CC BY
76
The article presents the analysis of the main military-technical properties and efficacy of bowsers mass issuing in comparison with other automobilesarticle military assignments using statistical mathematical models of their application in accordance with the functional and staff structure.
Key words: bowser, equipment, service fuel, modern sample, mass results, statistical mathematical model.
Pirogov Yurii Nikitich, candidate of technical science, the leading scientific employee, 22otdelamail.ru, Russia, Moscow, FAE «The 25-th State Research Institute of Him-motology, Ministry of Defence of Russian Federation»,
Sharykin Fedor Evgenevich, the senior scientific employee, fedor rfamail. ru, Russia, Moscow, FAE «The 25-th State Research Institute of Himmotology, Ministry of Defence of Russian Federation»,
Bezruchkin Vladimir Vladimirovich, the chief of laboratory, 22otdela mail. ru, Russia, Moscow, FAE «The 25-th State Research Institute of Himmotology, Ministry of Defence of Russian Federation»,
Sharykin Georgiy Evgenevich, the chief of branch of acquisition, sary-kin_1988@,mail. ru, Russia, St.-Petersburg, 51 brigade of material support of the WMD
УДК 620.17
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ УДАРНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЧАСТИЦ С ЭЛЕМЕНТАМИ КОНСТРУКЦИИ
КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
П.С.Гончаров, А.М.Денисов, М.В.Житный, Н.М.Тимофеев
Разработана методика определения параметров ударного взаимодействия высокоскоростных твердых частиц с элементами конструкции космического аппарата в диапазоне скоростей от предельной скорости сквозного пробития до 2000 м/с. Были выполнены оценочные расчеты с использованием данной методики для случаев движения ударников с предельными скоростями сквозного пробития.
Ключевые слова: космический мусор, ударное взаимодействие, предельная скорость сквозного пробития, твердое тело, космический аппарат.
Опыт эксплуатации космических систем показал необходимость исследования негативного воздействия на них микрометеороидов, а также частиц техногенного происхождения - «космического мусора». Возрастающее антропогенное загрязнение околоземного пространства делает «космический мусор» основным повреждающим фактором. Воздействие «космического мусора» приводит к преждевременной деградации элементов конструкции (аппаратуры, приборов, устройств) космических аппара-
214
тов (КА) и снижению надежности функционирования КА, а также к появлению возмущающих ускорений движения центра масс и относительно центра масс, для парирования которых требуются дополнительные затраты ресурсов (электроэнергии, компонентов топлива и т.д.).
Для полного описания динамики соударения твердых тел необходимо учитывать их форму, распространение упругих, пластических и ударных волн, гидродинамическое течение материала, конечные деформации и деформирование, упрочнение, тепловые эффекты и влияния трения, а также возникновение и распространение зон разрушения в материала соударяющихся тел. При этом теоретический подход требует таких сведений о поведении материалов в условиях нагружения с большими скоростями деформации, которые практически получить невозможно, и большая часть исследований в этой области ведется экспериментальными методами [1].
Одним из перспективных направлений исследования воздействия «космического мусора» на элементы конструкции КА является исследование воздействия имитаторов высокоскоростных твердых частиц (ударников) на защитные экраны, а также элементы конструкции КА с использованием экспериментальных метательных установок [2, 3].
Описанная ниже методика предназначена для определения на основе экспериментальных данных следующих параметров ударного взаимодействия частиц «космического мусора» с элементами конструкции космического аппарата:
- максимальная сила Fmax, действующая на КА в условной точке взаимодействия;
- продолжительность действия возмущающей силы ДtF.
Методика предназначена для получения оценочных значений
Fmax, АtF в диапазоне скоростей от предельной скорости сквозного пробития до 2000 м/с при условии неразрушения ударника после взаимодействия с преградой.
Предельная скорость сквозного пробития Vncn - минимальная скорость, при которой вся запасенная энергия ударника расходуется на пробитие преграды, а ударник, пройдя ее тыльный срез, имеет скорость, равную нулю.
В настоящее время проведен большой объем экспериментальных исследований по изучению механизмов взаимодействия различных ударников и преград, получены эмпирические зависимости предельной скорости сквозного пробития от соотношения толщины преграды к диаметру ударника (кривые баллистического предела прочности) [4].
В качестве типовых элементов (ударник - преграда) при проведении исследований выбираются компактные элементы и плоские преграды, выполненные из различных материалов, которые можно охарактеризовать следующими механическими, физическими и геометрическими параметрами:
- твердость материалов (ударника и преграды), определенных по Бринеллю;
- предел прочности материалов (ударника и преграды) при растяжении;
- плотность материалов (ударника и преграды);
- толщина преграды, характерный линейный размер ударника. Опытные данные экспериментально-теоретических исследований
показали, что указанные механические, физические и геометрические параметры могут быть представлены в виде следующих относительных (безразмерных) параметров:
нву ру_ь
нвп 'рпV
где НВу(НВп) - твердость материалов соответственно ударника и преграды по Бринеллю; рУ(рП) - плотность материалов соответственно ударника и преграды; Ь- толщина преграды; V - диаметр ударника.
При этом результаты сравнительных экспериментов показали, что зависимость предельной скорости сквозного пробития от описанных выше параметров может быть представлена в виде [4]
НВу ру Ь
Упсп = /
\. ру / Л
НВп'рп
пп
В работах [4, 5] получены зависимости запреградной скорости ударникаКОСТ от начальной скоростиУ0 и предельной скорости сквозного пробития УПСП, учитывающие энергопотери при сквозном проникании для различных механизмов деформирования и разрушения преград. Также приведены зависимости УПСП от определяющих процесс параметров НВУ,НВП, ру, рП, Ь, V. В качестве материалов исследуемых ударников и преград использовалась сталь различной твердости, титановый сплав, алюминиевые сплавы, текстолит, стеклотекстолит.
Используя зависимости запреградной скорости ударника Уост от начальной скорости У0 и скорости сквозного пробития УПСП от определяющих процесс параметров, можно на основе закона сохранения энергии оценить силу и время воздействия ударника на элемент конструкции КА.
Анализ результатов экспериментальных исследований показывает, что во многих случаях для получения оценок сил и ускорений целесообразно использовать допущения недеформируемости ударника, об отсутствии волновых процессов и диссипативных потерь. В этом случае механизм пробития будет соответствовать идеальному «срезу пробки».
В соответствии с рассматриваемой схемой пробития закон сохранения энергии запишется в следующем виде:
£У0 = Еуост + Епроб + Евыб.проб + Епот, (1)
ту¥2
где Е *ин = —- кинетическая энергия ударника в момент начала воздействия на преграду; ту- масса ударника; Г - скорость встречи ударни-
туУ2
~ г^КИН У У ост
ка с преградой; Е =-—— кинетическая энергия ударника после
У ОСТ 2
прохождения преграды; К - остаточная скорость ударника после про-
Уост
„КИН 777 проб ^проб „ хождения преграды; /; пр0- =----кинетическая энергия выоитои
ударником из преграды пробки; тпроб - масса выбитой пробки; скорость вылета пробки; Евы5 Пр05 - энергия, затрачиваемая на выбивание
пробки (на преодоление напряжения сдвига и силы трения); ЕП0Т - потери энергии.
Остаточная скорость ударника после прохождения преграды К
У ост
определяется из следующего соотношения [1]:
V У ост
О < V < vncn
, (2)
a Pfy0-V™=п.^уо >Vncu
где Vncn ~ предельная скорость сквозного пробития, определяемая выражением:
Vncn = max{Fncn : VyocT = 0}= inf {Vnm : VyocT > О J.
Входящие в выражение (2) безразмерные величины а, ри Vncn определяются в результате экспериментальных исследований.
Из соотношения (1), после несложных преобразований, получаем:
77 ^ __рКИН _ рКИН _ 77КИН _ р ....
^выб.проб — ^Уф Уост проб ^пот •
При этом выражение для оценивания силы F, действующей на преграду в течение времени взаимодействия, определяется исходя из равенства работы, совершаемой данной силой и энергии, затрачиваемой на выбивание пробки, и имеет вид:
^выб.проб = ¡o^dl • (4)
Соотношение (4) с учетом (3) запишется в следующем виде:
О О
, mwV mwV m А72 R
J F(l)dl= 0 Уост пР°б пР°б £ (5)
Выражение (5) позволяет проводить оценивание значений максимальной силы действия ударника на преграду. В данном случае потери энергии епот = 0.
Используя соотношение (5), определим значения максимальной действующей силы при зависимости силы действия ударника от пройденного в преграде расстояния, представленной на рис. 1.
Процесс выбивания пробки состоит из двух стадий. На первой стадии ударник испытывает воздействие инерционной силы и силы сжатия и с развитием сдвига по поверхности формирующейся пробки при достижении максимальной силы, ударник и пробка начинают движение вместе. На второй стадии - ударник и пробка движутся вместе как единое твердое тело, преодолевая силу сдвиговых напряжений и, пройдя тыльный срез пре-
грады, двигаются со скоростью V
уост
Рис. 1. Зависимость силы действия ударника на преграду от пройденного в преграде расстояния
В соответствии с рис. 1 имеем следующее выражение:
\0>р(1 = 2 • ртах ■ь Тогда с учетом (5) имеем:
1 • р • ь _ Му Но ^ост ^ тпроб^проб
2 тах ^ 2
откуда
—• р
2
тах
ту ¡V 2 у I уо
■V2
уост
тпроб Нпроб
(6)
Время взаимодействия определяется как
ь
V.
ср
где Vc
VY0 + VYccx
- средняя скорость ударника на пути b.
ср- 2
Полученные таким образом данные позволяют оценить максимальные значения действующих возмущающих сил и времена их действия, которые целесообразно использовать при обосновании требований к датчикам угловых и линейных ускорений и частоте измерений канала регистрации ударной перегрузки.
При использовании данной методики были выполнены оценочные расчеты для случаев движения ударников с предельными скоростями сквозного пробития. Для данных случаев выражения (6), (7) соответственно принимают вид:
=1 m V2 max b У псп'
2b
DtF =
F
1 ft
V
псп
В качестве исходных данных использовалась экспериментальная
( ь \
зависимость ^псп = f — (рис.2) для схемы пробития преграды «срез проб-
v )
ки» [4]. Поскольку для этой схемы пробития на основе экспериментальных данных были определены границы изменения безразмерного параметра
тж
2,5 <
у
hb
< 4,5, то в качестве ударника выступали сферические имитато-
п
ры частиц «космического мусора», выполненные из стали диаметром й = 2 мм (фрагменты разрушения шар-баллонов двигательной установки КА), а преграды - элементы КА, выполненные из алюминиевых сплавов толщиной ь = 2, 3, 4, 6 мм (радиационные теплообменники, тепловые экраны).
1600 1400 1200
1000
'у = 3,46 Ру = 2,88; V™ = ^псп
hbп ' Рп ' ср 2
Рис. 2. График зависимости Упсп = f
Ъ/d
f b 1 I d J
На рис. 3 и 4 представлены результаты расчета в виде зависимостей максимально возможных возмущающих сил и времен их действия в зависимости от безразмерного параметраЬ.
й
ьи
МКС
8,50
8,00
7,50
7,00
6,50
иб,
^ = 3,46 Ру = 2,88; Упр — ^^
п
Рп
ср
2
Рис. 3. График зависимости А?р = /
V й у
кН 14,00
12,00
10,00
8,00
6,00
4,00
2.00
- -1- -эк
1,5
2,5
3 Ш
ибу ру v -у - 3,46 ^ = 2,88; Vср - Vпсп
Рп ср
иб
п
2
Рис. 4. График зависимости Етах — /
Г Ь_ ^
V й у
Таким образом, применение описанной методики обеспечивает определение оценочных значений основных параметров ударного взаимодействия твердых частиц с элементами конструкции космического аппарата в диапазоне скоростей от предельной скорости сквозного пробития до 2000 м/с. При этом оценочные значения данных параметров могут быть использованы для оценки возмущающих линейных и угловых ускорений КА.
Список литературы
1. Динамика удара / Д. Зукас [и др.]. М.: Мир. 1985. 295 с.
2. Мартынов В.В., Житный М.В. Конструкция легкогазовой установки с демпфирующими элементами. // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула. ТулГУ. 2016. Вып. 12. Ч. 1. С. 124 - 131.
3. Пенязьков О.Г., Асташинский В.М., Данилова-Третьяк С.М. Покорим космос вместе // Вестник НПО им. С.А. Лавочкина / ФГУП НПО им. С. А. Лавочкина. 2015. № 3. С. 28 - 31
4. Моделирование влияния космического мусора на элементы орбитальных станций и космических аппаратов: науч.-техн. сб. / под ред. С.С. Ветелева. СПб.: МО РФ. 1997. 83 с.
5. Теоретические и экспериментальные исследования высокоскоростного взаимодействия твердых тел / под ред. А.В. Герасимова. Томск: Изд-во Томского университета. 2007. 572 с.
Гончаров Павел Сергеевич, канд. техн. наук, начальник отдела, vka@mil.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия им. А. Ф.Можайского,
Денисов Андрей Михайлович, канд. техн. наук, доц., начальник отдела, vka@mil.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия им. А. Ф.Можайского,
Житный Михаил Владимирович, канд. техн. наук, доц., старший научный сотрудник, vka@mil.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия им. А. Ф.Можайского,
Тимофеев Николай Михайлович, канд.техн.наук, ст. науч. сотр., старший научный сотрудник, vka@mil.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия им. А. Ф.Можайского
METHOD OF DEFINING PARAMETERS OF IMPACT INTERACTION BETWEEN SA TELLITE ELEMENTS AND PARTICLE
P.S. Goncharov, A.M. Denisov, M.V. Zhitnyy, N.M. Timofeev
Method of defining parameters of impact interaction between satellite elements and particle with velocity 2 km/s is shown. There is example of applying this method for through-hole impact.
Key words: space trash, impact, limit of through-hole, solid body, space satellite.
Goncharov Pavel Sergeevich, candidate of technical sciences, head of department, vka@mil.ru, Russia, Saint-Petersburg, Military Space Academy,
Denisov Andrey Mihailovich, candidate of technical sciences, docent, head of department, vka@mil.ru, Russia, Saint-Petersburg, Military Space Academy,
221
Zhitnyy Mihail Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, head of department, vka@mil.ru, Russia, Saint-Petersburg, Military Space Academy,
Timofeev Nicolai Mihailovich, candidate of technical science,docent, head of department, vka@,mil.ru, Russia, Saint-Petersburg, Military Space Academy
УДК 623.418
ОСОБЕННОСТИ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ МОДУЛЬНЫХ МЕТАТЕЛЬНЫХ ЗАРЯДОВ В АВТОМАТЕ ЗАРЯЖАНИЯ АРТИЛЛЕРИЙСКОГО ОРУДИЯ
А.Ю.Александров, В.В. Стешов
Указаны преимущества применения модульных метательных зарядов в артиллерийских орудиях среднего и крупного калибров. Представлены параметры транспортирования модульных метательных зарядов в пневмотранспортном автомате заряжания самоходного артиллерийского орудия.
Ключевые слова: ММЗ, картуз, заряжание, пневмотранспорт, автомат заряжания, ячейка боеукладки.
Как известно, в орудиях среднего и крупного калибра используется принцип раздельного заряжания.
Одним из наиболее значительных достижений как в России, так и за рубежом в области артиллерийских технологий в последние годы является разработка модульных метательных зарядов (ММЗ) [1]. Их применение стало новым этапом в развитии раздельного заряжания. По своей эффективности ММЗ сравнимы с жидкими метательными веществами.
При картузном заряжании заряд, находящийся в мешках, приходится при необходимости уменьшать вручную, а неиспользованный порох уничтожать.
Применение модульных пороховых зарядов дает возможность полностью автоматизировать процесс заряжания и добиться увеличения скорострельности, автоматически изменять количество зарядов при стрельбе на различные расстояния. Также ММЗ обеспечивают безотходное использование пороха.
Исходя из вышеупомянутого в отечественном перспективном самоходном артиллерийском орудии (САО) используются ММЗ.
Конструктивно ММЗ представляет собой сгорающую гильзу из полимерного композиционного материала. В гильзу устанавливается трубка с боковыми отверстиями, выполненная из того же материала. Внутренняя полость гильзы заполняется пороховыми элементами и необходимыми устройствами для обеспечения воспламенения [1].
222
