CC BY
63
УДК 531.38; 623.443
О ПОСТАНОВКЕ НОВЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО КУРСУ «ВНУТРЕННЯЯ БАЛЛИСТИКА СТВОЛЬНОГО
ОРУЖИЯ»
С.П. Корнеев, Ю.С. Ескина
Рассматриваются теоретические основы и некоторые практические аспекты постановки новых лабораторных работ по курсу «Внутренняя баллистика ствольного оружия».
Ключевые слова: баллистика, внутренняя баллистика, период последействия, лабораторная работа.
Повышение эффективности и надежности, равно как и дальнейшее совершенствование стрелкового оружия, невозможны без качественной подготовки специалистов-оружейников [1].
Курс «Внутренняя баллистика ствольного оружия» является одной из ключевых дисциплин для подготовки инженеров по специальности 17.05.02 «Стрелково-пушечное, артиллерийское и ракетное оружие». Без глубокого понимания закономерностей внутрибаллистического процесса невозможна качественная подготовка специалистов-оружейников, то есть их готовность к разработке, производству, испытанию и эксплуатации образцов стрелково-пушечного, артиллерийского и ракетного оружия на основе сформированных компетенций, определяющих уровень развития личностных качеств и характеризующих его способность и готовность выполнять профессиональные функции [1].
В практике преподавания курса «Внутренняя баллистика ствольного оружия» на кафедре «Стрелково-пушечное вооружение» всегда уделялось значительное внимание проведению огневых лабораторных работ, связанных со стрельбой из реальных образцов стрелкового оружия. Огневые работы позволяют студентам на практике познакомиться с полигонным испытательным и измерительным оборудованием, с особенностями реальной эксплуатации образцов оружия; способствуют более глубокому пониманию лекционного материала, благодаря чему, несомненно, повышается общее качество подготовки специалиста-оружейника.
С определенным сожалением можно констатировать, что далеко не все разделы курса внутренней баллистики оказались «охвачены» проводимыми лабораторными работами. До недавнего времени огневые работы охватывали в основном пиродинамический и термодинамический периоды выстрела; в меньшей степени - предварительный период. Процессы, имеющие место в периоде последействия, не рассматривались в рамках лабораторных работ. Но движущий импульс механизма автоматики создается как во время движения снаряда по стволу, так и после его вылета в периоде последействия, а на образцах оружия с газоотводным двигателем
235
автоматики последний период является преобладающим. Поэтому при проектировании автоматического оружия важно знать параметры состояния порохового газа в канале ствола как в пиродинамическом периоде, так и в периоде последействия с одинаковой точностью [4].
Непосредственное измерение параметров состояния порохового газа в периоде последействия невозможно, и для этой цели необходимо использование косвенных либо расчетных методов. Авторы статьи под руководством д.т.н., проф. Смирнова Ю.П. проводят экспериментальную работу по измерению скорости центра масс газопорохового облака в периоде последействия, на основании которой были созданы две новых лабораторных работы по курсу «Внутренняя баллистика ствольного оружия».
Теоретическое обоснование поставленных работ. Для
определения баллистического импульса и дульной скорости пороховых газов, истекающих из канала ствола, авторы статьи предлагают использовать баллистический маятник.
Баллистический импульс можно определить как сумму импульсов пули и истекающих из канала ствола пороховых газов, т.е.
3 = mv0 + цП, (1),
где т - масса пули; у0 - дульная скорость пули; л - масса заряда (мы предполагаем, что пороховой заряд полностью обращается в газы, и, таким образом, масса пороховых газов равна массе заряда) и П - скорость центра масс истекающего из канала ствола газового облака.
Выражение (1) можно преобразовать к следующему виду:
3 =
' и ц
т +—ц
V
V =(т + Ь-тк. (2)
/
В этом выражении величина отношения скорости газового облака к дульной скорости пули в = и^0 называется коэффициентом действия порохового газа.
Зная величины баллистического импульса 3 и дульной скорости пули v0, можно вычислить значение коэффициента действия порохового газа.
Величину баллистического импульса легко определить экспериментально при помощи баллистического маятника (рис. 1). Баллистический маятник [2] состоит из подвеса и люльки, в которой укрепляется образец оружия. При выстреле сила отдачи оружия Рг действует на люльку и отклоняет баллистический маятник от положения равновесия. По максимальной величине угла фтах отклонения платформы от положения равновесия можно определить баллистический импульс [2].
Люлька баллистического маятника и закрепленное на ней оружие совершают круговое поступательное движение (рис. 1) с радиусом кривизны траектории каждой точки, равным длине подвеса I. В качестве
обобщенной координаты, определяющей положение маятника в текущий момент времени, целесообразно принять угол отклонения подвеса от положения равновесия ф (рис. 1).
Применяя основные теоремы динамики [3], запишем уравнения движения центра масс баллистического маятника [2] (рисунок):
| Мхс = Рг - (#1 + N2 )яп ф, [Мус = -Мё + (N1 + N2 )соб ф.
Расчетная схема баллистического маятника
Выразив компоненты координат, скоростей и ускорений центра масс маятника через длину подвеса /, подставим эти компоненты в систему (3) и исключим реакции связей, получив таким образом уравнение движения баллистического маятника. Произведя тождественные преобразования и проинтегрировав данное уравнение, мы получим зависимость [2], связывающую баллистический импульс и максимальный угол отклонения баллистического маятника фтах:
3 = Мд/2^/(1 - сов фтах) , (4)
где М - масса маятника, складывающаяся из массы люльки Мл, оружия Мор и патрона Мп (то есть, М = Мл + Мор + Мп ); ё - ускорение свободного
падения (9,81 м/сек ); / - длина подвеса маятника.
Для определения коэффициента действия порохового газа выразим в из уравнения (2) и подставим в получившееся равенство соотношение (4) для баллистического импульса; в итоге можем записать
2 ё/ (1 - со8фтах)
Р = ^---^ • (5)
т
Таким образом, коэффициент действия порохового газа (а следовательно, и скорость центра масс газового облака) можно определить экспериментально: баллистический импульс 3 определяется при помощи баллистического маятника; а техника измерения дульной скорости пули у0 хорошо отработана.
Краткое описание поставленных лабораторных работ. На основе приведенных выше теоретических положений, авторы статьи разработали методические указания и провели в учебных группах 4-го курса
специальности 17.05.02 две лабораторных работы. Первая работа была посвящена определению импульса отдачи оружия и определению средней скорости центра масс газопороховой смеси при выстреле холостым патроном, вторая - определению коэффициента действия порохового газа при выстреле боевым патроном.
В лабораторных работах используется баллистический маятник, имеющийся в лаборатории «Надежности» кафедры «Стрелково-пушечное вооружение» и характеризующийся следующими конструктивными параметрами:
Длина подвеса 1=1,53 м.
Масса люльки маятника Мл=16,2 кг.
Масса оружия Мор, масса патрона Мп и масса порохового заряда ц зависят от испытуемого образца и типа патрона.
Для определения дульной скорости пули в ходе второй работы используется рамочный баллистический хронограф ИБХ-АСС-0013 «Стрелок», который обеспечивает относительную погрешность измерения скорости не более 0,5%.
Объектом исследования в первой из поставленных авторами работ была драгунская трёхлинейная винтовка обр.1891 года, принадлежащая одному из авторов статьи; во второй работе - 5,45-мм автомат Калашникова АК-74.
Порядок проведения двух новых работ достаточно традиционен для огневых работ, проводимых на кафедре «Стрелково-пушечное вооружение». Вначале ведущий работу преподаватель излагает теоретические положения работы, техник-лаборант производит подготовку и настройку экспериментального оборудования. После обязательного инструктажа по мерам безопасности каждый студент заряжает испытуемое изделие одним патроном и производит выстрел дистанционным способом (при помощи электроспуска). В итоге экспериментальной стрельбы студент считывает показания с измерительных приборов (угол отклонения баллистического маятника в первой работе; угол отклонения маятника и дульную скорость пули во второй работе). Исходя из экспериментальных данных, каждый студент рассчитывает получившиеся в его случае баллистический импульс, коэффициент действия порохового газа и скорость центра масс газового облака. Результаты опытов, проведенных всеми студентами группы, сводятся в общую таблицу, после чего производится статистическая обработка полученных результатов (определение математического ожидания и доверительных интервалов измеряемых величин).
В итоге каждый студент оформляет отчет по лабораторной работе, содержащий цели и задачи работы, краткое описание проведенного эксперимента, сводную таблицу результатов опытных стрельб и выводы по работе. Защита работы проводится традиционным способом, путем собеседования с преподавателем.
Таким образом, авторам статьи, используя достаточно простые средства эксперимента, удалось поставить две новых лабораторных работы по курсу «Внутренняя баллистика ствольного оружия». Введение в практику преподавания упомянутой дисциплины этих работ позволит добиться лучшего понимания студентами процессов, протекающих в периоде последействия, что несомненно позволит повысить общее качество подготовки выпускников специальности 17.05.02. Также в ходе данных лабораторных работ студенты смогут усовершенствовать свои навыки безопасного обращения с огнестрельным оружием.
Авторы выражают глубокую благодарность своему руководителю, д-ру техн. наук, проф. Ю.П. Смирнову за подробное обсуждение темы настоящей статьи. Также авторы благодарят канд. техн. наук, доцента А.М. Кудряшова и техника 1-й категории А.Н. Мужилова за большую помощь в подготовке экспериментальной части работ.
Список литературы
1. Ескина Ю.С., Ранних В.Н. Роль и место ЭБ-анимации в качественной подготовке будущих специалистов-оружейников // Сборник статей по материалам VI Международной очно-заочной научно-практической конференции «Молодые ученые в решении актуальных проблем педагогики высшей школы». Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. С. 1Э6-140.
2. Корнеев С.П., Ескина Ю.С. К вопросу об измерении дульной скорости пороховых газов при выстреле холостым патроном // XVI Всероссийская научно-техническая конференция студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых «Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов»: материалы докладов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. С. 51-57.
3. Лойцянский Л.Г., Лурье А.И. Теоретическая механика. М.: Научгиз, 1955.
4. Платонов Ю.П. Термогазодинамика автоматического оружия. М.: ООО «Изд-во «Машиностроение», 2014.
Корнеев Сергей Павлович, доц., korneev87@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ескина Юлия Сергеевна, студентка, korneev87@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
SOME NOTES ABOUT SETTING UP NEW LABORATORY WORKS IN INTERNAL
BALLISTICS
S.P. Korneyev, J.S. Yeskina
The theoretical basis and practical aspects of setting up new laboratory works in internal ballistics are described.
Key words: ballistics, internal ballistics, period of after-action, laboratory work.
Korneyev Sergei Pavlovich, assistant professor, korneev8 7@ mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
