2.10. Теоретическое обоснование величины предельной и допустимой длины очереди

Численное решение системы уравнений (пункт 2.8), описывающих термопластический износ ствола, дает возможность получить графические зависимости (рисунок 2.14), на основании которых можно обосновать величину предельной и допустимой длины очереди.

Зависимость температуры (Т ⁰С) в стенке ствола от количества выстрелов (N) в очереди, а так же предела прочности ( ) и упругости ( ) материала ствола, предела упругости медного ведущего пояска ( ) снаряда, определяет критическую и допустимую длину очереди.

Предельная длина очереди (N_ПРЕД) оценивается количеством выстрелов в сплошной очереди, определяется температурой рабочего слоя, при которой величина предела прочности материала ствола становиться сравнимой с величиной давления смятия полей нарезов и внешне проявляется в изменении формы нарезов, приводящие к выходу параметров движения снаряда на траектории за пределы установленных норм.

Допустимая длина очереди (N_ДОП) оценивается количеством выстрелов в сплошной очереди и определяется температурой рабочего слоя, при которой величина предела упругости, материала ствола становится сравнимой с величиной давления смятия полей нарезов, при этом выхода параметров движения снаряда на траектории за пределы установленных норм не происходит.

Допустимая температура 550-620ºС

При критической длине очереди в ее конце температура в стенке ствола достигает предельной, что приводит к потере стволом живучести. При допустимой длине очереди температура не достигает предельной, однако все же оказывается большой. Допустимой длине очереди соответствует допустимая температура, при которой при многократных стрельбах с полным охлаждением ствола между ними его живучесть исчерпывается через гарантированное для данного оружия число выстрелов.

При увеличении темпа стрельбы нагревание ствола идет интенсивнее, и поэтому критическая и допустимая длины очереди при прочих равных условиях сокращаются.

Следует также отметить, что в некоторых типах оружия, в которых после стрельбы в патроннике остается патрон, допустимая длина очереди может ограничиваться опасностью срабатывания взрывателя и капсюля патрона.

Результаты экспериментов показали, что для применяемых в настоящее время форм медных ВП снарядов можно принимать давления на боевую грань, при котором будет происходить смятие полей нарезов равным .

2.11. Анализ влияния режима стрельбы на живучесть стволов авиационного артиллерийского оружия

Согласно закону Ньютона-Рихмана элементарное количество тепла (dQ), проходящее через единицу поверхности (dF) ствола в единицу времени (dt) прямо пропорционально разности температур газа (Т_Г ) и внутренней поверхности ствола (Т_С)

.

Представим данное уравнение в виде:

где t_n – время окончания действия поровых газов.

Подставим в уравнение значение и проведем преобразования, в результате получим:

,

где _Г – удельный вес порохового газа;

₀ – коэффициент, определяемый экспериментально.

Из уравнения состояния газа

где R – газовая постоянная.

С учетом выше сказанного, имеем:

.

Принимая во внимание, что – полный импульс давления пороховых газов, отнесенный к единице площади поперечного сечения канала ствола S, получим следующее уравнение:

где ;

– коэффициент приведенной площади сечения канала ствола.

Из теории внутренней баллистики известно, что I_б складывается из дульного импульса (I_д) и импульса последействия (I_п) [14], т.е.

где – коэффициент фиктивной массы снаряда;

– коэффициент последствия газов;

 – масса порохового заряда.

После подстановки в основное уравнение получим:

.

Учитывая, что для действующих образцов ААО принимаются, как правило, следующие допущения:

перепишем полученное выше выражение

.

Общие количество тепла (Q_) передаваемое единице поверхности ствола за все время стрельбы () определяется выражением

.

В данном уравнении есть ни что иное, как коэффициент тепловой напряженности оружия С_Т.

Н а рисунке 2.15 в виде графиков представлены результаты расчетов влияния I_б на температуру рабочего слоя Т_С после 100 выстрелов из 30-мм пушки при различных темпах стрельбы.

Основной вывод заключается в том, что увеличение либо темпа стрельбы Т, либо начальной скорости снаряда v₀ приводит к увеличению температуры рабочего слоя ствола до одного и того же значения.

В едение высокоэффективной стрельбы из ААО требует повышенного расхода боеприпасов. Расчеты и практика показывают, что для получения максимальной вероятности поражения цели длина непрерывной очереди должна составлять 100 … 200 выстрелов при продолжительности стрельбы 1 … 4 секунды.

Будем оценивать живучесть ствола в функции параметров режима стрельбы. При этом живучесть ствола будем оценивать по температуре Т_С рабочего слоя.

Смятие нарезов возникает из-за сильного нагревания поверхности ствола при интенсивной стрельбе. В этом случае внутренние слои не успевают охлаждаться, что приводит к повышению их температуры. Изменение температуры в стенке ствола оружия в зависимости от количества выстрелов в очереди имеет вид, изображенный на рисунке 2.16. Очевидно, что чем больше длина очереди, тем быстрее будет происходить нагревание ствола.

П редельной температурой нагревания ствола является такая температура, при которой материал рабочего слоя ствола становится мягче материала ведущего пояска.

Интенсивность нагревания ствола при стрельбе можно уменьшить за счет увеличения его массы, а также путем флегматизации пороха.

Графики на рисунке 2.17 дают качественное представление о нагревании внутренних слоев ствола в зависимости от темпа стрельбы. Во время выстрела, когда поверхность ствола омывается пороховыми газами, ее температура превышает 1000⁰ С. В промежутке между выстрелами, за счет теплопроводности происходит отвод тепла к наружным слоям, температура внутренних слоев падает. Чем выше темп стрельбы, тем скорее (при меньшем числе выстрелов) температура внутренней поверхности достигает критической.

Кроме того, по мере роста темпа стрельбы имеет место резкий перепад температуры по толщине ствола, что связано с сокращением временного промежутка между выстрелами, вследствие чего температура не успевает распределиться по всей толщине ствола.

Если вести стрельбу не одной непрерывной очередью, а короткими очередями, то общее число выстрелов, которое можно сделать, не оказывая существенного влияния на живучесть ствола, может быть существенно больше. На рисунке 2.18 сплошной кривой показано повышение температуры внутренних слоев ствола в течение непрерывной очереди, а ломанной – при стрельбе короткими очередями. Даже небольшие перерывы в стрельбе (1…3с) играют существенную роль, так как в эти промежутки за счет теплопроводности температура по сечению ствола успевает выравниваться, следовательно, температура внутренней поверхности понижается.

Таким образом, анализ влияния различных характеристик выстрела на живучесть стволов позволяет сделать следующие выводы:

• наличие перерыва между очередями снижает температуру рабочего слоя, чем больше перерыв, тем глубже охлаждение ствола;

• по величине допустимой температуры можно давать рекомендации по режимам стрельбы авиационного артиллерийского оружия;

• при очередях 10 … 25 выстрелов и перерыве 5 … 15 сек между очередями, температура рабочего слоя устанавливается ниже 550⁰ С, что позволяет отстреливать практически любой боекомплект.

Однако увеличение живучести ствола за счет увеличения времени перерыва и сокращения длины сплошной очереди ведет к снижению эффективности боевого применения ААО.