Эффект направленного схлопывания замкнутой пружины растяжения и его применение в зондах для исследования грунтов

Березин С.Я.

Забайкальский государственный университет, Чита

Ключевые слова: импульс, удар, грунт, грунтовый зонд, пенетратор, снаряд, привод, преобразование энергии, ударная пружина, боёк, ударный наконечник, кулачок, пружина сжатия, эффект направленного схлопывания пружины.

Аннотация. В представленном материале рассматриваются теоретические вопросы физической сущности эффекта направленного схлопывания замкнутой пружины применительно к приводам кабельных грунтовых зондов (пенетраторов). Рассмотрены основные типы грунтовых зондов для исследования физических и механических свойств грунтов земного и инопланетного происхождений, а также для испытания свойств грунтов. Приведены конструкции и принципы действия известных пенетраторов аналогичного назначения. Разработана математическая модель эффекта направленного схлопывания ударной пружины на основе кинетической энергии относительного движения смыкающихся витков пружины, формирующей ударный импульс для продвижения наконечника пенетратора. Установлены такие параметры как время направленного схлопывания пружины, время ударного импульса и суммарное его усилие. Показано, что энергия ударного импульса за время схлопывания пружины преобразуется в суммарную энергию инерции массы наконечника и энергию лобового сопротивления грунта. Разработана динамическая модель проникающей способности наконечника, характер его импульсного движения в грунте и производительность перемещения пенетратора.