Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Стабилизация нитратцеллюлозных порохов. Учебное пособие.pdf
7.6. Обоснование уровней снижения эксплуатационных характеристик энергетических материалов и
боеприпасов в пределах назначенного срока службы
Сроком сохраняемости (СС) называется календарная продол- жительность хранения, транспортирования или иных видов эксплуатации объектов, в течение которых сохраняются в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность объекта выполнять задачу (заданные функции). Срок сохраняемости для энергетических материалов и боеприпасов устанавливается с целью своевременного проведения контрольных мероприятий и оценки технического состояния, а также для изъятия из эксплуатации партий, которые по результатам испытаний признаны непригодными для боевого применения. Назначенным сроком службы (НСС) называется календарная продолжительность эксплуатации, при истечении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его технического состояния. Назначенный срок службы устанавливается с целью своевременного изъятия из эксплуатации порохов и боеприпасов, имеющих низкую надежность, а также для планирования возмещающего производства и освежения запасов. Назначенный срок службы всегда меньше срока сохраняемости. В настоящее время назначенные сроки службы установлены для ряда порохов и боеприпасов. Соотношение срока сохраняемости и назначенного срока службы боеприпасов и порохов рассчитывается, исходя из необходимости обеспечения определенного уровня надежности, достаточной для выполнения типовых боевых задач и для обеспечения длительного безопасного хранения. Под надежностью в данном случае понимается свойство объекта с высокой степенью вероятности сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных
161
режимах и условиях применения, технического обслуживания,
хранения и транспортирования.
Надежность является комплексным критерием, который в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенные сочетания этих признаков. Для порохов и боеприпасов одним из основных показателей надежности является безотказность их функционирования
при боевом применении, то есть способность непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени. При расчете СС и НСС порохов и боеприпасов в качестве
основного показателя безотказности, а следовательно, надежности принята вероятность безотказной работы (ВБР) (рис.7.3).
Рис.7.3. Характер изменения Р (ВБР) боеприпасов или комплектующих
(порохов) в процессе их хранения или эксплуатации: Р – ВБР изделия
На рисунке 7.3 условно показан характер изменения ВБР боеприпасов в процессе их эксплуатации или хранения.
Оценка надежности боеприпасов и комплектующих элементов (порохов) каждой партии проводится по результатам испытаний образцов, отобранных от этой партии. Представительность выборки для испытаний, комплексы и методы проведения
лабораторных испытаний и порядок оценки их результатов
определены нормативно-технической документацией (стандар-
162
тами, методиками, чертежами). Система нормативно-технической документации призвана обеспечить единообразие оценок на
различных базах и полигонах.
По результатам испытаний партия может быть признана пригодной к применению по назначению и долговременному хранению, назначена на переиспытания или запрещена для боевого
применения и дальнейшего хранения. Для определения показателей надежности боеприпасов и комплектующих элементов
(порохов) рассчитываются значения ВБР для продукции различных периодов эксплуатации по формуле:
Р=1 – m/n, (7.43)
где Р – ВБР изделия; n–количество партий изделий определенного периода эксплуатации, подвергнутых испытаниям; m –
количество партий, забракованных по результатам испытаний.
По результатам расчетов методом интерполяции строятся
графики зависимости ВБР изделий и материалов от сроков их
эксплуатации и определяются НСС изделий (при достижении вероятности безотказной работы (ВБР) предельного значения –
Р допустимого). Величины Р
для боеприпасов и их комплек-
доп
тующих элементов (порохов и т.д.) составляют для готовых
выстрелов 0,9-0,92, а для отдельных видов комплектующих 0,77-
-0,97. Величины ТСС и (рис.7.6.1) определяются на основе
анализа интенсивности снижения надежности
функционирования изделий и с учетом сроков их
переиспытаний, определенных требованиями стандартов.
В качестве основных параметров при расчете показателей надежности порохов и метательных зарядов из них в соответствии
со стандартами приняты:
– безопасность хранения (оценивается по величине запаса
химической стойкости);
– соответствие заданным требованиям массовых долей компонентов, энергетических и механических характеристик;
163
– соответствие установленным для первой (лучшей) категории требованиям баллистических характеристик ( Vo;P
P
m.нб.
; Р
; Vo ); то есть дульной скорости, давления
m.нм.
m.cp
;
максимального среднего, давления максимального наибольшего,
дисперсии (дульной скорости).
Как указывалось выше, химическая стойкость – это способность порохов сопротивляться химическому разложению под
влиянием факторов окружающей среды в процессе эксплуатации. В соответствии со стандартами непригодными для длительного содержания в запасах считаются пороха с неудовлетворительным запасом химической стойкости (например, менее 15
часов по стандартной пробе Вьеля).
Оценка физико-химических, энергетических и механических
характеристик, соответственно, компонентного состава, плотности (пористости); калорийности, разрушающего напряжения и
деформации при сжатии или ударной вязкости порохового элемента, производится экспериментальной проверкой соответствия их требованиям стандартов, технических условий, чертежей. При этом одной из важнейших характеристик для порохов является содержание стабилизатора химической стойкости (СХС). Содержание СХС характеризует скорость разложения
порохов. Минимально допустимым считается следующее содержание СХС:
– для пироксилиновых порохов 1,0%;
– для баллиститных порохов рецептуры НБ 0,8%;
– для других баллиститных порохов 2,5%.
В табл.7.6.1 представлены сведения о результатах лаборатор-
ных испытаний (по пробе Вьеля до 1-го часа) пироксилиновых и баллиститных порохов (кроме порохов рецептуры НБ), находящихся на хранении и отобранных от метательных зарядов боеприпасов, содержащихся в запасах. Анализ данных табл.7.6.1 показывает, что при эксплуатации порохов в течение 50 лет запас химической стойкости (ЗХС) и содержание СХС снижаются незнечительно и не достигают пре-
дельно допустимых значений. Исходя из этого факта, установить
164
Сроки хранения до испытаний, (лет )
до 8
9-16
17-24
25-40
41-50
Пироксилиновые пороха
Количество образцов,
испытанных на ЗХС, шт
574 1051
1183
1055
1575
Среднеарифметическое
значение ЗХС, ч
136,6
134,4
134,2
123,1
112,3
Количество образцов, испы-
шт
Среднеарифметическое значение содержания СХС, %
1,39
1,38
1,36
1,20
1,13
Баллиститные пороха
Количество образцов
испытанных на ЗХС, шт
205 252 330 321 581
Среднеарифметическое
значение ЗСХ, ч
179,7
185,7
170,3
165,8
162,1
Количество образцов, испы-
шт
Среднеарифметическое значение содержания СХС, %
2,93
2,80
2,78
2,63
2,58
для пироксилиновых и баллиститных порохов (кроме рецептуры
НБ) НСС не представляется возможным. Но этот факт положите-
лен в другом аспекте: срок сохраняемости (СС) для пироксилиновых и баллиститных порохов (кроме порохов рецептуры НБ),
хранящихся в герметичной упаковке (канистрах), может быть
установлен 50 лет.
Таблица 7.5. Результаты лабораторных испытаний пироксилиновых и баллиститных порохов, находящихся на хранении
Наименование параметра
танных на содержание СХС,
танных на содержание СХС,
Анализ результатов лабораторных и полигонных испытаний
порохов и метательных зарядов на содержание влаги и сохранение энергетических характеристик порохов позволяет сделать
заключение о возможности установления для метательных зарядов из пироксилиновых и баллиститных порохов (кроме НБ)
срок сохраняемости на уровне 30 лет при хранении их в составе
482 906
75
194
165
863
114
641
151
960
200
Сроки хранения до испытаний, лет
до 12
13-20
21-30
31-40
Пороха централизованного хранения
Количество образцов, испытанных
на ЗХС, шт
355
376
234
90
Среднеарифметическое значение
ЗХС, ч
34,7
33,7
32,8
27,3
Количество образцов, испытанных
на содержание СХС, шт
261
273
216
85
Среднеарифметическое значение
содержания СХС, %
1,11
1,05
1,00
0,89
Пороха метательных зарядов, хранящихся на арсеналах, базах и войсках
Количество образцовиспытанных
на ЗХС, шт
178
160
176
77
Среднеарифметическое значение
ЗСХ, ч
34,4
33,1
30,0
26,1
Количество образцов, испытанных
на содержание СХС, шт
174
157
184
83
Среднеарифметическое значение
СХС, ч
1,09
1,02
0,95
0,84
выстрелов. Безусловно, актуальным остается вопрос о возможности продления указанного срока. Пороха рецептуры НБ существенно отличаются от других рецептур тем, что даже свежеприготовленные образцы имеют малый запас химической стойкости (35-40 ч по пробе Вьеля), что обусловлено высоким
содержанием нитроглицерина ( то есть значительно
выше, чем у других рецептур баллиститных порохов. Пороха
НБ имеют повышенное содержание нитрогрупп, являющихся
первопричиной разложения нитратных рецептур порохов.
Содержание СХС в порохах рецептуры НБ, напротив, минимально ( что значительно ниже, чем у других рецептур
( Поэтому расходование СХС происходит в порохах
НБ более интенсивно, чем в других баллиститных порохах. В
табл.7.6. представлены сведения о результатах лабораторных
испытаний порохов рецептуры НБ.
Таблица 7.6.
Сведения о результатх лабораторных испытаний порохов
рецептуры НБ
Наименование параметров
166
Анализ данных табл.7.6. позволяет предположить
возможность увеличения сроков сохраняемости порохов состава
НБ.
На графиках (рис.7.4) показана зависимость величины запаса
химической стойкости (ЗХС) и содержания СХС порохов
рецептуры НБ от срока их хранения.
Аналогичные графики зависимости запаса химической стойкости (ЗХС) и содержания стабилизатора химической стойкости
(СХС) от времени хранения могут быть построены для любого
нитратцеллюлозного пороха.
Рис.7.4. Зависимости запаса химической стойкости (ЗХС) и
содержания СХС порохов рецептуры НБ от сроков их хранения
Таким образом, старение нитратцеллюлозных полимеров
определяется скоростью и глубиной термогидролитического разложения нитратных групп, деструкцией глюкопиранозных циклов и полимерной цепи по 1,4-глюкозидным связям.
Старение нитратцеллюлозных полимеров является
первопричиной и основным процессом старения
нитратцеллюлозных (пироксилиновых и баллиститных)
порохов. Однако, старение порохов как макрообъектов из
композиционных полимерных материалов, имеющих
характерные размеры, многокомпонентный состав и
гетерофазную структуру является гораздо более сложным процессом, признаками протекания которого являются:
167
– изменение компонентного состава;
– изменение физико-механических свойств; чувствительности
к внешним воздействиям;
– изменение энергетических характеристик;
– изменение характеристик горения.
Совокупность этих изменений определяет изменение баллис-
тических характеристик и в итоге пригодности пороха для боевого применения. По каждому из видов изменений, сопровождающих процесс старения пороха может быть определен частный критический уровень, за пределами которого порох станоновится непригодным к боевому применению. И чаще всего пороха становятся непригодными не по израсходованию запаса химической стойкости, а по другим перечисленным выше параметрам. В этом смысле срок сохраняемости (СС) является более
емким и информативным критерием, чем запас химической
стойкости, обеспечивающий только безопасность хранения пороха.
7.7. Методы ускоренных испытаний на климатическую защищенность
Стандарты предприятия (СТП) используются при оценке стабильности материалов, сохраняемости и климатической защищенности элементов изделия. При разработке методик испытаний на сохраняемость необходимо руководствоваться ГОСТ.
СТП устанавливает характеристику климатических факторов,
которая должна использоваться при оценке выполнения требований по климатической защищенности изделий, а также при
назначении и обосновании режимов ускоренных испытаний изделий на климатическую защищенность.
Статистическая характеристика условий эксплуатации представляет значения климатических факторов и их возможные сочетания в виде таблиц, составленных на основании наблюдений
за многолетний период. Под эквивалентным температурновлаж-
168
ностным комплексом понимается сочетание условных постоянных (осредненных) значений температуры и влажности, воздействие которых в течение заданного срока эксплуатации эквивалентно в смысле тепловлажностного старения материала изделия действию переменных тепловлажностных условий, имеющих место в реальных условиях.
Климатическое районирование территории России и зоны с
тропическим климатом принимаются по ГОСТ.
Характеристика климатических условий на открытой площадке. Аналитическое описание температуры в течение года в
виде случайного процесса имеет вид:
, (7.44)
где – случайная температура, соответствующая времени
; – время с 0 часов 01 января до 24 часов 31 декабря;
средняя температура, соответствующая времени ; – случайная составляющая температуры, соответствующая времени
Среднее значение температуры, соответствующее времени
рассчитывают по формуле:
(7.45)
где – коэффициент, численно равный среднегодовой температуре, оС; , – составляющие амплитуды колебаний
средней температуры, соответствующие частоте Значения этих величин для климатических районов России приведены
в ГОСТ 16350-80.
Случайная составляющая температуры на открытой площадке
распределена по нормальному закону с математическим
ожиданием, равным нулю и средним квадратическим
отклонением значение которого выбирают по ГОСТ.
Аналитическое описание изменения относительной влажности в течение года на открытой площадке в виде случайного про
169
цесса имеет вид:
(7.46)
где случайное значение относительной влажности, соответствующее времени ; среднее значение относительной влажности, соответствующее времени ; случайная
составляющая относительной влажности, соотвествующая времени Среднее значение относительной влажности рассчитывают по формуле:
, (7.47)
где коэффициент, численно равный средней годовой относительной влажности, %; – составляющие амплитуды колебаний среднего значения относительной влажности, со-
ответствующие частоте , %.
Значения коэффициентов берут по ГОСТ. Случайная состав-
ляющая относительной влажности на открытой площадке
распределена по нормальному закону с математическим ожида-
нием, равным нулю, и средним квадратичным отклонением
значениекоторого выбирают по ГОСТ 16350-80.
Аналитическое выражение, описывающее изменение в течение года интенсивности солнечной радиации, поступающей на
горизонтальную поверхность, имеет вид:
(7.48)
при =1, если и –
во всех остальных случаях; среднее значение интенсивнос-
ти солнечной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность и соответствующй времени Дж/м2·ч; время, соответствующее началу каждого месяца; среднее солнечное
время восхода в ; время, соответствующее началу каждого
месяца (начало года соответствует τ = -4380 ч; конец года
170