CC BY
28
ИССЛЕДОВАНИЕ И ИЗЫСКАНИЕ СИЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ
ОТКАТУ ПРИ СТРЕЛЬБЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ПРОЕКТИРОВАНИЯ
САМОХОДНОГО АРТИЛЛЕРИЙСКОГО КОМПЛЕКСА НА БАЗЕ
БУКСИРУЕМОЙ ПУШКИ 130 ММ-М46 НА КОЛЕСАХ 1 2 Фам Куок Хоанг , До Мань Тунг Email: Фам[email protected]
1Фам Куок Хоанг - кандидат технических наук, доцент, директор, технологический центр; 2До Мань Тунг - кандидат технических наук, заведующий лабораторией, лаборатория технологии машиностроения, Государственный технический университет им. Ле Куи Дона, г. Ханой, Социалистическая Республика Вьетнам
Аннотация: сила сопротивления откату буксируемой пушки 130 мм-М46 является силой, действующей на артиллерийскую стойку при стрельбе. В данной статье представлена математическая модель буксируемой пушки 130 мм-М46 для решения задачи динамики определения законов изменений: давления пороховых газов в стволе пистолета, скорости снаряда и силы сопротивления откату при выстреле. Результат расчета является важным входным параметром для расчета проектирования системы рамы и деталей, соединяющих пушку с транспортным средством на базе буксируемой пушки 130мм-М46 на колесах.
Ключевые слова: буксируемая пушка 130 мм-М46, внутренняя баллистика, автомат, сила сопротивления откату.
RESEARCH AND INVESTIGATION OF THE ROLLBACK RESISTANCE
FORCE DURING FIRING FOR CALCULATING THE DESIGN OF A
SELF-PROPELLED ARTILLERY COMPLEX BASED ON A TOWED
130MM-M46 CANNON ON WHEELS 12 Pham Quoc Hoang , Do Manh Tung
1Pham Quoc Hoang - PhD of Technical Sciences, Associate Professor, Director of Center,
TECHNOLOGY CENTER; 2Do Manh Tung - PhD of Technical Sciences, Head of the Laboratory, LABORATORY OF ENGINEERING TECHNOLOGY, LE QUY DON UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY, HANOI, SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM
Abstract: the pullback force of the towed 130mm-M46 gun is the force acting on the artillery rack when firing. This article presents a mathematical model of a towed 130mm-M46 gun for solving the problem of dynamics of determining the laws of change: the pressure of gunpowder gases in the barrel of the gun, the velocity of the projectile and the force of resistance to recoil when fired. The calculation result is an important input parameter for calculating the design of the frame system and parts connecting the gun to the vehicle based on the towed 130mm-M46 cannon on wheels. Keywords: towed gun 130mm-M46, internal ballistics, automatic, rollback resistance force.
УДК 608.1:608.2
1. Введение
В современной войне, когда противник использует высокотехнологичное оружие, традиционные буксируемые пушки показывают свои недостатки: отсутствие маневренности и гибкости, длительное время развертывания, процесс подготовки сложно, тяжело и требуется много стрелков. Таким образом, эти буксируемые пушки легко уничтожаются в реальной битве, в особенности, когда у противника имеется хорошая
противоартиллерийская способность с использованием быстрых обнаружений целей и устройств атаки.
В целях продвижения преимуществ и ограничения недостатков буксируемых пушек, в настоящее время, во многих странах мира проведены их усовершенствования на военно-транспортных средствах на колесах, образующих самоходные артиллерийские комплексы. Для этого необходимо спроектировать соединение между пушкой и базовым транспортным средством (обычно система с твердой рамой) и деталью, связывающей транспортное средство с землей при стрельбе (обычно аутригер). Эти соединенные детали имеют высокую жесткость и прочность, значительно влияют на точность выстрела. Во время стрельбы, основной нагрузкой, действующей на соединенные детали, является сила сопротивления откату, имеющая важное значение для расчета проектирования системы рамы и деталей, соединяющих пушку с транспортным средством. В данной статье рассмотрена сила сопротивления откату пушки 130 мм-М46.
2. Математическая модель определения силы сопротивления откату буксируемой пушки 130 мм-№46 при выстреле
Типом тормоза отката буксируемой пушки 130мм-М46 является гидравлический демпфер (рис. 1).
1 2 3 4 5
Рис. 1. Схема тормоза отката: 1. Цилиндр тормоза отката; 2. Поршень; 3. Отверстие для слива масла; 4. Шток поршня; 5. Регулирующий шток; 6. Траншея; 7. Регулирующее кольцо
Когда шток двигается в обратном направлении, поток масла w1 - w2, w6 - w3 из отсека I в отсеки II и III, поток масла w4 - w5 из отсека I в отсек II через зазор между поршнем и цилиндром тормоза отката (рис. 2). Давление масла на рабочей поверхности поршня при движении обратного хода создает гидравлическое тормозное усилие ФL, действующее на
обратный блок. Это основной компонент силы сопротивления откату, определенной по формуле (1):
R = ФЬ +П + Rf+ Q0 (1)
H
где: П = П (-0—)" - тяга на сжатом воздухе; П0 - начальная тяга; H0 - высота
H0 - X
первоначального преобразования объема газа; n - многомерный индекс; Rf = Q0 (fms cos ty + v) - сила трения; fms - коэффициент трения направленного желоба; v -коэффициент отношения силы трения к весу обратного блока; Q0 - вес обратного блока.
ф,
dX
/4 W, W6
Рис. 2. Расчетная модель гидравлического тормозного усилия Гидравлическое тормозное усилие ФL определяется по общей формуле (2) [1, 2, 3]:
( У
Ahl ~ AV + + +C3b
Ф L =
¿\k р
Ч
(Ahl AV) + Л hl V k^h q2
V
(2)
. . Я ,2
где: Ам - площадь рабочей поверхности отсека ствола: Аы = — ах ; С - наружный
диаметр штока поршня; Ау - площадь регулирующего кольца: а =— С2; Су - диаметр
у 4 у
регулирующего кольца; Аы - площадь рабочей поверхности поршня: а ы = — (Б2 — С2) - при
движении обратного хода и а =—(Б2 — С2) - при движении прямого хода; р\ - давление
ы 4 V у/
масла в отсеке I и в поршне; р3 - давление масла в отсеке III; £3- коэффициенты
управления:
+ Если ф >= 340 (соответствует короткому обратному ходу): £ = 0; £2 = 1; = 0 , + Если ф < 200 (соответствует длинному обратному ходу): £ = 1;£2 = 0;£3 = 1 если X < 0.81 и £ = 1;£2 = 0;£3 = 0 если X >= 0.81.
кх - коэффициент сопротивления основного тока: -= к1; к - коэффициент
£2
сопротивления дополнительного тока через зазор между цилиндром тормоза отката и поршнем: = к'; к2 - коэффициент сопротивления дополнительного тока к тормозному
е52
1+ С3 ,
отсеку: -2— = к2; ах - площадь зазора между регулирующим штоком и регулирующим
£з
кольцом: а =—( С2 — 81) ; Ь - площадь зазора между тормозным блоком и поршнем. х 4 V у х)
3. Математическая модель внутренней баллистики и динамики автомата пушки 130 мм-M46
Работа тормоза отката состоит из двух этапов: обратный и прямой ходы [2, 5]. * Обратный ход: При стрельбе, под действием давления ствол пушка отодвигается, а шток поршня также отодвигается по корыту пушки. При этом, масло в заднем отсеке поршня (в отсеке I) течет двумя путями: 1 - через 8 отверстий в поршне, через зазор между
регулирующим штоком и регулирующим кольцом в передний отсек поршня (отсек II); 2 -через 8 отверстий в поршне, через 8 отверстий в штоке, через центральное отверстие в поршень (отсек III).
* Прямой ход: Истощение энергии, толкающая пружина подтолкнет ствол пушки вверх, шток поршня также перемещается вверх. При этом, масло в передним отсеке поршня (отсек II) течет через 8 отверстий в поршне в задний отсек поршня (отсек I). Масло в центре поршня (отсек III) сжимается через зазор между цилиндром тормоза и двумя канавками, через центральное отверстие в поршень и через 8 отверстий в поршне в задний отсек поршня (отсек I).
3.1. Система дифференциальных уравнений внутренней баллистики
a. Предположение о внутренней баллистике [4]:
- Метательный заряд горит в соответствии с геометрическим правилом огня;
- Второстепенные работы пороховых газов соответствуют с главной работой, переводят снаряд в линейное движение с учетом коэффициента увеличения ф;
- Условие давления не изменяется и равно среднему давлению р; Ингредиенты продуктов сгорания неизменны;
- В моменте, когда давление пороховых газов достигает давления нагнетания р0, ремень снаряда отключается и снаряд начинает двигаться;
- Показатель адиабаты к=1+ 6 постоянен и равен его среднему значению в диапазоне температур от температуры сгорания метательного заряда до температуры метательного заряда во время выхода снаряда из ствола.
b. Система дифференциальных уравнений внутренней баллистики: построена в соответствии с предположением, указанным выше, в том числе 6 дифференциальных уравнений следующего вида (3) [4, 5]:
dv рБ dt 1 фт
сИ е
И
СЪ _ р
= Ь2
(3)
dt
С^ = %(1 + ) ^ 4 ' dt
dt
Ср 1
+ 2^) ^ + д у ' dt dt
г „ . . сХ ,, ... СУ dW f ю%(1 + 2Хх) — -(k-1)фту— - р —
dt dt
где: у - скорость движения снаряда в стволе; р - давление внутренней баллистики; Б -площадь поперечного сечения ствола; ф - коэффициент определения второстепенных работ; т - масса снаряда; I - расстояние движение снаряда в стволе; х - горящая толщина метательного заряда; 1к - импульс силы пороховых газов; ц - количество метательного заряда сгорело; х, ^ - характерная форма метательного заряда; Ш - объем пространства за дном боеприпасов; а - коэффициент; д - плотность наполнения; а> - масса метательного заряда; / -сила метательного заряда; к - показатель адиабаты; С1 С2 - управляющие переменные.
3.2. Основное уравнение движения обратного блока
Дифференциальное уравнение движения обратного блока имеет вид [3, 4]:
' су = р - я
< dt М0 (4)
сх , dt
где: У- скорость обратного блока; М0 - масса обратного блока; Р^ - совокупность сил, действующих на ствол: р = рБ - соответствующий периоду движения снаряда в стволе
-1
(td < ?), Р^ = Браеь - соответствует последнему периоду действия (1ё < 1 < 1к) и Р^ = 0
- соответствует инерционному движению (1 > 1к ); 1к = 1а +т; т - время, последний
период действия пороховых газов; Ь - коэффициент Бравина.
Таким образом, полученные модели внутренней баллистики и динамики автомата пушки 130мм-М46 состоят из 8 дифференциальных уравнений (3), (4) с 8 независимыми переменными. Поставляя результаты решения системы уравнений (3) и (4) в (1) и (2), получается сила сопротивления откату пушки 130мм-М46 при выстреле. 4. Результат
Используются численный метод Рунге-Кутты четвертого порядка и программа расчета МайаЬ для решения системы дифференциальных уравнений (3), (4) с входными параметрами и условиями, показанными в таблице 1.
Таблица 1. Входные параметры пушки 130 мм-М46
Название Значение Единица
Калибр 130 мм
Длина ствола 5,86 м
Длина ствола (с дульным тормозом) 7600 мм
Длина ствола (без дульного тормоза) 7150 мм
Начальное давление при отжимании 56 + 2 кг /см
Длина обратного хода ствола:
Длинная +70 1250 -150 мм
Короткая 775 + 40 мм
Ограниченная 1350 мм
Объем камеры сгорания 18,623.10-3 м 2
Масса снаряда 33,4 кг
Диаметр регулирующего кольца 0,06 м
Внутренний диаметр цилиндра 0,2 м
Внешний диаметр поршня 0,17 м
Внутренний диаметр штока 0,07 м
Результат определения давления пороховых газов, скорости снаряда по расстоянию движения при сравнении с теоретическими результатами представлен на рис. 3 и в таблице 2.
'Ъ1500 г >
| 1000 -а
Е
Ь 500 -
с.
с
5 о -
о
Время Т(с)
Рис. 3. Закон изменения скорости снаряда и давления пороховых газов в стволе
Расстояние движение снаряда Хсн.(м)
■ Х:00132
___ш——--- -
—~~ ,^ Хсн.=5,86 м -
0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02 0.022 0.0240.025
TT Наименование Значение Погрешность (%)
Расчет Эксп. [2]
1 Максимальное значение давления пороховых газов, МПа 320 315 1,58
2 Начальная скорость снаряда, м/с 925,3 930 0,51
Из таблицы 2 установлено, что результаты расчета аналогичны результатам эксперимента в работе [2].
Выполняя систему дифференциальных уравнений внутренней баллистики и динамики автомата при ф = 340 (короткий обратный ход) и ф = 00 (длинный обратный ход) получается сила обратного торможения R(X) по длине обратного хода ствола (рис. 4) и её максимальное значение (таблица 3).
и 300
I
= 250 п
а 200 S
а _
я 150 П
и
100
X: 0.1134 -При (р=0°
Y: 3S5.8
/ „ --- - - . — При ф=34°
7 X: 0.S242
4
1
L
------- -
0,2 0J
Длина обратного ходя ствола Хств. (м)
Рис. 4. График изменения силы сопротивления откату Я Таблица 3. Максимальное значение силы сопротивления при коротком и длинном обратном ходах
Поз. Угол возвышения ф Rmax (кН) X (мм)
1 34 355,8 133,4
2 0 230,9 824,2
5. Вывод
На основе моделей внутренней баллистики и динамики автомата пушки 130 мм-М46, с использованием численного метода Рунге-Кутты четвертого порядка и программы расчета МайаЬ, проведено исследование силы сопротивления откату (при коротком и длинном обратном ходах) буксируемой пушки 130 мм-М46 при стрельбе.
Анализ результатов показывает, что сила сопротивления достигнет максимального значения Rmax=355,8 кН в коротком обратном ходе при расстоянии снаряда Х=133,4 мм. Полученный результат используется в качестве входных параметров для расчета проектирования деталей, соединяющих пушку с транспортным средством на основе пушки 130 мм-М46 на колесах.
Список литературы /References
1. Во Нгок Ань, 1995. Динамика автоматического оружия. Вьетнамская военно-техническая академия.
2. Фам Хай Чуонг, 2002. Динамика автоматического оружия. Вьетнамская военно-техническая академия.
3. Фам Хай Чуонг, 1998. Конструкция и расчет проектирования автомата. Вьетнамская военно-техническая академия.
4. Нгуен Нгок Зу, До Ван Тхо, 1976. Баллистика артиллерии; Задачи внутренней баллистики. Вьетнамская военно-техническая академия.
5. Факультет «Зенитная артиллерия», 1999. Учебная программа по зенитному артиллерийскому оружию 37 мм-К65. Академия ВВС и ПВО.
РАСЧЕТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОТЯЖКИ ВИНТОВЫХ КАНАВОК
В ГЛУБОКОМ ОТВЕРСТИИ C ДИАМЕТРОМ 105 ММ
1 2
Нгуен Ван Луат , До Ман Тунг Email: [email protected]
1Нгуен Ван Луат - магистрант; 2До Ман Тунг - кандидат технических наук, заведующий лабораторией, кафедра технологии машиностроения, Государственный технический университет им. Ле Куи Дона, г. Ханой, Социалистическая Республика Вьетнам
Аннотация: протягивание может обрабатываться круглыми отверстиями, фасонными отверстиями, ключевыми отверстиями, прямыми отверстиями или витыми канавками. Однако, когда протяжка требует, чтобы технологические системы имели высокую жесткость, протяжки сложно изготовляются, дороги, особенно длинные протяжки. В статье представлена математическая модель для исследования силы, действующей на протяжные резцы винтовых канавок в глубоком отверстии. А также представлен метод расчета проектирования протяжных резцов винтовых канавок в глубоком отверстии диаметром 105 мм. Результат исследования является основой для выбора технологических параметров протяжных резцов для глубоких отверстий в реальных условиях производства. Ключевые слова: винтовых канавок в глубоком отверстии диаметром 105 мм, протяжка для винтовых канавок, проектирование протяжки.
CALCULATION OF DESIGNING BROACH SCREW GROOVES IN DEEP HOLE WITH A DIAMETER 105 MM Nguyen Van Luat1, Do Manh Tung2
1Nguyen Van Luat - Undergraduate; 2Do Manh Tung - PhD of Technical Sciences, Head of the Laboratory, DEPARTMENT OF ENGINEERING TECHNOLOGY, LE QUY DON UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY, HANOI, SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM
Abstract: the broach can process round holes, shaped holes, straight grooves or screw grooves, ... However, when broaching requires technology systems to have high rigidity, broaches are difficult to manufacture, roads, especially long broaches. The article presents a mathematical model for studying the force acting on broaches of screw grooves in a deep hole. And also presents a method for calculating the design of broaches of screw grooves in a deep hole with a diameter of 105 mm. The result of the study is the basis for choosing the technological parameters of broaches for deep holes in real production conditions.
Keywords: screw grooves in deep hole with a diameter 105 mm, broach for screw groove, broach design.
УДК 608.1:608.2
1. Введение
Винтовые канавки в глубоком отверстии с средним и большим диаметром (отношение диаметра к длине: l/D>50) требуют высокой точности размеров (ИТ7) и шероховатость
