Студопедия.Орг Главная | Случайная страница | Контакты | Заказать  
 

ПРИНЦИП УСТРОЙСТВА И ДЕЙСТВИЯ ОРУДИЯ 11 страница



конструкторы артиллерийского вооружения, такие, как В. Г. Грабин, И. И. Иванов, Ф. Ф. Петров, Б. И. Шавырин, и конструкторы боеприпасов Е. А. Беркалов, А. А. Гартц, В. К, Пономарев, И. С- Бурмистров, Д. Н. Вишневский и др.

В послевоенное время благодаря мерам, предпринятым Комму­нистической партией и Советским правительством, отечественная

артиллерия сделала новый крупный шаг в своем развитии по сравнению с периодом Великой Отечественной войны.

Используя преимущества социалистической экономики, науки, техники, советские конструкторы, инженеры, техники и рабочие заводов оборонной промышленности, опираясь на опыт Великой Отечественной войны и учитывая современные требования к ар­тиллерийскому вооружению, и сейчас создают лучшие в мире об­разцы артиллерийской техники.

Вдохновителем творческих дерзаний ученых, инженеров, кон­структоров, рабочих — армии советских тружеников является Коммунистическая партия Советского Союза, уделяющая постоян­ное неослабное внимание укреплению обороноспособности нашей Родины.

РАЗДЕЛ I

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ВНУТРЕННЕЙ БАЛЛИСТИКИ

Внутренней баллистикой называется наука, изучающая дви­жение снаряда внутри ствола орудия под действием газов, обра­зующихся при горении порохового заряда. Слово «баллистика» происходит от греческого слова что в переводе означает «бросаю».

Внутренняя баллистика изучает движение снаряда от момента начала движения до момента вылета, когда дно снаряда проходит через дульный срез ствола. После вылета снаряда происходит истечение газов из канала ствола и воздействие их на снаряд в течение некоторого периода, называемого периодом последейст­вия. Истечение газов из канала ствола минометов и безоткатных орудий протекает во время движения снаряда.

Горение пороха в постоянном объеме изучается в разделе внутренней баллистики, называемом пиростатикой. Горение поро­ха в переменном объеме при движении снаряда изучается в раз­деле внутренней баллистики, называемом пиродинамикой.

Разработка методов расчета элементов движения снаряда со­ставляет содержание основной задачи внутренней баллистики.

ГЛАВА 1

ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ПИРОСТАТИКИ

§ 1.1. ЯВЛЕНИЕ ВЫСТРЕЛА

Движение снаряда по каналу ствола орудия сопровождается многочисленными процессами: механическими, физическими, хи­мическими, термодинамическими и газодинамическими. Совокуп­ность процессов, происходящих в орудии с момента воспламене­ния порохового заряда до момента окончания истечения газов из канала ствола после вылета снаряда, называется явлением вы­стрела. Явление выстрела включает в себя следующие процессы:

— воспламенение пороха;

— горение пороха;

— образование пороховых газов;

— изменение состава пороховых газов;

— расширение пороховых газов;

— поступательное движение снаряда;

— вращательное движение снаряда;

— движение пороховых газов;

— движение элементов порохового заряда;

— движение откатных частей орудия;

— врезание ведущих поясков снаряда в нарезы;

— трение ведущих частей снаряда о поверхность канала ствола;

— износ и разгар канала ствола;

— теплопередача от пороховых газов к стенкам ствола;

— упругие и пластические деформации ствола;

— упругие и пластические деформации снаряда;

— вытеснение воздуха из капала ствола;

— истечение пороховых газов из канала ствола;

— образование дульной волны и пламени.

Из перечисленных процессов к основным во внутренней бал­листике относятся горение пороха, образование пороховых газов, расширение пороховых газов, поступательное движение снаряда, истечение пороховых газов из канала ствола.

Эти процессы изучаются подробно. Остальные процессы хотя и имеют большое самостоятельное значение, при изучении движе­ния снаряда играют подчиненную роль. Они называются второ­степенными процессами и рассматриваются во внутренней балли­стике лишь в той мере, в какой это способствует раскрытию ха­рактера движения снаряда.

Явление выстрела характеризуется кратковременностью, высо­кими давлениями и высокими температурами. Продолжительность явления выстрела определяется десятыми и даже сотыми долями секунды. В канале ствола орудий развиваются давление, дости­гающее 4000-105 Н/м2, и температура свыше 2000° К.

Во внутренней баллистике при изучении явления выстрела рассматривают пять периодов:

1. Предварительный, или пиростатический, период — от момен­та начала воспламенения заряда до момента начала движения снаряда.

2. Период форсирования — от момента начала движения сна­ряда до момента окончания врезания ведущих поясков снаряда в нарезы.

3. Первый, или пиродинамический, период — от момента окон­чания врезания ведущих поясков снаряда в нарезы до момента окончания горения пороха.

4. Второй, или термодинамический, период — от момента окон­чания горения пороха до момента вылета снаряда"

5. Период последействия — от момента вылета снаряда до мо­мента окончания истечения пороховых газов из канала ствола.

В артиллерийских орудиях обычно имеют место все перечис­ленные периоды. В минометах, как правило, отсутствует период форсирования.

В пиродинамическом периоде одновременно совершается боль­шинство процессов явления выстрела, поэтому пиродинамический период является наиболее сложным. Отметим, что горение пороха в орудии происходит сначала в постоянном объеме, а с мо­мента начала движения сна-

ряда — в переменном объеме; расширение пороховых газов происходит как при горении пороха, так и по окончании го­рения пороха.

Во внутренней баллистике изучаются зависимости пути снаряда I, скорости снаряда относительно ствола v и дав­ления пороховых газов р от времени t. За начало отсчета времени принимается момент начала движения снаряда. Графики этих зависимостей называются пиродинамическими кривыми, а величины

— пиродинамическими эле­ментами. На рис. 1.1 даны примерные пиродинамические кривые в функции от вре­мени.

Рис. 1.1. Пиродинамические кривые при аргументе t

Представляют интерес также пиродинамические кривые в функции от пути, показанные на рис. 1.2. Как видим, кривые пути, скорости и времени являются монотонными, а кривая давления имеет максимум, при котором давление называется наибольшим давлением пороховых газов.

Пиродинамические кривые имеют четыре опорные точки, отве­чающие моментам начала движения снаряда, достижения макси­мума давления, окончания горения и вылета снаряда. Пиродина­мические элементы в опорных точках будем снабжать соответст­венно индексами «о», «т», «к», «д», например и т. д.

Точка, отвечающая максимуму давления, определяется усло­вием

Может оказаться, что полученная из этого условия величина

будет больше величины отвечающей моменту окончания го­рения пороха, т. е. в орудии порох сгорит раньше, чем снаряд пройдет путь Тогда наибольшим давлением пороховых газов

будет давление в момент окончания горения пороха, а аналити­ческий максимум давления становится нереальным. Этот случай будем называть случаем неаналитического максимума. Подобного рода кривые давления часто встречаются в минометах.

Пиродинамические кривые могут быть записаны на опыте, при­чем анализ опытных кривых является одним из основных экспе­риментальных путей изучения явления выстрела. Можно сказать, что внутренняя баллистика занимается построением и изучением пиродинамических кривых.

Рис. 1.2.
Пиродинамические кривые при аргументе I

Кривые в функции от времени позволяют просле­дить, как изменяются дав­ление пороховых газов, ско­рость и путь снаряда от мо­мента начала движения до момента вылета. Давление пороховых газов уже суще­ствует в момент начала дви­жения, поскольку должна быть сила, способная сдви­нуть снаряд; далее давле­ние сначала растет, пока процесс расширения порохо­вых газов играет незначи­тельную роль, а затем начи­нает падать. Максимум дав­ления достигается прибли­зительно в середине полного времени движения снаря­да по каналу ствола ору­дия. Скорость снаряда непрерывно растет от нуля сначала более стремительно, а потом с убывающим приростом; при t=tm график скорости имеет точку перегиба. Путь снаряда тоже растет непре­рывно от нуля сначала медленно, а затем все быстрее.

Кривые в функции от пути показывают, какими будут давле­ние пороховых газов, скорость снаряда, время его движения, когда снаряд окажется на некотором расстоянии от первоначального положения, т. е. в заданном сечении канала ствола. Это особенно важно знать при расчете толщины стенки ствола., для которой сила давления пороховых газов является внутренней нагрузкой, стремящейся разрушить ствол. Пиродинамические кривые в фун­кции от пути идут иначе, чем кривые в функции от времени. Кривая давления показывает, что наибольшее давление достигается на начальном участке движения снаряда, не превышающем одной трети полного пути снаряда в канале ствола орудия lд. Поэтому именно здесь ствол имеет наибольший диаметр, убывающий потом к Дульному срезу. Кривые скорости и времени обращены вогну­тостью вниз

§ 1.2. ПАРАМЕТРЫ ВНУТРЕННЕЙ БАЛЛИСТИКИ

Параметрами внутренней баллистики являются физические величины, характеризующие те или иные свойства артиллерийской системы, состоящей из орудия, снаряда и порохового заряда.

Совокупность параметров внутренней баллистики определяет пиродинамические кривые и отдельные их элементы. Например, начальная скорость снаряда будет зависеть от большого числа параметров внутренней баллистики; изменить величину начальной скорости можно только путем изменения одного или нескольких из этих параметров; если же известно, что величина начальной скорости изменилась, то можно утверждать, что произошло изменение одного или нескольких параметров внутренней баллистикй.

Следовательно, зная параметры внутренней баллистики и характер их влияния, можно сознательно воздействовать на движение снаряда или объяснить отмеченные в движении снаряда особенности, что очень важно для артиллерийской практики.

Параметры внутренней баллистики можно разделить на три группы: конструктивные параметры, параметры условий заряжания и характеристики пороха.

К конструктивным параметрам относятся:

— калибр орудия d;

— площадь поперечного сечения канала ствола s;

— объем каморы W0-

— длина каморы lкам;

— приведенная длина каморы lо:

— коэффициент уширения каморы

— полная длина пути снаряда lд;

— длина канала ствола LKH:

— объем канала ствола

Калибр орудия равен диаметру канала ствола по полям на­резов.

Площадь поперечного сечения канала ствола определяется с учетом нарезов по формуле

где к,— коэффициент, зависящий от устройства нарезной части канала ствола: Ks =0,79 при отсутствии нарезов;

Кч = 0,81 при глубине нарезов 1% калибра;

к! = 0,83 при глубине нарезов 2% калибра.

Объемом каморы называется объем заонарядного пространства в момент начала движения снаряда. При патронном заряжании за объем каморы принимают внутренний объем гильзы, спатронированной со снарядом. При раздельном заряжании за объем каморы принимают объем заснарядного пространства при дослан­ном до упора в соединительный конус снаряде.

Длина каморы равна расстоянию от дна канала ствола до дна снаряда в момент начала движения. Практически длину каморы можно измерить линейкой от дна досланного снаряда до казен­ного среза трубы ствола. Необходимо отличать действительную длину каморы от условной длины каморы Х0, которая измеряется с помощью прибора замера каморы (ПЗК). Условная длина бу­дет больше приблизительно на расстояние от передней кромки ведущего пояска до дна снаряда ХСн:

Приведенная длина каморы равна длине цилиндра с пло­щадью основания s и объемом W0.

Полная длина пути снаряда равна расстоянию от дна снаряда до дульного среза ствола (без дульного тормоза) в момент на­чала движения. Обычно бывает известна длина нарезной части канала ствола lн; зная ее, найдем

Иногда к длине нарезной части канала ствола добавляют одну треть длины дульного тормоза.

Длина ствола отличается от длины канала ствола на длину затвора (1-2) d.

К параметрам условий заряжания относятся:

— масса снаряда q

— масса порохового заряда со;

— плотность заряжания

— давление форсирования р0

— коэффициент фиктивности ср;

— параметр заряжания проф. Н. Ф. Дроздова В.

Плотность заряжания А определяется путем деления величины

массы заряда в кг на величину объема каморы в дм3 (т. е. в л) и характеризует степень заполнения каморы порохом.

Существует наивыгоднейшее значение плотности заряжания Ан, при котором дульная скорость снаряда для данной артиллерий­ской системы будет наибольшей при условии сохранения постоян­ной величины наибольшего давления пороховых газов. Наивыгод­нейшая плотность заряжания зависит в основном от наибольшего Давления пороховых газов рт, давления форсирования р0 и кало-

Параметры В являются сложными параметрами, завися­

щими от других параметров внутренней баллистики. В дальней­шем будут даны определения этих параметров.

К характеристикам пороха относятся:

— калорийность пороха Qw

— температура горения пороха Т,

— удельный объем пороховых газов W

— плотность пороха 5;

— сила пороха f

— коволюм пороховых газов а;

— толщина горящего свода порохового зерна 2е

— коэффициент скорости горения пороха u

— конечный импульс давления пороховых газов lк;

— коэффициенты формы порохового зерна х, X;

— параметр расширения пороховых газов 9.

В настоящее время в артиллерии применяются следующие сорта порохов: дымный, пироксилиновый, нитроглицериновый, нитродигликолевый, нитрогуанидиновый и нитроксилитановый. Каж­дый порох является метательным взрывчатым веществом, состоя­щим из горючего, окислителя, связующего и добавок.

Дымный порох представляет собой механическую смесь калиевой селитры K2SO4 (окислитель, 75%), древесного угля С (горючее, 15%) и серы S (связующее, Ю°/0). При горении дымного пороха выделяется большое количество твердых остатков (до 56%), | образующих дым. Дымный порох употребляется в основном на изготовление воспламенителей зарядов.

Остальные пороха являются бездымными порохами коллоидного типа. Основной частью бездымных порохов является пиро­ксилин—продукт, полученный в результате обработки клетчатки азотной кислотой, с содержанием азота от 11 до 13,5%. С помощью растворителей: спирто-эфирной смеси, нитроглицерина, ацетона, нитродигликоля—производится желатинизация пироксилина и получаются бездымные пороха.

При горении бездымные пороха почти полностью превращаются в пороховые газы. Состав пороховых газов зависит от состава пороха и давления пороховых газов. В табл. 1.2 приведен объемный процентный состав газов, образующихся при сгорании пироксилинового пороха с содержанием 11% азота.


Отметим, что пороховые газы содержат окись углерода СО, водород Нг и метан СН4, которые при истечении пороховых газов из канала ствола способны соединяться с кислородом воздуха (гореть), образуя дульное или обратное пламя во время стрельбы.

Калорийностью пороха , называется количество тепла,

которое выделяется пороховыми газами, образовавшимися при сго­рании 1 кг пороха, при охлаждении их до 18° С. Величину оп­ределяют путем сжигания навески пороха в калориметрической бомбе.

В пороховых газах содержатся водяные пары, которые при их охлаждении конденсируются. Будем считать калорийность при воде газообразной.

Величина у существующих бездымных порохов изменяется

в пределах от

Пороха, калорийность которых ближе к нижнему пределу, на­зываются условно холодными, а пороха с калорийностью, близкой к верхнему пределу, — горячими.

Калорийность пороха является одной из главных его ха­рактеристик, непосредственно влияющих на результаты стрельбы и на качества артиллерийской системы. Например, пороха с калорийностью, меньшей,дают, как правило, беспламен­

ный выстрел.

Температурой горения пороха называется температура,

которую имеют пороховые газы в момент их образования. Непо­средственное определение величины в бомбе не обеспечивает достаточной точности, поэтому обычно величину вычисляют по опытной величине , предполагая, что все выделившееся при го­рении пороха тепло расходуется на нагрев продуктов взрывчатого превращения. У существующих порохов температура горения из­меняется в пределах от 2100 до 3800° К.

Удельным объемом пороховых газов , называется объем,

занимаемый образовавшимися при сгорании 1 кг пороха порохо­выми газами после расширения и охлаждения их до состояния,

определяемого температурой 0°С и давлением 760 мм рт.ст. Удельный объем определяется с помощью газометра. У сущест­вующих бездымных порохов удельный объем пороховых газов изменяется в пределах от 750 до 1100

Плотностью пороха , называется масса пороха, заклю­ченного в единице объема, при температуре 15° С и давлении 750 мм рт. ст.

Плотность дымного пороха зависит от давления прессования и изменяется в пределах от 1,5 до 1,9 . Плотность бездым­

ных порохов изменяется в пределах от 1,54 до 1,64

Силой пороха , называется величина, равная произведе­нию удельной газовой постоянной на температуру горения по­роха :

Сила пороха может определяться экспериментально путем сжигания навески пороха в манометрической бомбе. Она выра­жает работу, которую мог бы совершить 1 кг пороховых газов, расширяясь при нагревании от нуля градусов до температуры го­рения при постоянном атмосферном давлении.

Удельная газовая постоянная R зависит от молекулярного веса пороховых газов р,:

Среднее значение R для пороховых газов равно 370

Величина силы пороха в основном зависит от калорийности пороха. Для всех существующих бездымных порохов можно при­нять следующую опытную зависимость:

У существующих порохов сила пороха изменяется в пределах от 500-103 до 1200• 103

Коволюмом пороховых газов , называется объем, харак­теризующий объем молекул пороховых газов, образовавшихся при сгорании 1 кг пороха. Коволюм может определяться экспе­риментально путем сжигания навески пороха в манометрической бомбе.

Величина коволюма входит в уравнение состояния реальных газов, например в уравнение вида

и учитывает объем сфер действия молекул, который обычно при­нимают равным учетверенному объему самих молекул. Учет ково-

люма производится только при высоких давлениях, какие имеют место в артиллерийских орудиях. В ракетных двигателях коволюм газов не учитывается.

Во внутренней баллистике для определения коволюма исполь­зуется соотношение

Для всех существующих бездымных порохов можно принять следующую опытную зависимость коволюма от калорийности пороха:

У существующих бездымных порохов коволюм изменяется в пределах от 0,8 до 1,2 дм3/кг.

В табл.1.3 приведены средние значения рассмотренных харак­теристик для различных порохов.

В артиллерии употребляются пороха, разнообразные по форме и размерам пороховых зерен. На рис. 1.3 изображены пороховые зерна различной формы: а) трубка; б) пруток; в) лента; г) пла­стинка; д) куб; е) кольцо; ж) спираль; з) семинакальное зерно. Пороха, имеющие форму цилиндрических зерен с каналами или без каналов, длина которых в два-три раза больше диаметра, на­зываются зернеными порохами.

Толщиной горящего свода порохового зерна 2ех называется наи­меньший линейный размер порохового зерна. Чем больше толщина горящего свода, тем дольше при прочих равных условиях горит пороховое зерно. Толщина горящего свода обычно увеличивается с увеличением калибра орудия.

У существующих артиллерийских порохов толщина горящего свода изменяется в пределах от 0,1 до 5 мм. У порохов реактив-

ной артиллерии толщина горящего свода достигает нескольких сантиметров.

Остальные характеристики пороха ии 1 к, х, X, б будут рассмот­рены ниже.





Дата публикования: 2014-10-25; Прочитано: 1010 | Нарушение авторского права страницы | Заказать написание работы



studopedia.org - Студопедия.Орг - 2014-2019 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.015 с)...Наверх