CC BY
69
УДК 662.311
Д. А. Питайкин, Н. С. Сонин, А. В. Косточко, А. А. Косточко, А. Б. Терентьев
ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ БЕССТРЕЛЬБОВОГО КОНТРОЛЯ ВНУТРИБАЛЛИСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПИРОКСИЛИНОВЫХ ПОРОХОВ И ЗАРЯДОВ ДЛИТЕЛЬНОГО ХРАНЕНИЯ
Ключевые слова: дальность стрельбы, скорость снаряда, изменение характеристик зарядов, бесстрельбовый метод
контроля.
В статье показано влияние изменения начальной скорости снаряда на дальность стрельбы. Обоснована необходимость замены контрольно-баллистических испытаний зарядов на манометрические испытания в лабораторных условиях.
Keywords: firing range, velocity of the projectile, change in the characteristics of the charges, not firing control method.
The article shows the effects of changing the initial velocity of the projectile at the firing range. The necessity substitute for control ballistic tests on manometric tests under laboratory conditions.
В настоящее время экспертная оценка свойств боеприпасов с истекшим сроком хранения проводится путем контрольно-баллистических испытаний на полигонах. Испытания стрельбой всех партий зарядов, находящихся на хранении, невозможны по техническим и экономическим причинам.
В 80-х годах проводились исследования по оценке возможности замены контрольно-баллистических испытаний зарядов стрельбой на манометрические испытания порохов в лабораторных условиях. Однако в силу различных причин такой подход не нашел практического применения в свое время.
В связи с этим отыскание возможностей лабораторного контроля внутрибаллистических параметров метательных зарядов по-прежнему является актуальной задачей /1, 2/.
Многочисленными исследованиями на сегодняшний день доказано, что при длительном хранении метательных зарядов происходит изменение внутрибаллистических параметров. Причем в наибольшей степени эти изменения присущи зарядам из пироксилиновых порохов. Эти выводы получены на основе анализа результатов испытаний метательных зарядов со сроками хранения более 12 лет. За период с 1951 по 2013 гг. было испытано свыше 7000 партий зарядов, которые хранились более 12 лет. Результаты испытаний показали, что 75% партий зарядов имели отклонения начальной скорости от формулярного (табличного) значения за пределами допустимых ±2,5%. Кроме этого установлено, что 73% партий зарядов имели увеличение вероятного отклонения начальной скорости снарядов также за пределами допустимых, т. е. свыше 50%.
При изменении начальной скорости снарядов вследствие изменения характеристик метательных зарядов после длительного хранения артиллерийских боеприпасов изменяется дальность стрельбы. Следует учитывать, что начальная скорость снаряда может как увеличиваться, так и
уменьшаться. Следовательно, при стрельбе из артиллерийских орудий возможен как перелет, так и недолет снарядов относительно цели.
В целях исследования влияния начальной скорости снаряда на дальность стрельбы были проведены расчеты дальности стрельбы для различных метательных зарядов, предназначенных для 152-мм выстрелов с осколочно-фугасными снарядами. В данных метательных зарядах используются пироксилиновые пороха, которые занимают многочисленный класс в системе классификации порохов /3-5/.
Анализ результатов расчетов показывает, что дальность стрельбы при изменении начальной скорости на 1% может меняться от 65 м до 165 м. В случае изменения начальной скорости снаряда на критическом уровне, равном 2,5%, диапазон изменения дальности стрельбы составит уже до 412 м.
Очевидно, что с увеличением дальности стрельбы степень влияния изменения начальной скорости снарядов на дальность стрельбы увеличивается. При таком отклонении центра рассеивания снарядов относительно центра цели эффективность стрельбы может существенно снижаться, особенно при стрельбе по ненаблюдаемым целям.
Эффективность боевого применения метательных зарядов артиллерийских боеприпасов после их длительного хранения можно оценить по результатам поражения одиночной и групповой цели. На рис. 1 представлены графические зависимости вероятности поражения одиночной цели от изменения начальной скорости снаряда при дальности стрельбы 8 и 10 км. Регрессионные зависимости выглядят, соответственно, следующим образом:
3 2
Р = 4,6667х3 - 20,286х2 + 5,4048х + 58,957 (при дальности стрельбы 8 км) и
Р = 2,4х3 - 13,943х2 + 2,2857х + 53,049 (при дальности стрельбы 10 км),
где Р - вероятность поражения цели; х - дальность стрельбы, м.
Коэффициент детерминации Я в обоих случаях составил 0,999.
Регрессионные зависимости позволяют оценить вероятность поражения цели на различных дальностях при изменении начальной скорости снаряда.
0
1
о Л 5Т
т
Изменение начальной скорости снаряда, % а
о
оятно
о р
е
т
< к X
N
Изменение начальной скорости снаряда, % б
Рис. 1 - Зависимости вероятности поражения одиночной цели от изменения начальной скорости снаряда при дальности стрельбы: а - 8 км; б - 10 км
Результаты расчетов показывают, что при изменении начальной скорости снарядов на + 0,5% эффективность боевого применения метательных зарядов при стрельбе по одиночной цели изменяется незначительно (на 2-3%). При изменении начальной скорости снарядов более +0,5% необходимо учитывать отклонение начальной скорости снарядов от табличного значения.
Для выбора способа контроля изменения начальной скорости полета снаряда после длительного хранения необходимо определить причины изменения характеристик порохов.
Оценка причинно-следственной связи между изменением характеристик порохов и изменением начальной скорости снарядов проводилась с использованием результатов физико-химического анализа порохов и полигонных контрольно-баллистических испытаний метательных зарядов из пироксилиновых порохов.
В качестве формального показателя кинетики химического разложения порохов может быть принят расход стабилизатора химической стойкости (ЛЬдФА). Изменение влажности пороха и улетучивание спиртоэфирного растворителя можно охарактеризовать одним показателем - изменением общего содержания летучих веществ (АНобщ).
Исходя из этого, задача на первом этапе исследований была сведена к оценке влияния на изменение начальной скорости снарядов АУ0 артиллерийских боеприпасов двух факторов:
1) химического разложения нитратов целлюлозы, в качестве показателя которого используется расход дифениламина;
2) изменения общего содержания летучих веществ, к которым относятся влага и остаточный спирто-эфирный растворитель.
На втором этапе оценивалось влияние на изменение начальной скорости снарядов следующих факторов:
1) изменения содержания влаги (удаляемых летучих веществ АЬуд);
2) изменения содержания остаточного спиртоэфир-ного растворителя (не удаляемых летучих веществ ЛЬнеуд).
Для оценки причинно-следственной связи между входными характеристиками (х-|, х2) и выходной характеристикой (у) применялись коэффициенты частной корреляции. Значимость коэффициентов частной корреляции оценивалась с помощью критерия Стьюдента.
В таблицах 1 и 3 приведены результаты физико-химических и баллистических испытаний метательных зарядов к выстрелам для танковой пушки Д-81.
В результате статистической обработки опытных данных получены значения коэффициентов частной корреляции, представленные в таблицах 2 и 4.
Таблица 1- Результаты баллистических и физико-химических испытаний метательных зарядов (кумулятивный снаряд)
№ п/п АУо, % АЬуд, % АЬнеуд, %
1 -0,49 -0,32 +0,03
2 +0,30 -0,32 -0,02
3 +0,28 -0,18 +0,06
4 +1,26 -0,20 +0,12
5 +0,96 -0,20 +0,18
6 +0,50 -0,22 +0,16
7 +1,16 -0,20 +0,08
8 +1,05 -0,16 +0,34
9 -1,13 +0,38 +0,10
10 -0,99 +0,22 +0,10
11 -0,27 +0,20 +0,18
12 -0,35 +0,50 +0,18
13 -0,50 +0,26 +0,17
14 -0,29 +0,14 +0,13
15 -0,47 +0,50 +0,14
16 -0,94 +0,26 +0,32
17 -1,29 +0,14 -0,18
18 -2,03 +0,50 +0,06
19 -1,15 +0,26 -0,12
20 -1,16 +0,42 +0,06
21 -0,95 +0,85 +0,30
22 -0,73 +0,36 +0,34
23 -0,41 +0,56 +0,28
24 -0,30 +0,54 -0,16
25 -0,49 +0,30 +0,44
26 +0,40 +0,08 +0,08
27 +0,43 +0,08 +0,10
28 -0,10 +0,12 +0,12
Таблица 2 - Коэффициенты частной корреляции между ЛVo, ^уд, ЛИнеуд, полученные по результатам испытаний метательных зарядов (кумулятивный снаряд)
Числен-
Коэффициенты корреляции ное значение коэффициентов Число степеней свободы f Доверительный уровень значимо- t tf, а Значимость
корреля- сти а
ции
ТДУоДИуд/ДИнеуд -0,80 27 0,05 6,90 2,05 да
ТДУоДИнеуд/ДЬуд +0,24 27 0,05 1,29 2,05 нет
На основе корреляционного анализа результатов физико-химических и баллистических испытаний метательных зарядов из пироксилиновых порохов установлено, что одной из основных причин изменения начальной скорости снарядов при длительном хранении артиллерийских боеприпасов является изменение содержания в порохах удаляемых летучих веществ, т. е. влаги. В результате влагообмена с окружающей средой пороха могут как увлажнятся, так и высыхать. При этом начальная скорость снарядов либо уменьшается, либо увеличивается.
Таблица 3 - Результаты баллистических и физико-химических испытаний метательных зарядов (бронебойно-подкалиберный снаряд)
№ п/п AVo, % Ahуд, % А^еуд, %
1 +1,67 -0,38 +0,58
2 +1,69 -0,33 +0,33
3 +1,26 -0,38 +0,53
4 +1,88 -0,54 +0,28
5 +1,86 -0,42 +0,20
6 +1,20 -0,20 +0,36
7 +1,33 -0,48 +0,21
8 -0,54 +0,21 +0,23
9 -0,59 +0,41 -0,03
10 -0,06 +0,15 +0,54
11 -1,29 +0,21 +0,09
12 -1,89 +0,33 +0,23
13 -1,79 +0,35 +0,30
14 -0,78 +0,45 +0,01
15 -3,23 +0,45 +0,03
16 -1,06 +0,25 +0,41
17 -1,62 +0,49 +0,01
18 -0,43 +0,25 +0,18
19 -2,54 +0,41 +0,21
20 +0,41 0,00 +0,31
21 +0,72 +0,02 +0,09
22 -0,03 -0,02 +0,36
23 +0,41 -0,08 +0,27
24 +0,42 -0,08 +0,45
25 +0,59 -0,02 +0,40
26 +0,29 -0,08 +0,31
27 0,00 +0,14 +0,21
Таблица 4 - Коэффициенты частной корреляции между ЛV0, ЛИуд, ЛИнеуд, полученные по результатам испытаний метательных зарядов (бронебой-но-подкалиберный снаряд)
Коэффициенты корреляции Численное значение коэффициентов корреляции Число степеней свободы f Доверительный уровень значимости а t tf,a Значимость
ТдУоДИуд/ДИнеуд ТдУоДИнеуд/ДИуд -0,89 +0,01 24 24 0,05 0,05 9,56 0,02 2,06 2,06 да нет
В настоящее время проводятся выборочные контрольно-баллистические испытания метательных зарядов стрельбой на артиллерийских полигонах. Испытания стрельбой всех партий зарядов, находящихся на хранении, невозможны по техническим и экономическим причинам.
Таким образом, бесстрельбовый способ оценки свойств зарядов может быть успешно реализован в решении задачи сокращения полигонных испытаний на манометрические испытания в лабораторных условиях. Общие принципы работы могут быть построены на имеющихся классических мате-магических моделях, допуская изменяя в подходах к построению исследований и оценки точности полученных результатов испытаний.
Литература
1. Патент на изобретение ЯИ (22360031 от 25.05.2003). Манометрическая бомба высокого давления. Б. Д. Ди-новецкий, А. В. Косточко, В. Н. Александров, А. А. Косточко.
2. Патент на изобретение ЯИ (2276322 от 28.10.2006). Манометрический сосуд. В. Н. Александров, Н. Г. Гайнутдинов, Б. Д. Диновецкий, В. С. Кириллов, А. В. Косточко, А. А. Косточко [и др.].
3. А. В. Косточко, Специальные полимеры и композиции. Матбугат йорты, Казань, 1999. 224 с.
4. А. С. Смирнов, А. Б. Терентьев, В. К. Мингазова, Н. С. Сонин, Д. А. Питайкин, А. Р. Нигметьянов, Вестник Казанского технологического университета, 17, 15, 4950 (2014).
5. А. В. Косточко, Вестник Казанского технологического университета, 4, 158-170 (2010).
© Д. А. Питайкин - нач. отдела 127 ЦЭИСП ГРАУ МО РФ (Киржач); Н. С. Сонин - канд. техн. наук, нач. отдела 127 ЦЭИСП ГРАУ МО РФ (Киржач); А. В. Косточко - д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой ХТВМС КНИТУ, htvms@kstu.ru; А. А. Косточко - канд. техн. наук, доцент кафедры ХТВМС КНИТУ, htvms@kstu.ru; А. Б. Терентьев - канд. техн. наук, доцент, Пензенский артиллерийский инженерный институт.
© D. A. Pitaykin - head of department, 127center for testingand examinationof weapons (Kirzhach); N. S. Sonin - associate professor, head of department, 127 Center for testingand examination of weapons (Kirzhach); A. V. Kostochko - Dr. technical. sciences, prof., head of the same department HTVMS KNRTU, htvms@kstu.ru; A. А. Kostochko - associate professor of the department HTVMS, KNRTU, htvms@kstu.ru; A. B. Terentev - associate professor, Penza Artillery Engineering Institute.
