Проектирование автоматики с отдачей свободного затвора

Спроектировать автоматику с отдачей свободного затвора под патрон 9x18 ПМ с начальной скоростью пули 320 м/с, с длиной отката 80 мм и массой подвижных частей < 0,35 кг. При проектировании обеспечить надежность работы автоматики и возможный наименьший темп стрельбы.

Исходные данные: баллистические характеристики патрона, чертеж гильзы (рис. 4.6) и механические характеристики материала гильзы.

Рис. 4.6. Расчетная схема гильзы

Баллистические характеристики патрона:

Калибр (мм)	9	Коэффициент формы	1,3
Масса снаряда (кг)	0,0061	Коэффициент формы	-0,231
Масса заряда (кг)	0,00023	Коэффициент формы	0
Объем каморы (дм3)	0,00051	Коэффициент	1
Максимальное баллистическое давление (МПа)	134	Коэффициент формы	0
Сила пороха (МДж/кг)	1,05	Коэффициент формы	0
Коволюм (дм3/кг)	0,95	Импульс (МПа-с)	0,0316
Параметр расширения газа	0,2	Коэффициент	1,1
Плотность пороха (кг/дм3)	1,6	Давление распатронирования (МПа)	10
		Коэффициент	1

1. Определяем импульс отдачи затвора при выстреле:

нс,

где .

2. Назначаем коэффициент фиктивности массы затвора для патрона 9х 18, используя при отсутствии опытных данных либо значения, приведенные в табл. 3.1, либо регрессионную зависимость (3.13) для гильз из биметалла при (поверхность патронника сухая, чистая):

Для патрона ПМ 9x18: = 1,26; = 1,14; =134 МПа.

При этом нужно иметь в виду, что относительная погрешность в назначении коэффициент при решении задачи динамики дает такую же относительную ошибку при определении скорости затвора в конце периода последействия.

При работе оружия с грязным патронником ( ) применяем зависимость (3.15):

Как видим, для данного патрона изменяется незначительно, можно принять его средним 1,15.

3. Определим максимальную массу затвора из условия надежной работы автоматики (4.4):

.

Примем коэффициент учета работ при откате =1,35 (сумма произведенных работ при откате составляет 35 % от энергии возвратной пружины); коэффициент запаса энергии затвора при безударной работе = 1; коэффициент, определяющий потенциальную энергию возвратной пружины в зависимости от массы затвора, = 0,8 м.

кг.

Таким образом, при массе затвора 0,42 кг будет обеспечена надежная работа автоматики.

Для гильзы патрона 9x18 условие поперечной прочности выполняется для всех реальных значений массы затвора (0,2...0,42 кг).

Из условия обеспечения минимального темпа стрельбы назначаем максимальное значение массы из условия задачи = 0,35 кг и длину отката = 80 мм.

4. Определяем потенциальную энергию возвратного механизма для обеспечения нулевой скорости затвора в КЗП (критического режима работы).

Энергия, сообщаемая затвору при выстреле:

Дж.

Необходимая энергия возвратной пружины для критического режима работы ( =1):

Дж.

При этом выполняется условие невозможности инерционного перезаряжания оружия ( = 0,8 м):

Дж.

5. Определим силовые параметры возвратной пружины, приняв :

Н; Н;

; м; м.

6. Оценим наименьший темп стрельбы при = 0,08 м и = 0,35 кг, соответствующий критическому режиму работы автоматики.

Определим время отката:

Без учета сил трения в витках пружины и направляющих при безударном режиме время отката и наката равны. Время наката можно определить и по формуле:

c,

где 1/c.

Таким образом, при энергии возвратной пружины, соответствующей критическому режиму работы, темп стрельбы:

выстр./мин.

Полученное значение темпа стрельбы не учитывает время работы ударного механизма. Считая его постоянным, можно проводить сравнительную оценку темпа стрельбы для различных вариантов.

Снижение энергии возвратной пружины при постоянных параметрах , и приведет к установлению ударного режима работы автоматики, а увеличение энергии возвратной пружины к безударному режиму. Темп стрельбы в первом и во втором случае повышается по сравнению с темпом стрельбы при критическом режиме работы. Однако при ударном режиме работы автоматики можно значительно уменьшить длину возвратной пружины, что важно при создании малогабаритного оружия.

Оценим изменение темпа стрельбы при ударном режиме работы автоматики. При таком режиме работы за счет снижения жесткости пружины время отката уменьшается, а время наката незначительно увеличивается, что приводит к увеличению темпа стрельбы при обеспечении надежности работы автоматики.

Уменьшим энергию возвратной пружины до значения = 3 Дж, сохраняя условие .

При этом кинетическая энергия затвора в конце отката

Дж;

м/с.

Начальная скорость наката после удара в КЗП:

,

где – коэффициент восстановления скорости при ударе.

Характеристики возвратной пружины при (пункт 5):

Н; Н; Н/м;

м; м; м.

Время отката при ударном режиме определим, пользуясь следующим выражением:

, ,

м/с.

Амплитуда колебаний: = 0,19 м.

Круговая частота колебаний:

1/с.

Время отката = 0,019 с .

Время наката можно определить по аналогичной формуле:

где .

При этом время цикла работы уменьшается с 0,056 до 0,047 с. Темп стрельбы при ударном режиме:

выстр./мин.

При увеличении энергии возвратного механизма на максимально возможном перемещении затвора 4,7 Дж обеспечивается безударный режим работы автоматики. При этом с увеличением уменьшается реальная длина отката , за счет чего темп стрельбы увеличивается. Так, при увеличении энергии возвратной пружины до 6 Дж реальная длина отката затвора составляет 0,067 м при максимально возможном перемещении 0,08 м, а время отката и наката = =0,0236 с. Темп стрельбы по сравнению с критическим режимом увеличивается до 1276 выстр./мин.

В табл. 4.2 сведены основные расчетные значения параметров при различных режимах работы автоматики.

Сравним импульсно-силовые диаграммы автоматики при различных режимах работы (рис. 4.7,4.8).

Таблица 4.2. Расчетные значения параметров автоматики

Режим работы автоматики	М, кг	,м	, Нс	, Дж	, Н	, Н	, Н/м	выст/мин
Критический	0,35	0,08	2,43	4,7	39	78	487,0	1070
Ударный	0,35	0,08	2,43	3,0	25	50	312,5	1277
Безударный	0,35	0,08	2,43	6,0	50	100	625,0	1276

* – максимальное усилие возвратной пружины при максимально возможном перемещении затвора = 0,08 м (реально = 0,067 м).

Рис. 4.7. Импульсно-силовая диаграмма оружия со свободным затвором при ударном режиме работы автоматики

Рис. 4.8. Импульсно-силовая диаграмма оружия со свободным затвором при безударном режиме работы автоматики

Первый импульс в цикле работы автоматики – импульс силы сопротивления – одинаков для всех схем работы:

при .

Импульс в КЗП для критического и безударного режимов работы равен нулю, для ударного режима работы

где – коэффициент восстановления скорости при ударе.

Импульс в КПП определяется как , где вследствие кинематической связи затвора и ствола через возвратную пружину можно принять равным нулю. Скорость затвора в крайнем переднем положении, без учета работы по досыланию патрона можно определить как .

Расчетные значения скоростей и импульсов составляют: для критического режима работы =5,18 м/с, =1,81 н·с; для ударного режима работы =4,14 м/с, =1,45 н·с; для безударного режима =5,85 м/с, =2,05 Н·с.

Правильность расчета можно проверить, пользуясь уравнением сохранения импульсов сил, действующих на оружие за полный цикл работы автоматики

где – импульс, передаваемый возвратной пружиной, a – импульс, передаваемый на ствольную коробку при совершении затвором ряда работ автоматики при откате.

Лабораторная работа № 4