Горение пороха 5 страница

Для обеспечения удобства и надежности эксплуатации боепри­пасов от момента их изготовления до момента боевого применения и для обеспечения возможности получить необходимую характе­ристику боевых и технических свойств боеприпасов без сопрово­ждающих их документов все боеприпасы при изготовлении под­вергаются клеймению, окраске и маркировке.

Клеймение заключается в выдавливании, выбивании пли вы­травливании на металлических и пластмассовых частях боепри­пасов условных знаков, называемых клеймами и состоящих из букв, цифр, геометрических фигур и их сочетаний. На боеприпа­сах, имеющих небольшие размеры, например снарядах малого калибра, взрывателях, капсюльных втулках и на гильзах, клейма могут быть основными отличительными знаками.

Окраска боеприпасов делится на предохранительную и отли­чительную. Предохранительная окраска наносится в мирное время серо-дикого цвета на снаряды калибром 57 мм и более и зеленого цвета на деревянную укупорку боеприпасов. Предохранительная окраска может наноситься иа центрующие утолщения и ведущие пояски. Отличительная окраска наносится в виде полос опреде­ленного цвета на снаряды, взрыватели, гильзы, средства воспла­менения и укупорку.

Маркировка заключается в нанесении краской или лаком условных знаков и надписей на снаряды, боевые заряды (картузы и гильзы) и укупорку. Маркировка выполняется стандартным чер­тежным шрифтом'сплошной линией черного цвета, а по черной окраске — белого цвета.

Маркировка содержит все основные служебные данные, необхо­димые для правильной эксплуатации боеприпасов в войсках. По­этому сохранению маркировки в войсках должно уделяться особое внимание.

На рис. 4.5 дано содержание и расположение маркировки на снарядах. На снарядах малого калибра весовые знаки в марки­ровке не указываются. На бронебойных снарядах под шифром снаряжения указывается марка взрывателя. На сплошных снаря­дах вместо данных о снаряжении указаны завод-изготовитель, номер партии и год изготовления снаряда.

На рис. 4.6 дано содержание и расположение маркировки на боевых зарядах,в гильзах. Если к данному образцу орудия пред­назначается несколько боевых зарядов или переменный боевой ■ заряд, на каждом боевом заряде и на отдельных пакетах (пуч­ках) наносят соответствующие надписи: «Полный», «Уменьшен-

ный переменный», «Специальный», «Заряд № 4», «Основной па­кет», «Верхний пучок» и т. д. На гильзах раздельного заряжания

ставят индекс боевого заряда, а на гильзах унитарных патро­нов— индекс выстрела. Под капсюльной втулкой в гильзе нахо­дится бумажный кружок, дублирующий маркировку боевого за­ряда.

На гильзы воспламенительных зарядов и на картузы дополнительных зарядов минометов маркировка не наносится. Она за­меняется этикетками с аналогичными надписями, которые наклеи­ваются на верхний пыж воспламенительного заряда и на бумаж­ную обертку дополнительных зарядов.

На корпусе реактивного снаряда наносятся дополнительные данные о боевом заряде: тип средства воспламенения, индекс вос­пламенителя и баллистический индекс (рис. 4.7).

На укупорочных ящиках с выстрелами, снарядами и боевыми зарядами на боковой и торцевой стенках наносят маркировку, характеризующую содержимое. Кроме обычных сведений указы­ваются количество штук и масса брутто. Отсутствие данных q взрывателе означает, что выстрелы или снаряды не приведены в окончательно снаряженный вид. Я

ГЛАВА 5

СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ЭЛЕМЕНТЫ БОЕПРИПАСОВ

На элементы боеприпасов при хранении и транспортировке, при выстреле, в полете и при встрече с целью действуют силы, знать которые необходимо для правильной организации эксплуа­тации боеприпасов в войсках и для понимания действия, а следо­вательно, и правильного использования боевых возможностей боеприпасов.

§ 5.1. СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ ПРИ ВЫСТРЕЛЕ

При выстреле в результате горения порохового заряда в засна- рядном пространстве орудия образуются пороховые газы. Со сто­роны пороховых газов на элементы снаряда и боевого заряда будут действовать силы давления.

Сила давления, приложенная к снаряду, будет движущей си­лой, сообщающей снаряду поступательное движение. Сила давле­ния, приложенная к гильзе, будет деформировать ее, прижимая к поверхности каморы, обеспечивая обтюрацию пороховых газов.

При движении снаряда со стороны ствола на него будут дей­ствовать силы реакции, рассмотренные в разделе I. Касательная составляющая нормальной реакции боевой грани нарезов будет сообщать снаряду вращательное движение.

Как поступательное, так и вращательное движение снаряда является ускоренным. Следовательно, любая часть снаряда (например, деталь взрывателя) будет иметь линейное ускоре­ние поступательного движения, касательное ускорение и цен­тростремительное ускорение вращательного движения.

Используя из внутренней баллистики приближенное уравнение поступательного движения снаряда (2.22)

найдем выражение для ускорения поступательного движения:

Из теоретической механики известно, что

где — расстояние центра масс детали от оси вращения сна­ряда;

— угловая скорость снаряда. Во внутренней баллистике получают - следующее выражение для угловой скорости:

где —длина хода нареза.

Дифференцирование равенства (5.4) по времени дает

или с учетом равенства (5.2)

В результате найдем выражения для касательного и центро­стремительного ускорений:

При ускоренном движении тела на него будет действовать объемная сила—сила инерции, численно равная произведению массы на ускорение и направленная в сторону, противоположную ускорению.

Таким образом,на любую частицу снаряда, массу которой обозначим через , будут действовать три силы инерции в соот­ветствии с тремя рассмотренными выше ускорениями: сила инер­ции от линейного ускорения S, сила инерции от касательного ускорения К и сила инерции от центростремительного ускорения или центробежная сила С. Выражения для этих сил найдем, ис­пользуя выражения (5.2), (5.6) и (5.7) для ускорений:

На рпс. 5.S показаны направления действия сил инерции при выстреле. Как следует из формул, все силы инерции растут про­порционально массе детали. Поскольку вес снаряда увеличивается пропорционально кубу калибра, а площадь сечения канала ство­ла — пропорционально квадрату калибра с увеличением калибра орудия, все силы инерции убывают с ростом калибра.

При выстреле из орудия силы S п К изменяются так же, как изменяется величина давления пороховых газов, а сила С так же, как величина скорости снаряда (рис. 5.2). Сила К будет в 10— 20 раз меньше силы S.

При движении снаряда по каналу ствола орудия наибольших значений силы S и К достигают в момент, когда давление порохо­вых газов будет наибольшим, а сила С — в дульном срезе. Наи­большие значения сил можно получить подстановкой в формулы (5.8) и (5.9) величины наибольшего давления а силы —подстановкой в формулу (5.10) величины начальной скорости

Под действием сил инерции, и прежде всего силы S, в стенке оболочки снаряда и в разрывном заряде развиваются напряжения, зная которые можно решить вопрос о прочности снаряда и стой­кости снаряжения.

Величина нормальных напряжений получается делением силы S на площадь поперечного сечения оболочки или заряда:

При этом за следует принимать массу части оболочки или за­ряда, расположенной над рассматриваемым сечением.

Напряжения при выстреле не должны превосходить допусти­мых величин.

Действие сил инерции на детали взрывателей может вызвать помимо напряжений их деформации и перемещения, что исполь­зуется для взведения взрывателей и производства других работ, например запуска дистанционных механизмов, стопорения пово­ротных колец и т. д.

Силы инерции при выстреле могут достигать громадных зна­чений. Так, на полном заряде 122-мм гаубицы М-30 на снаряд ОФ-462 в момент достижения, наибольшего давления пороховых газов будет действовать сила инерции от линейного ускорения, равная 22- 10⁴ Н, что в 10 тысяч раз превышает силу веса снаряда. Во столько же раз будут превышать силу веса деталей силы инер­ции, действующие на детали взрывателей. Отношение ускорения силы инерции к ускорению силы веса называется коэффициентом перегрузки.

§ 5.2. СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ В ПОЛЕТЕ

В полете артиллерийский снаряд совершает поступательное и вращательное движение. Центр массы снаряда опишет в простран­стве траекторию, снаряд будет вращаться вокруг своей оси, а ось снаряда будет совершать сложное колебательное движение вокруг касательной к траектории.

На снаряд со стороны воздуха будет действовать сила сопро­тивления воздуха направленная в сторону, обратную дви­жению.

Величина силы сопротивления воздуха определяется по опыт­ной формуле

где с — баллистический коэффициент снаряда:

— коэффициент формы снаряда (величина безразмер­ная);

— функция плотности воздуха:

— весовая плотность воздуха на данной высоте и У Земли;

— функция сопротивления воздуха.

Проф. Ветчинкин для предложил эмпирическую формулу

в которой высота над уровнем моря должна выражаться в м. С увеличением функция плотности убывает.

Для предложено множество различных аналитических

выражений. Русский баллистик Н. В. Маиевский предложил сте­пенную зависимость

где — опытные коэффициенты.

Определением величины этих коэффициентов занимался также Н. А. Забудский. Значения опытных коэффициентов Маиевского- Забудского различны для разных участков изменения скорости снаряда. Например, вдиапазоне скоростей 419—550 м/с следует принимать:

Кроме силы сопротивления воздуха на снаряд будет действо­вать сила веса gq. Уравнение поступательного движения снаряда имеет вид

где —угол наклона касательной к траектории.

Из уравнения (5.17) получим ускорение поступательного дви­жения

в котором —ускорение сопротивления воздуха:

Вследствие сопротивления воздуха скорость снаряда будет убывать на всей траектории и только при навесной стрельбе мо­жет возрастать на конечном участке траектории.

На снаряд со стороны воздуха будут действовать также силы трения. Величина сил трения зависит от состояния поверхности снаряда. Так, сила

сопротивления воздуха на 4 и 10% увеличи­вается при переходе от шлифованной поверхности соответственно к поверхности из-под резца и грубо обработанной поверхности с вмятинами и царапинами.

Касательные составляющие сил трения образуют момент тре­ния, который будет замедлять скорость вращения снаряда вокруг своей оси. Угловая скорость снаряда на траектории поэтому непрерывно уменьшается и в точке падения может составлять 50—20% величины в момент вылета.

Характер изменения угловой скорости определяется формулой ^пРоф. Вентцеля

в которой коэффициент поверхностного трения определяется равенством, предложенным В. Н. Першиным:

где —полная длина снаряда;

— осевой момент инерции снаряда'.

Дифференцирование равенства (5.20) по времени даст выра­жение для углового ускорения

Таким образом, как и при выстреле, в полете частицы снаряда будут испытывать линейное, касательное и центростремительное ускорения и действия соответствующих сил инерции.

Наибольшее значение сил инерции будет в момент вылета сна­ряда из канала ствола, причем величины сил инерции в полете будут гораздо меньше, чем при выстреле. Вот почему обычно рас­сматривают действие сил инерции в полете только на детали взрывателей, особенно на свободные после взведения ударники.

При рассмотрении движения детали взрывателя относительно снаряда получают относительную силу инерции от линейного ускорения:

Относительная сила инерции направлена вперед. Действие ее заключается в том, что деталь взрывателя будет перемещаться вперед (набегать). Поэтому силу называют силой набегания.

Такую же роль на деталь головных взрывателей будет оказы­вать центробежная сила инерции возникающая вследствие колебательного (нутационного) движения оси снаряда с угловой скоростью относительно центра масс снаряда:

где — расстояние между центрами масс детали и снаряда.

Угловую скорость называют скоростью нутации, а угол ме­жду осью снаряда и касательной к траектории (рис. 5.3)—углом нутации. Нутационное движение возникает вследствие начальных возмущений снаряда при вылете (начальный угол нутации или начальный импульс силы) и происходит наиболее интенсивно на начальном участке траектории, особенно при стрельбе из сильно изношенных стволов.

В случае когда начальным возмущением будет импульс силы, для наибольшего значения угловой скорости можно записать

выражение

где — наибольший угол нутации (для изношенных орудий может Достигать 20°);

— параметр, пропорциональный дульной угловой скорости снаряда: i

А и В—осевой и экваториальный моменты инерции снаряда.

Зная наибольшее значение скорости нутации, по формуле (5.24) можно получить наибольшую величину силы Эта сила

направлена по оси снаряда от центра его массы, т. е. она будет стремиться переместить вперед детали головных взрывателей и назад детали донных взрывателей.

В полете на поверхность снаряда и выступающие детали взры­вателя будет действовать сила давления воздуха. Величина давле­ния воздуха зависит от отношения скорости полета к скорости звука и от расположения площадки на поверхности снаряда. Наи­большей величина давления будет в вершине снаряда, а затем по­степенно будет убывать к донной (хвостовой) части снаряда.

Величины избыточного давления в вершине снаряда при­ведены в табл. 5.1 для нормальной артиллерийской атмосферы и уровня моря.

Сила давления воздуха будет действовать на мембрану голов­ного взрывателя, а при ее нарушении — на ударник, баллистиче­ские колпаки бронебойных снарядов и т. д.

При полете снаряда в дождь, снег или град на поверхность снаряда, на мембрану и ударник взрывателя будут действовать силы удара капель (частиц). Если обозначить массы детали и

капли соответственно а их скорости то по

теории прямого удара получим выражение для импульса силы удара

где к — коэффициент восстановления.

Для абсолютно упругого удара принимают к — 1, а для неупру­гого удара — к: = 0. Удар капли об ударник можно считать неупру­гим, причемскорость капли v_Kan -будет намного меньше скорости снаряда Тогда формулу (5.27) можно переписать так:

Величина импульса силы удара капли бывает достаточной для того, чтобы преодолеть сопротивление мембраны, переместить ударник и произвести накол капсюля. Вот почему в дождь, снег или град запрещается стрелять снарядами при снятых предохра­нительных колпачках взрывателей.

Для 122-мм гаубицы М-30 при стрельбе на полном боевом за­ряде и массе ударника взрывателя 2 г импульс силы удара капли массой 0,5 г будет равен 210 Н-с, наибольшая величина силы на­бегания от ускорения

В полете на поверхность снаряда и выступающие детали взры­вателя будет действовать сила давления воздуха. Величина давле­ния воздуха зависит от отношения скорости полета к скорости звука и от расположения площадки на поверхности снаряда. Наи­большей величина давления будет в вершине снаряда, а затем по­степенно будет убывать к донной (хвостовой) части снаряда.

Величины избыточного давления в вершине снаряда при­ведены в табл. 5.1 для нормальной артиллерийской атмосферы и уровня моря.

Сила давления воздуха будет действовать на мембрану голов­ного взрывателя, а при ее нарушении — на ударник, баллистиче­ские колпаки бронебойных снарядов и т. д.

При полете снаряда в дождь, снег или град на поверхность снаряда, на мембрану и ударник взрывателя будут действовать силы удара капель (частиц). Если обозначить массы детали и

капли соответственно а их скорости то по

теории прямого удара получим выражение для импульса силы удара

где к — коэффициент восстановления.

Для абсолютно упругого удара принимают к — 1, а для неупру­гого удара — к: = 0. Удар капли об ударник можно считать неупру­гим, причемскорость капли v_Kan -будет намного меньше скорости снаряда Тогда формулу (5.27) можно переписать так:

Величина импульса силы удара капли бывает достаточной для того, чтобы преодолеть сопротивление мембраны, переместить ударник и произвести накол капсюля. Вот почему в дождь, снег или град запрещается стрелять снарядами при снятых предохра­нительных колпачках взрывателей.

Для 122-мм гаубицы М-30 при стрельбе на полном боевом за­ряде и массе ударника взрывателя 2 г импульс силы удара капли массой 0,5 г будет равен 210 Н-с, наибольшая величина силы на­бегания от ускорения

из которого получим величину силы сопротивления

где —скорость снаряда после пробития брони.

Если ввести некоторую минимальную скорость снаряда

обеспечивающую пробитие брони, то можно записать равенство

»

из которого следует

Величина вычисляется по формуле Жакоб-де-Марра, при­водимой в следующей главе.

Для пробития брони снаряд должен пройти путькоторый в соответствии с рис. 5.4 равен

Ускорение снаряда в броне найдем по формуле (5.29)

Формула (5.36) впервые была предложена русским артиллери­стом А. Ф. Бринком.

Сила инерции от линейного ускорения действующая на

элемент снаряда массой при пробитии брони, будет равна

Как видим, сила инерции от линейного ускорения при движе­нии снаряда в преграде прямо пропорциональна массе элемента и квадрату окончательной скорости- снаряда и обратно, пропорцио­нальна пути снаряда в преграде.

За величину массы элемента следует принимать массу части оболочки снаряда или заряда, располагающейся сзади рассматри­ваемого сечения, т. е. наседающей на это сечение.

Для 122-мм снарядов сила инерции при движении в грунте до­стигает 5-Ю⁴ Н, а при пробитии брони — 200 • 10⁴ Н. Поскольку в первом случае сила меньше, чем при Выстреле, то, очевидно, при движении в грунте снаряд не будет разрушаться. При проби­тии брони сила инерции в несколько раз превосходит аналогичную силу при выстреле и поэтому бронебойные снаряды частично раз­рушаются.

При хранении, погрузке и транспортировке боеприпасов на их элементы будут также действовать силы, например силы реакции опор и силы инерции при падении на преграду или качении по наклонной поверхности. Чтобы эти силы не вызвали нежелатель­ных последствий, необходимо работы с боеприпасами проводить з строгом соответствии с инструкцией по эксплуатации.

АРТИЛЛЕРИЙСКИЕ СНАРЯДЫ

§ 6.1. КОНСТРУКЦИЯ и ХАРАКТЕРИСТИКИ СНАРЯДОВ

Снарядом называется элемент выстрела, предназначенный для полета к дели и для поражения цели или обеспечения поражения цели другими средствами.

Полет снаряда к цели должен быть устойчивым, т. е. снаряд не должен- кувыркаться, а его ось должна следить за направле­нием движения центра масс. Это достигается путем стабилизации снаряда.

Для поражения цели снаряд. с помощью взрывателя приво­дится в действие. При этом создаются поражающие факторы, т. е. местные физические или другие явления, вызывающие нужные изменения свойств цели. В ряде случаев требуются снаряды для выполнения специальных задач, таких, как освещение местности ночью, постановка дымовых завес или целеуказание. Эти снаряды обеспечивают поражение цели с помощью других боевых средств.

Разнообразие целей на поле боя и задач, выполняемых артил­лерией в бою, а также разнообразие образцов артиллерийского вооружения привели к разработке большого количества снарядов, отличающихся друг от друга по устройству и действию. Все сна­ряды делятся на группы (классифицируются) по общности сле­дующих признаков: типа артиллерийского вооружения, назначения снаряда, калибра снаряда, соотношения калибров снаряда и ору­дия, способа стабилизации.

По типу артиллерийского вооружения снаряды делятся на артиллерийские снаряды, мины, реактивные снаряды, активно-реактивные снаряды (АРС) и активно-реактивные мины

По назначению снаряды делятся на три группы: основ­ного, специального и вспомогательного назначения.

Снаряды основного назначения служат для поражения целей. Сюда относятся фугасные, осколочные, осколочно-фугасные, бето- нобойные, бронебойные, кумулятивные снаряды и шрапнели. Вы­стрелы со снарядами основного назначения включаются в состав боекомплектов орудий.

Снаряды специального назначения предназначены для решения специальных боевых задач. К таким снарядам относятся зажига­тельные, дымовые, пристрелочно-целеуказательные, осветительные, агитационные и др. Выстрелы со снарядами специального назна­чения не включаются в состав боекомплектов орудий, а достав­ляются на огневую позицию при необходимости.

Часто зажигательные снаряды относят к снарядам основного назначения. Однако по общности назначения, доставки, устройства и действия их целесообразнее отнести к снарядам специального назначения.