ZASTOSOWANIE ULTRASZYBKIEJ KAMERY OPTYCZNEJ DO WYZNACZANIA WARTOŚCI IMPULSU SIŁY GENEROWANEGO PRZEZ EKSPLOZJE MAŁYCH ŁADUNKÓW WYBUCHOWYCH

(1)

MODELOWANIE INŻYNIERSKIE nr 52, ISSN 1896-771X

ZASTOSOWANIE ULTRASZYBKIEJ KAMERY OPTYCZNEJ DO WYZNACZANIA WARTOŚCI IMPULSU SIŁY GENEROWANEGO

PRZEZ EKSPLOZJE MAŁYCH ŁADUNKÓW WYBUCHOWYCH

Piotr Saska

^1a

, Jerzy Czmochowski

^2b

, Artur Iluk

^2c

, Damian Pietrusiak

^2d

1Wydział Zarządzania, Wyższa Szkoła Oficerska Wojsk Lądowych imienia generała Tadeusza Kościuszki

2Katedra Konstrukcji i Badań Maszyn, Wydział Mechaniczny, Politechnika Wrocławska

ap.saska@wso.wroc.pl, ^bjerzy.czmochowski@pwr.wroc.pl ^cartur.iluk@pwr.wroc.pl,

ddamian.pietrusiak@pwr.wroc.pl

Streszczenie

W pracy zaprezentowano wyniki badań eksperymentalnych, przeprowadzonych na specjalnie do tego celu zapro- jektowanym stanowisku badawczym. Zasadniczymi elementami stanowiska badawczego były osłony o różnym kształcie, przeznaczone do zabudowy na wojskowych pojazdach wysokiej mobilności, mające zapewnić im zwięk- szoną odporność na oddziaływanie wybuchu. Do wyznaczenia impulsu siły obciążającego osłony wykorzystano sy- gnał wizyjny z ultraszybkiej kamery optycznej. Parametrem, który podlegał analizie, było przemieszczenie pionowe osłony, będące efektem oddziaływania fali uderzeniowej, generowanej eksplozją ładunku wybuchowego o masie 150 g. Dzięki wyznaczeniu jego wartości możliwe było określenie prędkości bariery wraz z kompletnym stanowiskiem, a w konsekwencji impulsu siły.

Słowa kluczowe: impuls siły, ultraszybka kamera optyczna, osłony przeciwwybuchowe, fala uderzeniowa

APPLICATION OF HIGH SPEED CAMERA TO DETERMINE THE BLAST IMPULSE

GENERATED BY A SMALL EXPLOSIVE CHARGES

Summary

In this paper are presented the results of experimental studies carried out on a specially designed. The essential elements of the test stand were deflectors of different shape, designed for installation on military high mobility vehicles, to ensure their protection from the effects of the explosion. To determine the impulse loading deflectors was used high speed camera. The parameter which was subject to analysis was vertical displacement of the deflec- tor, which result from the interaction of the shock wave, generated by the explosion of charge with a mass of 150 g. With the appointment of his values was possible to determine the speed of barrier with complete test stand, and as a consequence of a force impulse.

Keywords: impulse force, high speed camera, explosion proof shields, shock wave

(2)

Piotr Saska, Jerzy Czmochowski

1. WSTĘP

Fale uderzeniowe stanowią główne źródło opisu zj wisk towarzyszących wybuchom oraz ich oddziaływaniu na otoczenie. W wyniku procesu detonacji materiału wybuchowego wokół źródła wybuchu tworzy się strefa nagrzanych produktów gazowych o ciśnieniu znacznie (od kilkudziesięciu do kilkuset razy) przewyższającym wartości ciśnienia panującego w środowisku przed det nacją. Gazy te, poruszając się z prędkością ponaddźwi kową, rozprzestrzeniają się w kierunku od centrum wybuchu w postaci fal o wysokiej temperaturze, gęstości i ciśnieniu [11]. Podstawowymi parametrami fali uderz niowej wybuchu, określającymi jej mechaniczne oddzi ływanie na otoczenie, są: nadciśnienie, impuls ciśnienia oraz czas jego trwania [1, 7, 8, 10]. Wyznaczenie wart ści wymienionych charakterystyk jest wysoce utrudnione ze względu na przebieg samego zjawiska, jak i możliw uszkodzenia aparatury pomiarowej, znajdującej się bliskiej odległości od ładunku wybuchowego. Dlatego w celu otrzymania miarodajnych przebiegów niezwykle ważne jest stworzenie odpowiednich warunków, rych najistotniejszy to dobór właściwego sprzę rowego i metody rejestracji pożądanych parametrów

Podczas przeprowadzonych badań eksperymenta nych dotyczących pochłaniania energii fali uderzeniowej przez osłony przeciwwybuchowe przeznaczone do zab dowy na pojazdach wysokiej mobilności jednym z mierzonych parametrów był impuls siły.

powodem, który zdecydował o jego wyborze

jęte warianty zabudowy osłon przeciwwybuchowych na pojeździe jako oddzielnych deflektorów. W tego typu układach konstrukcyjnych obok prześwitu i kąta us wienia osłony duży wpływ na sposób działania osłony ma jej masa. Jest to związane z faktem

nie fali polega na przekazaniu na osłonę impulsu ciśni nia, który dla określonej powierzchni osłony staje się impulsem siły. Ilość przejętej energii przez osłonę, p chodzącej od fali uderzeniowej wybuchu jest odwrotnie proporcjonalna do masy deflektora. Stosowanie lekkich osłon powoduje, że pojazd przejmie od fali wi

niż przy osłonach ciężkich [4, 5, 9].

przedstawia wyniki badań eksperymentalnych pomiaru wartości impulsu siły z użyciem ultraszybkiej kamery optycznej, przeprowadzone na oryginalnym stanowisku badawczym z wykorzystaniem małych ładunków wyb chowych.

2. OPIS OBIEKTU BADAŃ

Badania eksperymentalne zrealizowano z

pami osłon, w kształcie liter „V”, „U” oraz osłony płaskiej, zgodnie, z przyjętym założeniem, według którego należało dokonać pomiarów wybranych chara terystyk fali uderzeniowej wybuchu o trzech wariantach ich zabudowy na chronionym obiekcie w cel

Jerzy Czmochowski, Artur Iluk, Damian Pietrusiak

Fale uderzeniowe stanowią główne źródło opisu zja- oraz ich oddziaływaniu na otoczenie. W wyniku procesu detonacji materiału wybuchowego wokół źródła wybuchu tworzy się strefa nagrzanych produktów gazowych o ciśnieniu znacznie (od kilkudziesięciu do kilkuset razy) przewyższającym ego w środowisku przed deto- poruszając się z prędkością ponaddźwię- rozprzestrzeniają się w kierunku od centrum wybuchu w postaci fal o wysokiej temperaturze, gęstości Podstawowymi parametrami fali uderze-

określającymi jej mechaniczne oddzia- są: nadciśnienie, impuls ciśnienia

. Wyznaczenie warto- ści wymienionych charakterystyk jest wysoce utrudnione ze względu na przebieg samego zjawiska, jak i możliwość uszkodzenia aparatury pomiarowej, znajdującej się w bliskiej odległości od ładunku wybuchowego. Dlatego w celu otrzymania miarodajnych przebiegów niezwykle ważne jest stworzenie odpowiednich warunków, z któ- rych najistotniejszy to dobór właściwego sprzętu pomia- rowego i metody rejestracji pożądanych parametrów

.

Podczas przeprowadzonych badań eksperymentalnych dotyczących pochłaniania energii fali uderzeniowej przez osłony przeciwwybuchowe przeznaczone do zabudowy na pojazdach wysokiej mobilności jednym z mierzonych parametrów był impuls siły. Zasadniczym powodem, który zdecydował o jego wyborze, były przy- jęte warianty zabudowy osłon przeciwwybuchowych na pojeździe jako oddzielnych deflektorów. W tego typu układach konstrukcyjnych obok prześwitu i kąta ustawienia osłony duży wpływ na sposób działania osłony ma jej masa. Jest to związane z faktem, że oddziaływa- nie fali polega na przekazaniu na osłonę impulsu ciśnie- nia, który dla określonej powierzchni osłony staje się

przez osłonę, po- chodzącej od fali uderzeniowej wybuchu jest odwrotnie proporcjonalna do masy deflektora. Stosowanie lekkich osłon powoduje, że pojazd przejmie od fali więcej energii Niniejsza praca adań eksperymentalnych pomiaru wartości impulsu siły z użyciem ultraszybkiej kamery optycznej, przeprowadzone na oryginalnym stanowisku badawczym z wykorzystaniem małych ładunków wybu-

TU BADAŃ

Badania eksperymentalne zrealizowano z trzema ty- , w kształcie liter „V”, „U” oraz osłony zgodnie, z przyjętym założeniem, według którego należało dokonać pomiarów wybranych charakterystyk fali uderzeniowej wybuchu o trzech wariantach ich zabudowy na chronionym obiekcie w celu wyboru

najlepszego. W pierwszym założono, że wszystkie osłony znajdują się w tej samej odległości

ładunku wybuchowego (rys. 1). Dystans ten odpowiada prześwitowi, jaki posiada większość rozważanych poja dów wysokiej mobilności.

Rys. 1. Wariant I ustawienia osłon na stanowisku badawczym W kolejnym rozpatrywanym wariancie zabudowy osłony typu „V” i „U”, umieszczono w odległości 300 mm, zaś osłonę płaską 400 mm od centrum materi łu wybuchowego (rys. 2). Koncepcję takiego ustawienia przyjęto z myślą o stworzeniu tzw. wersji pośredniej zabudowy ustroju nośnego analizowanych pojazdów, czyli montażu barier „V” i „U” w taki sposób, aby ich wierzchołki znajdowały się na wysokości dwóch trzecich prześwitu chronionego obiektu.

Rys. 2. Wariant II ustawienia osłon na stanowisku badawczym W ostatniej analizowanej wersji zabudowy osłony t pu „V” i „U” umieszczono w odległości 200 mm, osłonę płaską 400 mm od centrum materiału wybuchow go (rys. 3). Decyzję o takim montażu barier podjęto z uwagi na potrzebę wyznaczenia parametrów fali uderz niowej wybuchu barier „V” i „U”, umieszczonych w połowie wysokości prześwitu i porównaniu ich z chara terystykami fali, obciążającej osłonę płaską.

Rys. 3. Wariant III ustawienia osłon na stanowisku

Badanie eksperymentalne na modelach chronionych obiektów i osłon rozpoczęto od określenia przebiegów parametrów fali uderzeniowej wybuchu obciążających deflektor w kształcie litery „V”. Następnie analizowana była osłona „U” oraz jako ostatnia os

konano po dwie próby w każdym położeniu deflektora, który kolejno umieszczany był w odległościach: 400, 300 i 200 mm (rys. 4). Zgodnie z przyjętymi założeniami jedynym badanym usytuowaniem osłony płaskiej wysokość 400 mm.

Damian Pietrusiak

najlepszego. W pierwszym założono, że wszystkie osłony znajdują się w tej samej odległości – 400 mm od środka ładunku wybuchowego (rys. 1). Dystans ten odpowiada prześwitowi, jaki posiada większość rozważanych pojaz-

1. Wariant I ustawienia osłon na stanowisku badawczym W kolejnym rozpatrywanym wariancie zabudowy osłony typu „V” i „U”, umieszczono w odległości

osłonę płaską 400 mm od centrum materia- 2). Koncepcję takiego ustawienia jęto z myślą o stworzeniu tzw. wersji pośredniej zabudowy ustroju nośnego analizowanych pojazdów, czyli montażu barier „V” i „U” w taki sposób, aby ich znajdowały się na wysokości dwóch trzecich

II ustawienia osłon na stanowisku badawczym W ostatniej analizowanej wersji zabudowy osłony ty- umieszczono w odległości 200 mm, zaś osłonę płaską 400 mm od centrum materiału wybuchowego (rys. 3). Decyzję o takim montażu barier podjęto z uwagi na potrzebę wyznaczenia parametrów fali uderzeniowej wybuchu barier „V” i „U”, umieszczonych w połowie wysokości prześwitu i porównaniu ich z charak- terystykami fali, obciążającej osłonę płaską.

Rys. 3. Wariant III ustawienia osłon na stanowisku badawczym Badanie eksperymentalne na modelach chronionych obiektów i osłon rozpoczęto od określenia przebiegów parametrów fali uderzeniowej wybuchu obciążających deflektor w kształcie litery „V”. Następnie analizowana była osłona „U” oraz jako ostatnia osłona płaska. Wy- konano po dwie próby w każdym położeniu deflektora, który kolejno umieszczany był w odległościach: 400, 300 i 200 mm (rys. 4). Zgodnie z przyjętymi założeniami ym usytuowaniem osłony płaskiej była

(3)

ZASTOSOWANIE ULTRASZYBKIEJ KAMERY OPTYCZNEJ

Rys. 4. Pomiar odległości od środka ładunku wybuchowego do dolnej powierzchni osłony

Do wygenerowania fali uderzeniowej wybuchu użyto trotylu prasowanego w postaci dwóch nabojów

czych o łącznej masie 150 g. W celu zachowania takich samych warunków dla wszystkich prób

ustawiano je na stalowej płycie.

3. WYNIKI BADAŃ

Wartość impulsu siły obciążającego osłony wyznacz no tzw. metodą Vertically Launched Impulse Plate (VLIP). Metoda ta polega na określeniu wielkości prz mieszczenia pionowego osłony, na którą oddział uderzeniowa wybuchu. Do obliczenia impulsu wymagana jest również znajomość prędkości oraz masy bariery wraz z kompletnym stanowiskiem badawczym [

można zapisać następującym równaniem:

gdzie:

– masa stanowiska i bariery ochronnej [kg];

– prędkość stanowiska podczas pionowego przemies czenia, wywołanego eksplozją ładunku wybuchowego [m/s].

Prędkość stanowiska wraz z barierą w

przemieszczenia można obliczyć, gdy znana jest maks malna wysokość, jaką osiągnęło ono po detonacji. Ró nanie to wówczas przybiera postać:

2

gdzie:

– przyspieszenie ziemskie [m/s²];

– maksymalna wysokość jaką osiągnęła osłona i stanowisko [m].

W celu przeprowadzenia pomiarów wysokości prz mieszczenia się modeli osłon podczas kolejnych prób na stanowisku badawczym zamontowano trzy maszty z tarczami oraz maszt bazy za nim (rys. 5

prawidłowego wykonania eksperymentu było zainstalow nie masztów na ramie w taki sposób, aby ich wierzchołki tworzyły trójkąt równoboczny. Kamerę ustawiono

ZASTOSOWANIE ULTRASZYBKIEJ KAMERY OPTYCZNEJ DO WYZNACZANIA…

ar odległości od środka ładunku wybuchowego do

Do wygenerowania fali uderzeniowej wybuchu użyto w postaci dwóch nabojów wiertni- czych o łącznej masie 150 g. W celu zachowania takich samych warunków dla wszystkich prób każdorazowo

Wartość impulsu siły obciążającego osłony wyznaczo- no tzw. metodą Vertically Launched Impulse Plate

etoda ta polega na określeniu wielkości prze- na którą oddziałuje fala uderzeniowa wybuchu. Do obliczenia impulsu wymagana rędkości oraz masy bariery wraz tnym stanowiskiem badawczym [2, 3, 6]. Całość

(1)

masa stanowiska i bariery ochronnej [kg];

prędkość stanowiska podczas pionowego przemieszczenia, wywołanego eksplozją ładunku wybuchowego

Prędkość stanowiska wraz z barierą w trakcie jego przemieszczenia można obliczyć, gdy znana jest maksymalna wysokość, jaką osiągnęło ono po detonacji. Rów-

(2)

maksymalna wysokość jaką osiągnęła osłona

W celu przeprowadzenia pomiarów wysokości przemieszczenia się modeli osłon podczas kolejnych prób na stanowisku badawczym zamontowano trzy maszty

za nim (rys. 5). Warunkiem sperymentu było zainstalowa- nie masztów na ramie w taki sposób, aby ich wierzchołki tworzyły trójkąt równoboczny. Kamerę ustawiono

w odległości 31 m od podstawy modelu chronionego obiektu. Dzięki temu możliwe było wykonanie pełnego i niezakłóconego zapisu przemieszczenia pionowego tarcz, będącej wynikiem eksplozji ładunku wybuchowego.

Rys. 5. Schemat stanowiska badawczego podczas wyznaczania impulsu metodą VLIP

Rejestrację sygnału realizowano

kiej kamery optycznej Phantom V12.1 firmy Research (rys. 6). Kamera ta zapewnia rejestrację obrazu monochromatycznego i kolorowego z szybkością do 1 miliona klatek na sekundę z rozdzielczością 1280×800 pikseli przy czułości 6400 ISO/ASA z minimalnym czasem naświetlania (zadziałania migawki)

Rys. 6. Ultraszybka kamera optyczna Phantom V badań poligonowych Obróbkę i wyznaczenie wysokości

były osłony w różnych odległościach od środka ładunku wybuchowego, przeprowadzono poprzez analizę obrazu przemieszczenia pionowego tarcz, zarejestrowanego po czas kolejnych prób z zastosowaniem oprogramowania TEMA, przeznaczonego do obróbki sygnału wizyjnego z ultraszybkich kamer optycznych.

3.1. OSŁONA TYPU „V”

Zgodnie z przyjętymi wariantami zabudowy osłon na pojeździe, pierwszym położeniem,

dzano badania, było umieszczenie jej w odległości 400 mm od centrum ładunku wybuchowego. Na rys przedstawiono średnią wartość przemieszczenia pionowe

Średnia wartość przemieszczenia pionowego zmierzona w osłonie w kształcie litery „V”, usytuowanej w odległości 400 mm od centrum materiału

0,030 m. Dzięki temu prędkość bariery wraz ze stanow DO WYZNACZANIA…

w odległości 31 m od podstawy modelu chronionego obiektu. Dzięki temu możliwe było wykonanie pełnego

przemieszczenia pionowego tarcz, będącej wynikiem eksplozji ładunku wybuchowego.

. Schemat stanowiska badawczego podczas wyznaczania

Rejestrację sygnału realizowano za pomocą ultraszyb- Phantom V12.1 firmy Vision ). Kamera ta zapewnia rejestrację obrazu monochromatycznego i kolorowego z szybkością do 1 miliona klatek na sekundę z rozdzielczością 1280×800 pikseli przy czułości 6400 ISO/ASA z minimalnym czasem

igawki) – 300 ns [4].

. Ultraszybka kamera optyczna Phantom V 12.1 podczas badań poligonowych

Obróbkę i wyznaczenie wysokości, na jakie wyrzucane były osłony w różnych odległościach od środka ładunku przeprowadzono poprzez analizę obrazu przemieszczenia pionowego tarcz, zarejestrowanego podczas kolejnych prób z zastosowaniem oprogramowania TEMA, przeznaczonego do obróbki sygnału wizyjnego z

zyjętymi wariantami zabudowy osłon na , na którym przeprowa- ieszczenie jej w odległości 400 mm od centrum ładunku wybuchowego. Na rys. 7

przemieszczenia pionowego.

Średnia wartość przemieszczenia pionowego zmierzona w osłonie w kształcie litery „V”, usytuowanej w odległości 400 mm od centrum materiału, wyniosła 0,030 m. Dzięki temu prędkość bariery wraz ze stanowi-

(4)

Piotr Saska, Jerzy Czmochowski, Artur Iluk, Damian Pietrusiak

skiem oszacowano na poziomie 0,771 m/s. Impuls siły osiągnął wartość 128,4 Ns.

Rys. 7. Przebieg średniej wartości przemieszczenia pionowego zarejestrowany w osłonie „V”, umieszczonej 400 mm od środka

ładunku wybuchowego

Na rys. 8 przedstawiono przebiegi przemieszczenia pionowego osłony „V” w odległości 300 mm od materiału wybuchowego.

W odległości 300 mm od centrum eksplozji osłona „V”

przemieściła się na wysokość 0,057 m, czyli o 0,027 m wyżej niż w poprzednim ustawieniu. Prędkość bariery wraz ze stanowiskiem była wyższa o 0,288 m/s i wyniosła 1,059 m/s. Impuls siły osiągnął wartość 176,3 Ns, i był on wyższy od wcześniejszego o 47,9 Ns.

Na rys. 9 przedstawiono przebiegi przemieszczenia pionowego ostatniego rozpatrywanego położenia osłony

„V”, czyli odległości 200 mm od centrum ładunku wybuchowego.

W ostatnim położeniu bariery ochronnej „V”, tj. w odległości 200 mm od centrum ładunku wybuchowego, nastąpił dalszy wzrost wartości przemieszczenia pionowego, które w tym wypadku wyniosło 0,088 m.

Wartość ta była wyższa o 0,030 m od wskazań, kiedy osłonę umieszczono na wysokości 300 mm i o 0,057 m, gdy znajdowała się 200 mm od miejsca eksplozji. Prędkość bariery równała się 1,310 m/s i była wyższa o 0,252 m/s od tej, jaką uzyskała osłona w odległości 300 mm od ładunku oraz o 0,54 m/s od prędkości osiągniętej przez barierę umieszczoną na wysokości 400 mm. Impuls siły wyniósł 218,3 Ns i był wyższy odpowiednio o 42 Ns i o 89,9 Ns od wcześniejszych ustawień osłony. Na rys. 10 zestawiono wartości impulsu siły w funkcji przemieszczenia wszystkich rozpatrywanych położeń osłony „V”.

Rys. 10. Impuls siły w funkcji przemieszczenia wszystkich usta- wień bariery „V”

3.2. OSŁONA TYPU „U”

Podobnie jak w przypadku osłony „V” badanie deflektora typu „U” rozpoczęto od ustawienia go na wyso- kości 400 mm nad centrum ładunku wybuchowego. Na rys. 11 przedstawiono przebieg średniej wartości przemieszczenia pionowego.

Rys. 11. Przebieg średniej wartości przemieszczenia pionowego zarejestrowany w osłonie „U”, umieszczonej 400 mm od środka

Średnia wartość przemieszczenia pionowego zmierzona w osłonie w kształcie litery „U”, znajdującej się w odległości 400 mm od centrum materiału, wyniosła 0,037 m. Dzięki temu prędkość bariery wraz ze stanowiskiem oszacowano na poziomie 0,853 m/s. Impuls siły osiągnął wartość 140,7 Ns.

y = -3E-06x²+ 0,0004x + 1,3248 R² = 0,7817

1,3 1,305 1,31 1,315 1,32 1,325 1,33 1,335 1,34 1,345 1,35

-10 5 20 35 50 65 80 95 110 125 140 155 170 185 200

h [m]

t [ms]

wysokość tarcz Wielob. (wysokość tarcz)

y = -4E-06x²+ 0,0007x + 1,3481 R² = 0,9303

1,3 1,31 1,32 1,33 1,34 1,35 1,36 1,37 1,38 1,39 1,4

-10 10 30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230

h [m]

t [ms]

wysokość tarcz

Wielob. (wysokość tarcz)

y = -4E-06x²+ 0,001x + 1,2435 R² = 0,9823

1,18 1,2 1,22 1,24 1,26 1,28 1,3 1,32

-10 10 30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250 270 290

h [m]

t [ms]

0 50 100 150 200 250

0,03031 0,05715 0,08762

128,4

176,3

218,3

I [Ns]

∆h [m]

y = -4E-06x²+ 0,0006x + 1,6075 R² = 0,8961

1,58 1,59 1,6 1,61 1,62 1,63 1,64

-10 10 30 50 70 90 110 130 150 170 190

h [m]

t [ms]

(5)

Następnym położeniem osłony „U”, było usytuowanie jej w odległości 300 mm od centrum ładunku wybuchowego. Na rys. 12 przedstawiono przebieg przemieszczenia pionowego zanotowany dla tego ustawienia bariery.

W odległości 300 mm od centrum eksplozji osłona „U”

przemieściła się na wysokość 0,054 m, czyli o 0,017 m wyżej niż w poprzednim ustawieniu. Prędkość bariery wraz ze stanowiskiem była wyższa o 0,179 m/s i wyniosła 1,033 m/s. Impuls siły osiągnął wartość 170,4 Ns, i był wyższy od wcześniejszego o 29,6 Ns.

Na rys. 13 przedstawiono przebieg przemieszczenia pionowego ostatniego rozpatrywanego położenia osłony

„U”, czyli odległości 200 mm od centrum ładunku wybuchowego.

W ostatnim rozpatrywanym położeniu osłony „U”, tj. w odległości 200 mm od centrum ładunku wybuchowego, analogicznie jak w przypadku bariery „V”, nastąpił dalszy wzrost wartości przemieszczenia pionowego, które wyniosło 0,070 m. Wartość ta była wyższa o 0,015 m od wskazań, kiedy osłona umieszczana była na wysokości 300 mm i o 0,033 m, gdy znajdowała się 400 mm od miejsca eksplozji. Prędkość bariery równała się 1,169 m/s i była wyższa o 0,136 m/s od tej, jaką uzyskała osłona w odległości 300 mm od ładunku oraz o 0,316 m/s od prędkości osiągniętej przez barierę umieszczoną na wyso- kości 400 mm. Impuls siły wyniósł 192,9 Ns i był wyższy

odpowiednio o 22,5 Ns i o 52,2 Ns od wcześniejszych ustawień osłony.

Na rys. 14. przedstawiono wartości impulsu siły w funkcji przemieszczenia wszystkich rozpatrywanych położeń osłony „U”.

Rys. 14. Impuls siły w funkcji przemieszczenia dla wszystkich ustawień bariery „U”

3.3. OSŁONA PŁASKA USTAWIONA RÓWNOLEGLE DO PODŁOŻA

Jedynym położeniem bariery płaskiej, w którym przeprowadzono badania, było umieszczenie jej w odległości 400 mm od środka ładunku wybuchowego. Na rys. 15 przedstawiono przebieg średniej wartości przemieszczenia pionowego zarejestrowanego, gdy osłona była usytuowana 400 mm od centrum wybuchu.

Rys. 15. Przebieg średniej wartości przemieszczenia pionowego zarejestrowany w osłonie płaskiej, umieszczonej 400 mm od

środka ładunku wybuchowego

Średnia wartość przemieszczenia pionowego zmierzona w osłonie płaskiej, znajdującej się w odległości 400 mm od centrum materiału, wyniosła 0,105 m. Prędkość bariery wraz ze stanowiskiem była równa 1,436 m/s. Impuls siły osiągnął wartość 230,0 Ns.

3.4. PORÓWNANIE OTRZYMANYCH WYNIKÓW IMPULSÓW SIŁY

Podczas badań eksperymentalnych dowiedziono, że impuls siły oraz pozostałe analizowane parametry osłony typu „V” w odległościach 200 i 300 mm od źródła eksplozji osiągnęły wyższe wartości niż w przypadku osłony „U”.

Przy dystansie 400 mm sytuacja była odmienna, tzn.

wyższe wartości badanych charakterystyk uzyskano dla

y = -3E-06x²+ 0,001x + 1,4748 R² = 0,9121

1,47 1,48 1,49 1,5 1,51 1,52 1,53 1,54 1,55 1,56

10 30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250 270

h [m]

t [ms]

w czasie do 280 ms

y = -3E-06x²+ 0,0007x + 1,4172 R² = 0,8685

1,38 1,4 1,42 1,44 1,46 1,48 1,5

-10 10 30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250 270

h [m]

t [ms]

średnia tarcz Wielob. (średnia tarcz)

0 50 100 150 200

0,037 0,0543 0,0696

140,7

170,4

192,9

I [Ns]

∆h [m]

y = -4E-06x2+ 0,001x + 1,4155 R² = 0,9541

1,36 1,38 1,4 1,42 1,44 1,46 1,48 1,5

-10 10 30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250 270 290 310

h [m]

t [ms]

średnia tarcz Wielob. (średnia tarcz)

(6)

Piotr Saska, Jerzy Czmochowski

osłony „V”. W zestawieniu z barierą płaską, która umies czona była tylko w najdalszym położeniu od miejsca detonacji, osłony „V” i „U” posiadały lepsze właściwości rozpraszania energii wybuchu we wszystkich położeniach.

Czas, po którym osłony osiągały maksymalną wartość przemieszczenia pionowego, podobnie jak pozostałe chara terystyki, zależny był od dystansu dzielącego

ładunku wybuchowego. W przypadku osłon „V”

i „U”, zlokalizowanych w odległościach 400 mm, 300 mm i 200 mm wynosił on kolejno, 75 ÷ 80 ms, 100 ms i 110 ms.

W tabeli 1 zestawiono wartości przemieszczeń pion wych, prędkości oraz impulsów siły wszystkich typów analizowanych osłon oraz wariantów ich ustawienia.

Tabela 1. Zbiorcze zestawienie szacowanych wartości prz mieszczeń, prędkości oraz impulsów siły obliczonych w rozp

trywanych wariantach ustawienia barier ochronnych

Lp .

Typ bariery - odległość od ładunku

[mm]

Przemieszczenie [m]

Prędkość

1. „V” - 400 0,030

2. „V” - 300 0,057

3. „V” - 200 0,088

4. „U” - 400 0,037

5. „U” - 300 0,054

6. „U” - 200 0,070

7. płaska 0,105

Zgodnie z przyjętymi wariantami zabudowy osłon na chronionym obiekcie, na rysunkach 16

wartości impulsu siły w funkcji przemieszczenia pion wego dla rozpatrywanych konfiguracjach zabudowy.

Stwierdzono, że każdy przypadek rozwiązania konstru cyjnego polegającego na montażu osłon do podwozia pojazdu wpływa korzystnie na minimalizację obciążenia go impulsem siły.

Rys. 16. Zestawienie szacowanej wartości impulsu siły I wariancie zabudowy barier ochronnych na pojeździe

Jerzy Czmochowski, Artur Iluk, Damian Pietrusiak

”. W zestawieniu z barierą płaską, która umiesz- czona była tylko w najdalszym położeniu od miejsca

osłony „V” i „U” posiadały lepsze właściwości rozpraszania energii wybuchu we wszystkich położeniach.

po którym osłony osiągały maksymalną wartość podobnie jak pozostałe charak- zależny był od dystansu dzielącego je od środka ładunku wybuchowego. W przypadku osłon „V”

i „U”, zlokalizowanych w odległościach 400 mm, 300 mm i 200 mm wynosił on kolejno, 75 ÷ 80 ms, 100 ms i 110 ms.

W tabeli 1 zestawiono wartości przemieszczeń piono- wszystkich typów analizowanych osłon oraz wariantów ich ustawienia.

Tabela 1. Zbiorcze zestawienie szacowanych wartości prze- mieszczeń, prędkości oraz impulsów siły obliczonych w rozpatrywanych wariantach ustawienia barier ochronnych

Prędkość osłony

[m/s]

Impuls siły [Ns]

0,771 128,4 1,059 176,3 1,311 218,3 0,853 140,7 1,033 170,4 1,169 192,9 1,436 230,0

Zgodnie z przyjętymi wariantami zabudowy osłon na ÷ 18 porównano wartości impulsu siły w funkcji przemieszczenia piono-

konfiguracjach zabudowy.

Stwierdzono, że każdy przypadek rozwiązania konstruk- cyjnego polegającego na montażu osłon do podwozia pojazdu wpływa korzystnie na minimalizację obciążenia

. Zestawienie szacowanej wartości impulsu siły przy I wariancie zabudowy barier ochronnych na pojeździe – 400 mm

Rys. 17. Zestawienie szacowanej wartości impulsu siły przy II wariancie zabudowy barier ochronnych na pojeździe

Rys. 18. Zestawienie szacowanej wartości impulsu siły przy III wariancie zabudowy barier ochronnych na pojeździe

4. PODSUMOWANIE

Na podstawie otrzymanych wyników impulsów siły dowiedziono, że wraz ze wzrostem odległości od ładunku spada maksymalna wartość tego parametru. Równie istotnym czynnikiem mającym na to

tria osłon. Spośród przyjętych wariantów zabudowy barier ochronnych na pojeździe najbardziej korzystny jest wariant I, w którym przewidziano ich zabudowę w taki sposób, aby prześwit był równy wartości 400 mm.

W tej odległości wartość impul

w osłonie „V”. Z kolei w następnych odległościach 300 i 200 mm mniejsze wartości impulsu siły wystąpiły podczas prób z osłoną „U”. Powodem tego mogła być jej mniejsza masa niż osłony „V”, co wpłynęło na końcową wartość impulsu siły w tych ustawieniach.

wyniki dowiodły, że eksperymentalne badania we są miarodajnym sposobem określania wpływu ch rakterystyk fali uderzeniowej wybuchu na konstrukcje pojazdów, przewidziane do zabudowy w osłony chroni ce je przed oddziaływaniem eksplozji różnego rodzaju ładunków wybuchowych.

Damian Pietrusiak

. Zestawienie szacowanej wartości impulsu siły przy II wariancie zabudowy barier ochronnych na pojeździe – 300 mm

. Zestawienie szacowanej wartości impulsu siły przy III ariancie zabudowy barier ochronnych na pojeździe – 200 mm

Na podstawie otrzymanych wyników impulsów siły dowiedziono, że wraz ze wzrostem odległości od ładunku spada maksymalna wartość tego parametru. Równie mającym na to wpływ jest geome- tria osłon. Spośród przyjętych wariantów zabudowy barier ochronnych na pojeździe najbardziej korzystny jest wariant I, w którym przewidziano ich zabudowę w taki sposób, aby prześwit był równy wartości 400 mm.

W tej odległości wartość impulsu siły była najniższa w osłonie „V”. Z kolei w następnych odległościach 300 i 200 mm mniejsze wartości impulsu siły wystąpiły podczas prób z osłoną „U”. Powodem tego mogła być jej mniejsza masa niż osłony „V”, co wpłynęło na końcową w tych ustawieniach. Uzyskane dowiodły, że eksperymentalne badania poligono- we są miarodajnym sposobem określania wpływu charakterystyk fali uderzeniowej wybuchu na konstrukcje pojazdów, przewidziane do zabudowy w osłony chronią-

aniem eksplozji różnego rodzaju

(7)

Literatura

1. Barnat W., Panowicz R., Niezgoda T.: Wybrane zagadnienia dynamicznego obciążenia falą uderzeniową płyty stalowej wywołaną dużym ładunkiem wybuchowym. „Górnictwo Odkrywkowe”, 2010, nr 3, s. 53 - 56.

2. De Koker P., Pavkovic N., van Dyk J., Stecker I.: Measurement of impulse generated by the detonation of anti- tank mines by using the VLIP technique. In: Humanitarian Demining Symposium, Sibenik 2009. Zurich:

International Relations and Security Network, 2009.

3. Iluk A.: Using the high-speed camera as measurement device in the dynamic material tests. „Journal of Vibroengineering”, 2012, No. 14, Issue 1, p. 22 - 27.

4. Iluk A.: Wybrane aspekty bezpieczeństwa biernego w pojazdach narażonych na eksplozje min. Wrocław: Ofic. Wyd.

Pol. Wrocł., 2013.

5. Iluk A.: Wybrane aspekty kształtowania odporności przeciwminowej terenowego pojazdu opancerzonego. Zesz. Nauk.

WSOWL 2010, 4, 158, s. 110 - 120.

6. Jacinto A., Ambrosini R. i Danesi R.: Experimental and computional analysis of plates under air blast loading.

“International Journal of Impact Engineering”, 2001, No. 25, p. 927 - 947.

7. Mostert F., du Toit C.: Measuring the blast output of aluminized explosive charges in a semi-confined environment.

“Insensitive Munitions & Energetic Materials Technology Symposium”, Munich 2010, p. 1 - 8.

8. Krzystała E., Kciuk S., Mężyk A.: Identyfikacja zagrożeń załogi pojazdów specjalnych podczas wybuchu.

Radom: Wyd. Nauk. Inst. Technologii I Eksploatacji, 2012.

9. Smith P., Mostert F., Snyman I.: Comparison of methods to measure the blast impulse loading of an explosive charge. In: 24th International Symposium on Ballistics, New Orleans 2008. National Defense Industrial Association (NDIA), p. 1226 – 1234.

10. Smith P. D., Hetherington J. G.: Blast and ballistic loading of structures. Oxford: Elsevier Science Ltd., 2003.

11. Włodarczyk: Podstawy fizyki wybuchu. Warszawa: Wyd. WAT, 2012.