CC BY
34
The basic principles are considered to create and use remotely established security alarm tools for the installation of extinguishing borders at a protected facility. A method of remote installation of a combined protective alarm and proposal for the use of remotely installed security alarm tools for the installation of lines of detection at the protected facility ofperimeter protection systems.
Key words: offender, detection, protected object, security system, security alarm.
Zdorovtsov Anatoly Gennadevich, postgraduated, [email protected], Russia, Perm, the Perm Military Institute of the National Guard's Forces of the Russian Federation,
Pushkaryov Aleksander Mikhailovich, candidate of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Perm, the Perm Military Institute of the National Guard's Forces of the Russian Federation
УДК 662.36:536.46
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-96-99
ОБЕСПЕЧЕНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ БАЛЛИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЫСТРЕЛА РЕЦЕПТУРНЫМИ МЕТОДАМИ
Э.Н. Ибрагимов, Д.Р. Гарифов
Среди причин нестабильных выходных баллистических характеристик артиллерийского выстрела является разрушение пороховых элементов, особенно при резко отрицательных температурах. В статье приведены методы регулирования прочностных характеристик баллиститных порохов и выбраны наиболее перспективные из них: применение упрочняющих добавок и ввод дополнительного пластификатора нитратов целлюлозы.
Ключевые слова: баллиститный порох, температура стеклования, физико-механические характеристики, прочность пороха.
Развитие пороховой отрасли привело к тому, что созданные в середине XX века двухосновные баллиститные пороха, вытесняются высоконаполненными трехосновными составами с неизбежным ухудшением физико-механических, технологических и эксплуатационных характеристик. Кроме того, баллиститные пороха при отрицательных температурах, входящих в температурный диапазон эксплуатации, находятся в стеклообразном физическом состоянии и при приложении нагрузки проявляют нестабильные вынужденно-эластические свойства [1]. При функционировании зарядов ниже температуры стеклования порохов, под действием значительных напряжений, возникающих в процессе их воспламенения и горения, пороховые элементы способны хрупко разрушаться, создавая условия нерегулируемого колебания баллистических параметров выстрела. Эти процессы могут вызвать разрыв гильзы или даже орудия и резко ухудшают выходные баллистические параметры выстрела и их стабильность.
Поэтому исследования по повышению физико-механических характеристик (ФМХ) балли-ститных порохов являются актуальными.
Существуют различные методы, которые можно разделить на несколько групп: технологические, рецептурные, химические.
Технологические методы в основном связаны с введением легколетучих растворителей на разных фазах изготовления и переработки пороховой массы. Для получения зарядов из баллиститного топлива коллоксилиновую смесь предварительно растворяли в смеси труднолетучих и легколетучих растворителей. Можно пластифицировать пороховые элементы в смеси летучих растворителей с последующей экструзией и сушкой или после длительного вальцевания. Все вышеуказанные приемы в той или иной степени переплетаются с так называемой «кордитной» технологией изготовления баллиститных порохов на основе труднолетучего растворителя с добавлением в состав дополнительно легколетучего растворителя (например, ацетона и др.). Такая технология достаточно широко распространена в Канаде, Великобритании и других странах. Однако все эти способы малоэффективны для промышленного производства, т. к. резко увеличивают трудоемкость и время процесса изготовления порохов.
Также предлагалась наружная пропитка элементов труднолетучим активным пластификатором. Показано, что за счет устранения внешних дефектов наблюдается резкое повышение физико-механической прочности изучаемых порохов. В качестве эффективного пластификатора исследован ди-нитрил адипиновой кислоты (ДНАК). Получено, что с увеличением времени обработки (до 15 минут) увеличивается количество проникающего в порох ДНАК, что приводит к увеличению в 3 раза значения удельной ударной вязкости (ак) и способствует улучшению характера разрушения при Т = -50оС (количество мелкой фракции уменьшается в 2,5 раза).
Другим направлением является применение специальных технологических приемов на разных фазах переработки порохов, позволяющие улучшить как пластификацию, так и распределение компонентов, с увеличением стабильности работы метательных зарядов в составе артиллерийского выстрела [2-6].
Среди рецептурных методов используют применение эффективных пластификаторов или их смесей и ввод в состав различных добавок (полимерных волокон и др.).
Проблема создания высокопрочных баллистических порохов может быть решена за счет изменения физического состояния пластифицированной полимерной основы, т. е. переводом ее в области эксплуатационных температур ±50оС из стеклообразного в высокоэластичное состояние за счет использования морозостойких пластификаторов, позволяющих снижать температуру стеклования системы в целом [7].
Для восприятия возможностей регулирования физико-механических характеристик баллистит-ных порохов за счет пластификаторов необходимо представить механизм пластификации, который будит зависеть от характера распределения пластификатора в полимере с учетом образующихся при этом типов структуры пластифицировавшего материала.
Первый тип пластификации происходит при распределении молекул пластификатора среди молекул полимера. Тогда пластификация протекает на молекулярном уровне, и этот случай называется молекулярным типом пластификации. Второй тип пластификации происходит при распределении молекул пластификатора между структурными элементами (пачками) полимера. При этом пластификация протекает на надмолекулярном уровне и этот процесс называется структурным типом пластификации.
Эти два типа пластификации являются крайними случаями распределения пластификатора в полимере. В реальности при введении пластификатора происходят оба типа распределения, зависящие от степени совместности компонентов систем. При пластификации повышается подвижность, как самих молекул, так и надмолекулярных структур, вследствие чего повышается деформируемость баллиститных порохов при воздействии механических усилий.
Подбор эффективных пластификаторов нитратов целлюлозы и соотношения компонентов бал-листитного пороха с оценкой их влияния на физико-механические характеристики обычно проводится эмпирически, т. к. эти требования к баллиститным порохам обычно носят общий неконкретный характер, а также отсутствуют систематические данные по воздействию различных пластификаторов на нитраты целлюлозы.
Исследовались различные химические соединения - компоненты баллиститных порохов [8]. Для повышения механических свойств порохов возможна частичная или полная замена тринитрата глицерина (ТНГ) на различные комбинации жидких нитроэфиров. В наполненную октогеном баллиститную основу вводили 5% пироксилина и 5% динитрила адипиновой кислоты. Получены значения а при Т = -50оС ~ 10 кДж/м2. Аналогичное действию ДНАК обнаружено при вводе диацетата гександиола (ДАГД). Исследовано влияние различных энергетических пластификаторов ЛД-70 (смесь 70% динитрата диэти-ленгликоля (ДНДЭГ) и 30% динитрата триэтиленгликоля (ДНТЭГ)), ЛД-30 (смесь 30% ДНДЭГ и 70% ДНТЭГ), тройная эвтектика (смесь 22% ДНДЭГ, 71,6% ДНТЭГ и 6,4% ТНГ) и 125-Н (1, 2, 5-пентантриолтринитрат) на ФМХ составов.
Существуют много работ по вводу различных добавок (фенилона, углеволокна, фторопласта, полиформальдегидного волокна (ПФВ и др.) в виде волокон в состав порохов для образования пространственной армирующей сетки. По проведенным в «НИИПМ» (г. Пермь) исследованиям, наиболее эффективным способом увеличения прочностных характеристик порохов является введение в их состав фторопласта. В отличие от капронового волокна фторопласт имеет форму гранул и поэтому более удобен в технологическом отношении. Физический смысл армирования баллиститного пороха фторопластом заключается в следующем: в результате переработки пороха на фазах вальцевания и прессования, под действием термомеханических нагрузок сферические элементы фторопласта вытягиваются в нити, образуя пространственную армирующую сетку. Указанная сетка уменьшает вероятность разрушения или дробления образцов пороха с образованием мелких фракций ^ < 2,0 мм) при функционировании метательного заряда в составе выстрела и способствует повышению одной из основных прочностных характеристик порохов - удельной ударной вязкости. На разломе пороховой трубки можно четко увидеть нити фторопласта. Однако в производственных масштабах изготовления порохов при работе с фторопластом возникают определенные технологические трудности. Из-за низкой смачиваемости фторопласт на стадии «варки» находится на поверхности воды, в результате чего он плохо распределяется по массе и забивает оборудование для отжима.
Среди химических методов можно отметить исследования по нитроцеллюлозе. Нитраты целлюлозы (НЦ) являются умеренно жесткоцепными полимерами с наличием большого разнообразия надмолекулярных структур. С повышением количества азота возрастает полимолекулярность, и, следовательно, жесткость макромолекул образцов. Структурно-морфологические особенности нитроцеллюлозы, вид и количество пластификатора, а также режимы формования определяют физико-механические характеристики составов.
Проводились исследования по сополимеризации НЦ с эластомерами для повышения упругих свойств основы или ее сшивка изоционатами или другими сшивающими агентами [9]. Авторами [10] предложены водорастворимые амины для поперечной сшивки молекул НЦ по гидроксильным группам. Показано, что ввод полиэтиленполиамина (ПЭПА) в количестве 0,1% улучшает прочность пороха на 20...50%.
Таким образом, повышение ФМХ баллиститных порохов можно обеспечить разными методами, но наиболее перспективными, на наш взгляд, является ввод полимерных волокон для создания армирующей сетки и применение эффективных пластификаторов (как истинных, так и структурных).
Проведена проверка условий ввода и эффективности различных волокон в составе баллистит-ной основы. Первичная оценка эффективности волокон проведена путем определения удельной ударной вязкости образцов при Т = -50оС и количества мелких частиц при разрушении. Изготовлены образцы на основе коллоксилина и нитроглицерина в соотношении 1:1, кроме того, содержащие 1,5% централита II, 0,5% индустриального масла, 0,05% стеарата цинка и различное количество добавок (сверх 100%). Некоторые характеристики добавок приведены в таблице.
Влияние армирующих добавок на характеристики образцов
№ образца Добавка ак при Т = -50оС, кДж/м2 Количество мелких частиц при разрушении (при Т = -50оС), %
1 Без добавки 7,0 6,1
2 Углеволокно 7,9 4,0
3 Стекловолокно 8,2 3,5
4 Фторопласт 8,6 2,3
5 Фенилон 8,5 2,8
Результаты определения удельной ударной вязкости показали, что при вводе выбранных добавок показатель удельной ударной вязкости при Т = -50оС можно увеличить до 7,9.. .8,6 кДж/м2.
Далее проведена оценка влияния разных пластификаторов, среди которых можно выделить ди-нитразапентан (димер) и ЛД-70, на ФМХ баллиститных составов.
Оценка пластифицирующей способности указанных соединений по отношению к коллоксилину на приборе КФК-2 показали наилучшую совместную пластификацию системы НГ-димер.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что использование армирующих добавок можно повысить удельную ударную вязкость баллиститной основы до 8,6 кгс см/см2. Кроме того проведенные исследования пластифицирующей способности некоторых соединений как дополнительных пластификаторов показали наилучшую совместную пластификацию системы НГ-димер.
Список литературы
1. Рогов Н.Г., Груздев Ю.А. Физико-химические свойства порохов и твердых ракетных топлив. СПб.: СПбГТИ (ТУ), 2005. 200 с.
2. Патент РФ на изобретение № 2288208. Способ изготовления пороха и топлива баллиститно-го типа / Э.Н. Ибрагимов, Ю.М. Юков и др.
3. Патент РФ на изобретение № 2300513. Способ изготовления заряда баллиститного твердого топлива / Н.Г. Ибрагимов, Э.Х. Афиатуллов и др.
4. Патент РФ на изобретение № 2434832. Способ изготовления заряда баллиститного твердого ракетного топлива / Э.Н. Ибрагимов, Г.В. Куценко и др.
5. Патент РФ на изобретение № 2441860. Способ изготовления высоконаполненного баллиститного твердого ракетного топлива / Э.Н. Ибрагимов, Г.В. Куценко и др.
6. Патент РФ на изобретение № 2442764. Способ изготовления заряда баллиститного твердого ракетного топлива / Г.В. Куценко, Н.Г. Ибрагимов и др.
7. Охрименко Э.Ф. Температура стеклования и механические характеристики ГСВ и новых составов, отрабатываемых за рубежом. Пермь: НИИПМ, 2003. 23 с.
8. Зиновьев В.М. Современные и перспективные высокоэнергетические компоненты смесевых и баллиститных твердых ракетных топлив / В.М. Зиновьев, Г.В. Куценко, А.С. Ермилов. Пермь: издательство ПГТУ, 2010г. 161 с.
9. Разработка артиллерийских порохов нового поколения. Аналитический научно-технический обзор. Казань: ГосНИИХП, 2006. 111 с.
10. Матвеев В.А. Способ механохимической модификации нитратов целлюлозы е-капролактамом и исследование свойств модифицированных продуктов. // Сборник докладов XI Международной конференции. Казань: КНИТУ, 2005. С. 234.
Ибрагимов Эмиль Наилевич, д-р техн. наук, профессор, [email protected], Россия, Пермь, Пермский военный институт войск национальной гвардии Российской Федерации,
Гарифов Денис Расимович, преподаватель, [email protected], Россия, Пермь, Пермский военный институт войск национальной гвардии Российской Федерации
ENSURING THE STABILITY OF BALLISTIC MISSILES CHARACTERISTICS OF THE SHOT BY PRESCRIPTION METHODS
E.N. Ibragimov, D.R. Garifov 98
Among the causes of unstable output ballistic characteristics of an artillery shot is the destruction of powder elements, especially at sharply negative temperatures. The article presents methods for regulating the strength characteristics of ballistic powders and selects the most promising of them: the use of strengthening additives and the introduction of an additional plasticizer of cellulose nitrates.
Key words: ballistite powder, glass transition temperature, physical and mechanical characteristics, powder strength.
Ibragimov Emil Nailevich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Perm, the Perm Military Institute of the National Guard's Forces of the Russian Federation,
Garifov Denis Rasimovich, teacher, [email protected], Russia, Perm, the Perm Military Institute of the National Guard's Forces of the Russian Federation
УДК 623.526
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-99-102
ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ РЕСУРСА СТВОЛОВ АРТИЛЛЕРИЙСКОГО ВООРУЖЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ ИХ ИНТЕНСИВНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ
В.Г. Кустов, А.А. Чурсин
В статье рассматривается вопрос оценки ресурса ствола артиллерийского вооружения. Проанализированы основные факторы изменения работоспособности канала ствола при выстреле. Приведена методика оценки ресурса артиллерийских стволов и исследования ресурса стволов артиллерийского вооружения при длительной эксплуатации.
Ключевые слова: артиллерийский ствол, ресурс ствола, канал ствола, состояние ствола.
Опыт эксплуатации образцов артиллерийского вооружения свидетельствует о том, что их уровень надежности в полной мере отвечает предъявляемым к ним служебным требованиям. Вместе с тем, усложнение конструкций образцов артиллерийского вооружения, ужесточение режимов их работы, расширение допустимых температурных диапазонов эксплуатации при одновременном повышении вероятности безотказной работы обуславливают необходимость обоснованного назначения показателей надежности для образцов артиллерийского вооружения. Однако существующие подходы к назначению показателей долговечности (ресурса и срока службы) образцов артиллерийского вооружения не обеспечивают достижения поставленной цели - нормирования ресурса конструкций образцов артиллерийского вооружения [1].
Наибольший практический интерес представляет нормирование ресурса на основании прогнозирования потери образцами артиллерийского вооружения работоспособности. Однако прежде чем прогнозировать выработку ресурса образцов артиллерийского вооружения и их составных частей, необходимо решить задачу прогноза технического состояния объекта. Каждый образец артиллерийского вооружения характеризуется определенными выходными параметрами - величинами, определяющими показатели его качества. Выходные параметры, могут характеризовать самые разнообразные свойства изделия в зависимости от его назначения и предъявляемых к нему требований. Это могут быть показатели точности функционирования, кинематические и динамические параметры, экономические и другие показатели.
В процессе эксплуатации образец артиллерийского вооружения подвергается воздействиям окружающей среды, статических и динамических нагрузок, а также технически неправильным действиям личного состава. В результате этих воздействий изменяются начальные значения выходных параметров изделий, происходит потеря ресурса.
Рассмотрим вариант, когда прогнозируется техническое состояние объекта, т. е. отыскивается вероятность исправного состояния объекта в момент прогноза. Для этого следует, используя результаты прогнозирующего контроля, сначала вычислить характеристики случайного априорного процесса, а затем по реализации случайного процесса получить характеристики случайного апостериорного процесса на момент прогноза. Здесь под априорной понимается информация о процессе эксплуатации, известная заранее, т. е. до начала контроля технического состояния объекта. Апостериорная - информация о процессе эксплуатации по данным контроля технического состояния объекта, предсказанная на момент прогноза. Сущность задачи прогноза технического состояния объекта представлена на рис. 1.
Каноническое представление случайного процесса позволяет решать задачу прогнозирования и как задачу прогноза технического состояния объекта. С этой целью состояние объекта определим параметром Х, изменение которого во времени будет описываться случайным процессом X(t) (рис. 1). Процесс предполагается статистически определенным на интервале Т > [t0,tH]. Пусть также определена до-пусковая область [а,Ь], при нахождении параметра внутри которой объект считается исправным. В результате контроля образца на отрезке наблюдения Тн < tk - t0 получена реализация случайного процесса x^TnA), описывающая изменение значений параметра данного образца в интервале [tk - ТнД], где tk < tn.
99
