Залежності, побудовані за формулами (7.21) і (7.24), показані на рис. 7.7.
З графіків бачимо, що при а міцність ствола (р1 max) зростає повільно, натомість все швидше зростає маса ствола. Тому недоцільно збільшувати товщину стінки ствола для збільшення його міцності вище певного рівня. Рекомендується брати відношення радіусів ствола у межах
а=1,8-2,6.
При таких відношеннях радіусів ствол набуває сприйнятної маси при необхідній міцності.
7.1.3. Тепловий режим ствола
Тепловий режим ствола визначається його нагріванням при згорянні пороху під час пострілу. Основними рисами теплового режиму є такі:
1. На нагрівання стінок ствола йде 10% усієї енергії порохового заряду, 30% – на виконання основної роботи:
qvд2
Eд 2 . Кількість теплоти, що поглинається стінками ствола за один постріл, дорівнює
|
|
|
qv |
2 |
|
де |
Eд |
|
д |
- основна робота порохових газів, або |
2 |
|
|
|
|
|
|
дульна енергія снаряда.
2. Нагрів стінок ствола нерівномірний як за товщиною, так і за довжиною внаслідок високої температури То і короткотривалості пострілу (tд становить мілісекунди).
По товщині стінки ствола температура розподіляється за законом, показаним на рис. 7.8.
Т, К
800 –
700 –
600 –
500 –
400 –
300 –
Рисунок 7.8 – Графік залежності нагрівання поперечного перерізу стінки ствола під час першого пострілу
Величина температурного піку залежить від калібру, довжини ствола і тривалості пострілу і досягає
1270-1800К.
3. Середня температура нагрівання ствола за 1 пост-
ріл дорівнює
|
T1 |
|
Q1 |
, |
(7.26) |
|
cM cm |
|
|
|
|
|
де |
c 48,2 |
Дж |
- питома теплоємність сталі; |
кг К |
Мст - маса ствола.
Виходячи з допустимої температури нагрівання ствола Тдоп, визначають допустиму кількість пострілів:
де Тдоп = 540-670˚ К біля дула.
З умови (7.27) визначають режим вогню (інтенсивність стрільби).
643
4.Ділянки каналу ствола, що прилягають до камори, нагріваються найбільше упродовж першого пострілу. Після тривалої стрільби однак більше нагрівається дульна частина внаслідок невеликої товщини у ній стінок ствола.
5.Нагрівання ствола знижує його міцність, оскільки під час нагрівання зменшуються механічні характеристики
–модуль пружності і межа пружності сталі.
6.Нагрівання ствола зменшує точність стрільби за рахунок збільшення калібру, збільшення вигину ствола, які, в свою чергу, призводять до биття снаряда в каналі ствола, збільшення кута нутації і зміни кута вильоту снаряда.
7.Внаслідок наявності температурного градієнта шари стінок нагрітого ствола розширюються нерівномірно: внутрішні зазнають деформацію стиску, зовнішні шари – деформацію розтягу.
Для зменшення нагрівання ствола будуть такі міри:
1.Охолоджують ствол у перервах між пострілами (за 1 годину температура знижується в середньому з 573 до
373˚К).
2.Не перевищують установлений режим вогню (інтенсивність стрільби).
3.Стрільбу ведуть по можливості на зменшених за-
рядах.
4.Бойові заряди виготовляють з «холодних» порохів або застосовують у них флегматизатори.
5.Застосовують штучне охолодження стволів (у зенітній артилерії).
Під час нагрівання ствола до 570-620˚К міцність ствола порушується незначно, але суттєво змінюється кучність бою і влучність стрільби.
7.1.6. Затвори: вимоги до конструкції та умови самогальмування замикаючого механізму
Затвор ствола – це найважливіший елемент конструкції гармати, що забезпечує замиканням каналу ствола спрямоване використання енергії порохових газів з метою надання снаряду заданої початкової швидкості поступального і обертального руху.
Усучасних артилерійських системах замикання каналу ствола здійснюється або клином, який переміщується в поперечному гнізді казенника, або поршнем, який вгвинчується в осьове гніздо казенника. Тому розрізняють клинові і поршневі затвори.
Незалежно від способу замикання каналу ствола вимогами до конструкції замикаючих механізмів є:
1. Надійність замикання, тобто неможливість відкривання затвору під час пострілу, незважаючи на дію на нього значних збурювальних сил.
2. Безвідмовність дії.
3. Простота і зручність обслуговування.
4. Безпека при експлуатації.
Угарматах середнього калібру більш поширені клинові затвори.
Перевагами клинових затворів є: простота конструк-
ції; технологічність і простота у виробництві; зручність автоматизації процесу замикання – відкривання каналу ствола (більш прості форми руху).
Недоліки клинових затворів: велика маса і габарити;
труднощі в обтюрації газів при картузному заряджанні.
Поршневі затвори мають такі переваги: менші маси і габарити; конструктивна простота обтюрації газів при картузному заряджанні.
Недоліки поршневих затворів: конструктивна склад-
ність і складність виготовлення; складні обертові форми руху поршня ускладнюють процес автоматизації замикан- ня-відкривання; чутливість до спрацювання деталей, що
труться; можливість перекосів і заклинювання поршня; можливість затискування руки заряджаючого.
Ці недоліки зумовлюють обмеженість застосування поршневих затворів у сучасних артилерійських системах. Проте в гарматах крупних калібрів з картузним заряджанням їх застосування доцільне.
Умова самогальмування клина затвору при пострілі
З метою надійного замикання каналу ствола при дії ряду збурюючих сил, що намагаються змістити затвор під час пострілу і відкрити канал ствола, затвору надається форма клина. Ця форма забезпечує явище самогальмування затвору у гнізді казенника.
На клин під час пострілу діють такі сили:
1.Сила тиску на дно камори Рдн .
2.Сила інерції клина внаслідок руху ствола з приско-
ренням Ік :
де mк - маса клина;
Мо - маса відкотних частин гармати; Ркн - сила віддачі;
F1 - сила тертя клина об напрямні гнізда ка-
зенника:
де f1 - коефіцієнт тертя об казенник;
N - сила нормального тиску на клин збоку ка-
зенника.
3. Вага клина
qk mk g .
4. Сила тертя F2 клина об дно гільзи
де f2 - коефіцієнт тертя гільзи об дзеркало клина.
Рисунок 7.9 - До виведення умов самогальмування клина
Задня грань клина нахилена до дзеркала клина на кут скосу . У сучасних гармат = 1,2-1,7о (0,02-0,03 рад). Наприклад, у гаубиці Д-30 =1,6о (0,028 рад).
Умова самогальмування клина – це умова відсутності його переміщення вздовж осі У під час пострілу:
Fy 0 ,
тобто сума проекцій усіх сил, що діють на клин, на вертикальну вісь має дорівнювати нулю.
Розкриємо цю суму:
F1 cos F2 N sin qк 0,
або
F1 cos F2 N sin qк .
Ліва частина цієї рівності – це сума утримувальних сил, права частина – сума виштовхувальних сил. Для надійного запирання каналу ствола умова самогальмування клина має такий вигляд:
F1 cos F2 N sin qк ,
або
f1N cos f2 Pдн N sin qк . |
(7.31) |
З урахуванням того, що 0, Рдн; tg , розділивши праву і ліву частини (7.31) на Ncos , отримаємо
Ураховуючи, що qк Рдн, одержимо остаточно
Нерівність (7.33) – це умова нерухомості клина затвору у гнізді казенника під час пострілу при дії виштовхувальних сил.
Суть умови (7.33): виштовхувальні сили діють на клин і одночасно притискають його до напрямних пазів казенника, внаслідок чого виникають сили тертя, які запобігають зміщенню клина. Таким чином, якщо більші виштовхувальні сили, то і сили тертя F1 і F2 – більші, і клин – самогальмується.
7.1.5. Затвори: обтюрація порохових газів
Крім механічного замикання каналу ствола за допомогою клина затвора або поршня, необхідно запобігати прориву порохових газів через можливі зазори в замикаючих механізмах затворів.
Обтюрація (від лат. obturatio – закупорювання) – це захід, що запобігає прориву порохових газів через можливі зазори у заснарядному просторі. В обертових снарядів роль обтюратора відіграє ведучий поясок. У затвора натомість існує два способи обтюрації: обтюрація гільзою та обтюрація пластичним обтюратором.
Обтюрація гільзою
Обтюрація гільзою може застосовуватись в гарматах як з клиновим, так і з поршневим затвором. Гільза є елементом пострілу, і її застосування не потребує будь-яких суттєвих змін у конструкції затвора.
Рисунок 7.10 - Обтюрація гільзою
При пострілі під дією порохових газів гільза деформується і щільно прилягає до стінок зарядної камори, не пропускаючи гази до затвора. Після пострілу і зменшення тиску газів гільза за рахунок пружності металу повертається до попереднього стану і легко екстрагується (рис. 7.10).
Недоліками гільзової обтюрації є дороговизна, малий термін служби, необхідність збору гільз після стрільби, в САУ стріляні гільзи загромаджують порожнину башти.
Обтюрація пластичним обтюратором
У гарматах крупного калібру з картузним заряджанням і поршневим затвором застосовується обтюрація пластичним обтюратором.
Пластичний обтюратор (рис. 7.11) кріпиться на по-
ршні затвора.
3 2 1
Рисунок 7.11 - Обтюрація пластичним обтюратором:
1 – грибоподібний стрижень; 2 – обтюраторна подушка; 3 – поршень
649
Він складається з грибоподібного стрижня 1, обтюраторної подушки 2, що має форму тора і одягається на стрижень між його грибком і поршнем 3 затвора. Подушка виготовляється з матеріалу, який, подібно до рідини, здатний передавати тиск в усі боки (гума, деякі сорти пластмаси).
Грибоподібний стрижень створює при пострілі в обтюраторній подушці тиск, що перевищує тиск порохових газів у каналі ствола. Цим досягається щільне прилягання подушки, що зменшується за товщиною, до обтюраторного скату камори і запирання газів, тобто відбувається їх обтюрація.
У сучасних гарматах обтюраторна подушка витримує 400-500 пострілів.
Недоліком обтюрації пластичним обтюратором є суттєве ускладнення конструкції затвора.
7.1.6. Затвори: вимоги до конструкції ударного механізму та його розрахунок
Крім замикання каналу ствола, затвори призначені також для здійснення пострілу. Ця функція виконується стріляючим пристосуванням.
До конструкції стріляючого пристосування ставляться такі вимоги: висока надійність дії, мінімальний час запізнювання пострілу, здійснення пострілу лише після замикання затвора.
У сучасній ствольній артилерії використовуються стріляючі пристосування ударної дії, основу яких становлять ударні механізми. Вони ініціюють постріл ударом бойка в дно капсульної втулки, яка вгвинчується у дно гільзи.
Основними елементами конструкції ударного механізму є ударник і бойова пружина.
Ударник у момент нанесення удару в дно капсульної втулки повинен мати певну кінетичну енергію, величина якої залежить від конструкції капсульної втулки, її матері-
