1.4.Многоступенчатые газодинамические метательные устройства.

Многоступенчатые легкогазовые установки принципиально отличаются от обычных артиллерийских орудий тем, что в них введены дополнительные ступени, задачей которых является подогрев и сжатие легкого газа.

Наиболее типичной ЛГУ этого типа является двухступенчатая поршневая установка.

Схема такой установки

Установка работает

следующим образом

Для предварительного анализа работы таких установок необходимо располагать несколькими зависимостями, полученными в предположении что:

1. процессы расширения - сжатия позади и впереди поршня является равновесными.

2. давление форсирования Р_ф ровно максимальному давлению допускаемому в установке : Р_ф=Р_мах. Воспользовавшись уравнением состояния и введя функцию энтропии Ф известным соотношением Ф=Р/ρ^к легко выразить температуру лёгкого газа в конце сжатия через его начальные параметры :

Из этой формулы следует, что в поршневой установке выгодно иметь высокую степень сжатия Р_мах/Р₀ и производить процесс сжатия с максимально возможным ростом энтропии

Ф_мах/Ф₀. В этом случае, при заданных Р_мах, К и начальной температуре Т₀, температура газа, а следовательно и скорость звука в нем будут наибольшими.

Целесообразно вывести некоторые соотношения, которые будут необходимы в дальнейшем.

Принцип работы поршневой установки основан на том, что потенциальная энергия легкого газа в конце сжатия , где а_мах- скорость звука в конце сжатия,

m₁- масса легкого газа.

Сначала энергия запасается в виде кинетической энергии поршня.

Кинетическая энергия поршня равна , где G_П-вес поршня

V_{П мах}- его максимальная скорость

Следовательно ©

Величина массы газового заряда равна

m₁=Пm m- масса снаряда,

П – параметр, выбираемый из газодинамического

расчёта (обычно П ≈ 3 – 6)

Величина а_мах на основании V=φ·a·f(m₁/m , K, Lcт/Lк)+V₁

;

то © можно привести к виду : , где q=mg-вес снаряда

Эта формула связывает вес поршня G_П с параметрами установки q, V, Vn max, а также через f с П, к и Lcт/Lк.

Можно установить связь между размерами установки и начальным давлением легкого газа.

Очевидно, что масса газового заряда равна

m₁=ρ₀ W_k , где ρ₀- плотность легкого газа

W_к- объем камеры до сжатия

Поскольку , то или П=m₁/m

Следовательно, начальное давление легкого газа

Эта формула ограничивает начальное давление легкого газа.

Поскольку величина Р_мах – конструктивная особенность установки, величина Р_мах/Р₀ для ЛГУ поршневого типа практически определяется массой снаряда m, объем газовой камеры Wк и первоначальное подогревание газа, т.к. от него зависит a₀ ( ).

Наличие связи между Р₀ и W_k позволяет разделить поршневые ЛГУ на две подгруппы:

а) установки с низкой степенью сжатия

б) установки с высокой степенью сжатия

В ЛГУ с низкой степенью сжатия начальное давление легкого газа лежит в пределах 60-120 атм.( степень сжатия при Р_мах≈10000атм порядка 100). Эти установки имеют минимальные габариты, но и скорость метания из них не превышает 4 км/с, если учесть, что при таком сжатии скорость звука в водороде поднимается только до ≈ 2500-2800 м/с.

В установках с высокой степенью сжатия начальное давление легкого газа обычно близко к 10атм, а степень сжатия имеет порядок 1000. Габариты установок при том же весе снаряда превосходит габариты установок с низкой степенью сжатия в 5-10 раз, зато скорость метания у них значительно больше и составляет 6000-7000 м/с. Имея основные формулы , , можно перейти к подробному рассмотрению существующих многоступенчатых ЛГУ.