Материалы и защитные структуры для локального и индивидуального бронирования

Методы измерения скорости средств поражения

Баллистические испытания включают в себя испытания защитных бронеструктур средств индивидуальной защиты (СИБ), защиты бронетехники и других средств защиты на противопульную и противоосколочную стойкость. Цель испытаний состоит в проверке соответствия баллистической стойкости СИБ требованиям технических условий на испытываемое изделие, ГОСТов [11.1.-11.7.] или другой регламентирующей документации с соблюдением определенных правил, методик и программ испытаний. Испытания на противопульную стойкость СИБ производятся непосредственно обстрелом из стрелкового оружия. Для испытаний на противоосколочную стойкость используются специальные баллистические стволы, обеспечивающие метание с заданными скоростями имитаторов осколков.

Все испытания проводятся с измерением ударной скорости средства поражения в каждом выстреле и оценкой характера поражения. При этом в оценке защитных свойств учитываются только те результаты, которые соответствуют заданным требованиям. Так, если получен недопустимый уровень поражения (например, пробитие или поражение преграды со сквозными трещинами и т.д.) при скорости выше верхней границы заданного диапазона, то этот результат считается незачетным. Также незачетным считается удовлетворительный результат по поражению при скорости ниже нижней границы заданного диапазона. Однако неудовлетворительный результат по поражению при скорости ниже нижней границы заданного диапазона считается зачетным. Это связано со справедливым в большинстве случаев утверждением о том, что чем выше скорость ударника, тем выше вероятность поражения защиты и если получено поражение при меньшей скорости, то при большей скорости тем более будет поражение.

Поэтому надежность измерения скорости является важным условием проведения испытаний на баллистическую стойкость. Обычным требованием к точности измерения скорости является ограничение относительной погрешности измерений величиной 1%.

Существуют различные способы [11.8] измерения скорости движения тел. При проведении баллистических испытаний наиболее распространенным является относительно простой базовый способ измерения скорости, при котором определяется время прохождения телом базы - фиксированного расстояния между чувствительными элементами, которые обычно называют блокирующими устройствами или рамами-мишенями. Блокирующие устройства разделяют на контактные и неконтактные - оптические и индукционные. При использовании контактных рам-мишеней движущееся тело контактирует с элементами, находящимися под напряжением: слоями фольги, замыкая их, или с проволочками, разрывая их. При этом формируется электрический сигнал, регистрируемый соответствующей аппаратурой, позволяющей определять время между этими сигналами. При использовании неконтактных блокирующих устройств - оптических или индукционных датчиков, электрический сигнал формируется вследствие возмущений, вносимых в оптический или электромагнитный каналы пролетающим телом в момент пересечения им плоскости блокирующего устройства.

Учитывая ответственность испытаний и важность заключения о надежности средств индивидуальной защиты, обусловленную риском для жизни человека, вопросы оценки точности средств измерения скорости имеют большое значение. Казалось бы, задача аттестации средств измерения скорости не является сложной и может осуществляться инструментальными методами. Оценив погрешности определения базы измерений и времени, можно по известным соотношениям определить погрешность измерения скорости делением длины базы на время ее пролета. Однако более детальное рассмотрение процесса взаимодействия пули с чувствительными элементами средства измерения показывает, что существуют дополнительные источники погрешностей, которые затруднительно определить без проведения стрельбовых испытаний. При использовании контактных датчиков из 2-х слоев фольги, разделенных пленкой диэлектрика, измерение базы между запускающим и останавливающим датчиками не гарантирует неизменность ее величины в динамических условиях в процессе взаимодействия пули с датчиком. Поскольку прежде чем произойдет замыкание датчика и выдача электрического сигнала на измеритель времени фольга деформируется, и величина деформации до момента замыкания зависит от скорости, формы и размера пули. При использовании проволочных датчиков, формирующих сигнал при разрыве проволочки, момент ее разрыва и формирование сигнала зависит от предельного удлинения, изменяющегося в зависимости от скорости и условий взаимодействия. При использовании неконтактных индукционных датчиков измерение базы в статических условиях практически невозможно, поскольку затруднительно определить плоскость, в которой формируется электрический сигнал, зависящий от величины скорости и массы движущегося тела. Не лучше обстоит дело и с оптическими датчиками. Если оптическая плоскость формируется набором дискретных лучей, то возникновение сигнала зависит от положения траектории пули относительно лучей. Различные условия взаимодействия пули с дискретными оптическими лучами схематично представлены на рис. 11.1.

Методы измерения скорости средств поражения

Если оптическая плоскость формируется линейным зеркалом от одного источника света, то сигнал на измеритель времени, определяемый интенсивностью тени от пули, также зависит от ее скорости и геометрических размеров. Таким образом, в статических условиях без проведения стрельбовых испытаний учесть все факторы, влияющие на точность определения скорости, не представляется возможным.

Известен способ оценки точности средств измерений скорости стрельбой так называемыми образцовыми патронами, которые изготовляются с минимально возможными технологическими отклонениями. При этом предполагается, что среднее значение скорости 10 выстрелов такими патронами можно использовать в качестве оценки погрешности средства измерения. Хотя такой способ до недавнего времени использовался на практике, его вряд ли можно считать приемлемым, поскольку, несмотря на повышенную точность изготовления, разброс скоростей самих образцовых патронов достигает значений 3... 5%.

В практике проведения испытаний в Российском центре испытаний средств индивидуальной защиты НИИ стали, располагающим измерителями скорости с индукционными, оптическими лучевыми и непрерывными датчиками, контактными рамами- мишенями различных схем, накоплен большой опыт по их применению при проведении оценочных и сертификационных испытаний различных средств защиты.

Для оценки пригодности новых измерителей скорости используется сравнительный метод оценки измерителей скорости для проведения пулевых испытаний. Сущность его заключается в том, что в одном опыте скорость пули измеряется различными измерителями, основанными на различных физических принципах (оптических, индукционных, контактных). Сопоставляя результаты различных измерителей, можно сделать вывод об их относительной точности. Фотографии некоторых измерителей скорости представлены на рис. 11.2-11.6.

При использовании оптических измерителей скорости ФЭБ-7 (база измерения 2000 мм, погрешность измерений не более 0,5%) и РС-4М (база измерения 400 мм, погрешность измерений не более 1,0%) их геометрические размеры позволяют совместить середины баз измерений в одной плоскости рис. 11.7.

В этом случае сравнение результатов двух измерителей можно проводить непосредственно. Если средние плоскости баз измерений невозможно совместить, в частности, когда один из датчиков расположен вблизи дульного среза, а другой на некотором удалении (рис. 11.8), необходимо учитывать падение скорости пули на траектории, которое можно определить для конкретного средства испытания по таблицам стрельбы [11.9-11.12].

Методы измерения скорости средств поражения

Распространенным на практике является определение средней скорости на расстоянии 25 м (v₂₅) от дульного среза оружия методом измерения времени t₅₀ пролета пули дистанции 50 метров v₂₅ = 50/t₅₀. При этом датчик, запускающий измеритель времени находится на дульном срезе оружия, а останавливающий - на расстоянии 50 м. При таком способе определения неизбежны погрешности, связанные с тем, что падение скорости на траектории не является линейным. Проведем анализ погрешностей определения средней скорости на некоторой дистанции S относительно мгновенной скорости на расстоянии S/2. В табл. 11.1 приведены значения скорости v_s, времени полета t_s на различные расстояния S от дульного среза оружия и рассчитанная по этим значениям средняя скорость v_s₂, которая приписывается середине соответствующей дистанции для пули ЛПС калибра 7,62 мм (винтовка СВД) [11.9].

Изменение погрешности измерения наглядно иллюстрируется диаграммой, приведенной на рис. 11.9.

Приведенные результаты показывают, что погрешность определения средней скорости на половине дистанции стрельбы относительно мгновенной скорости на том же расстоянии возрастает с увеличением дистанции, однако на дистанциях до 300 м погрешность незначительна и не превышает 0,5 %.

В основном испытания средств индивидуальной защиты на пулестойкость производятся стрельбой из боевого стрелкового оружия или соответствующих баллистических стволов стрельбой с 5... 10 м или с дистанции, заданной в технических условиях на изделие. На конкретные образцы защиты бронетехники, средств индивидуальной защиты и другие средства защиты зачастую задаются требования обеспечения противопульной стойкости при стрельбе с заданной дистанции, которая может составлять, например 50 м, 100 м, 300м и более. Ударная скорость на таких дистанциях существенно меньше начальной скорости пули. Обеспечить требуемую точность попадания при стрельбе с больших дистанций значительно сложнее, чем при стрельбе с дистанций 5... 10 м, а также значительно сложнее обеспечить измерение ударной скорости в каждом выстреле. Поэтому возникает необходимость стрельбы с коротких дистанций с обеспечением аналогичных условий действия пули по оцениваемой защите. Результат взаимодействия средства поражения с защитой определяется, прежде всего, ударной скоростью. Поэтому можно проводить испытания при стрельбе с дистанций 5... 10 м с обеспечением заданной ударной скорости за счет изменения массы порохового заряда используемого патрона. Такие испытания называются испытаниями в приведенных условиях. Порядок работ по обеспечению испытаний в приведенных условиях заключается в следующем:

если задана дистанция стрельбы, то по таблицам стрельбы для конкретного патрона [11.9-11.10] определяется скорость на этой дистанции. Если задана скорость, при которой должны проводиться испытания, то ее значение и используется в дальнейшей работе. Распределение скорости по дистанции стрельбы для некоторых типов патронов приведены в прил. 4 на рис. П4.4- П4.17;
по величине скорости расчетным путем определяется масса пороховой навески, при которой будет обеспечиваться заданное значение скорости. При относительно небольшом изменении скорости относительно штатных условий для оценки массы пороховой навески можно воспользоваться формулой:

Методы измерения скорости средств поражения

Зависимости дульной скорости пули от массы пороховой навески при испытаниях с приведенными скоростями для некоторых типов оружия и патронов приведены в прил. 4 на рис. П4.1-П4.3.

Приведенные экспериментальные данные получены при стандартных условиях испытаний (температура, давление, относительная влажность) и однотипных условиях снаряжения патрона.

Еще одним вопросом, непосредственно относящимся к измерению скорости средства поражения, является место расположения измерителя скорости относительно объекта испытаний. Естественно, чем меньше расстояние от середины базы измерений до объекта испытаний, тем меньше расхождение измеренного значения скорости и скорости в момент соударения, т.е. ударной скорости. Значение ударной скорости по измеренной можно рассчитать по формуле:

На практике при пулевых испытаниях за ударную скорость принимают ее значение, измеренное на расстоянии не более 3-х метров от лицевой поверхности объекта испытаний. Бытует легко запоминаемое крылатое выражение «метр на метре», которое означает, что для пуль, за счет торможения в воздухе, характерным значением падения скорости на пути в 1 м является 1 м/с. На рис. 11.10 приведены расчетные данные по изменению величины падения скорости пули ∆v на расстоянии 1 м в зависимости о величины скорости для различных типов оружия.

Как следует из приведенных данных в диапазоне рабочих скоростей (для длинноствольного оружия - автоматов и винтовок 700...800 м/с, для короткоствольного оружия - пистолетов и револьверов 300...400 м/с) величина падения скорости пули на расстоянии 1 м находится на уровне порядка 1 м/с (от 0,3 м/с до 1,4 м/с). При меньших скоростях величина падения скорости пули на расстоянии 1 м, соответственно, еще меньше. Откуда следует, что при измерении скорости пуль на расстоянии не более 3 м от мишени, погрешность в определении ударной скорости не будет превышать 1%, что находится в пределах экспериментальной ошибки определения величины самой скорости.

Иначе обстоит дело с определением ударной скорости имитаторов осколка, в качестве которого в отечественной практике принимается стальной шарик массой 1 г, в США [11.13] цилиндр со скошенными краями примерно такой же массы, аэродинамическое совершенство формы которых существенно уступает форме пули.

В работе [11.14] были проведены экспериментальные исследования с измерением в одном опыте скорости движения стального шарика диаметром 6,35 мм двумя измерителями, смещенными один относительно другого на некоторое расстояние, позволяющие определить падение скорости на 1 м пути в зависимости от величины скорости. Результаты экспериментальных исследований представлены на диаграмме (рис. 11.11).

Следует еще раз подчеркнуть, что падение скорости для стального шарика массой 1 г. на порядок выше, чем для пуль, и, например, при скоростях 650...800 м/с - составляют 10... 12 м/с на 1 м пути.

Обработкой экспериментальных данных по способу наименьших квадратов был определен коэффициент (В) пропорциональности в уравнении, связывающем значение скорости с величиной падения скорости на пути 1 м.

В = 0,015 [1/м].

Правомерность использования линейного вида уравнения в диапазоне скоростей 200... 1200 м/с подтверждается достаточно высоким значением коэффициента корреляции, составляющим 0,95. Тогда можно записать:

Проинтегрировав уравнение (11.1) при начальных условиях S=0, v=v₀, получим уравнение (11.2) для определения скорости шарика на траектории:

Приведенная зависимость позволяет рассчитать скорость на любом расстоянии относительно базы измерений.

Для практического использования полученных результатов при проведении экспериментов, в которых варьируется скорость, пользоваться расчетными данными неудобно. Можно предложить достаточно простой способ приведения скорости, измеренной на некотором расстоянии от мишени к ударной скорости.

При относительно небольших расстояниях S (до 5... 10 м) от места измерения скорости до мишени можно принять падение скорости на единицу проходимого расстояния пропорциональным не текущей, а измеренной скорости, тогда величина ∆v падения скорости на расстоянии S определяется соотношением (11.3):

С учетом падения скорости ударная скорость будет определяться зависимостью (11.4):

Методы измерения скорости средств поражения

Следствием, вытекающим из зависимости (11.4), является существенный для практики вывод о том, что при постоянном расположении измерителя скорости относительно мишени (S = const) ударная скорость отличается от измеренной на постоянный сомножитель Z = (I - BS). Тогда, в случае проведения испытаний шариком, для определения ударной скорости достаточно ввести поправочный коэффициент к базе измерений (если регистрируется время пролета) или к величине самой скорости (если она определяется непосредственно). Причем значение этого коэффициента не зависит от величины скорости, при которой проводятся испытания, а определяется только расстоянием.

Величина погрешности определения ударной скорости, вызванная принятым выше допущением, зависит только от расстояния от места измерения скорости до мишени S, что иллюстрируется диаграммой, представленной на рис. 11.12.

Методы измерения скорости средств поражения

На расстояниях до 5 м погрешность приближенного определения ударной скорости не превышает 0,3 % от ее истинного значения, а на расстояниях до 9 м погрешность не более 1 %.

Если регистрируется не время пролета определенной базы, а непосредственно скорость, то коэффициент Z вводится как поправка к измеренному значению скорости: v_y_д_apн=v Z

Материалы и защитные структуры для локального и индивидуального бронирования

Методы измерения скорости средств поражения

Смотрите также