- •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
5.5. Силы и моменты, действующие на авиационную артиллерийскую установку
В процессе боевого применения на ААУ действуют три вида нагрузок – от силы отдачи оружия, аэродинамические и инерционные.
Напомним, что силы и моменты являются векторными величинами. При определении сил и моментов будем предполагать, что направления действий этих сил и моментов известны
Сила отдачи оружия является основной нагрузкой, действующей на лафет при стрельбе из оружия. Она направлена вдоль оси канала ствола оружия. Величина силы отдачи определяется давлением газов на дно канала ствола, ударными нагрузками, возникающими за счет продольных перемещений оружия, и существенно зависит от упруго-инерционных свойств самого оружия и установки.
Графики силы отдачи (см. гл.4) характеризуются максимальным значением силы отдачи Пmax и некоторым средним значением Пср, к которому стремится сила отдачи в установившемся процессе колебания оружия на установке.
Значение максимальной силы отдачи оружия Пmax определяется по закону изменения давления в канале ствола оружия во время выстрела. Например, при максимальном давлении в канале ствола рm=300…400мПа у пушек калибра 23 мм максимальное значение силы отдачи Пmax=130…170кН, а у пушек калибра 30 мм Пmax=220…270кН.
Значение максимальной силы отдачи оружия Пmax в значительной мере зависит от упруго-инерционных свойств установки и замеряется на специальном стенде, на котором имеется возможность моделировать упруго-инерционные свойства установок.
Величина средней силы отдачи оружия Пср не зависит от упруго-инерционных свойств установки, а определяется только параметрами оружия и амортизатора (см. гл. 4).
Величина средней силы отдачи оружия Пср рассчитывается по формуле
где – коэффициент, учитывающий темп стрельбы оружия, -коэффициент, учитывающий схему амортизатора, и по сути определяется как среднее значение баллистического импульса оружия Iб за время цикла оружия tц с учетом поправок на характеристики оружия и амортизатора.
Отношение максимального значения силы отдачи к среднему в низкотемпных образцах оружия лежит в пределах 5…10 и с увеличением темпа стрельбы уменьшается до 1,25…1,8.
Значения максимальной и средней силы отдачи используются при расчетах артиллерийской установки на прочность. При этом силовая конструкция установки рассчитывается на действие максимальной силы отдачи, а при определении нагрузок на привод при отсутствии эксцентриситета оружия относительно оси его вращения можно учитывать только среднее значение силы отдачи.
Аэродинамические нагрузки зависят от условий боевого применения ЛА (высоты и скорости полета, маневра), типа установки и месте ее расположения на ЛА, а также и от положения оружия на установке.
Обычно эти нагрузки представляются в виде силы лобового сопротивления X, подъемной Y и боковой Z силы. Каждая из них слагается из нагрузки, действующей на корпус ААУ, и нагрузки, действующей на выступающие в поток части оружия:
X = Xk + Xop ; Y = Yk + Yop ; Z = Zk + Zop .
Нагрузки, действующие на выступающие в поток части оружия, определяются выражениями:
Xop =
Yop =
Zop = ,
где сi , i= – коэффициенты лобового сопротивления, подъемной и боковой сил оружия; kiop , где i= – коэффициенты интерференции установки на оружие; ρ – плотность воздуха; vор–скорость обтекания оружия воздушным потоком; nop – коэффициент, учитывающий наличие нескольких образцов оружия на установке; Sор–характерная площадь оружия. Перечисленные коэффициенты и характерная площадь оружия Sop на подвижных установках в общем случае зависят от положения оружия на ней в данный момент времени.
Н агрузки, действующие на корпус установки, определяются выражениями:
где приведены обозначения, аналогичные обозначениям в предшествующих формулах.
Коэффициенты сил, действующих на оружие, как правило, определяются экспериментально, так как выступающие части оружия имеют сложную конфигурацию. Во многих случаях выступающие части оружия могут быть идентифицированы цилиндром или другим телом определенной формы. В этом случае можно использовать теоретические расчеты и экспериментальные данные для предварительного определения сил, действующих на оружие.
Если на установке размещается несколько образцов однотипного оружия, то возможно аэродинамическое затенение одних образцов оружия другими. Так при размещении двух образцов однотипного оружия, идентифицированными цилиндрами, и полного затенения одного образца оружия другим, что наблюдается при расстоянии между стволами b менее суммы трех диаметров ствола d, коэффициент nop, учитывающий наличие в данном случае двух образцов оружия на установке, принимается равным nop =1. Рассмотренная ситуация характерна и для двуствольного оружия.
Если расстояние между двумя образцами оружия более 3d, значение коэффициента nop возрастает, но по физике явления не может быть больше двух. Коэффициент nop в этом случае может быть вычислен по приближенной зависимости
где – коэффициент лобового сопротивления оружия, находящегося в «тени».
В случае действия потока перпендикулярно плоскости осей каналов стволов оружия при аэродинамическое взаимодействие образцов оружия полностью исключается.
При уменьшении расстояния между осями образцов оружия суммарное лобового сопротивление возрастает. Возрастание суммарного лобового сопротивления расположенных рядом двух образцов оружия можно учитывать «возрастанием» коэффициентов лобового сопротивления каждого ствола оружия по эмпирической формуле
.
Таким образом, при определении, например, силы Хор (см. выше) необходимо принимать .
Инерционные силы вызываются силами тяжести, криволинейным движением ЛА и вращением подвижных частей установки. К ним относятся и ударные нагрузки, возникающие при посадке ЛА.
Нагрузка, действующая на i-тый элемент установки, определяются по формуле
,
где – масса i–того элемента установки; g – ускорение свободного падения; nэ – эксплуатационная перегрузка ЛА.
При условии задания скорости v и кривизны R полета ЛА эксплуатационную перегрузку можно получить из выражения
.
При расчете конкретного силового элемента установки на прочность учитываются все силы, действующие на данный элемент. При этом необходимо руководствоваться нормами прочности, в которых указаны расчетные случаи для конкретных типов установок и коэффициенты безопасности (запас прочности).
При расчете узлов крепления установки к ЛА берется суммарная сила, определяемая массой всех п элементов установки:
,
где Gуст – вес установки.
Инерционные нагрузки, вызываемые вращением подвижных частей самой установки, являются внутренними. Инерционные нагрузки, действующие на отдельные элементы установки, расположенные на вращающихся частях, определяются по вышеприведенным формулам.
При неравномерном вращении подвижных частей установки инерционные силы определяются через моменты инерции относительно осей вращения:
,
где – угловое ускорение подвижных частей установки вокруг данной оси вращения; – момент инерции подвижных частей установки (включая элементы привода), приведенные к оси вращения.
Теперь инерционная сила , действующая на -тый элемент конструкции установки массой mi и находящийся на расстоянии ri от оси вращения, определяется по формуле
.
При расчете силовых упоров, ограничивающих движение оружия на подвижных установках, момент инерции при торможении определяется как
,
где ;
– максимальная скорость вращения подвижных частей установки; – время углового перемещения установки при деформации концевого силового упора (порядка сотых долей секунды);
В последней формуле для исполнительного электрического двигателя с моментом инерции Jдв принято (см. гл. 6) .