2.2. Определение и характеристики основных технических данных нарезной части канала ствола

Вращательное движение снаряд получает одновременно с его разгоном в направляющей части ствола. Для этого на поверхности этой части канала ствола имеются винтовые пазы-нарезы, а в средней части снаряда утолщение – ведущий поясок. При движении снаряда вдоль канала ствола ведущий поясок врезается в нарезы и, взаимодействуя с ним, приводит во вращение снаряд.

Вращение снаряда необходимо для обеспечения его устойчивости. Центр давления снаряда находится впереди его центра масс. В результате при полете снаряда с углом атаки полная аэродинамическая сила создает опрокидывающий момент. Вращение снаряда обеспечивает нейтрализацию действия этого момента. Вращающийся снаряд, как гироскоп, под действием момента не опрокидывается, а совершает сложное прицессионно-нутационное движение, причем при высокой скорости вращения снаряд не только не опрокидывается, но и его угол атаки практически не увеличивается, вращается лишь плоскость, в которой находится угол атаки. При недостаточно высокой скорости вращения угол атаки может существенно возрасти и снизить бронепробиваемость снаряда. Кроме того, в этом случае ухудшится баллистика снаряда, увеличится время его полета и, как следствие, возрастет вероятность его промаха.

Нарезы (нарезка) – это пазы, идущие по винтовой линии на внутренней поверхности нарезной части канала ствола и предназначенные для придания снаряду вращательного движения. Поперечное сечение канала ствола на этом участке (рисунок 2.3) называют профилем нарезов. Профиль нарезов может быть прямоугольным, трапециевидным и сегментным.

Прямоугольные нарезы вполне обеспечивают надежное движение снаряда по каналу ствола. Однако отсутствие плавного перехода от дна нареза к гране нареза затрудняет заполнение материалом ведущего пояска всего нареза, особенно его углов. Вследствие этого в углах нарезов могут возникать каналы, по которым прорываются пороховые газы. Большая скорость течения газов в этих местах в совокупности с высокой температурой являются причиной ускоренного разгара ствола с прямоугольной нарезкой.

Увеличению интенсивности разгара ствола способствует также концентрация напряжений в углах нарезов при выстреле.

К указанным недостаткам следует отнести еще трудность удаления нагара из углов нарезов при чистке оружия после стрельбы. Оставшийся нагар вызывает усиленную коррозию ствола, что сокращает срок эксплуатации ствола.

В настоящее время, в авиационном оружии применяются прямоугольные нарезы со скругленными углами. Такой профиль нарезов в значительной степени устраняет недостатки, присущие прямоугольным нарезам.

На поверхности НЧКС различают поле нареза, дно нареза и боковые грани нареза. Ширина поле нареза (а) обычно равна ширине дна нареза (в). Номинальный диаметр канала ствола по полям нарезов (d) называется калибром оружия.

В ращение снаряда вызывается тем, что в момент выстрела ведущий поясок снаряда врезается в нарезы и затем взаимодействует с одной из боковых граней нарезов. Та грань нареза, реакция которой сообщает снаряду вращательное движение, называется боевой, противоположная – холостой гранью.

Основными техническими характеристиками НЧКС являются:

1. Ширина поля (а) и дна (в) нареза. Обычно принимается следующее соотношения между ними а=(1,2.... 2,0)в.

2. Глубина нареза – постоянна по длине ствола и составляет (0,014…0,020) .

3. Число нарезов n₁ – зависит от калибра оружия: для калибра 7,62 мм число нарезов равно 4, 12,7 мм – 8, 23 мм – 10, 30 мм – 16 нарезов.

4. Угол наклона нарезов (угол нарезки) _Н – это угол наклона нарезов к образующей цилиндра канала ствола.

5. Длина хода нарезов (шаг нарезки) h_Н – это длина образующей цилиндра, на которой нарез делает один оборот.

6. Крутизна нарезки “” – это шаг нарезки измеренный в калибрах.

Теоретическое значение крутизны нарезки в районе дульного среза канала ствола определяется из условия устойчивости снаряда по формуле Забудского-Вентцеля

,

где I_Х, I_Z – осевой и продольный моменты инерции снаряда, соответственно;

h₁ – плечо опрокидывающего момента, т.е. расстояние между центром давления и центром масс снаряда (рассчитывается по формуле Габора);

(у) – плотность воздуха на высоте у;

K_m – аэродинамический коэффициент опрокидывающего момента, являющийся функцией числа М=V/а;

V₁, V_О – скорость ЛА и начальная скорость снаряда соответственно;

 – угол между векторами V₁ и V_O .

Нарезка может быть правой (рисунок.2.4) и левой. В ААО используется правая нарезка, и, следовательно, снаряд вращается после выхода из канала ствола по часовой стрелке.

К роме того, нарезы могут быть постоянной либо переменной крутизны. Обычно крутизна нарезов канала ствола выбирается постоянной, так как она более простая в изготовлении. Однако постоянная крутизна нарезов приводит к неравномерному давлению ведущего пояска на боевую грань. Поэтому наибольшее напряжение смятия ведущего пояска определяется наибольшим давлением в канале ствола.

Нарезы переменной крутизны (прогрессивная нарезка) обеспечивают более легкий режим работы ствола, но они достаточно сложны в технологии изготовления. Нарезы переменной крутизны используются в целях увеличения живучести стволов, так как на начальном участке движения снаряда в канале ствола угол наклона делается примерно равным нулю, а в дальнейшем он плавно изменяется и к дульному срезу крутизна нарезки должна равняться .

В таблице 2.1 приводятся технические характеристики нарезной части каналов стволов для пушек калибра 23 и 30 мм.

Таблица 2.1. Значение технических характеристик НЧКС

№ п/п	Характеристика	Обозначение	Единица измерения	Калибр, мм
				30	23
1	2	3	4	5	6
1	Ширина поля	а	мм	2,3	2,4
2	Ширина дна	в	мм	3,6	4,8
3	Глубина нареза	tн	мм	0,45	0,35
4	Число нарезов	-	шт	16	10
5	Угол нарезки	Н	град	7,5	7,2
6	Шаг нарезки	hH	мм	715,5	575
7	Крутизна нарезки	H	клб	23,83	25

Во время выстрела в стенке ствола возникают напряжения, вызываемые действием сил давления пороховых газов, давлением ведущего пояска снаряда на боевые грани нарезов, а также температурные напряжения вследствие нагревания внутренних слоев ствола.

Нагружения ствола носят динамический характер, так как давление газов во время выстрела действует в течение очень короткого промежутка времени.