книги / Проектирование лафетов и противооткатных устройств артиллерийских орудий

ГЛАВА 1 ОТКАТ И НАКАТ СТВОЛА АО ПРИ ВЫСТРЕЛЕ

1.1. Воздействие выстрела на артиллерийское орудие

1.1.1. Давление пороховых газов в канале ствола при выстреле

Выстрел сопровождается высоким давлением пороховых газов в канале ствола. Различают три характерных вида давле­ ния: Р - среднее баллистическое по заснарядному объему; Ркн - давление у дна канала ствола; Рсн- давление у дна снаряда, при этом давление у дна снаряда ниже, чем давление у дна канала ствола. Для артиллерийских орудий эти давления связаны соот­ ношениями

где ф - коэффициент фиктивности массы снаряда (коэффициент Слухоцкого), определяемый выражением

г, 1 со

ф- ^ о + т — > 3 q

ф, - коэффициент, учитывающий половину массы заряда (коэф­ фициент Канэ)

Ко - коэффициент типа орудия.

В проектных расчетах рекомендуется принимать 1,08 для минометов, •1,05 для гаубиц, 1,03 для пушек.

Схема распределения давления Р по заснарядному про­ странству в некоторый момент времени представлена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Схема распределения давлений по заснарядному пространству

и дульное давление; £д,тп, /п - время вылета снаряда из канала ствола, время периода последействия и время конца периода последействия;

/д - длина калиберной части ствола

В процессе выстрела среднее баллистическое давление в канале ствола существенно изменяется. Различают три перио­ да изменения давления: предварительный, первый и второй. Предварительный период - от начала горения заряда до момента начала движения снаряда; первый период —от начала движения до момента вылета снаряда из канала ствола; второй —свобод­ ное истечение пороховых газов через дульный срез. Графики изменения среднего баллистического давления пороховых газов по времени и по пути движения снаряда для первого и второго периодов представлены на рис. 1.2, а, б.

1.1.2. Импульс силы давления пороховых газов на дно канала ствола

Влияние силы давления пороховых газов на дно канала ствола характеризуется величиной импульса этой силы. Разли­ чают суммарный импульс этой силы и его составляющие: им­ пульс на первом (jj) и втором (J2) периодах, которые опреде­ ляются из выражений

J \ = S \ Pdt = #Г0(р, , j 2=s)pdt = ®V0 оф-- ,

где Vo - дульная скорость снаряда; q, со - масса снаряда и заря­ да; S - площадь сечения калиберной части ствола; a - конструк­ тивная характеристика дульного тормоза; (3 - коэффициент по­ следействия газов, определяемый из приближенного выражения

К ' Импульс силы давления ПГ на дно канала ствола является

единственным источником энергии отката.

1.2.Свободный откат ствола

1.2.1.Откат-накат ствола при выстреле

Откат ствола используется для снижения усилий, дейст­ вующих на лафет во время выстрела. Это достигается за счет увеличения времени их действия. Различают три периода отката ствола: ускоренный, равномерный и замедленный. Аналогичные периоды имеют место и при накате ствола. График изменения параметров отката и наката ствола по времени и пути отката представлены на рис. 1.3, а, б.

Рис. 1.3. Законы изменения параметров отката и наката ствола по вре­ мени (а) и пути (б) движения ствола: W ,X ,t- скорость, путь и время отката и наката; X- длина отката

Различают два вида отката: свободный и торможенный. При свободном откате силы сопротивления отсутствуют. Сво­ бодный откат в основном представляет теоретический интерес.

1.2.2. Параметры свободного отката ствола

Скорость и путь свободного отката к моменту вылета сна­ ряда из канала ствола

приближенное время движения снаряда по каналу ствола

2/„

где q, V0- масса и дульная скорость снаряда; М0, 1й - масса от­ катных частей и длина капиберной части ствола; Wa, Ьл - ско­ рость и путь свободного отката к моменту вылета снаряда из ка­ нала ствола.

Скорость, путь и время свободного отката ствола к концу периода последействия пороховых газов определяются по при­ ближенным выражениям

K = L &+ M a,

где Рд - среднее баллистическое давление в канале ствола в мо­ мент вылета снаряда; S - площадь сечения канала ствола.

1.2.3. Энергия свободного отката ствола

Энергия свободного отката ствола является количественной характеристикой необходимой работы сил торможения отката. Энергия свободного отката определяется из выражения

E o = ^ M 0Wn2.

Это выражение может быть преобразовано к более удобно­ му для использования виду

где v - коэффициент приведения

Коэффициент приведения v является исключительно важной характеристикой при изучении процесса отката ствола.

1.3.Проектирование накатников

1.3.1.Противооткатные устройства

Противооткатные устройства (ПОУ) артиллерийского ору­ дия обеспечивают требуемые законы изменения параметров от­ ката и наката ствола при выстреле. В общем случае они вклю­ чают в себя следующие самостоятельные агрегаты: накатник, тормоз отката и тормоз наката. В настоящее время в основном используются пружинные и газовые накатники и гидравличе­ ские тормоза отката и наката. Тормоза отката и наката, как пра­ вило, выполняются как единый агрегат. Наиболее целесообраз­ ные варианты исполнения противооткатных устройств включе­ ны в ОСТы: накатники - в ОСТ ВЗ-2170-74, гидравлические тормоза - в ОСТ ВЗ-2171-74.

1.3.2. Накатники. Типовые схемы

Накатники служат: для частичного или полного торможе­ ния откатных частей; возвращения откатных частей в исходное положение; удерживания откатных частей в исходном положе­ нии при всех условиях эксплуатации.

PNRPU

ника следует отнести: зависимость его усилия от внешних усло­ вий; необходимость в сложных уплотнениях узлов сопряжения и регулярной его «подпитке»; большое трение в подвижных со­ единениях.

1.3.3. Конструктивные характеристики гидропневматического накатника

Конструктивные характеристики гидропневматического накатника (ГПН) определяются его схемой и законом изменения усилия. Расчетная схема ГПН представлена на рис 1.6.

Рис. 1.6. Схема гидропневматического накатника: d\, Z)n, DB, X, LH- диаметр штока, поршня и внешнего цилиндра; длина отката и длина накатника; Ah - зазор

Текущее рабочее усилие гидропневматического накатника в режиме отката и наката изменяется по показательному закону

где Ид, Н0 - необходимое минимальное усилие накатника

и приведенная высота столба воздуха в накатнике; Z = X - X; (О < X <Х); X, Z - путь отката и наката ствола. Коэффициенты Цотк и ц„ак, характеризующие силу трения, зависящую от давле­ ния воздуха в накатнике, определяются из выражений

Л„

ДА где —— - отношение, пропорциональное силе трения в сапьни-

А

ках, зависящей от давления воздуха в накатнике; к - показатель политропы. В проектировочных расчетах можно принять

1,25 < к <1,35; ^ - = 0,05.

А

Выражения для определения П(Х) и П(2) целесообразно за­ писать в виде

П(А) = Пд- Цотк,

ri(Z) = Ilz |i„aK,

где П^, П2 - номинальное текущее значение усилий накатника в режиме отката и наката, которые определяются выражениями:

Сомножитель в скобках, при Х= X, обозначают через т\

/\ к

( Но ] т= ------— ,

где т - степень сжатия воздуха в накатнике.

В артиллерийских накатниках степень сжатия воздуха ре­ комендуется отраслевым стандартом ОСТ ВЗ-2170-74. Она за­ дается различной для различных типов АО. В частности:

3 < т < 4 - для буксируемых АО,

5 < т < 6 - для самоходных АО.

Конструктивные характеристики гидропневматического накатника подразделяется на две группы:

а) задаваемые начальными условиями (X, т, к)\ б) определяемые в процессе проектирования.

Впроектировочных расчетах следует определить:

-необходимое минимальное усилие накатника - ГГ0;

-приведенную высоту столба воздуха в накатнике - # 0;

-диаметры поршня £>п> внешнего цилиндра DB, штока d\

идлину накатника LH;

-толщину стенки рабочего Zn и внешнего ZBцилиндров.

1.3.4. Проектировочные зависимости

Необходимое минимальное (начальное) усилие накатника и приведенная высота столба воздуха в накатнике определяются по известным зависимостям:

П0 = ^ H ( ^ O sin(Pm+i?/ ) »

где М0, фшмасса откатных частей и максимальный угол воз-

вышения ствола; Кц - коэффициент запаса по усилию.

Сила трения Ry определяется выражением

где f , улфп - коэффициенты Кулонова трения.

Номинальные (минимальное и максимальное) значения усилий накатника определяется соотношениями

В проектировочных расчетах для полевой артиллерии мож­ но принять