Перейти к содержанию

Делимся опытом

Авторизация  
  • записей
    99
  • комментариев
    426
  • просмотров
    84 470

Авторы этого блога

Измерение скорости гарпуна при помощи баллистического маятника

Авторизация  
admin

6 160 просмотров

Баллистический маятник (БМ) изобрёл англичанин Робинс ещё в 1742 г. С тех пор с его помощью замеряют скорость пуль стрелкового оружия, полный импульс тяги ракетных двигателей (в этом случае его называют маятниковый стенд) и др.

При конструировании подводных ружей часто возникает вопрос замера скорости гарпуна и его энергии. Например, для сравнения энергетики ружей, определения КПД, потерь от наличия воды в стволе; от геометрии и размера отверстий для выхода воды; влияния типа уплотнения поршня, смазки и т.д. и т.п

Скорость гарпуна можно замерить по отклонению маятника, т.к. вес маятника и высота его подъёма однозначно определяют "вложенную" в него энергию. Конструкция БМ может быть различной, но основные черты его следующие.

На четырёх тросах (верёвках, шнурах, линях) длиной до нескольких метров подвешен каркас маятника (ящик, колода, бревно), в котором после выстрела "застревает" гарпун. Чем длиннее подвеска, тем  точнее могут быть измерения. При необходимости массу маятника можно менять используя сменные грузы. Чтобы не было дополнительных возмущений маятника (вращательных колебаний) и не ухудшалась точность замеров, желательно, чтобы гарпун попадал по линии проходящей через центр масс маятника. При этом, так же желательно (не обязательно), чтобы центр масс самого гарпуна, после попадания, останавливался вблизи центра масс маятника. Так что "правильный" маятник - это каркасная конструкция с основной массой по бокам и мишенью ближе к заднему концу. Мишенью может служить сменный обрезок доски, пенопласт и т.п. Но можно использовать и упрощённую конструкцию в виде подвешенного брёвнышка. Например такую (стрелковый от poliglot)

Замер скорости полета гарпуна

Подвеска на четырёх тросах используется для того, чтобы маятник не приобретал вращательного движения, иначе при рассчете это придётся учитывать.

Для замера горизонтального смещения маятника можно использовать множество способов, например, линейку по которой сдвигается лёгкая "марка".

Для измерения скорости гарпуна производится выстрел из ружья по мишени маятника и фиксируется его отклонение. Затем подсчитывается скорость гарпуна по формуле

расчет скорости полета

где:

V - скорость гарпуна (мсек)
М - масса маятника (кг)
m - масса гарпуна (кг)
g - ускорение свободного падения (9,8 мсек2)
L - длина подвеса (м)
Альфа (дальше "А") - угол отклонения маятника (градус)

В зависимости от того, какие данные нужно получить, стрелять можно с руки или закрепив ружьё на станке. Может случиться так, что удобнее будет, наоборот, закрепить ружьё на маятнике и стрелять просто "в поле", как-то сумев нажать на СК (как артиллеристы, дёргать за верёвку, или электроспуск, тросик Боудена и т.п.). Скорость гарпуна определяется из условия равенства импульсов.

Необходимо отметить, что приведенная формула рассчёта скорости принята с допущением, что интервал времени, в течение которого происходит соударение, мал, поэтому за время столкновения маятник не успевает изменить своего начального положения на заметную величину. Чтобы выполнялось это условие, разность масс маятника и гарпуна должна быть существенной. Обычно, этот фактор не учитывается, особенно при сравнительных испытаниях, для которых точные значения не столь важны.

 

Пример рассчёта.

Рассчет скорости гарпуна

масса маятника M = 10 кг

длина подвеса L = 2,5 м

масса гарпуна m = 0,25 кг

полученное горизонтальное смещение маятника s = 0,3 м

При s = 0,3 получаем sinA = s/L = 0,12

откуда A = 6гр53мин

cosA = 0,9943

1-cosA = 0,0057

получаем под корнем 0,2793 и корень = 0,5285

величина перед корнем (10+0,25)/0,25 = 41

V = 41x0,5285 = 21,67 мс

Теперь, к примеру, сравнив полученное значение энергии с энергией затраченной на заряжание, можно получить КПД ружья.

В данном примере параметры маятника выбраны вполне подходящими для замера при принятой энергетике выстрела. Не желательно, чтобы угол отклонения маятника превышал 15 градусов.

Мигачев Александр (Mexaниk)
Ульяновск

Авторизация  


11 Комментариев


Рекомендуемые комментарии

[quote name="Loka"]Гарпун летит в воде, а формула скорее всего для безвоздушного пространства.[/quote]
Никто не говорит, что этим способом можно замерить "всё и вся" во всех средах. Но начальную скорость гарпуна на воздухе - вполне. Для кого-то и она может многое сказать, особенно при сравнении. Зная скорость и используя известные формулы, можно рассчитать энергию гарпуна. Достоинство метода - относительная простота и неплохая точность.

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий
[quote name="skarabey"]"Теперь, к примеру, сравнив полученное значение энергии с энергией затраченной на заряжание, можно получить КПИ ружья".
Это -- как это???[/quote]
Можно разделить одно на другое и умножить на 100%

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий
[quote name="Mexaниk"]
Никто не говорит, что этим способом можно замерить "всё и вся" во всех средах. Но начальную скорость гарпуна на воздухе - вполне. Для кого-то и она может многое сказать, особенно при сравнении. Зная скорость и используя известные формулы, можно рассчитать энергию гарпуна. Достоинство метода - относительная простота и неплохая точность.[/quote]
А -- с чем сравнить начальную скорость гарпуна на воздухе и что именно "многое" она скажет при этом сравнении?

[quote name="Mexaниk"]
Можно разделить одно на другое и умножить на 100%[/quote]
Это что-новое. А что на что надо разделить?

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий
[b]skarabey[/b]'ю
Я написал "для кого-то". Похоже вы не входите в эту группу, если задаёте такие вопросы. Не собираюсь агитировать за членство в ней...
Не надо "тупить". Баллистический маятник не нужен тем, кому надо объяснять, как считать энергию. Насколько я понимаю, вы к ним не относитесь. А может я ошибаюсь?
Для непонятливых, на всякий случай, сменил КПИ на КПД. Хотя по определению:
"Коэффициент полезного использования (КПИ) — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии; определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой. Численно КПИ равен коэффициенту полезного действия (КПД)."
особой разницы нет.

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий
[quote name="Mexaниk"][b]skarabey[/b]'ю
Я написал "для кого-то". Похоже вы не входите в эту группу, если задаёте такие вопросы. Не собираюсь агитировать за членство в ней...
Не надо "тупить". Баллистический маятник не нужен тем, кому надо объяснять, как считать энергию. Насколько я понимаю, вы к ним не относитесь. А может я ошибаюсь?
Для непонятливых, на всякий случай, сменил КПИ на КПД. Хотя по определению:
"Коэффициент полезного использования (КПИ) — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии; определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой. Численно КПИ равен коэффициенту полезного действия (КПД)."
особой разницы нет.[/quote]Вместо ответа на заданный вопрос -- Вы начинаете хамить. Это говорит о том что у Вас нет ответа. Эта группа -- мне прекрасно знакома -- по некоторым причинам -- вынужден общаться с её представителями -- поздравить Вас с членством в ней -- не могу -- здесь скорее надо посочувствовать...
Я не просил Вас объяснить как считать энергию. Я так же не просил Вас объяснить как работает баллистический маятник. Я также -- не спрашивал Вашего мнения -- к кому я отношусь. И менее всего меня интересует -- ошиблись Вы со своим мнением или нет. Я задал вполне внятный вопрос -- с чем надо сравнивать полученное значения начальной скорости гарпуна в воздухе -- и какие данные это сравнение может дать для вычисления скорости гарпуна в воде? Вы ссылаетесь на "известные формулы" -- вот и объясните -- какими формулами надо воспользоваться для того чтобы получив при помощи баллистического маятника значение начальной скорости гарпуна в воздухе -- получить более-менее достоверные данные о процессе движения гарпуна в воде -- и какие именно данные можно получить?
По моему скромному мнению -- определение термина лучше всё-таки цитировать не кусками, а целиком:
"Коэффициент полезного использования (КПИ) — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии; определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой. Численно КПИ равен коэффициенту полезного действия (КПД).
[i]Терминологически использование величины КПИ правильнее для характеристики тех процессов, где не приходится говорить о действии как таковом: изменении угла поворота ротора электрического двигателя, перемещения тела, совершающего механическую работу в тепловых двигателях, то есть для большого класса энерготехнологических процессов[/i]". Хотя бы для того чтобы понять в чём разница между [i][b]электротехнологическим[/b][/i] и [i][b]механическим[/b][/i] процессом и очертить [i][b]границы применимости[/b][/i] термина.
Для того чтобы определиться с толкованием термина КПИ применительно к подводным ружьям -- в этой области под этим термином принято понимать отношение рабочего хода поршня или разгонного хода гарпуна к общей габаритной длине ружья от задней заглушки до дульного среза. Дискуссии о том насколько "правильно" было принято именно такое толкование термина -- мне неинтересны.
P.S. Если Вы соберётесь написать ответ -- пожалуйста учтите что хамство и переход на личности в качестве аргументов для общения со мной -- убедят меня не в Вашей правоте -- а в Вашем не владении вопросом.

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий
[b]skarabey[/b]'ю
Имею богатый опыт общения с вами. Даже лишний. Знаю ваше неистребимое желание "строить из себя" наставника и учителя. Не сомневаюсь в вашей компетенции и совершенно уверен, что вы прекрасно поняли, для чего можно использовать БМ...
Целью статьи не является изложение всех формул из курса физики. Основная, по которой производится рассчёт скорости, приведена. В статье есть примеры, для чего можно применить БМ, вынужден повториться:
"...Например, для сравнения энергетики ружей, определения КПД, потерь от наличия воды в стволе; от геометрии и размера отверстий для выхода воды; влияния типа уплотнения поршня, смазки и т.д..." Метод не претендует на "абсолютную" универсальность, но тем не менее, [b]может быть полезен[/b]. Ни больше - ни меньше.
Дальше каждый решает сам. Если БМ вам не годится, то поищите другой способ...

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий
Этот метод используют на заводе который выпускает РПП и Акулу в Пензе, (и он по моему по ГоСТу на испытания П.ружей рекомендуется...) Энергетика Акулы и РПП (по уверениям изготовителей) ну просто сумашедшая - гарпуны от удара гнутся. Акула при 20кг на гарпуне - 210дж. По РПП не запомнил, но мне штук пять показали согнутых по проточке гарпунов после испытаний. И не удивительно - на воздухе измеряют... А вот как правильно замерить то, что мы имеем в реалии, при выстреле в воде, и на том или ином конкретном ружье (со всеми НЕИЗВЕСТНЫМИ потерями на разгон воды, трение, дросселирование воды и пр. в том или ином конкретном ружье)... Увы, эта статья ответа не дала... Более того в воде этот способ практически не реализуем - т.к. сопротивление перемещению маятника в воде это тоже неизвестная величина. А тарировка этого маятника(для вычисления поправки и/или алгоритма) по "эталонным ударам" об [b]абсолютно упругий маятник[/b] займет не один месяц, а уж о деревянный... Для сравнительных испытаний... типа какое из двух ружей (!!!) - да, нормальный метод, НО ни о каких объективных вычислениях (при выстреле в воде) не может быть и речи - только относительное сравнение.
АБ

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий
[quote name="Mexaниk"][b]skarabey[/b]'ю
Имею богатый опыт общения с вами. Даже лишний. Знаю ваше неистребимое желание "строить из себя" наставника и учителя. Не сомневаюсь в вашей компетенции и совершенно уверен, что вы прекрасно поняли, для чего можно использовать БМ...
Целью статьи не является изложение всех формул из курса физики. Основная, по которой производится рассчёт скорости, приведена. В статье есть примеры, для чего можно применить БМ, вынужден повториться:
"...Например, для сравнения энергетики ружей, определения КПД, потерь от наличия воды в стволе; от геометрии и размера отверстий для выхода воды; влияния типа уплотнения поршня, смазки и т.д..." Метод не претендует на "абсолютную" универсальность, но тем не менее, [b]может быть полезен[/b]. Ни больше - ни меньше.
Дальше каждый решает сам. Если БМ вам не годится, то поищите другой способ...[/quote]Вы -- а не я -- написали эту статью. Вы -- а не я -- вместо того чтобы ответить на заданные по теме статьи вопросы -- взялись за обсуждение личности задавшего вопросы (кстати -- как модератор -- Вы должны знать что переход на личности при обсуждении темы - запрещён). Вы -- а не я -- не можете ответить на вопросы по статье Вами же написанной -- и вместо этого туманно намекаете на некие группы избранных и сами пытаетесь решить за других --- кто что понял из Вашей статьи. Так -- кто из нас "строит из себя" наставника и учителя -- я -- или -- Вы?
Для чего можно использовать БМ при исследовании процессов происходящих в подводных ружьях во время выстрела произведённого в воде -- я не понял. Как можно использовать БМ при исследовании процесса выстрела на воздухе -- не спрашивал -- потому что это не даст для понимания процесса выстрела в воде -- ровным счётом -- ничего -- коэффициентов пересчёта -- нет, чтобы их получить -- нужно вначале провести исследования процесса выстрела в воде -- а на хрена, извините, -- тогда будет нужен БМ если необходимые данные уже получены???
Если я в чём-то ошибаюсь -- будьте так любезны -- постарайтесь не отвлекаясь на обсуждение моей личности -- ответить на вопросы по теме заданные мной.

[quote name="Mexaниk"]Александр_Пенза
Конечно, только для воздуха. Но всё же что-то, чем, [b]практически[/b], ничего...[/quote]Если у Вас больше нет [b]практически[/b] ничего -- то это ещё совсем не значит, что [b]практически[/b] ничего нет у других занимающихся вопросами исследования процессов происходящих в подводных ружьях при выстреле в воде.

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий
Гость
Добавить комментарий...

×   Вставлено с форматированием.   Вставить как обычный текст

  Разрешено использовать не более 75 эмодзи.

×   Ваша ссылка была автоматически встроена.   Отображать как обычную ссылку

×   Ваш предыдущий контент был восстановлен.   Очистить редактор

×   Вы не можете вставлять изображения напрямую. Загружайте или вставляйте изображения по ссылке.

Загрузка...


×
×
  • Создать...