CC BY
57
остается прежним. Однако меняется амплитуда этих изменений, что очевидно связано с процессами упрочнения и разупрочнения материала штифтов.
Список литературы
1. Балакин В.А. Трение и износ при высоких скоростях скольжения. М.: Машиностроение, 1980. 136 с.
2. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением: справочник. М.: Металлургия, 1973. 224 с.
3. Сопротивление материалов / Г.С. Писаренко [и др.]; под. ред. Г.С. Писаренко. Киев: Вища школа, 1986. 776 с.
4. Теплопроводность твердых тел: справочник/ под ред. A.C. Охоти-на. М.: Энергоиздат, 1984. 320 с.
5. Уонг X. Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров. М.: Атомиздат, 1979. 216 с.
УДК 623.52
В.В. Коврижкин, асп., (4872) 35-05-50,
В.Л. Петров, канд. техн. наук, докторант, (4872) 35-05-50 (Россия, Тула, ТулГУ)
АНАЛИЗ ПРИЧИН ОТКАЗОВ И ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ СРАБАТЫВАНИЯ ЗАРЯДА РАЗДЕЛЕНИЯ
Анализируются возможные причины отказов срабатывания заряда разделения и рассматриваются возможные варианты повышения надежности его срабатывания. Ключевые слова: надежность, математическое моделирование.
В разделяющихся на траектории реактивных снарядах (РС) к системе залпового огня широко используются газодинамические механизмы вскрытия и разделения. Типовая конструкция такого механизма (рис. 1) включает заряд разделения, задействование которого происходит под воздействием давления пороховых газов, поступающих из полости предварительного наддува головной части (ГЧ) 2 через огнепроводные отверстия 7 диаметром 4 мм, и, разрушая мембрану 6 корпуса заряда, воспламеняют пороховой заряд 5. Разрывная мембрана имеет кольцевое утонение в центральной части, разрыв мембраны происходит в зоне кольцевого утонения.
Следует заметить, что теоретически, срабатывание заряда разделения может происходить от нагрева корпуса пороховыми газами, поступающими из отсека предварительного наддува в отсек разделения через кольцевой зазор 8 между поршнем 3 и оболочкой 1 или от нагрева разрывной
мембраны в зоне кольцевого утонения. Однако несмотря на указанные возможности в процессе стендовой отработки кассетной ГЧ были зафиксированы одиночные отказы срабатывания заряда разделения, причиной которых являлась возможность преждевременного срабатывания элементов форсирования 4 (разрушение разрывных болтов) из-за поступления пороховых газов из отсека предварительного наддува через кольцевой зазор А между поршнем и оболочкой ГЧ. Подобная причина, на наш взгляд, маловероятна, поскольку, как показывают расчеты, время создания давления разрушения мембраны корпуса заряда разделения гораздо меньше времени создания давления в полости разделения, необходимого для разрушения элементов форсирования.
Рис. 1. Типовая конструкция механизма разделения РС
Проанализируем подробнее процесс срабатывания заряда разделения. В процессе поступления газа под мембрану заряда разделения через четыре отверстия диаметром 4,2 мм происходит деформация мембраны и образуется некоторый объем в виде шарового сегмента с диаметром основания, равным диаметру корпуса заряда разделения с12 и высотой И, равной стрелке прогиба мембраны. Стрелку прогиба в центре мембраны можно определить из соотношения [2]
И = 0,662Яз
Р ГО 4
Е І2Н) 5
1
где Е - модуль упругости первого рода; Н- толщина мембраны.
тс/?
Объем шарового сегмента ж = —(/г2 + Зг2), а площадь поверхности
2 2
сегмента 5'с = л (г + И ), где г = с12 / 2, что позволяет определить геометрические характеристики полости под мембраной.
Максимальное напряжение
Е
2 Н
Используя значение а^=128 МПа для алюминия, из последнего выражения можно получить значение давления, при котором происходит раз-
2
рыв мембраны толщиной 0,4 мм. Это давление составляет р =0,106 МПа, что более чем на порядок выше давления, на входе в канал, соединяющий полость предварительного наддува с зарядом разделения (это давление меняется в процессе заполнения полости предварительного наддува в пределах от 1 до 5 МПа). Учитывая, что в процессе отработки были зафиксированы случаи отказа срабатывания заряда разделения, можно сделать вывод, что приведенный выше расчет необходимого давления для разрушения мембраны воспламенителя не отражает реальной картины процесса.
Основная причина несоответствия расчета разрушения по приведенным выше зависимостям, на наш взгляд, заключается в том, что они не учитывают динамику процесса нагружения мембраны. При поступлении газа под мембрану происходит ее деформация, образуется объем в виде шарового сегмента, и поступающий газ распределяется по этому объему. В результате этого давление под мембраной будет значительно ниже, чем на входе в канал. Одновременно с этим значительно понижается температура газа в полости под мембраной из-за расширения газа и интенсивного теплообмена с элементами конструкции, ухудшаются также условия воспламенения заряда разделения.
Для расчета процесса срабатывания заряда разделения в динамике воспользуемся математической моделью процесса заполнения полости в термодинамической постановке. При этом параметры на входе в каналы будем задавать в соответствии с полученным решением для процесса предварительного наддува полости кассет с боевыми элементами, полученным из точного решения задачи в газодинамической постановке. Давление будем задавать в функции от времени с использованием табличной функции, а температуру примем равной среднему значению 900 К.
Сам расчет удобно представить в виде следующего алгоритма.
Перед расчетом зададим некоторое значение начального объема между мембраной и поршнем, определяемое начальной величиной стрелки прогиба, приняв, например, /7 = 1 мм.
1. Для заданного шага по времени определяем массу газа, прошедшую через каналы 7 и 8.
2. С помощью уравнения сохранения энергии и уравнения состояния определим параметры газа (давление р и температуру Т) после расширения его в объеме под мембраной и теплопотерь в стенки конструкции.
3. Рассчитываем распределение температуры по толщине мембраны.
4. Для найденного давления р определяем новый объем под мембраной и максимальные напряжения в мембране.
5. Повторяем вычисления с п.1 до момента, когда температура в наружном слое мембраны превысит температуру вспышки ДРП.
Проведенный по данной схеме расчет показал, что давление под мембраной достигает давления разрушения по истечению 40 мкс, в то же
время температура на тыльной поверхности мембраны достигает температуры вспышки, примерно, на 850 мс (рис. 2). Учитывая, что длительность процесса разделения составляет порядка 100 мс, можно сделать вывод, что воспламенение заряда разделения от прогрева мембраны маловероятно. Воспламенение заряда может происходить только от разрушения разрывной мембраны.
Рис. 2. Изменение температуры внутренней поверхности мембраны от времени при толщине 0,2 мм
Возникающие отказы срабатывания заряда разделения, на наш взгляд, возникают из-за того, что корпус заряда находится в состоянии, напоминающем гидростатическое сжатие. Давление под мембраной деформирует ее, однако одновременно деформируется корпус заряда из-за заполнения запоршневого объема пороховыми газами через зазор между поршнем и оболочкой. Внутренняя часть корпуса заряда содержит порох насыпной плотности, который сжимается и не дает мембране достичь деформаций разрушения.
Для повышения надежности срабатывания заряда разделения необходимо провести конструктивную доработку системы воспламенения заряда разделения.
С этой целью можно реализовать следующие конструктивные мероприятия.
1. Снизить поступление пороховых газов через кольцевой зазор, выполнив на цилиндрической части поршня обтюрирующие канавки или использовав уплотнительный элемент.
2. Снизить плотность заряжания, увеличив объем корпуса воспламенителя без увеличения массы заряда.
3. Выполнить внутри воспламенителя перфорированную распорную втулку, опирающуюся на мембрану воспламенителя по краю утонения.
4. Использовать механизм принудительного вскрытия заряда разделения.
Последняя рекомендация была реализована в процессе доработки конструкции кассетной БЧ 9Н539 и кассетной БЧ для противотанкового
минирования местности и защищена патентами РФ [2, 3]. Схема дорабо тайного устройства приведена на рис. 3.
7 9
Рис. 3. Механизм принудительного вскрытия заряда разделения
Для обеспечения надежного вскрытия заряда разделения в полости между поршнем 3 и мембраной 5 порохового заряда разделения расположен механизм принудительного вскрытия, выполненный в виде школьника 10 в форме пластины с острием, закрепленной одним концом на поршне, и дополнительного порохового заряда 9 в корпусе из легкоплавкой полиэтиленовой пленки ПЭТФ.
В процессе разделения при поступлении пороховых газов через канал 7 срабатывает промежуточный пороховой заряд 9, под действием давления происходят поворот накольника и вспарывание корпуса заряда разделения. После вскрытия корпуса и воспламенения заряда разделения продукты горения заполняют запоршневую зону и обеспечивают срабатывание механизма форсирования и выдвижение кассеты с БЭ из оболочки БЧ.
Список литературы
1. Прочность, устойчивость, колебания: справочник в трех томах. Т.1,2/ под ред. И.А. Биргера, Я.Г. Пановко. М.: Машиностроение, 1968. 831 с.
2. Кассетная головная часть для противотанкового минирования местности: пат. 2137086, МПК6 F42B 12/58. № 97119319/02, заявл. 10.11.97; опубл. 10.09.99. Бюл. № 25.
3. Кассетная боевая часть: пат. 2190183, МПК6 F42B 12/58. № 2001124502/02, заявл. 05.09.01; опубл. 27.09.02. Бюл. № 27.
V. V. Kovrigkin, V.L. Petrov
ANALYSIS OF FAILURES CAUSES AND RELIABILITY OF CHARGE OF DIVISION OPERA TION INCREASING
Possible causes offailures of operation of a charge of division and possible variants of increasing of reliability of its operation are considered.
Key words: reliability, mathematical modeling.
