости. Это приводит к тому, что устройства становится громоздкими и неудобными для использования его в условиях полигона. При этом следует отметить, что само измерение занимает доли секунд, а остальное время энергия аккумуляторов бесполезно расходуется на нагрев соленоидов и соединительных проводов. Кроме того, низкая чувствительность не позволяет использовать их при определении скорости пули и снаряда, не обладающих ферромагнитными свойствами, например из свинца.
В следующей группе устройств исключен источник постоянного тока, благодаря использованию в соленоидах магнитного материала, охватывающего сигнальную обмотку, подключенную к схеме обработки сигнала. Данные устройства позволили устранить недостатки устройств первой группы, а благодаря высокой чувствительности датчиков появилась возможность фиксировать пролет пули (снаряда) не только из ферромагнитного, но и из диамагнитного материала, например из свинца, и тем самым использовать на испытаниях спортивно-охотничьего оружия. Механизм возникновения сигнала в обмотке соленоида в этом случае другой, чем при пролете пуль из ферромагнитного материала [1].
В процессе движения пули из диамагнитного материала в магнитном поле соленоида в ней возникает вихревой ток, а следовательно, и собственное магнитное поле, которое взаимодействует с полем соленоида, наводит в сигнальной обмотке ЭДС. Величина этого сигнала для калибра 5,6 мм (стрельба из малокалиберной винтовки) составляет всего 5-10 мВ при диаметре соленоида
75
Оптика, оптико-электронные приборы и системы
100 мм. Величина этого сигнала остается такой же и при стрельбе дробовым зарядом. Подобная малая величина сигнала снижает надежность работы устройств, так как она становится соизмеримой с уровнем помехи. Кроме этого, достаточно близкое расположение магнитоиндукционного датчика по отношению к стволу приводит к тому, что в процессе выстрела истекающие пороховые газы, действуя на датчик вследствие магнитоиндукционного эффекта, наводят в обмотке сигнал, являющийся помехой. Это явление снижает надежность работы устройства. Необходимо учитывать, что величина и частота наведенного сигнала зависят от места пролета пули (снаряда) внутри магнитоиндукционного датчика. Наименьшая частота и величина сигнала возникает при пролете пули (снаряда) по центру, а наибольшая - вблизи обмотки, это соотношение между частотами равно примерно четырем. Так как схема обработки сигнала в рассмотренном выше устройстве не предусматривает никаких мер однозначности формирования сигнала при пролете пулей (снарядом) плоскости соленоида, то это приводит к погрешности при измерении скорости.
Следующая группа измерителей скорости - фотоэлектронные измерители. Они предназначены для измерения скорости снарядов на различных участках траектории, в том числе, перед мишенью в режимах стрельбы очередью и одиночными выстрелами. Примером служат фотоэлектронный измеритель скорости «ФЭБ-5м» (рис. 2) [2, 5].
Рис. 2. Фотоэлектронный измеритель скорости «ФЭБ-5м»
К следующей группе относятся радиометрические измерители скорости на основе доплеровского эффекта. Работа измерителей происходит на частотах зондирующего сигнала 10,5 ГГц и мощности зондирующего сигнала, колеблющегося от 0,4 до 3 Вт.
На этом принципе работает доплеровская радиолокационная станция «Луч 83-М1», показанная на рис. 3.
76
Оптика, оптико-электронные приборы и системы
Рис. 3. Радиолокационная станция «Луч 83-М1»
Наибольший интерес представляет оптический хронограф «Хрон-53Т» -прибор для измерения начальной скорости пули пневматического оружия (рис. 4). Точность измерения обеспечивается высокой частотой кварца (20 МГц) [3]. Абсолютная погрешность измерения при скорости до 300 м/с не превышает ±1 м/с. Электропитание прибора осуществляется от батарейки «Крона».
Рис. 4. Хронограф «Хрон-53Т» (внутренняя компоновка)
В последнее время широко используется для измерения скоростей и изучения поведения снарядов и оружия при выстреле видеорегистрирующая аппаратура [4, 6, 7].
Последние разработки предоставляют новые возможности визуализации и измерения параметров экспериментов, а именно:
• безпараллаксная сверхскоростная съемка;
• съемка со временем экспозиции менее 2 нс;
77
Оптика, оптико-электронные приборы и системы
• получение теневых снимков объектов и ударных волн;
• возможность получения стереопар процессов;
• возможность измерения углов и скорости нутации, измерение вектора движения;
• получение параметров серийных процессов, например, получение параметров полета снарядов, поведение ствола и порядка прихода снарядов в мишень при стрельбе очередью.
В заключение необходимо отметить, что для измерения скорости боеприпасов задействовано много приборов и устройств, действующих на разнообразных принципах, описание которых выходит за рамки данной статьи.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Пат. 2089917 РФ G01P3/66. Устройство для измерения скорости полета пули и снаряда /Вьюков Н.Н.; Акимов А.В.; Аверин Н.Н. № 4540242/28; заявлено 15.03.1991; опубликовано 10.09.1997.
2. Фотоэлектронный измеритель скорости «ФЭБ-5м» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.ntiim.ru
3. Хронограф «Хрон-53Т» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://pulek.net/
4. Опыт совместной разработки по комплексному оснащению баллистических трасс видеорегистрирующей аппаратурой/ М.И. Крутик, Ю.Н. Липченко, В.П. Майоров и др.: сб. докладов на V Всероссийской конференции «Проектирование боеприпасов, систем и измерительных комплексов». - Нижний Тагил, 2008.
5. Крючков Ю.И. Использование соотношений Крамерса - Кронинга для определения оптических и электрофизических характеристик поверхности твердых тел // Вестник СГГА. - 2000. - Вып. 5. - С. 126-128.
6. Могильницкий Б.С., Коломников Ю.Д., Коняев С.И. Разработка пикосекундного лазера // Вестник СГГА. - 2002. - Вып. 7. - С. 170-173.
7. Тымкул В.М., Тымкул Л.В., Ушаков О.К., Фесько Ю.А. Метод поляризационного тепловизионного распознавания трехмерной формы объектов // Вестник СГГА. - 2010. -Вып. 2. - С. 74-82.
Получено 04.03.2013
© В.С. Айрапетян, С.Г. Губин, 2013
78
