книги / Устройство реактивных систем залпового огня

Рис. 5.4. Составляющие силы

Эти выражения показывают зависимость характера изменения составляющих Ny(t) и Nz(t) от ординаты расположения паза на пусковой направляющей, так как текущее значение угловой координаты θ согласно уравнению связи зависит от начальной координаты θ0

(см. рис. 5.3, б).

5.5.Сила трения газовой струи РДТТ

овнутреннюю поверхность пусковой направляющей

Движение РС по ПН сопровождается комплексным воздействием газовой струи на внутреннюю поверхность пусковой направляющей. В первую очередь это силовое воздействие, вызываемое влиянием поверхностной силы трения ГС на внутреннюю поверхность ПН. При этом возникает эффект растяжения или сжатия ПН в зависимости от времени движения РС. Это избыточное давление торможения газового потока, которое вызывает все виды механических напряжений в стенке ПН.

91

Это тепловое воздействие, ведущее к термонапряжениям в материале ПН.

Совместное действие указанных факторов определяет напряженное состояние ПН, элементов ее крепления в пакете ПН и элементов связи пакета ПН с ПУ и средством подвижности.

Задача заключается в определении указанных факторов. Рассмотрим первый из них.

Расчет силы трения ГС произведем при следующих допуще-

ниях:

–газовая струя непрерывна, стационарна (при постоянных значениях внешних факторов, влияющих на характер ее течения), одномерна и осесимметрична;

–течение газа адиабатично (адиабатический процесс – термодинамический процесс, который протекает без теплообмена с внешними телами данной системы);

–параметры ГС на начальном участке определяются параметрами в выходном сечении сопла;

–газовая струя многосоплового РДТТ РС эквивалентна ГС односоплового РДТТ;

–переменность состава газа и его теплопроводность не учитываются;

–параметры газа на срезе сопла считаются постоянными по его сечению;

–вектор скорости газа на срезе сопла параллелен оси сопла;

–температура торможения и критическая скорость ГС вдоль ПН не изменяются.

Формула для расчета силы трения ГС в любом сечении ПН

ссоблюдением законов сохранения массы, энергии и постоянства энтропии вдоль оси потока имеет вид:

где π = 3,14; D – внутренний диаметр (калибр) ПН; ζ – коэффициент трения ГС; ρ – плотность газа; V – линейная скорость газового потока; x – текущая длина ПН; i – текущее значение сечения ПН, i = 0…n.

92

Рассмотрим параметры, входящие в зависимость (6.12). Коэффициент трения в i-м сечении ПН

104 < Re < 108.

Критерий Рейнольдса – это критерий подобия, определяемый отношением сил инерции к силам вязкости в потоке вязкой жидкости (газа). При равных числах Рейнольдса движение геометрически подобных тел в вязких жидкостях (газах) подобно и геометрически,

идинамически (по характеру движения). Для газов коэффициенты динамической вязкости малы, поэтому числа Рейнольдса будут довольно большими даже при относительно низких значениях скорости течения. Так как силы трения ГС оказывают существенное влияние на ПН в области, называемой пограничным слоем потока газа, то толщина этого слоя и величина сил трения определяются в основном значением числа Рейнольдса.

Критерий Рейнольдса является определяющим параметром не только для количественных характеристик пограничного слоя, но

идля самого характера течения.

При малых значениях критерия Рейнольдса движение частиц газа имеет упорядоченный слоистый характер и называется ламинарным. При больших значениях критерия Рейнольдса движение частиц газа становится беспорядочным, возникают неравномерные пульсации скорости в продольном и поперечном направлениях. Такое течение газа называется турбулентным. Переход ламинарного течения в турбулентное происходит при определенном значении критерия Рейнольдса, называемого критическим. Для труб критическое значение критерия Рейнольдса Reкр ≈ 2300.

Критерий Рейнольдса в i-м сечении ПН определяется как

где ν – кинематическая вязкость газа; ρ – плотность газа; μ – динамическая вязкость газа.

Если значения динамической вязкости μi и плотности газа ρi в i-м сечении ПН не известны, то критерий Рейнольдса Rei вычисляется через кинематическую вязкость газа νi в i-м сечении ПН.

Кинематическая вязкость в i-м сечении ПН

vi = 5,35 , (5.15) pi

где pi – статическое давление в i-м сечении ПН, кг/м2.

Подставив значение кинематической вязкости νi из формулы (5.15) в формулу (5.14), получим:

где i = 0…n.

В формуле (5.16) в сечении i = 0 статическое давление р0 соответствует статическому давлению ра на срезе сопла РДТТ, а скорость газа в начальном сечении пусковой направляющей V0с – скорости газа на срезе сопла РДТТ Vа.

Значения статического давления ГС в сечениях ПН определяются с помощью приведенной скорости в текущем λi и последующем λi+1 сечениях ПН по формуле:

где значение давления рi при i = 0 и известном давлении рк в камере РДТТ:

94

В формуле (5.18) приведенная скорость λ0 в сечении i = 0 соответствует приведенной скорости λа на срезе сопла РДТТ.

Приведенная скорость λ (отношение скорости газа в рассматриваемом сечении к критической скорости Vкр = акр) определяется как

где акр – скорость звука в критическом сечении сопла (скорость звука – это скорость распространения малых возмущений в физической

среде); k – показатель адиабаты, k = cp ; Ср – теплоемкость газа при cv

постоянном давлении; Сv – теплоемкость газа при постоянном объеме; Тк – температура торможения (температура газа в камере РДТТ);

R – удельная газовая постоянная применяемого ракетного пороха,

R = gμR ; R – универсальная газовая постоянная; g – ускорение силы

тяжести; μ – молярная масса газа для данного ракетного пороха. Приведенная скорость может изменяться в пределах от λ = 0

Приведенная скорость λ0 на срезе сопла РДТТ вычисляется с помощью функции q(λ0) – приведенной плотности потока массы на срезе сопла – путем решения уравнения:

При известных значениях площадей критического и выходного сечений сопла РДТТ функция q(λ0), определяющая отношение плотности потока массы ρiνi в рассматриваемом сечении к плотности потока массы ρкрνкр в критическом сечении, определяется как

95

Приведенную скорость λ0 на срезе сопла РДТТ можно также вычислить по таблицам газодинамических функций.

Приведенная скорость λi в i-м сечении ПН при неизменном значении коэффициента трения ГС (ζ0 = const) определяется путем решения уравнения:

где λi – приведенная скорость в i-м сечении на расстоянии х от среза сопла РДТТ.

Скорость ГС в i-м сечении ПН

где значение скорости газа Vi при i = 0 и известных температуре газа Тк в камере РДТТ и приведенной скорости λ0 газа на срезе сопла РДТТ определяется по формуле (5.19):

Подставив зависимости (5.24) и (5.18) в формулу (5.16), найдем значение критерия Re0 в начальном сечении ПН (на срезе сопла РДТТ):

96

Подставив зависимость (5.25) в формулу (5.13), получим:

где λ0 – приведенная скорость на срезе сопла вычисляется по зависимости (5.20) или по таблицам газодинамических функций с помощью известного значения функции приведенной плотности потока массы q(λа) на срезе сопла РДТТ, определяемой по формуле (5.21).

Плотность газового потока в i-м сечении ПН определяется как

где значение плотности газа ρi при i = 0 и известных приведенной скорости λ0 газа на срезе сопла РДТТ и плотности газа ρк в камере РДТТ по формуле определяется так:

Решая совместно зависимости (5.12), (5.13), (5.16)…(5.18), (5.23), (5.27) и (5.28), получим формулу для расчета силы трения Fтрi ГС о внутреннюю поверхность ПН в i-м сечении трубы:

97

ТЕМА 6. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПУСКОВЫХ НАПРАВЛЯЮЩИХ И ПАКЕТАХ ПУСКОВЫХ НАПРАВЛЯЮЩИХ.

РАСЧЕТНЫЕ СХЕМЫ ПУСКОВЫХ НАПРАВЛЯЮЩИХ

6.1.Общие сведения о пусковых направляющих

ипакетах пусковых направляющих

История развития пусковых направляющих (пусковых станков, пусковых приспособлений, разгонных систем) не отделима в широком смысле слова от истории развития средств пуска. Первые образцы ПУ, по сути, представляли собой только пусковую направляющую, и первым пусковым приспособлением, по мнению исследователей, считается лук. Датой первого боевого применения пусковых приспособлений считают факт применения боевых ракет в XIII веке.

С тех пор и до настоящего времени ПН совершенствуется как один из основных элементов ПУ. Несоответствие уровня развития техники пуска ракет предъявляемым к ней требованиям послужило одной из причин того, что боевые ракеты не нашли широкого распространения в Европе до начала XIX века.

Пусковая направляющая современных РСЗО также является одним из основных узлов ПУ. Она служит для направления движения снаряда до момента достижения им расчетной скорости схода и надежного удержания его в ПН при наведении пакета и в процессе совершения марша. Трубчатые ПН, кроме того, обеспечивают защиту снарядов от механических и тепловых воздействий и атмосферных осадков.

Пусковая направляющая имеет узлы, предназначенные для решения дополнительных задач: обеспечения удобства при заряжании и разряжании, разгрузки ведущих элементов ПН на походе, создания усилия форсирования.

В соответствии с назначением ПН имеет следующие основные элементы:

–несущую конструкцию;

–ведущие элементы;

99

–замково-стопорное устройство;

–устройство для заряжания;

–механизмы крепления снаряда и ПН по-походному;

–устройство для запуска реактивного двигателя;

–устройство для защиты от газовой струи;

–устройство автоблокировки и взаимной замкнутости;

–устройство для связи с вертлюгом, подъемным и уравновешивающим механизмами;

–приспособления для выверки прицельных устройств. Назначение всех элементов очевидно. Отметим только назна-

чение замково-стопорных устройств и требования, предъявляемые к ним.

Замково-стопорные устройства служат для решения сле-

дующих основных задач:

– создания усилия форсирования, которое позволяет получить примерно одинаковые значения скоростей схода снарядов с ПН. Для штатных реактивных систем усилие форсирования составляет

6–10 Qр;

– удержания снаряда от смещения при пуске очередного сна-

ряда;

–удержания снаряда от смещений при транспортировании;

–фиксирования снарядов относительно электроконтатных устройств.

Эти задачи однозначно определяют и требования к ЗСУ. В практике нашли применение пружинные (БМ-14-17, БМ-24, БМ14, БМ ПТРК, БМ-21 и др.), рычажные (9П113), работающие на принципе трения (БМ-8-48), и смешанные ЗСУ.

Классификация пусковых направляющих и пакетов пус-

ковых направляющих. Анализ большого числа ПН пусковых установок всех типов позволяет разделить их на трубчатые и полозковые пусковые направляющие.

Трубчатые ПН создают замкнутый контур для движущегося в них РС. По конструкции трубчатые ПН можно разделить на следующие типы:

100