CC BY
53
Назаров Д.Л. КАЧЕСТВЕННЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ АРТИЛЛЕРИЙСКИХ СНАРЯДОВ К НАГРУЗКАМ, ДЕЙСТВУЮЩИМ ПРИ ВЫСТРЕЛЕ
В работе /1/ показано, что основными возмущающими нагрузками, действующими на бронебойный под-калиберный снаряд (БПС) при выстреле и оказывающими доминирующее влияние на формирование их индивидуальных углов вылета, являются нагрузки от непрямолинейности действительной оси канала ствола. Одновременно было установлено, что БПС различного конструктивного исполнения обладают различной чувствительностью к той или иной форме непрямолинейности действительной оси канала ствола, где под чувствительностью БПС понимается склонность конструкции БПС к развитию колебательного процесса по различным координатам, характеризующим его положение относительно ствола, под действием возмущающих нагрузок.
Для качественной оценки степени чувствительности конструкций БПС к нагрузкам от непрямолиней-ности действительной оси канала ствола может быть использован метод, основанный на сопоставлении собственных частот БПС со спектрами указанных нагрузок. С практической точки зрения важно, чтобы частоты собственных колебаний БПС возможно больше отличались от преобладающих частот возмущающих нагрузок, характеризующих область, где локализована энергия внешних динамических воздействий. При таком подходе конкретные конструктивные мероприятия по совершенствованию БПС получают естественную количественную оценку эффективности.
Из теории колебаний известно, что для полного устранения интенсивных колебаний необходимо, чтобы низшая собственная частота колебаний БПС была не менее чем на октаву выше максимальной
частоты возмущающей нагрузки , т.е. необходимо выполнение условия
В то же время в теории колебаний для оценки интенсивности колебательного процесса широко используется такое понятие, как коэффициент динамичности, который определяется формулой:
где через w и Р обозначены собственные частоты БПС и преобладающие частоты внешнего воздействия соответственно.
Для оценки степени чувствительности БПС к нагрузкам от непрямолинейности действительной оси канала ствола с равным успехом можно использовать как выражение (1), так и зависимость (2). Это
ленное значение коэффициента Кд. В частности отношению (1) соответствует допустимое значение коэффициента динамичности Кдоп=1,33. Таким образом, для устранения интенсивных колебаний БПС, приводящих в конечном итоге к повышенному уровню начальных возмущений БПС, необходимо уже на ранних стадиях проектирования обеспечивать Кд< 1,33. В противном случае БПС будет совершать колебания в зоне, где локализована энергия внешних динамических воздействий, ограниченной отношениями частот
0,70 < Р Ы < 1,35. При отношениях частот Р /"м<1 БПС будет совершать колебания в фазе с возмущающей нагрузкой, а при Р /м>1-в противофазе.
Использование зависимости (2) позволяет установить сам факт близости спектра возмущающей нагрузки к спектру собственных частот БПС. Но это ни в коей степени не указывает однозначно на то, что при превышении коэффициентом Кд значения Кдоп=1,33 изготовленный ствол подлежит обязательной отбраковке или конструкция БПС должна подвергнуться обязательной модернизации. Ствол можно и не отбраковывать, а конструкцию БПС не изменять, но тогда будет иметь место повышенный уровень начальных возмущений БПС, причем начальные возмущения БПС будут различными при стрельбе из стволов с различной непрямолинейностью, что потребует приведения пушек к нормальному бою одним из используемых в настоящее время методов с целью исключения разнобоя БПС.
В то же время следует отметить, что установленное допустимое значение коэффициента Кд (Кдоп=1,33) не является догмой. Если допустить некоторый разнобой БПС, то изменится и допустимое значение коэффициента Кд. Другими словами, задаваясь допустимым значением коэффициента Кд , мы можем с некоторым наперед заданным уровнем разнобоя «подгонять» БПС на этапе проектирования под существующий уровень технологии изготовления стволов танковых пушек (ТП). В этом случае все вновь проектируемые БПС будут иметь разнобой, не превышающий установленного допуска. В качестве допустимого уровня разнобоя может быть взята, например, ошибка стрельбового или бесстрельбового метода приведения ТП к нормальному бою.
Следует также отметить, что рекомендуемое условие Кдоп< 1,33 является довольно жестким и соответствует полному исключению интенсивных колебаний БПС под действием нагрузок от непрямолинейно-сти действительной оси канала ствола. Как уже отмечалось, на практике оно может быть ослаблено, допуская некоторый разнобой БПС, если в этом есть необходимость, например, для обеспечения требуемого уровня бронепробития или для обеспечения иных жизненно важных требований, предъявляемых к БПС.
С целью оценки чувствительности БПС к возмущающим нагрузкам от непрямолинейности стволов танковых пушек (ТП) для различных БПС и различных видов их колебаний была проведена серия расчетов для выборки стволов танковых пушек по определению соответствующих им коэффициентов Кд, обобщенные результаты расчетов которых (усредненные значения коэффициентов Кд) представлены в табл. 1. В таблице приняты следующие обозначения: Кду - коэффициент динамичности поперечных колебаний БПС как твердого тела; Кдр - коэффициент динамичности угловых колебаний БПС как твердого тела; Кд1 - коэффициент динамичности изгибных колебаний БПС для первого тона; Кд2 - коэффициент динамичности изги-бных колебаний БПС для второго тона.
Анализ полученных данных показывает, что значения Кду, Кдр для всех БПС близки к единице. Это позволяет утверждать, что при рассмотрении колебаний БПС как твердого тела с погрешностью, не превышающей 5% нагрузки, обусловленные непрямолинейностью действительной оси канала ствола ТП, можно считать статическими, так как они будут вызывать перемещения БПС, отличающиеся от статических менее, чем на 5%.
В то же время значения Кд1 существенно больше единицы для всех БПС. Это указывает на то, что нагрузки от непрямолинейности стволов ТП оказывают существенное влияние на изгибные колебания БПС, т.е. это свидетельствует о том, что колебания БПС при выстреле совершаются в зоне, где лока-
w
> 2 . (1)
max
1
следует из того, что конкретному отношению частот wmin и Р max всегда соответствует вполне опреде-
лизована энергия внешних динамических воздействий от непрямолинейности действительной оси канала ствола.
Процент стволов ТП от общего числа исследованных, для которых характерен интенсивный режим колебаний БПС при выстреле с Кд1>1,33, представлен в табл. 2. Анализ этих данных показывает, что наибольшей чувствительностью к нагрузкам от непрямолинейности стволов ТП обладают БПС 3БМ2 6 и 3БМ42. В то же время БПС 3БМ15 малочувствителен к непрямолинейности стволов ТП, что хорошо согласуется с имеющимися данными экспериментальных исследований /1/. БПС 3БМ32 с точки зрения чувствительности к непрямолинейности стволов ТП занимает промежуточное положение между БПС 3БМ26, 3БМ42 и 3БМ15.
Таблица 1 Средние значения коэффициентов динамичности
БПС Коэффициент динамичности
Кду Кдв Кд1 Кд2
Вертикальная плоскость
3БМ15 1,001 1,010 1,189 1,086
3БМ2 6 1,003 1,010 1,608 1,070
3БМ32 1,002 1,007 1,278 1,046
3БМ4 2 1,001 1,012 1,588 1,098
Горизонтальная плоскость
3БМ15 1,001 1,014 1,300 1,124
3БМ2 6 1,004 1,013 1,686 1,098
3БМ32 1,002 1,009 1,433 1,063
3БМ4 2 1,002 1,016 1,661 1,141
Таблица 2 Процентный состав стволов, характеризующихся интенсивным режимом колебаний БПС
БПС Процент стволов
вертикальная плоскость горизонтальная плоскость по двум плоскостям
3БМ15 9,0 18,5 24,2
3БМ2 6 72,7 75,0 93,9
3БМ32 21,2 37,5 45,4
3БМ4 2 72,7 0 5 7 9 О 9
Из изложенного выше следует, что для полного исключения интенсивных колебаний необходимо, чтобы преобладающая частота возмущающей нагрузки была меньше (как минимум в 2 раза) минимальной частоты собственных колебаний БПС.
В настоящее время для существующих конструкций ТП и достигнутого уровня технологии их изготовления с целью исключения интенсивных колебаний БПС, приводящих к повышенному уровню их начальных возмущений, частота основного тона изгибных колебаний БПС, как показывают расчеты по формуле (1), должна быть не менее 7 00 Гц. В то же время существующие конструкции БПС характеризуются частотой основного тона изгибных колебаний -270...540 Гц.
Из приведенных данных видно, что изыскание путей повышения частот собственных изгибных колебаний БПС является важной задачей. Решение этой задачи имеет не только теоретическое, но и большое практическое значение, так как уже на стадии проектирования БПС позволяет обоснованно подходить к обеспечению требуемого спектра его собственных частот.
Анализ факторов, влияющих на частоты собственных изгибных колебаний, показывает, что этого можно достичь либо рациональным выбором типа, количества и схемы размещения ведущих элементов БПС по длине его активной части, либо применением конструктивных способов.
В соответствии с изложенным выше подходом разработана методика качественной оценки динамической чувствительности БПС к нагрузкам от непрямолинейности действительной оси канала ствола, основные положения которой сводятся к следующему:
1. Для конкретных микропрофилей действительной оси канала ствола ТП и каждой конструкции БПС, имеющей различную функциональную зависимость перемещения от времени, определить значения преобладающих частот функции воздействия р по методике, изложенной в работе /1/.
2. Определить спектры частот собственных колебаний для каждой конструкции БПС.
3. По приведенным выше формулам определить значения Кд, по которым затем произвести оценку уровня динамической чувствительности БПС.
Достоинство предложенной методики качественной оценки БПС заключается в том, что она воедино связывает характеристики внешнего воздействия на БПС с его баллистическими и динамическими характеристиками.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сидоров А.И. Основы и приложения теории ведения бронебойного подкалиберного снаряда по каналу ствола танковой пушки. - Пенза: ПАИИ, 2002. - 317 с.
