BADANIA Z REJESTRACJĄ FOTOGRAFII CIENIOWEJ I WIBROMETREM LASEROWYMI WIBROMETREM LASEROWYM

Zakres tych badań realizowano za pomocą rejestracji przede wszystkim deformacji osłony z wykorzystaniem fotografii cieniowej [83], w której do wykonywania zdjęć

Rozdział 9 194

w analizowanym przypadku zastosowano sześć kamer. Z kamer wykonywano pojedyncze zdjęcia w różnych odstępach czasowych. Pierwszą kamerę ustawiono tak, aby rejestrować miejsce w obszarze czujnika synchronizacji i kontaktu pocisku z osłoną. Pozostałe kamery ustawiono wzdłuż linii lotu pocisku tak, aby każda z nich rejestrowała tę samą krawędź próbki przestrzeliwanej osłony (jednakowy kąt obserwacji obiektywów kamer). Schemat stanowiska badawczego przedstawiono na rysunku 9.20.

Do zamocowanej stabilnie osłony strzelano z pistoletu maszynowego PM-84p Glau-beryt z odległości 5 m amunicją produkcji krajowej. W trakcie każdej próby strzeleckiej pomiary prędkości wylotowej pocisku zapisywano chronografem CED Millenium. Ostrzał osłony rejestrowano, fotografując pocisk w locie kamerami o rozdzielczości 1280 × 1024. System wyzwalania następował w odstępach czasu odpowiadających maksymalnej szybkości 1 000 000 fps, a czas migawki ustawiano na 3 μs. Synchroniza-cję (wyzwolenie migawki kamer w czasie pojawienia się pocisku w obserwowanym ob-szarze) realizowano za pomocą cyfrowego generatora (sequencera). Proces akwizycji (w ustalonym czasie) był uruchamiany po otrzymaniu impulsu od badanego pocisku przemieszczającego się przez czujnik startu synchronizacji. Start synchronizacji reali-zowano poprzez przerwanie przez pocisk przewodnika z prądem, umieszczonego przed osłoną. Jednocześnie podczas zapisu obrazu fotografią cieniową zastosowano system do rejestracji prędkości i przemieszczeń osłony w trakcie jej deformacji.

W skład tego systemu wchodził wibrometr laserowy skanujący Polytec model PSV-400, którym można było dokonywać bezstykowo i bezpośrednio pomiaru pręd-kości oraz przemieszczenia drgań z odległości dochodzącej do 50 m, z zastosowaniem taśmy odblaskowej (rys. 9.21). Za pomocą systemu można prowadzić pomiary drgań do 100 punktów w ciągu 1 s.

Rys. 9.21. Widok stanowiska do ostrzału osłony balistycznej: a) system rejestracyjno-synchronizacyjny, b) sposób oznaczenia skanowanej powierzchni, która została przestrzelona

Zestaw (PSV-400) ma następujące parametry: • 4 kanały pomiarowe,

Badania eksperymentalne 195

• 2 dekodery prędkości VD-03 oraz VD-08,

• pomiar prędkości drgań w zakresach [mm/(sV)]: 1, 2, 5, 10, 25, 50, 125 oraz 1000 do częstotliwości 1,5 MHz,

• pomiar przemieszczenia drgań w zakresach [μm/s]: 0,05, 0,1, 0,2, 0,5, 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000, 2000 oraz 5000 do częstotliwości 350 kHz.

Dane pomiarowe przekazywano z wibrometru na analizator, a następnie już jako gotowy wynik można było poddać je dalszej ocenie. Urządzeniem tym podczas prze-strzelenia osłony dokonywano pomiaru drgań w wyznaczonym punkcie, którego lokali-zację określano w obszarze pola odblaskowej foli (rys. 9.21b). Wiązką laserową skanu-jącą miejsce przestrzeliwania osłony synchronizowano z punktem uderzającego pocisku. Wynikiem tych badań było wyznaczenie takich parametrów, jak: deformacja glo-balna osłony w funkcji czasu, prędkość przemieszczenia ostrzelanego w punkcie ukła-du osłona–przebijający pocisk oraz informacje poglądowe z uzyskanych fotografii. Przykład fotografii cieniowej, w wyniku której uchwycono mechanizm przestrzelenia osłony, przedstawiono na rysunku 9.22.

Rys. 9.22. Fotografia przestrzelenia osłony balistycznej 9 mm pociskiem Parabellum z prędkością wylotową v = 352 m/s, gdzie czas t = 345⋅10–6 s

od momentu wyzwolenia czujnika synchronizacji

Przy prędkości uderzenia 352 m/s badane tworzywo nie spełniło zakładanego li-mitu balistycznego. Próbkę wykonano z aramidowej osłony kompozytowej ze

świa-Rozdział 9 196

dectwem balistycznym spełniającym wymagane parametry dyssypacji energii uderze-nia generowanej przez ten typ pocisków pistoletowych. Pozostałe parametry oszaco-wano z uwzględnieniem tego przypadku. Jednak w celu wyznaczenia deformacji, gdy osłona nie zostaje przestrzelona, wykonano kilka powtórzeń, w wyniku czego można było wyznaczyć charakterystykę takiego przypadku. Zasadnicze parametry podano w formie wykresów. Na rysunku 9.23 zarejestrowano punkt przestrzelenia osłony w obszarze skanowania wibrometrem laserowym. Możliwość tak precyzyjnego wy-celowania skalibrowano za pomocą emitera laserowego (LT-101 laser transmiter).

Rys. 9.23. Widok osłony przygotowanej do ostrzelania: a) miejsce przestrzelenia 9 mm pociskiem Parabellum z prędkością wylotową v = 352 m/s, b) zaznaczony punkt celowania red point

Rys. 9.24. Wykres deformacji przestrzelonego tworzywa 9 mm pociskiem Parabellum w funkcji czasu, z prędkością wylotową v = 352 m/s

Badania eksperymentalne 197

Na podstawie obrazów uzyskanych z fotografii cieniowej i za pomocą analizy re-gresji, oszacowano deformację tworzywa (rys. 9.24) w przypadku, w którym zostało przestrzelone.

W wyniku pomiarów przeprowadzonych za pomocą wibrometru laserowego Polytec otrzymano charakterystyki przemieszczenia i prędkości w punkcie przestrze-lenia osłony (rys. 9.23a). Charakterystyki zestawiono na rysunkach 9.25–9.26.

W celu oszacowania deformacji osłony z wykorzystaniem pomiaru wibrometru la-serowego, charakterystykę przedstawioną na rysunku 9.26 poddano analizie regresji, przez co można było otrzymać postać tej deformacji (rys. 9.27).

Kolejne badania ukierunkowano na wyznaczenie deformacji analizowanego two-rzywa w przypadku, w którym następuje zatrzymanie pocisku w osłonie. Przykład oszacowanej deformacji, z uwzględnieniem rejestrowanej fotografii cieniowej, przedstawiono na rysunku 9.28. Na kolejnym rysunku (rys. 9.29) podano wykresy prędkości i przyspieszenia układu osłona–pocisk, stosując analizę regresji. W bada-niach tych oszacowano także prędkość pocisku w materiale (rys. 9.30), rejestrując pomiar prędkości przed ostrzelanym tworzywem oraz pomiar prędkości za tworzy-wem z uwzględnianiem liczby warstw (od jednej do całego panelu utworzonego z ośmiu warstw). Poszczególne warstwy otrzymano, demontując panel.

Rys. 9.25. Wykres prędkości osłona–pocisk w punkcie skanowania wibrometrem laserowym podczas przestrzeliwania tworzywa z prędkością uderzenia v = 352 m/s 9 mm pociskiem Parabellum

Rozdział 9 198

Rys. 9.26. Wykres przemieszczenia osłona–pocisk w funkcji czasu z prędkością uderzenia

v = 352 m/s w punkcie skanowania wibrometrem laserowym

Rys. 9.27. Deformacja ostrzelanego tworzywa wyznaczona z analizy regresji z prędkością uderzenia

Badania eksperymentalne 199

Rys. 9.28. Deformacja tworzywa przy prędkości uderzenia v = 356 m/s pociskiem 9 mm Parabellum wyznaczona na podstawie oceny zarejestrowanych fotografii cieniowych

Rys. 9.29. Parametry oszacowane na podstawie deformacji z analizy regresji: a) prędkość układu osłona–pocisk, b) przyspieszenie układu osłona–pocisk

b) a)

Rozdział 9 200

Rys. 9.30. Postać graficzna oszacowania spadku prędkości 9 mm pocisku Parabellum produkcji krajowej w tworzywie LIM

9.5.2. BADANIA CZUJNIKAMI PRZYSPIESZEŃ I PIEZOLAMINATOWYMI W kolejnym etapie badań balistycznych poszukiwano rozwiązań z zakresu cha-rakterystyk otrzymanych podczas przestrzeliwania osłony pociskiem pistoletowym

Rys. 9.31. Widok przygotowanej osłony wraz z zamocowanymi czujnikami: a) osłona przygotowana do pomiarów, b) schemat rozmieszczenia czujników