1.13. Сравнительный анализ установок высокоскоростного метания.
Приведем таблицу, характеризующую возможности методов высокоскоростного метания.
метод метания |
Vм/с |
вес тела, кг |
(ω/q<0,5) |
800-1000 |
0,01-1000 |
ружья с легким сн. И большим зар. (ω/q~10) |
2000-2200 |
0,001-10 |
установки: а) использ. КВГС б) электроимп. |
3000-4000 5000-7000 |
0,001-0,1 0,0001-0,001 |
с тяж. поршнем и низкой ст. сжатия |
2500-4000 |
0,001-2 |
5. легкогаз. с легким поршнем |
6000-8000 |
0,001-0,5 |
6. легкогаз. с пластич. поршнем |
8000-11000 |
0,001-0,5 |
7. комбинированные уст. с подогревом газа электрич. разрядом |
10000-12000 |
0,001-0,01 |
8. комбинир. уст. с э/м ускорителем |
12000-15000 |
0,0001-0,01 |
9. струйные установки |
20000-60000 |
10-7-10-9 |
Особенности приведенных установок мы рассмотрели. Практически все описанные выше схемы высокоскоростных метательных установок были опробованы экспериментально. Широкие экспериментальные исследования показали, что наиболее перспективными установками являются: в диапазоне скоростей метания 2800-4000 м/с – установки с тяжелым поршнем и низкой ст. сжатия, в диапазоне скоростей 4000-8000 м/с – установки с пластическим поршнем и высокой степенью сжатия.
В общем случае та или иная установка может быть использована для конкретных задач. Точнее сказать, постановление конкретной задачи определяет необходимые параметры установок, в том числе и их массогабаритные характеристики.
В настоящее время важным направлением является разработка, создание и исследование установок высокоскоростного метания, имеющих массогабаритные характеристики сравнимые с существующими а.о. и позволяющие метать тела массой от 1 до 100кг.
2. Методики расчета легкогазовых метательных устройств.
Расчет легкогазовых устройств является одной из задач внутренней баллистики. Однако высокоскоростные метательные установки имеют особенности, которые не позволяют использовать в их расчете хорошо разработанные методы классической баллистики. Так например, наличие волновых эффектов не может рассчитано классической баллистикой. Необходимость создать методы расчета легкогазовых установок привела к развитию газодинамической баллистики.
Впервые методы газовой динамики были использованы в баллистике Лагранжем в 1793г. С тех пор задача о выстреле из а.о. в предположении о мгновенном сгорании пороха наз. задачей Лагранжа.
t
Lk 3
V
tIII
IV
III
tII
II
tI I
0
x1 x
На рис. схема трубы с метаемым телом, а также координатная плоскость x,t. В начальный момент снаряд имеет координаты x=Lk. В этом пространстве давление постоянно, впереди тела - вакуум. Пусть в этот момент t=0 начал. движ-е снаряда. В этот момент от дна снаряда по газу начнет распространяться волна разряжения, которая в момент tI дойдет до дна канала и отразится от него. В области I газ движется так, будто бы канал не имеет дна,- это область простой волны, в которой уравнения газовой динамики допускает простое решение. В областях II, III и т.д. существует ложное не установившееся движение газа . Давление и скорость газа вдоль заснарядного пространства в каждый данный момент времени непрерывно изменяется, причем на линиях, отделяющих одну зону от другой, происходит излом кривой давления или скорости (разрыв первых производных, например ∂р/∂х, и т.д.)
Наибольшее давление всегда будет у дна канала, затем оно будет монотонно падать до дна снаряда. Скорость газа у дна канала U=0, а у дна снаряда всегда равна скорости снаряда. Наличие изменения давления и скорости, как по времени, так и по ординате х говорит о том, что эти величины суть функции двух переменных х и t, а ур-я являются уравнениями в частных производных.
Решение задачи Лагранжа во всей области движения выполняется численными методами, и его получение имеет большое практическое значение. В частности, на базе этого решения построены методики выбора оптимальных параметров и приближенного расчета легкогазовых установок.
Действительно, выстрел из одноступенчатой установки полностью описывается решением задачи Лагранжа.
Выстрел из многоступенчатой установки также описывается теми же решениями, если предположить, что сначала (при неподвижном снаряде) происходит сжатие и разогрев легкого газа до Рмах, Тмах, а затем (при неподвижном поршне) происходит выстрел. (В этом разделе рассматривать будем г/д теорию метания, причем основное внимание сосредоточим на решение вопросов, имеющих непосредственное отношение к баллистическим установкам)