Научная статья на тему 'ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ЖИВУЧЕСТЬ СТВОЛОВ'

ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ЖИВУЧЕСТЬ СТВОЛОВ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
154
27
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПОРОХОВЫЕ ГАЗЫ / КАНАЛ СТВОЛА / НАГАР / ИЗНОС / КОРРОЗИЯ

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Стариков Николай Евгеньевич, Лаврушин Алексей Валентинович, Селифонтов Денис Олегович

Представлены результаты исследования влияния пороховых газов на конструкционные материалы стрелково-пушечного вооружения. Рассмотрены процессы механического износа деталей и узлов стрелково-пушечного вооружения, а также химическое и термическое воздействие пороховых газов на живучесть стволов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Стариков Николай Евгеньевич, Лаврушин Алексей Валентинович, Селифонтов Денис Олегович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

INVESTIGATION OF THE INFLUENCE OF POWDER GASES ON THE STRUCTURAL MATERIALS OF THE RIFLE AND CANNON ARMAMENTS

The results of the study of the effect of powder gases on the structural materials of small arms and cannon weapons are presented. The processes of mechanical wear of parts and assemblies of small arms and cannon armament, as well as the chemical and thermal effects of powder gases on the survivability of barrels are considered.

Текст научной работы на тему «ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ЖИВУЧЕСТЬ СТВОЛОВ»

Соболь Иван Игоревич, магистрант, младший научный сотрудник, sobol71universant@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

AUTOMATED SYNTHESIS OF THE PID-CONTROL ALGORITHM FOR AN ELECTRIC DRIVE WITH A

VALVE ACTUATOR

A.G. Efromeev, I.I. Sobol

The system of mathematical models of the valve actuator is presented. Under the condition Isd = 0

the mathematical model of the investigated valve machine in the coordinates d, q is simplified and becomes similar to the model of a DC motor. To generate a control signal in order to obtain the necessary quality and accuracy of the transient process, a method for automated synthesis of a proportional-integral-differentiating controller using the Response Optimization module, which is part of the Simulink Design Optimization package of the MatLab environment, is proposed. To check the obtained parameters of the controller, the system was modeled taking into account the influence of the load moment and bench experimental studies were carried out.

Key words: control algorithm, PID controller, non-contact torque motor, system of mathematical models of the actuating engine.

Efromeev Andrei Gennadevich, candidate of technical sciences, docent, age.sau@mail.ru, Russia, Tula, Tula State Universtiry,

Sobol Ivan Igorevich, student, sobol71universant@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State Universtiry

УДК 620.197

DOI: 10.24412/2071-6168-2023-1-187-193

ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ЖИВУЧЕСТЬ СТВОЛОВ

А.В. Лаврушин, Н.Е. Стариков, Д.О. Селифонтов

Представлены результаты исследования влияния пороховых газов на конструкционные материалы стрелково-пушечного вооружения. Рассмотрены процессы механического износа деталей и узлов стрелково-пушечного вооружения, а также химическое и термическое воздействие пороховых газов на живучесть стволов.

Ключевые слова: пороховые газы; канал ствола; нагар; износ; коррозия.

Поддержание хранящегося вооружения и военной техники в работоспособном состоянии, в готовности к боевому применению, во многом определяется их защищенностью от коррозии и биоповреждений. Военно-технические исследования, проводимые в рамках НИР «Резерв» во исполнение решения Главкома ВВС в масштабе Вооруженных Сил Российской Федерации (ВС РФ), позволили установить возрастание коррозионных и микробиологических повреждений материалов вооружения и военной техники (ВВТ), включая стрелково-пушечное вооружение (СПВ). С ними связано около 50 % выявленных отказов и неисправностей. Такие повреждения снижают готовность вооружения и военной техники к использованию по назначению, а в отдельных случаях приводят к полной утрате их функциональных свойств [1-4].

Другим важнейшим фактором, влияющим на изменение свойств материалов образцов СПВ, является химико-термическое воздействие на них, образуемое в процессе выстрела.

При этом происходят фазовые изменения состава тонкого поверхностного слоя, подтверждающего рентгеноструктурным анализом, проведенным в ходе исследования. Если в исходном состоянии основной структурной составляющей является фаза a-Fe, то для установившегося режима трения характерной особенностью является множество дополнительно хрупких фаз, интенсифицирующих развитие усталостных трещин. Интенсификация этих соединений показывает наличие окислов FeO, Fe2O3, Fe3O4, карбидов FeQ Fe3Q в тяжело нагруженных деталях устойчиво проявляется y-Fe-фаза. При этом разрушение поверхностных слоев происходит в последовательности: тепловой эффект ведет к появлению охрупченных фаз, увеличению прочностных характеристик и снижению пластичности. В то же время происходит выкрашивание хрупких фаз и цикл повторяется. Результат влияния и, как следствие, усталостное разрушение конструкционных материалов продемоестрированы на рис. 1.

187

* 4

и

Рис. 1. Влияние и последствия усталостного разрушения конструкционных материалов

Для деталей автоматики СПВ, где характерны жесткие режимы трения, очевидны процессы микросхватывания. Адгезия при этом играет свою роль трения в развитии процессов изнашивания, в значительной степени изменяет топографию поверхностей деталей СПВ.

Образуемое при этом повышенное содержание карбида железа может быть объяснено только диссоциацией молекул углекислот (основного продукта пороховых газов) по формуле (1):

2С02 = 2СО + 02 (1)

Продукт диссоциации (окись углерода) благодаря присутствию катализатора (карбида железа) также диссоциируется по формуле (2):

2С0 = С02 + С (2)

Таким образом, при взаимодействии деталей автоматики изделий СПВ на поверхности трения имеется свободный кислород и углерод, который диффундирует в поверхностные слои металла и за счет взаимодействий вида по формулам (3-4) образует химические соединения (окислы) и твердые растворы кислорода в железе:

+ С = ¥в3С, (3)

+ 2С0 = ¥е3С + С02 (4)

Эти механизмы изнашивания относятся к патологическим процессам, приводящим к катастрофическому изменению конструктивных параметров деталей автоматики СПВ и, как следствие, к отказу всего изделия в целом.

В процессе сгорания пороха в результате физико-химических превращений происходит изменение как внутренней, так и химической энергии компонентов системы вследствие преобразования химического состава. Начальная стадия горения пороха в определенной степени зависит от процесса его термического разложения. В индукционный период разложения пороха происходит по радиальному механизму и, как всякий цепной процесс, разложение нитроэфиров в порохе начинается с образования в системе свободных радикалов - окислов азота.

Процесс образования газовой фазы при термораспаде и ее состав во многом зависит от температуры и времени термораспада. Для нитроэфиров отношение СО2/СО с изменением времени термораспада изменяется по разному: для нитроглицерина это отношение практически не меняется, для пироксилина - повышается, причем абсолютная величина этого отношения для пироксилина в 5-6 раз больше, чем для нитроглицирина. Разгарно-эрозионное действие порохов на основе нитроглицирина намного выше, чем для пироксилиновых порохов.

Причиной этого явления высокая скорость реакции разложения, характеризуемая константной скорости распада, которая для нитроглицирина в 2,5-4 раза выше, чем для нитратов целлюлозы. Разгар-но-эрозионный эффект пороховых газов зависит, прежде всего, от количества окислов азота, поступивших в газовую фазу при термораспаде.

На состав продуктов распада большое влияние оказывает температура заряда. С повышением температуры уменьшается содержание СО, в результате чего повышается реакционная способность продуктов распада и значительно увеличивается содержание воды, сокращающий индукционный период термораспада нитроэфира. Вследствие этого увеличивается разгарно-эрозионное действие порохов, так как продукты горения пороха вступают в быстропротекающие химические реакции с металлом ствола, поверхностный слой металла разрыхляется, усиливаются окклюзией и цементация [5].

Основными компонентами пороховых газов являются СО, СО2, Н2О, Н2 и N в небольших количествах возможно также присутствие примесей КН3, СН4, N0, Н^ и следовых количеств кислородов. Массовые концентрации компонентов неравномерно распределены по поперечному сечению канала ствола, так как пограничный слой состоит из турбулентного ядра ламинарного пристенного слоя, который занимает -0,02 % всего пограничного слоя.

На поверхности канала ствола возможно окисление железа парами воды и окисью азота, а также сульфидирование железа примесью сероводорода по формуле (5):

Feme + H 2 О = Feüme + H 2гт 2Feme + 3H 2 О газ = Feü^ + 3H 2^

2Femä + 2NO2a3 = 2Feüme +N 2газ (5)

4Fenie + 6N О газ = 2FeÜ2me + 3N 2газ

Fema + H 2S газ = FeS me + 2H 2газ

Молекулярный водород, который выделяется в результате реакций на границе раздела фаз, в ряде случаев подвергается диссоциативной сорбции твердой поверхностью с последующей диффузией атомарного водорода в матрицу металла, что может приводить к изменению физических свойств приповерхностного слоя. Реакции железа с NO и H2S не имеют большого значения, поскольку они присутствуют в виде незначительных примесей в составе пороховых газов. Что касается реакций окисления железа парами воды, то образовавшиеся окислы железа сразу же должны восстановиться СО по формуле (6):

FeОmв + СОгаз = Feme + СО2газ Fe^e + 3СОгт = 2Feme + 3СО2газ

Аналогичным образом активно протекает восстановление окислов железа за счет карбидов железа по формуле (7):

Fe С + FЮ = 4Fe + СО (7)

Так как количество СО в пороховых газах вдвое превышает количество H2O, то очевиден активный восстановительный потенциал пороховых газов для окислов железа FeO™, что в значительной степени нейтрализует окислительное действие паров воды.

Легирующие компоненты входят в состав ствольных сталей в небольших количествах (4-6 %). Реакции легирующих элементов с компонентами пороховых газов, как правило, не происходят, за исключением паров воды, которые могут воздействовать практически со всеми компонентами сталей. Однако и для всех легирующих элементов среда пороховых газов является активно-восстановительной.

По отношению к хромовому покрытию агрессивными являются H2O и CO2, которые приводят к образованию окиси хрома по реакциям по формуле (8):

2Cr + 3H 2О = СгО3 + 3H 2

232 (8) 2Cr + 3СО2 = Сг2О3 + 3СО

Обе реакции протекают без изменения объема, поэтому агрессивность пороховых газов определяются отношениями H2O/H2 /CO. Как показывают расчеты, в пристенном слое наибольшая агрессивность газовой смеси достигается в начале нарезов и у дульного среза. Химическая эрозия от воздействия CO2 значительно превышают эрозию хромового покрытия от воздействия H2O. Это связано как с кинетикой реакций H2O и CO2 с хромом покрытия, так и с незначительной концентрацией H2O у поверхности по сравнению с концентрацией CO2. Как показали исследования химическая эрозия дает существенный вклад в суммарный износ покрытия канала ствола, начиная с 1/4 длины его нарезной части, в начале эрозия определяется другими факторами. Химическая эрозия наиболее заметна для систем оружия, которые отличаются низким темпом стрельбы.

Постоянно повышающиеся требования по энергетики порохов ведут к расширению области применения нитроглицериновых порохов и соответственно к увеличению доли химической эрозии в износе канала ствола.

В канале ствола в результате выстрела остается нагар, который представляет собой остатки от сгорания капсюльного состава и пороха, а также частички металла, соскобленные с пули (снаряда).

Нагар состоит из ряда элементов соединения, которые можно разделить на две группы:

- растворимы в воде соли: хлористый калий (KCl), сернокислый калий (K2SO4) и сернистокис-лый калий (K2SO3);

- нерастворимые в воде металлы и зола.

Растворимые соли получаются при сгорании капсюльного состава. Самой вредной солью является хлористый калий. При выстреле хлористый калий в виде пара распределяется в пороховых газах. Соприкасаясь с относительно более холодной поверхностью канала ствола пары хлористого калия (и других) солей конденсируются на ней. При последующих выстрелах поверхность ствола сильно нагревается, кристаллы хлористого калия приплавляются к стальной поверхности и образуют на ней слой. Хлористый калий конденсируется не только на открытых поверхностях канала, но и во всех трещинах, порах и углублениях.

Соли не только осаждаются, но и пропитывают весь остальной твердый нагар, сплавляясь с ним, образуя трудно удаляемую пленку.

Нерастворимая часть нагара состоит из золы и металлов: меди, цинка, свинца, олова и железа. Зола состоит из кремнезема, окиси алюминия и соединений железа.

189

Медь, латунь и цинк снимаются с оболочки пули (снаряда). Свинец переходит в нагар из донышка пули (снаряда), откуда он вымывается пороховыми газами. Олово остается в стволе от оловянной фольги, при-крытающей ударный состав в капсюльной чашке. Железо отрывается от поверхности канала ствола и оболочки пули (снаряда).

Соли, содержащие в нагаре, притягивают влагу из воздуха, поглощают ее, растворяются в ней. Эти растворы, находясь в канале ствола, вызывают усиленное ржавление.

Медь, томпак и латунь способствуют развитию коррозии стали, так как в присутствии растворов солей образуют с железом гальванический элемент. При этом они сами не разрушаются, а сталь усиленно ржавеет.

Ржавление приповерхностного слоя канала ствола начинается сразу, как только нагар увлажняется, поэтому канал ствола необходимо чистить сразу после стрельбы, когда он еще не остыл.

На рис. 2 показана схема развития коррозии в канале ствола автоматической пушки, не выгчи-щенной после стрельбы.

С мазка

Риска Риска

Омеднение

Рис. 2. Схема коррозии канала ствола, не вычищенной после стрельбы: а - до выстрела; б - после выстрела; в - после отпотевания; г - после ржавления; д - после чистки канала ствола

До выстрела (рис. 2, а) поверхность канала ствола покрыта тонким слоем смазки. После нескольких выстрелов (рис. 2, б) смазка сгорает, и поверхность канала ствола покрывается нагаром, который дополняет все поры и углубления; к поверхности приплавляются соли и образуют прочный слой, на котором лежит нагар. На поверхности канала отложится медь - след от пули (снаряда). После того как ствол остыл, и произошла конденсация влаги, соли ее поглощают и на поверхности канала (рис.2, в) образуется раствор. Если влаги мало, то раствор насыщается хлористыми и сернокислыми солями. Происходит коррозия (рис. 2, г), которая развивается по принципу неравномерной аэрации с образованием раковин в местах углублений и трещинок, а вблизи томпака раковины образуется под влиянием микроэлемента: сталь - [электролит] медь+, причем железо переходит в раствор, а на катодных поверхностях образуется щелочь. Соли железа, взаимодействую со щелочью, образуют ржавчину. После очистки канала от нагара и образовавшейся ржавчины трещины видно, что поры и риски не только углубились, но и расширились (рис. 2, д). Поверхность канала остается покрытой тонкой, но прочно приставшей пленкой окислов.

В хромированных стволах, вследствие наличия сквозной сетки трещин в хромовом покрытии, соли оседают на холодных стенках трещин и заполняют их. Из поглощенной влаги и солей образуется раствор, который доходит до стали. Сталь становится анодом, а хром катодом гальванического элемента и происходит коррозия стали под слоем хрома, способствующая отколу хрома [6].

На теплоотдачу стенкам ствола теряется около 10-20 % энергии метательного заряда. Интенсивность системы теплообмена со стенкой канала ствола зависит от состава и термодинамических свойств по-роховык газов. Разгарно-эрозионное действие пороховык газов на металл находится в степной зависимости от термических характеристик порохов по формуле (9):

Чму 0-ж

1м2

190

где qмl и qм2 - массы выносимого из канала ствола металла, кг; Qжl и Qж2 - калорийность рассматриваемых порохов, Дж/кг; п - показатель степени, меньший для пироксилиновых и больший для нитроглицериновых порохов.

Изменение разгарно-эрозионного действия пороховых газов в зависимости от их объема при данной температуре выражается зависимостью (10):

9м, ^

— (10)

9м2 ^

где Wг1 и Wг2 - объемы пороховых газов, см3.

Аналогичная зависимость установлена между разгарно-эрозионным действием газов и време нем их воздействия по формуле (11):

_ 11

9 м2 х2

(11)

где t1 и Ь - продолжительность воздействия пороховых газов на металл, с.

Разгарно-эрозионное действие пороховых газов практически не зависит от давления, а зависит от разности температуры газов и температуры плавления металла.

Температура взрывчатого разложения пороха связана с его состава. Нитроглицериновые пороха, обладающие температурой горения порядка 3400 оС, вызывают примерно в 3,5 раза большую эрозию, нежели пироксилиновые пороха, имеющие температуру горения 2500-2700 оС, при одинаковых массах зарядов.

При решении задачи о теплообмене между стволом и пороховыми газами, обычно пользуются уравнением Ньютона - Рихмана (12):

^ = а[Гг -Т(0,X)], (12)

где Q - количество теплоты, переходящее через единицу площади поверхности между газами и нагреваемой стенкой, Дж; а - коэффициент теплоотдачи, Вт/м2хоС; Тг - температура газов, оС; Т(0Д) - температура поверхности стенки, омываемой газами, оС; t - время, с.

Главной трудностью использования уравнения (12) для решения этой задачи является определение изменяющихся во времени значений а и Т.

Хорошую сходимость с экспериментальными данными дает формула (13):

42

а =

У 0,55

№ Г*' - ъ )

(13)

где W - свободный объем заснарядного пространства, см3; Т - относительная часть сгоревшего заряда, %; t - время, с; в - коэффициент, равный 3,1 для СПВ; S - площадь поперечного сечения канала ствола, см2; р - среднемассовая плотность газа, Дж; V - скорость газа в дульном срезе в периоде последействия, м/с.

Температура поверхности канала ствола зависит от интенсивности теплоотдачи пороховых газов и тепловой активности металла, характеризующей распространение тепла вглубь стенки. За время выстрела, исчисляемого тысячными долями секунды, успевает нагреться только тонкий слой металла, создавая у поверхности громадный температурный пик. В этих условиях при единичном выстреле можно пренебречь теплоотдачей с наружной поверхности и в осевом направлении, а также считать стенку ствола плоской и полубесконечной. При этом упрощение температура единичного элемента поверхности вы-

7]:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ражается следующей приближенной формулой (14)

Тхкн Т1 ^

3ЛхиТС (Т1)

х & ф—Х

х

(14)

где Тхкн - температура нагрева поверхностного слоя канала ствола в сечении, удаленном на расстоянии х от казенного среза, оС; Т1 - температура нагрева внутреннего слоя стенки, примыкающего к поверхностному слою, оС; tx - время прохождения пули расчетного сечения ствола, с; qx - количество теплоты, передаваемое пороховым газом на расстоянии х, отнесенное к единице поверхности канала, Дж.

Коэффициент теплоусвояемости материала ствола иге, Вт/м2 х оС, определяется по формуле

(15).

иге (Т) = ^С (Т1 )хСТе (Т1 )*р(Т1), (15)

где Лге (Т1) - коэффициент теплопроводности материала ствола, Вт/м х оС; Стс (Т1) - коэффициент

теплоемкости материала ствола, Вт/м х оС; р - плотность материала, кг/м3;

Подставляя в уравнение (12) зависимость (14) позволяет получить расчетное уравнение для определения величины qx по формуле (16):

T - Tн- 4 qx

dqx =а н 3^ (16)

dt i , 2 г——

1 + а 3 Vt - tx 3 лх»тс

Используемые в патронах пороха могут значительно изменять внутреннюю баллистику при изменении температуры заряда. Для некоторых порохов изменение температуры заряда в пределах ± 40 оС приводит к изменению начальной скорости до 12 %, а максимального давления пороховых газов - до 30 %. Это означает, что при стрельбе выстрелами, имеющими различную температуру, условия заряжания совершенно различны, что не может не отразиться на величине пороховых газов. Поэтому износ стволов, отстрелявшиеся в летний и зимний периоды, может значительно отличаться, причем определяющим параметром является не только разница в условиях охлаждения ствола вследствие неодинаковой температуры окружающего воздуха, сколько разница в температуре зарядов.

Решающее влияние на температуру приповерхностного слоя оказывают темп стрельбы и количество выстрелов в очереди. Как показано в работе Шипунова А.Г. [7] на примере стрельбы из 30-мм автоматической пушки, при темпе стрельбы Т = 1000 выстр./мин подводимое тепло уходит в глубь стенки ствола: температура на поверхности канала после 100 выстрелов равна 595 оС.

При Т = 3000-6000 выстр./мин температура возрастает до 850-1080 оС, так как тепло успевает распространиться на всю толщину ствола. С ростом числа выстрелов в очереди температура сначала интенсивно растет, затем интенсивно уменьшается.

Рассмотренные химические и термические воздействия влияют в первую очередь на живучесть

стволов.

Таким образом, увеличения живучести стволов можно достигнуть: тщательной обработкой поверхности канала; применением легированных сталей; хромированием с целью увеличения твердости поверхности канала ствола; применением пороха с возможно меньшей температурой горения; применением неоржавляющего капсюльного состава; рациональная конструкция ведущих поясков и некоторыми другими мерами.

Список литературы

1. Отчет о НИР «Резерв-15». Люберцы: НИЦ ЦНИИ ВВС Минобороны России, 2017.

146 с.

2. Стариков Н.Е., Лаврушин А.В., Науменко И.С., Старков Р.В. Защита изделий СПВ от микробиологических и коррозионных повреждений / В сб. докладов и выступлений научно-деловой программы Международного военно-технического форума «Армия-2019». М.: МО РФ, 2019. С 105-108.

3. Стариков Н.Е., Лаврушин А.В., Науменко И.С. Консервационные смазки и масла, применяемые для защиты изделий техники / Известия Юго-Западного государственного университета, научный журнал, том 25 №2/2021. С. 8-24.

4. Стариков Н.Е., Лаврушин А.В. Анализ конструкционных материалов, применяемых в современных образцах стрелково-пушечного вооружения, используемого в частях и соединениях ВДВ // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2018. Вып. 6. 2018. С. 229 - 236.

5. Зеленко В.Г. Влияние порохового газа на приповерхностный слой канала ствола на участке контакта с пулей // Труды 40 Государственного научно-исследовательского института МО РФ. Ломоносов, 2011. Выпуск 12 (4). С. 47-52.

6. Зеленко В.Г. Повышение живучести стволов стрелкового оружия путем применения противо-изностных триботехнических составов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2011. Вып. 1. С. 236-244.

7. Шипунов А.Г., Швыкин Ю.С. Живучесть стволов скорострельных пушек и способы ее обеспечения. М.: Машиностроение, 1978. 196 с.

Стариков Николай Евгеньевич, д-р техн. наук, профессор, starikov_taii@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Лаврушин Алексей Валентинович, канд. техн. наук, доцент, lavruchin. 78@mail.ru, Россия, Рязань, Высшее воздушно-десантное командное училище им. генерала армии В. Ф. Маргелова,

Селифонтов Денис Олегович, аспирант, denis-selifontov@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

INVESTIGATION OF THE INFLUENCE OF POWDER GASES ON THE STRUCTURAL MATERIALS OF THE RIFLE AND CANNON ARMAMENTS

A.V. Lavrushin, КЕ. Starikov, D.O. Selifontov 192

The results of the study of the effect of powder gases on the structural materials of small arms and cannon weapons are presented. The processes of mechanical wear of parts and assemblies of small arms and cannon armament, as well as the chemical and thermal effects of powder gases on the survivability of barrels are considered.

Key words: powder gases; barrel bore; carbon deposits; wear; corrosion.

Starikov Nikolai Evgenievich, doctor of technical sciences, professor, starikov_taii@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Lavrushin Aleksey Valentinovich, candidate of technical sciences, lavruchin. 78@mail.ru, Russia, Ryazan, higher airborne command school army general V.F. Margelov,

Selifontov Denis Olegovich, postgraduate, denis-selifontov@mail.ru, Russia, Tula, Tula State

University

УДК 623.9

DOI: 10.24412/2071-6168-2023-1-193-202

МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ УСЛОВИЙ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ

А.В. Игнатов, В. В. Русин, В. В. Сасалина, А. В. Добряков, А. Р. Санникова, С.И. Стреляев, О.А. Евланова

Изложена усовершенсmвованная меmодика моделирования условий внешней среды, предназначенная для оценки их влияния на сложные си^емы и комплексы наблюдения и дальномеmрирования. В ней учиmываеmся следующий перечень погодных факmоров: mемпераmура и влажно^ь воздуха; зениm-ный угол Солнца и сооmвеmсmвующий ему угол склонения, с/зимуш Солнца; скоробь и направление веm-ра; балльно^ь облачно^и; высоmа нижней границы облачно^и; меmеорологическая дальноть види-мо^и; вид и инmенсивносmь осадков, высоmы волн для морских регионов. Регионы, для коmорых прово-диmся моделирование, дополнены морскими и приморскими.

Ключевые слова: меmеорологические и акmиномеmрические условия, моделирование, морские и сухопуmные регионы.

Успешная работа сложных систем и комплексов наблюдения и дальнометрирования должна обеспечиваться в условиях различных климатических районов во все сезоны года и при достаточно широком спектре погодных условий. При проектировании и оценке эффективности таких систем важную роль играет математическое и компьютерное моделирование их работы с учетом влияния внешней среды. Для оценки этого влияниябыла разработана и использовалась математическая модель расчета погодных и актинометрических факторов в зависимости от климатического района и момента времени в течение года [1].

Перечень погодных факторов был сформирован на основе анализа процесса функционирования системы и ее взаимодействия с внешней средой, сюда вошли: температура и влажность воздуха; зенитный угол Солнцаи соответствующий ему угол склонения, азимут Солнца; скорость и направление ветра; балльность облачности; высота нижней границы облачности (НГО); метеодальность видимости (МДВ);вид и интенсивность осадков.

Список районов был ограничен шестью представительными сухопутными регионами бывшего СССР: Центральный район России (Москва); Украина (Киев); Прибалтика (Рига); Кавказ (Батуми); Средняя Азия (Ашхабад); Приморье (Владивосток).

Модель была в целом логически обоснована, опиралась на большой спектр имеющихся статистических данных [2,3], в ней с помощью ряда очевидных допущений, были отражены взаимосвязи между основными погодными факторами, например, при малом значении коэффициента облачности не наблюдались осадки, при отрицательных значениях температуры осадки выпадали в виде снега и т.д.

В дальнейшем потребовалось расширить список исследуемых сухопутных районов, добавив Север европейской части России (Мурманск), а также приморские и морские регионы в пределах территории бывшего СССР:

- Баренцево море - на побережье Мурманск;

- Черное море Северная часть - на побережье Одесса;

- Черное море Южная часть - на побережье Батуми;

- Балтийское море - на побережье Рига;

- Японское море - на побережье Владивосток;

- Каспийское море - на побережье Астара.

193

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.