2.8. Некоторые конструктивные особенности метаемых тел.

При разработке методов повышения скорости снаряда исследователь встречается с тремя ограничениями:

1. «Предельная» скорость снаряда, связанная с внутренней энергией метающего газа и предельной температурой, которую допускают используемые материалы.

2. Прочность материала ствола в области Р_мах.

3. Прочность метаемого тела, которая ограничивает Р_мах

Рассмотрим третье ограничение более подробно.

При метании скорость снаряда связана с давлением на его дно следующим соотношением:

; p(L)- давление на снаряд

Охарактеризуем P(L). Во-первых, имеется некоторое предельное значение Р_{мах. сн}, которое определяется из условий прочности снаряда. Максимальное ускорение, действующее на снаряд есть g_max=

Рассмотрим снаряд (рис.), состоящий из элемента 1 и ведущего поддона 2

m_э

S₁

l

Сила инерции, действующая со стороны элемента на поддон равна , а удельное давление будет

S₁-площадь контактной поверхности.

Поскольку величина σ ограничена прочностью материала поддона, естественно, ограничена и величина р_{мах сн} , которая

Во-вторых, имеется средне давление р_ср, которое ввели. Очевидно, что р_ср связано с параметрами снаряда и ствола соотношением

Если задать коэффициент полноты эпюры давления η₁ соотношением η₁=р_ср/р_{мах сн} тогда получим откуда

Пусть имеется цилиндрический элемент диаметром d и длиной l. Тогда m_э=S₁lρ_э

, где ρ_э – плотность элемента.

Тогда для этого частного случая

Следовательно, скорость метания может быть тем выше, чем больше коэффициент η₁, прочность поддона σ, длина ствола L_ст и и чем меньше длина элемента l и его плотность.

Величина коэффициента η₁ определяется газодинамическими характеристиками процесса выстрела:

1) η₁ тем больше, чем меньше отношение V/a , т.е. чем влияние волновых эффектов (а-скорость звука в метающем газе). Это достигается использованием низкомолекулярных газов и повышением температуры газа.

2) η₁ может быть увеличен за счет гидроэффекта, подвода тепла и др. (рис.), что осуществляется выбором схемы метательной установки.

Р_мах q

Р_ср

L

Следующий параметр, на который может влиять конструктор – это длина ствола. Из формулы следует V² ~ L_ст. Однако при этом необходимо учитывать, что в реальной установке имеет место потери на трение и др., поэтому нерационально брать длину ствола, превышающую 150-200 калибров. Таким образом, удлинение ствола должно проходить одновременно с увеличением калибра, а это означает, что заданный элемент легче метать из установки большого калибра.

В заключение следует сказать несколько слов о методах формирования снаряда в канала ствола.

Обычно применяются три метода форсирования: форсирование за счет деформации поддона, продавливаемого через конический входной участок ствола, за счет специальных диафрагм и срезающихся поясков на снаряде. Возможны и другие оригинальные решения.

Использование конического поддона – наиболее простой способ, однако он разрешает получить лишь сравнительно небольшие давления форсирования и приводит к необходимости делать довольно тяжелый поддон, т.к. его прочность должна сохраняться и после обжатия.

Использование диафрагм разрешает значительно снизить вес метаемого снаряда и одновременно поднять давление форсирования до 1000-1500 атм , а иногда и более.