Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | ||
|
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: 2000 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!