- •Ведение в.1. Комплекс авиационного вооружения
- •В.3. Очерк развития авиационного артиллерийского вооружения
- •Р аздел 1. Авиационное артиллерийское оружие
- •Глава 1. Структура, принципы устройства и действия авиационного артиллерийского оружия
- •1.1. Классификация авиационного артиллерийского оружия
- •1.1. Назначение и характерные черты авиационного артиллерийского оружия
- •1.2. Базовые образцы авиационного артиллерийского оружия ввс России
- •1.3. Характеристики авиационного артиллерийского оружия
- •1.4. Критерии оценки технического совершенства авиационного артиллерийского оружия
- •1.5. Операции и механизмы заряжания авиационного артиллерийского оружия
- •1.5.1. Механизмы подачи
- •1.5.2. Механизмы снижения
- •1.5.3. Механизмы досылания
- •1.5.4. Механизмы запирания
- •1.5.5. Механизмы отпирания
- •1.5.6. Механизмы экстракции
- •1.5.7. Механизмы удаления
- •1.6. Механизмы управления стрельбой
- •1.6.1. Спусковые механизмы
- •1.6.2. Стартеры
- •1.6.3. Стреляющие механизмы
- •1.6.4. Блокировка стрельбы при незапертом канале ствола
- •1.6.5. Механизмы устранения задержки стрельбы
- •1.7. Структурная схема авиационного артиллерийского оружия
- •1.7.1. Ствольные агрегаты и блоки стволов
- •1.7.2. Двигатели автоматики
- •1.7.3. Вспомогательные механизмы
- •1.8. Цикл автоматики авиационного артиллерийского оружия и пути снижения его продолжительности
- •1.9. Анализ цикла автоматики одноствольного оружия
- •1.10. Анализ цикла автоматики двуствольного оружия
- •1.11. Анализ цикла автоматики многоствольного оружия
- •1.12. Анализ револьверного цикла автоматики оружия
- •Глава 2. Исследование функционирования двигателей авиационного артиллерийского оружия
- •2.1. Особенности устройства стволов авиационного артиллерийского оружия
- •2.2. Определение и характеристики основных технических данных нарезной части канала ствола
- •2.3. Силы, действующие на ствол оружия при движении снаряда по нарезной части канала ствола
- •2.4. Определение и анализ действия давления ведущего пояска снаряда на боевую грань нареза ствола
- •2.5. Виды износа стволов и их характеристика
- •2.6. Анализ факторов, влияющих на живучесть ствола артиллерийского оружия
- •2.7. Способы изготовления нарезки стволов артиллерийского оружия
- •2.8. Основы математической модели термопластического износа ствола
- •2.9. Расчет ствола на прочность
- •2.10. Теоретическое обоснование величины предельной и допустимой длины очереди
- •2.11. Анализ влияния режима стрельбы на живучесть стволов авиационного артиллерийского оружия
- •2.12. Особенности функционирования газоотводного двигателя автоматики авиационного артиллерийского оружия
- •2.13. Математическая модель работы газоотводного двигателя автоматики артиллерийского оружия
- •2.14. Анализ работы газоотводного двигателя автоматики артиллерийского оружия
- •2.15. Функционирование двигателя автоматики артиллерийского оружия откатного типа
- •2.16. Функционирование двигателя автоматики оружия при свободном и торможенном откате
- •Глава 3. Основы динамического анализа работы
- •3.2. Уравнение движения основного звена автоматики авиационного артиллерийского оружия
- •3.3. Анализ мощности, потребляемой механизмом досылания авиационного артиллерийского оружия
- •3.4. Анализ мощности, потребляемой механизмом подачи артиллерийского оружия
- •3.5. Анализ мощности силы давления ведущего пояска снаряда на боевую грань нареза ствола
- •3.6. Анализ мощности, потребляемой механизмами автоматики артиллерийского оружия с вращающимся блоком стволов
- •3.7. Мощность, развиваемая газоотводным пороховым двигателем
- •3.8. Стартерные устройства и особенности их расчета
- •Глава 4. Основы исследования силового воздействия оружия на артиллерийскую установку и летательный аппарат
- •4.1. Особенности воздействия артиллерийского оружия на установку и летательный аппарат
- •4.1.1. Силовое воздействие
- •4.1.2. Вибрационное воздействие
- •4.2. Действие дульных газов
- •4.2.1. Нарушение однородности воздушного потока
- •4.3. Конструкция и работа амортизатора силы отдачи
- •4.3.1. Асо с витой пружиной
- •4.3.2. Асо с кольцевой пружиной
- •4 ‑ Гайка; 5 – ось; 6 – упор; 7 – кольцевая пружина
- •4.4. Уравнение движения артиллерийского оружия при стрельбе
- •4.4.1. Вывод уравнения движения оружия на амортизаторе
- •4.4.2. Решение уравнения движения оружия на амортизаторе
- •4.5. Схемы амортизации и их анализ
- •4.6. Методика определения средней силы отдачи амортизатора
- •4.7. Сила отдачи в лафете установки
- •Р аздел 2. Авиационные артиллерийские установки Глава 5. Структура, принципы устройства и действия авиационных артиллерийских установок
- •5.1. Назначение, состав и классификация авиационных
- •Артиллерийских установок
- •5.2. Структура авиационной артиллерийской установки
- •5.3. Характеристики авиационных артиллерийских установок
- •5.4. Лафет авиационной артиллерийской установки
- •5.5. Силы и моменты, действующие на авиационную артиллерийскую установку
- •5.6. Системы питания оружия патронами
- •5.7. Обеспечение взрывобезопасности авиационных артиллерийских установок
- •Глава 6. Исследование функционирования системы управления наводкой оружия
- •6.1. Назначение и состав следящего привода
- •6.2. Применение сельсинной связи в следящем приводе
- •6.3. Фазочуствительные усилители
- •6.4. Усилители мощности
- •6.5. Исполнительные двигатели
- •6.6. Определение потребной мощности исполнительного электродвигателя
- •6.7. Способы наводки оптических визирных устройств на цель оператором
- •6.8. Цепи управления установкой
- •6.9. Система управления стрельбой
- •6.10. Системы устранения задержек стрельбы
- •Глава 7. Анализ работы электрического следящего привода авиационной артиллерийской установки
- •7.1. Анализ устойчивости и точности работы электрического следящего привода при отсутствии корректирующих цепей
- •7.3. Анализ работы электрического следящего привода с обратной связью по производной от скорости оружия
- •7.4. Анализ работы электрического следящего привода с обратной связью от напряжения на якоре двигателя и от скорости оружия
- •7.5. Анализ работы электрического следящего привода с обратной связью по производной от угла рассогласования
- •Заключение
3.8. Стартерные устройства и особенности их расчета
В многоствольном оружии с высоким темпом стрельбы, где угол воспламенения отрицательный, поступление газа из стволов в цилиндр двигателя автоматики вначале разгона блока стволов будет происходить при недоходе поршнем мертвой точки. По этой причине в этих образцах оружия один газопороховой двигатель не в состоянии раскрутить блок стволов. Эта задача решается стартером. В то же время выбор отрицательного значения угла φВ в таком оружии обеспечивает устойчивую его работу при установившемся темпе стрельбы и в сочетании со стартером гарантирует быстрый выход на установившийся режим.
В оружии с положительным углом воспламенения раскрутка блока стволов может быть осуществлена непосредственно газопороховым двигателем. Однако время выхода оружия на установившийся режим будет в этом случае слишком большим, что приведет к существенному уменьшению действительного (среднего в очереди) темпа стрельбы. Кроме того, при разгоне блока стволов только газопороховым двигателем потребуется введение в оружие специального механизма для фиксации блока стволов в положении, при котором может быть осуществлено воспламенение капсюля патрона, что усложняет конструкцию оружия. В связи с этим в многоствольных пушках и пулеметах с внутренним газопороховым двигателем применяются специальные стартеры для разгона блока стволов.
Предварительный разгон блока стволов стартером позволяет:
сократить время выхода оружия на режим расчетного темпа стрельбы и, следовательно, увеличить общее число снарядов, выпущенных за время стрельбы;
лучше согласовать мощностную характеристику двигателя NДВ(Т) с характеристикой мощности сил сопротивления NАВТ(Т) в целях получения устойчивого расчетного темпа стрельбы;
исключить специальный механизм останова и фиксации блока стволов в положении, когда очередной патрон дослан в канал ствола, ствол закрыт и можно производить воспламенение капсюля.
В настоящее время в многоствольном оружии нашли применение пневматические, пиротехнические, электрические и пружинные (торсионные) стартеры.
Пневматические стартеры просты по устройству, удобны в эксплуатации, обладают достаточной мощностью при небольшой массе и габаритах и обеспечивают многократность срабатывания, не загрязняют оружия. Однако они требуют источника сжатого воздуха, который на съемных установках иметь нежелательно по соображениям экономии массы и габаритов.
Пиротехнические стартеры также развивают достаточную мощность при малой массе и небольших габаритах, но они допускают ограниченное количество запусков оружия и, следовательно, ограниченное число очередей в полете, определяемое количеством пиропатронов в стартере. Использование пиростартеров вызывает дополнительное загрязнение деталей оружия пороховым нагаром и затрудняет его эксплуатацию.
Электрические и пружинные стартеры, как менее мощные, получили применение в оружии малого калибра (пулеметах). Иногда используются стартеры комбинированного действия. Например, первый запуск может осуществляться с помощью пиропатрона, а последующие – за счет энергии пружины, которая взводится блоком стволов при его останове.
В американской шестиствольной 20-мм пушке GAU-4A, являющейся модернизацией известной пушки «Вулкан» М-61, разгон блока стволов осуществляется за счет кинетической энергии маховика, предварительно раскручиваемого небольшим электродвигателем.
Стартер должен обеспечивать разгон блока стволов до определенной угловой скорости ωО на заданном угле поворота блока φО. Угол φО выбирается из условия досылания первых (одного-двух) патронов в положение готовности для стрельбы. Следовательно, угол φО должен быть больше угла поворота блока на участке досылания и запирания (φО + φЗ). Из условия обеспечения оптимального режима и приемлемого времени разгона блока угловую скорость, до которой блок разгоняется стартером, принимают равной
,
где ωуст – угловая скорость установившегося вращения блока при заданном темпе стрельбы Туст.
В дальнейшем на участке от ωО до ωуст разгон блока будет производиться двигателем пушки.
Для повышения надежности разгона стартер обычно отключают через некоторое время после начала работы двигателя, т. е. вводят участок совместной работы стартера и двигателя.
Анализ движения блока стволов при разгоне можно выполнить общими методами исследования механизмов оружия, используя для этого дифференциальное уравнение (3.23). Однако точное решение с учетом переменности масс, передаточных чисел, к.п.э., а также действующих сил и моментов, получается достаточно сложным и трудоемким.
Далее будет рассмотрен приближенный метод анализа движения блока при разгоне, дающий приемлемую для многих практических задач точность результата.
Движение блока стволов на участке разгона можно приближенно описать дифференциальным уравнением
,
где J – приведенный момент инерции блока стволов с учетом всех механизмов оружия (с достаточной для практики точностью его можно принять постоянным);
МСТ – приведенный к блоку стволов движущий момент, развиваемый стартером;
МАВТ – момент сил сопротивления автоматики.
Для каждого значения скорости ω момент сопротивления может быть получен из зависимости
.
Для приближенных расчетов зависимость мощности сил сопротивления автоматики NАВТ от угловой скорости ω можно принять квадратичной зависимостью, т. е.
NАВТ = аω2.
В этом случае момент Мавт будет линейной функцией ω
MАВТ = аω.
Величину момента, развиваемого стартером Мст. примем постоянной. Ошибка от такого приближения приведет к некоторому увеличению расчетного времени разгона.
При этих допущениях дифференциальное уравнение разгона блока стволов запишется в виде
.
Получим линейное уравнение первого порядка с постоянными коэффициентами. Интегрирование его до момента получения угловой скорости ω0 дает
, (3.40)
где ωm – максимальная угловая скорость, которую может развить стартер, определяемая выражением
.
Коэффициент пропорциональности а получают путем обработки расчетной кривой NАВТ(Т), имея в виду, что
.
Формула (3.40), определяющая время разгона блока стволов стартером, может быть использована для расчета основных конструктивных параметров стартера. Практические приемы расчета изложены в пособиях [8], [11].
Для определения времени выхода оружия на режим установившегося темпа стрельбы необходимо решить уравнение движения блока стволов на участке от окончания работы стартера, когда угловая скорость блока стволов достигает ωО до установившейся скорости ωУСТ, соответствующей расчетному темпу стрельбы.
Приближенно эта задача легко решается, если момент сил сопротивления на этом участке линеаризировать зависимостью МАВТ= аω, а момент, развиваемый пороховыми газами, осреднить постоянным значением МДВ = const. При этих допущениях решение уравнения движения блока стволов на этом участке (по аналогии с решением уравнения движения под действием стартера) дает
,
где t – время движения на участке от ωО до текущего значения ω.
Время разгона от ωО до ωУСТ определяется до достижения ω = 0,95ωУСТ (так как при ω → ωУСТ, t → ∞).
Тогда получим
,
а полное время разгона блока стволов будет
tРАЗ = t0 + t0,95.
На рисунке 3.9 приведен примерный график выхода блока стволов на режим расчетного (установившегося) темпа стрельбы, имеющий три участка. На первом участке происходит разгон блока только стартером. При этом первый патрон досылается в патронник ствола. После первого выстрела стартер не отключается, а продолжает разгон блока совместно с двигателем автоматики на участке, где происходит еще один-два выстрела, что повышает надежность разгона блока стволов. Затем стартер отключается и блок стволов, разгоняемый двигателем автоматики, набирает скорость, соответствующую установившемуся темпу стрельбы.
Общее время разгона в существующих образцах оружия не превышает 0,1 – 0,2 с. При таком времени разгона потеря темпа стрельбы за секундную очередь не превышает 5—10%.
Р ассмотренный выше случай разгона блока стволов характерен для авиационных пушек ГШ-6-23 и ГШ-6-30 [5]. Разгон блока стволов в авиационном пулемете ЯкБ-12,7 может осуществляться пиростартером или торсионом. Раскрутка блока стволов от торсиона является штатной работой пулемета ЯкБ-12,7. При подготовке пулемета ЯкБ-12,7 к боевому применению каждый раз производится взведение торсиона от ручки. После отпускания кнопки стрельбы торсион взводится вновь от энергии двух последних патронов в очереди. Если по какой-то причине торсион не взводится, то раскрутка блока стволов производится [7] от пиростартера.
В авиационном пулемете ГШГ-7,62 раскрутка блока стволов осуществляется с помощью электрического двигателя.