Глава 4. Основы исследования силового воздействия оружия на артиллерийскую установку и летательный аппарат

4.1. Особенности воздействия артиллерийского оружия на установку и летательный аппарат

Одним из важных и трудоемких этапов в процессе создания новых систем артиллерийского вооружения в авиации является этап отработки в процессе стрельбы совместимости ААО с летательным аппаратом.

Совместимость определяется совокупностью многих факторов, важнейшими из которых являются следующие:

1. Силовое воздействие ААО в процессе стрельбы на конструкцию артиллерийской установки или непосредственно на конструкцию летательного аппарата.

2. Вибрационное воздействие в процессе стрельбы дульной волны и силы отдачи на бортовое оборудование летательного аппарата.

3. Нарушение при стрельбе однородности воздушного потока (по давлению, температуре и т.д.), попадающего в двигатель летательного аппарата.

4. Взрывоопасное скопление пороховых газов в отсеках артиллерийской установки или летательного аппарата.

5. Размещение ААО, артиллерийской установки и боекомплекта на борту летательного аппарата, приводящее к серьезному нарушению его центровки и изменению траектории полета при стрельбе.

4.1.1. Силовое воздействие

В процессе стрельбы при каждом выстреле на дно запертой в патроннике гильзы действует вдоль оси канала ствола сила давления пороховых газов. Обозначим ее (рисунок 4.1). Эта сила, например, в оружии 23 калибра может достигать величины 130 кН, а в оружии 30 калибра – 300 кН. Через детали, жестко связанные со стволом, она передается на корпус оружия. Кроме того, в процессе стрельбы, корпус испытывает силовое воздействие со стороны работающих механизмов автоматики оружия. Равнодействующую указанного силового воздействия обозначим . На рисунке 4.1 условно показана точка ее приложения и направление действия.

Сумма сил – есть сила отдачи ААО. (4.1)

Через корпус эта сила передается на узлы крепления оружия к установке, на силовые элементы конструкции установки и летательного аппарата, вызывая значительную их деформацию и, затем, разрушение.

Рисунок 4.1. Силы действующие на корпус оружия при стрельбе

На практике при разработке ААО стремятся так организовать, сбалансировать работу автоматики оружия, чтобы величина F_k была минимальной. Например, в пушке ГШ-30 величина F_k составляет менее 1% от величины Р_дн.

В связи с тем, что F_k<<Р_дн при проведении расчетов силу отдачи отождествляют только с силой давления пороховых газов на дно гильзы, то есть принимает

R₀≈P_дн (4.2)

О том, как технически решается вопрос снижения величины силы отдачи, будет сказано ниже, в параграфе 4.3.

4.1.2. Вибрационное воздействие

При стрельбе вибрационное воздействие ААО на артиллерийскую установку и летательный аппарат обусловлено двумя основными факторами: дульной ударной волной и силой отдачи.

Физика образования дульной ударной волны заключается в следующем. В процессе выстрела при выходе снаряда из канала ствола, то есть при проходе снарядом дульного среза, наружу вырываются пороховые газы. Из-за высокого давления в канале ствола газы имеют скорость истечения, превышающую в несколько раз скорость звука. Поэтому вблизи дульного среза возникает ударное уплотнение воздуха, которое также распространяется со сверхзвуковой скоростью. Иными словами, образуется дульная ударная волна (ДУВ), которая аналогична ударной волне, образующейся при взрыве заряда взрывчатого вещества. В процессе стрельбы после каждого выстрела ДУВ действует на обшивку летательного аппарата, что вызывает вибрацию его конструкции и приводит к нарушению функционирования приборов бортового оборудования. Очевидно, что особенно сильно действие ДУВ проявляется вблизи дульного среза ствола оружия.

Для оценки вибрационного воздействия обычно используется уровень виброускорений, то есть виброперегрузка, измеряемая числом кратным величине ускорения свободного падения – g.

Рисунок 4.2. Распределение виброперегрузок по длине фюзеляжа при стрельбе из пушки ГШ-30

Величина минимального значения виброперегрузки от действия ДУВ в зоне дульного среза ствола определяется по эмпирической формуле:

, (4.3)

где р – давление от ДУВ в зоне дульного среза ствола.

По результатам многочисленных опытов установлено соотношение между и максимальным значением виброперегрузки от действия силы отдачи

. (4.4)

наблюдается в зоне силового узла крепления оружия на артиллерийской установке и, как следует из (4.4), составляет 40% от значения .

Таким образом, ДУВ оказывает наибольшее вибрационное воздействие на конструкцию летательного аппарата.

На рисунке 4.2 показано распределение виброперегрузки по длине фюзеляжа самолета Су-25 при стрельбе из пушки ГШ-30.

Рисунок 4.3. Локализатор пушки ГШ-30 (самолет Су-25)

Для уменьшения отрицательного воздействия ДУВ н конструкцию ЛА используют специальное надульное устройство – локализатор (рисунок 4.3).

Локализаторы направляют часть пороховых газов в сторону от обшивки.

Кардинальным способом снижения отрицательного воздействия ДУВ является размещение ААО в носовой части фюзеляжа с выводом дульного среза ствола за контуры летательного аппарата. Так, например, сделано на американском штурмовике А-10А, на котором в носовой части фюзеляжа расположена семиствольная пушка GAU-8/A.