Патент на изобретение №2354951

(54) СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ НА ВЫСОКОИНТЕНСИВНЫЕ УДАРНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРИБОРОВ И ОБОРУДОВАНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при испытаниях на высокоинтенсивные ударные воздействия различных приборов и аппаратуры. Устройство состоит из сотовой панели для установки испытуемой аппаратуры и источников ударных воздействий, выполненных в виде многослойных амортизационных стержней с пиротехническими устройствами, причем слои выполнены из материалов с различной акустической податливостью. При этом амортизационный стержень с пиротехническим устройством соединены с сотовой панелью через переходное устройство. В набор слоев-вкладышей амортизационного стержня входит хотя бы одна шайба, выполненная из сотовой панели, внешний и внутренний диаметры обшивок которой совпадают с внешними и внутренними диаметрами сопрягаемых вкладышей. При этом ударная жесткость шайбы меньше ударной жесткости сопрягаемых вкладышей, а суммарную площадь поперечного сечения сот шайбы определяют по формуле. Технический результат заключается в возможности широкой регулировки ударного воздействия от пиротехнических устройств и более качественном проведении испытаний. 4 ил.

Данное изобретение относится к оборудованию для испытаний на ударные воздействия и может быть использовано при испытаниях на высокоинтенсивные ударные воздействия различных приборов и аппаратуры. Известно достаточно много различных стендов для испытаний на ударные воздействия. Испытания проводятся с помощью вибрационных электродинамических стендов, стендов с падающими столами и т.д. (Вибрации в технике: Справочник в 6 томах. – М.: Машиностроение, т.5 Измерения и испытания./Под ред. М.Д.Генкина, 1981 г. стр.476-477). Существует в тоже время большой класс устройств, применяющихся для создания ударного воздействия высокой интенсивности метаемый снаряд (это легкогазовые пушки, взрывное метание и т.д.).

Наиболее близким устройством, обеспечивающим проведение ударных испытаний, является «Стенд для испытаний на высокоинтенсивные ударные воздействия приборов и оборудования», пат РФ 2269105, состоящий из сотовой панели с закладными для установки испытуемой аппаратуры и источников ударных воздействий, выполненных в виде многослойных амортизационных стержней с пиротехническими устройствами, причем слои выполнены из материалов с различной акустической податливостью, при этом амортизационный стержень с пиротехническим устройством соединяется с сотовой панелью через переходное устройство – принятый в качестве прототипа.

Главным недостатком такого стенда является отсутствие возможности широкой регулировки ударного воздействия от пиротехнических устройств, так как набор материалов, у которых существенно отличаются акустические характеристики, и при этом сохраняется достаточная прочность, невелик. Способность отражать/пропускать волны деформаций в амортизационном стержне определяет его ударная жесткость C=cF, где – плотность материала, с-скорость звука и F – площадь поперечного сечения стержня (Алимов, Д.Д. Удар. Распространение волн деформаций в ударных системах. / Д.Д.Алимов, В.К.Манжосов и др. – М.: Наука, 1985. – 360 с, стр.30). Эта проблема особенно обостряется, если нельзя варьировать площадью (что часто определяется конструктивными требованиями). При этом материалы с максимальной акустической податливостью 1/с обладают, как правило, минимальной жесткостью и прочностью (например, резиноподобные материалы). Все это ограничивает возможность создания широкого набора воздействий, необходимых для проведения ударных испытаний.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение указанных недостатков, что позволит более качественно проводить испытания на ударные воздействия высокой интенсивности.

Решение этой задачи достигается тем, что в набор вкладышей амортизационного стержня входит хотя бы одна шайба, выполненная из сотовой панели, внешний и внутренний диаметры обшивок которой совпадают с внешними и внутренними диаметрами сопрягаемых вкладышей, при этом ударная жесткость шайбы меньше ударной жесткости сопрягаемых вкладышей, а суммарную площадь поперечного сечения сот шайбы определяют по формуле

где

F_s – суммарная площадь поперечного сечения сот;

_s – плотность материла сот;

a_s – скорость звука в материале сот;

F_p – площадь обшивок шайбы;

_р – плотность материала обшивок шайбы;

а_р – скорость звука в материале обшивок шайбы;

R – требуемый коэффициент отражения для сот.

Суть заявленного решения поясняется чертежами, где на фиг.1-4 показано устройство в сборе для обеспечения ударных испытаний: 1 – пиротехническое устройство (разрывной болт), 2 – амортизационный стержень, 3 – антенна, 4 – шнуры, на которых вывешивается сотовая панель, 5 – сотовая панель, 6 – места установки датчиков контроля (акселерометров). На фиг.2 схематически показан амортизационный стержень 2 с переходным устройством 7 для крепления к панели 5, слои 8 (вкладыши) которого имеют разную ударную жесткость из-за разного импеданса _ic_i, при неизменном внешнем диаметре и между слоями установлены шайбы 9 с ударной жесткостью cF отличной от ударной жесткости вкладышей 8.

На фиг.3 более подробно изображен вкладыш, из которых набирается амортизационный стержень 2. На вкладышах выполнены лыски 10, позволяющие собрать амортизационный стержень, причем на ножке вкладыша имеется круговой паз 11, в который установлена шайба 9, выполненная из сотовой панели.

Суть заявленного решения может быть пояснена следующим образом. Для создания необходимого ударного воздействия используется пиротехническое устройство 1 (например, разрывной болт). Создание требуемого воздействия достигается за счет использования пироустройства совместно с набором вкладышей с различными акустическими свойствами, позволяющими трансформировать ударный импульс и получать в точке контакта вкладышей требуемое воздействие. Набор вкладышей, выполняя функцию акустического фильтра, позволяет изменять амплитуду ударного воздействия и перераспределять энергию ударного воздействия внутри частотного диапазона. Для воздействий необходим широкий выбор как пиротехнических устройств, так и материалов с различными акустическими характеристиками.

Рассмотрим ударную жесткость C=cF. В сотовой панели при прохождении через нее волны перпендикулярно поверхности возбуждаются поперечные волны, скорость которых приблизительно в 3,3 раза ниже, чем продольных. В результате меняется ударная жесткость не столько за счет материала, как при подборе “обычных” материалов, а одновременно меняются параметры , с и F, что позволяет существенно варьировать характеристики предлагаемой шайбы. Кроме того, есть еще один параметр соты, которым можно варьировать – это толщина соты, что позволяет обеспечивать необходимую “обычную” жесткость.

Рассмотрим более подробно формулу (*).

Данная формула является выражением одного из законов сохранения (уравнения неразрывности), когда записывается в следующем виде:

_ssF_s(1+R)=(1-R)_ppF_p

Т.е. сумма амплитуд всех волн, прошедших через границу раздела сред (среды с различными ударными жесткостями) равна амплитуде падающей волны. В этой формуле параметром, который используется для создания необходимого ударного воздействия, является коэффициент отражения для сот R. Коэффициент R позволяет регулировать прохождение и отражение волн, что в свою очередь позволяет, например, “растянуть” исходное ударное воздействие за счет многократного отражения от границ с различной ударной жесткостью. Причем чем выше коэффициент отражения, тем сильнее можно “растянуть” исходный импульс. Задавшись необходимым значением R, а также материалами сот и полок получают необходимую площадь сот F_s и, соответственно, подбирают необходимые соты (их тип, размер и т.д.). Следует заметить, что на сегодняшний день существуют соты разной формы и из различных материалов: металлов, стеклопластиков, углепластиков, бумаги и т.д.

Пример практического исполнения

На фиг.1 показан стенд для проведения ударных испытаний. Источником ударных воздействий является пиротехническое устройство 8Х55 (разрывной болт), вставленный в набор вкладышей с различными акустическими характеристиками- фиг.2 (акустический фильтр), выполненный в виде амортизационного стержня из различных материалов (текстолит, алюминий, сталь). Стержень состоит из вкладышей, показанных на фиг.3, что позволяет их легко соединять, вворачивая друг в друга, как показано на фиг.4. Между вкладышами установлены шайбы из сотовой панели с высотой 5 мм и толщиной обшивок 0,3 мм с шестигранной ячейкой в 2,5 мм с толщиной стенок 23 мк. Диаметры обшивки и вкладышей одинаковы. Обшивка и соты выполнены из сплава Д16Т. При этом площадь поперечного сечения, занятая сотами, составляет всего 1,46% от площади обшивки, т.е. ударная жесткость шайбы составляет всего 1,46% от ударной жесткости цельнометаллической шайбы. Отсюда коэффициент отражения согласно формуле (*) составит 0,977. Таким образом, получен коэффициент отражения, близкий к 1, и через границу раздела за один раз пройдет не более 3% амплитуды волны деформации. При использовании шайбы, например, из фторопласта ее ударная жесткость почти на порядок больше и коэффициент отражения составит менее 0.8, а через границу раздела пройдет более 20% амплитуды волны деформации. Причем обычная жесткость сотовой шайбы выше, чем жесткость фторопластовой. Если использовать соты с шестигранной ячейкой в 6 мм и с той же толщиной стенок в 23 мк, то площадь поперечного сечения уменьшится еще примерно вдвое или использовать, например, бумажные соты. Однако в этом случае становится недостаточной уже прочность самой шайбы на сжатие при использовании мощных разрывных болтов.

Амортизационный стержень с такими шайбами использовался при ударных испытаниях одной из радиотехнических подсистем КА типа «Экспресс».

Из известных авторам источников информации и патентных материалов не известна совокупность признаков, сходных с совокупностью признаков заявленных объектов.

Формула изобретения

Стенд для испытаний на высокоинтенсивные ударные воздействия приборов и оборудования, состоящий из сотовой панели для установки испытуемой аппаратуры и источников ударных воздействий, выполненных в виде многослойных амортизационных стержней с пиротехническими устройствами, причем слои выполнены из материалов с различной акустической податливостью, при этом амортизационный стержень с пиротехническим устройством соединены с сотовой панелью через переходное устройство, отличающийся тем, что в набор вкладышей амортизационного стержня входит хотя бы одна шайба, выполненная из сотовой панели, внешний и внутренний диаметры обшивок которой совпадают с внешними и внутренними диаметрами сопрягаемых вкладышей, при этом ударная жесткость шайбы меньше ударной жесткости сопрягаемых вкладышей, а суммарную площадь поперечного сечения сот шайбы определяют по формуле:
, где
F_s – суммарная площадь поперечного сечения сот;
_s – плотность материла сот;
a_s – скорость звука в материале сот;
F_p – площадь обшивок шайбы;
_р – плотность материала обшивок шайбы;
а_р – скорость звука в материале обшивок шайбы;
R – требуемый коэффициент отражения для сот.

РИСУНКИ