10.3. Краткие сведения о живучести стволов спв
Непрерывный рост мощности образцов СПВ сопровождается повышением начальной скорости пуль (сн), максимального давления пороховых газов, увеличением скорострельности, размеров отстреливаемого боекомплекта и ужесточением режимов его отстрела. Все это приводит к более интенсивному нагреву стволов при стрельбе и, как следствие, к ухудшению условий работы их материалов.
Повышенный нагрев в значительной степени влияет на изменение механических характеристик материала, его способность сопротивляться износу. В результате химического, теплового и механического воздействий пуль (сн) и пороховых газов происходит постепенное разрушение канала ствола и снижение его баллистических характеристик.
Свойство стволов противостоять износу при стрельбе в условиях нормальной эксплуатации принято называть живучестью.
Показателем живучести ствола является технический ресурс – количество выстрелов до предельного состояния ствола. Для конкретных образцов СПВ, исходя из их функционального назначения, предельное состояние обычно указывается в ТТЗ.
Например, состояние ствола считают предельным при появлении хотя бы одного из следующих признаков исчерпания технического ресурса:
– при увеличении характеристик рассеивания более чем в два раза;
– при отклонении начальной скорости пуль (сн) на 10 %;
– при 50 %-ном появлении овальных или боковых пробоин.
При этом за номинальные значения соответствующих характеристик принимаются значения, указанные в ТТЗ, или среднестатистические значения, полученные стрельбой из нового, неизношенного ствола.
Опыт показывает, что для современных образцов СПВ, имеющих напряженные режимы стрельбы, живучесть стволов в зависимости от их калибра составляет в среднем:
– для d = 5,45...7,62 мм N ~ 12000...25000 выстр.;
– для d = 12,7...14,5 мм N ~ 5.000...10.000 выстр.;
– для d = 23...30 мм N ~ 1.500...6.000 выстр.
Иными словами, длительность активной жизни стволов, определяемая движением пули (сн) по каналу ствола (~0,001...0,003 с), практически оценивается величинами порядка ~ 1...10 с.
В связи с тем, что продолжительность и интенсивность стрельбы автоматического оружия определяется, прежде всего, живучестью его стволов, а сами стволы являются в технологическом и экономическом отношениях сложными, дорогостоящими узлами, проблема поддержания живучести на необходимом уровне считается одной из важнейших проблем повышения эффективности СПВ.
10.3.1. Общая характеристика процессов, определяющих износ стволов
При автоматической стрельбе из образцов СПВ в ствольном узле в ходе каждого выстрела осуществляются следующие основные процессы.
В начале выстрела происходит воспламенение порохового заряда. Нарастающее вследствие горения пороха давление пороховых газов приводит в движение пулю (сн). Пройдя сравнительно небольшой, зависящий от износа канала ствола, участок пути, на котором возможен прорыв пороховых газов из запульного (заснарядного) пространства, пуля (сн) начинает взаимодействовать своей оболочкой (ведущим пояском) с поверхностью канала ствола. Последующее обжатие и врезание в нарезы ствола приводит к нарастанию радиального и осевого усилий взаимодействия, которые достигают максимальных значений к концу врезания и постепенно падают при дальнейшем движении пули (сн).
На поверхности контакта пули (сн) со стволом возникают значительные силы трения, работа которых приводит к существенному возрастанию температуры контакта и определенному тепловому потоку, идущему на нагрев ствола.
Воздействие пули дополняется тепловым, механическим и химическим воздействием на поверхность канала ствола пороховых газов, имеющих высокую температуру, плотность и концентрацию агрессивных компонентов.
Таким образом, каждый участок поверхности ствола подвергается более или менее продолжительному и интенсивному нагружению, вызывающему возникновение в материале ствола соответствующего теплового, напряженно-деформированного и структурно-фазового состояния и приводящему к его постепенному износу и разрушению.
Последующие выстрелы при автоматической стрельбе дополняют и интенсифицируют отмеченные процессы, которые находятся во взаимосвязи и взаимно влияют друг на друга. В процессе стрельбы общий уровень нагрева элементов ствольного узла неуклонно повышается и достигает к концу работы значительных величин, во многом определяющих износ и живучесть образцов СПВ.
В первом приближении можно считать, что износ определяется двумя главными факторами: действующими на поверхность ствола нагрузками и "несущей способностью" ствольного материала, т.е. способностью сопротивляться действию таких нагрузок.
В стволах СПВ износ реализуется либо в виде отрыва частиц металла с его поверхности, либо в виде формоизменения, деформирования нарезной части. Очевидно поэтому, что и в том, и в другом случае "несущая способность" может быть охарактеризована прочностью связей между отдельными частицами металла, т.е. с помощью известных механических характеристик типа предела текучести, прочности и т.п.
Учитывая это обстоятельство, а также известный факт роста температуры с числом произведенных выстрелов, можно констатировать постепенное снижение "несущей способности" в ходе стрельбы.
Рис. 10.18. Зависимость живучести стволов (Nж) и их износа
от размеров отстреливаемого боекомплекта (Nи)
В то же время поверхностные нагрузки на ствол, определяемые баллистикой выстрела, меняются с настрелом сравнительно слабо. Итогом меняющегося соотношения "нагрузки – несущая способность" и является рост износа и соответствующее снижение живучести стволов с увеличением размеров отстреливаемого боекомплекта (рис. 10.18).