CC BY
19
Shvikin Yuriy Sergeevich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, kbkedr@,tula. net, Russia, Tula, JSC «KBP»,
Seriegina Alina Vladimirovna, candidate of technical sciences, senior engineer, kbkedr@,tula. net, Russia, Tula, JSC «KBP»
УДК 623.52
ОСОБЕННОСТИ ОПТИМАЛЬНОЙ БАЛЛИСТИКИ В СЛУЧАЕ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВЫСОКОЙ СКОРОСТИ И ХАРАКТЕРНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ДЛЯ ВЫХОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ
Ю.С. Швыкин, А.В. Серегина
Рассмотрено влияние первичных параметров конструкции на формирование вероятного отклонения дульной скорости в случае увеличения дальности стрельбы. Установлены зависимости вероятного отклонения дульной скорости и ее температурного смещения для диапазона дальностей стрельбы в случае проектирования метательного заряда оптимальным способом.
Ключевые слова: внутренняя баллистика, дульная скорость, вероятное отклонение.
К современным артиллерийским системам предъявляются требования по обеспечению широкого диапазона дальностей стрельбы и соответственно дульных скоростей изделий. В зависимости от номинала дульной скорости определяется тип баллистики: в диапазоне 350...600 м/с - умеренная, с меньшей скоростью - низкая, со скоростью, превышающей данные величины, - высокая. Для каждого типа характерны свои особенности взаимовлияния конструктивных параметров системы «выстрел - ствол» и их влияния на определяющие выходные характеристики изделия. Для точности поражения целей наиболее существенными факторами являются показатели стабильности дульной скорости: ее вероятное отклонение и ее температурное смещение. Эти параметры зависят также от типа проектирования метательного заряда.
Проектирование метательного заряда проведено для 152-мм изделия, разрабатываемого в АО «КБП». Обеспечение дульной скорости 350 и 450 м/с возможно и при «классическом» и «оптимальном» решении. Найти баллистическое решение в рамках традиций создания метательных зарядов для скорости 590 м/с, обеспечивающей дальность 16 км, невозможно, так как при существующих ограничениях по уровню максимального давления пороховых газов выбрана толщина свода, при которой полное сгорание продукта при крайней отрицательной температуре эксплуатации происходит на дульном срезе ствола. Напомним, что в случае «классической» баллистики назначение толщины свода происходит таким образом, чтобы
176
полное сгорание метательного заряда при крайней отрицательной температуре происходило на длине ствола 0,7...0,9, а в случае «оптимальной» баллистики определяющим фактором при назначении толщины свода является максимально допустимое давление пороховых газов в канале ствола. При этом полное сгорание продукта происходит на меньшей длине ствола, чем в случае «классической» баллистики, в случае малой скорости и на большей длине или, вообще, в периоде последействия в случае высокой скорости.
Проведение анализа графиков внутренней баллистики возможно только при рассмотрении влияния отдельных параметров системы «орудие - выстрел» и их взаимосвязей. В целом видно, что применение при проектировании метательного заряда «классической» баллистики в сравнении с «оптимальной» обеспечивает худшие результаты по температурному смещению дульной скорости и ее вероятному отклонению, а, в конечном итоге, и по кучности стрельбы.
В предыдущей статье показано, что чем меньше толщина свода, тем меньше доля влияния параметров заряда в формировании вероятного отклонения скорости. Так, при максимальной толщине свода из рассматриваемых вариантов, что соответствует «классической» баллистике для обеспечения дальности 12 км, такие факторы, как неодновременность воспламенения заряда и разносводность пороховых элементов, являются основными компонентами, формирующими вероятное отклонение скорости. При наименьшей толщине свода, соответствующей дальности стрельбы 9 км при «оптимальной» баллистике, влияние неодновременности воспламенения заряда и разносводности элементов практически отсутствует. Также с уменьшением толщины свода уменьшается влияние и таких параметров как масса заряда и начальный объем зарядной каморы, на отклонение скорости.
Это связано с тем, что при малой толщине свода полное сгорание заряда происходит на малом пути передвижения снаряда по каналу ствола, что сопровождается некоторым уменьшением второстепенных работ, таких, как перенос твердых частиц заряда и газопороховой смеси по каналу ствола. Также при быстром сгорании пороха уменьшаются тепловые потери за счет скоротечности процесса выстрела.
С уменьшением толщины свода основным фактором, влияющим на вероятное отклонение скорости, становится сила сопротивления движению снаряда по каналу ствола. Данный параметр состоит из двух компонентов: силы врезания и силы трения. Сила врезания определена на основании предложенной специалистами в области вооружения бронетанковой техники конструкции ведущего пояска по методике Чурбанова, сила трения определена как функция давления пороховых газов в канале ствола по ме-
тодике Серебрякова. Возможно, что более детальный подход к определению силы сопротивления движению снаряда по каналу ствола несколько изменит картину влияния параметров системы «орудие - выстрела» на вероятное отклонение дульной скорости изделия.
Таким образом, в результате анализа баллистики зависимости вероятного отклонения начальной скорости, ее разницы при крайних температурах эксплуатации от ее номинальной величины, а также диаграмм влияния отдельных конструктивных параметров выстрела можно сделать вывод о том, что рекомендуется проводить проектирование метательного заряда в рамках оптимальной баллистики. Это позволит при требуемых низких начальных скоростях получить высокие показатели по кучности стрельбы и обеспечить требуемые высокие начальные скорости за счет рационального проектирования метательного заряда без конструктивных изменений параметров ствола, снаряда и гильзы. Вследствие данного вывода дальнейшие исследования по уменьшению кучности стрельбы будут проводиться в условиях оптимальной баллистики.
На рис. 1 показано влияние первичных параметров конструкции на формирование вероятного отклонения дульной скорости с дальностью стрельбы 16 км при оптимальной баллистике. Как видно из графика, наибольшее влияние оказывает неодновременность воспламенения основного продукта. Уменьшить воздействие этого фактора можно за счет применения форкамерного воспламенения. Также к существенным параметрам можно отнести температуру метательного заряда, усилие развальцовки изделия, начальный объем зарядной каморы и массу основного продукта.
На рис. 2 показано влияние первичных параметров конструкции на формирование вероятного отклонения дульной скорости с дальностью стрельбы 20 км при баллистике, близкой к оптимальной. Для этого варианта исполнения метательного заряда с целью непревышения заданного максимального давления пороховых газов в канале ствола необходимо было настолько увеличить толщину горящего свода основного продукта, что полное сгорание продукта при крайней отрицательной температуре эксплуатации будет происходить в периоде последействия. Вследствие этого на величину вероятного отклонения дульной скорости наибольшее влияние оказывают параметры метательного заряда, такие, как неодновременность воспламенения основного продукта и разносводность пороховых элементов.
На рис. 3 представлена зависимость температурного смещения дульной скорости, полученной при оптимальной или близкой к ней баллистике, от ее номинальной величины, соответствующей диапазону дальностей стрельбы от 9 до 20 км. Как известно, температурное смещение параметра - это разница в значении этого параметра при крайних отрицательной и положительной температурах эксплуатации. Из графика видно, что в
178
случае оптимальной баллистики существует прямая зависимость между уменьшением дульной скорости и снижением ее температурного смещения.
1.6
1.4 1.2
1
Рис. 1. Влияние первичных параметров конструкции на формирование вероятного отклонения дульной скорости с дальностью стрельбы 16 км при оптимальной баллистике
30
25
20
Рис. 2. Влияние первичных параметров конструкции на формирование вероятного отклонения дульной скорости с дальностью стрельбы 20 км при баллистике, близкой к оптимальной
ДУт =
м/с
40
35 30 25 20 15 10
/
300
400 500 600 700
Дульная скорость V, м/с
800
12 16 Дальность, км
20
0,19 0,30 0,54
Плотность заряжания, кг/л
0,83
Рис. 3. Зависимость температурного смещения дульной скорости снаряда от уровня требуемой начальной скорости при оптимальной баллистике
На следующем графике (рис. 4) показана зависимость вероятного отклонения дульной скорости в нормальных условиях от номинальной величины скорости. Из графика видно, что в условиях низкой и умеренной баллистики при оптимальном способе проектирования метательного заряда вероятное отклонение дульной скорости удается сохранить на достаточно низком уровне. Необходимость увеличивать скорость при сохранении предельного уровня максимального давления приводит к существенному росту толщины горящего свода пороховых элементов. Это, в свою очередь, приводит к сдвигу момента окончания горения основного продукта в сторону дульного среза. А уже это приводит к значительному ухудшению вероятного отклонения дульной скорости.
Совместное рассмотрение графиков, изображенных на рис. 3 и 4, показывает, что с ростом дальности стрельбы происходит увеличение температурного смещения дульной скорости и ее вероятного отклонения. И если в случае температурного смещения зависимость носит прямо пропорциональный характер, то в случае вероятного отклонения дульной скорости ее зависимость от номинального значения дульной скорости имеет более сложный вид. С ростом номинальной величины дульной скорости происходит ухудшение ее вероятного отклонения по абсолютной величине.
При этом в зоне низкой и умеренной баллистики различия по вероятному отклонению невелики, а с переходом в зону высокой баллистики наблюдается резкий рост вероятного отклонения.
Рис. 4. Зависимость вероятного отклонения дульной скорости 152-мм ОФСмассой 38,4 кг при НКУ от номинальной величины дульной скорости и дальности стрельбы при оптимальном
проектировании
Вероятное отклонение, выраженное в процентном отношении с номинальной величиной, в зоне низкой и умеренной баллистики с ростом дульной скорости снижается, а с ее переходом в зону высокой баллистики резко увеличивается.
Обеспечение дульной скорости для всего необходимого диапазона дальностей происходило не в одинаковых условиях. Следует отметить, что достичь в заданных ограничениях по длине ствола, начальному объему зарядной каморы и максимальному давлению пороховых газов дульную скорость 725 м/с, необходимую для получения дальности выстрела 20 км, невозможно. На графике рис. 5 представлен вариант обеспечения дульной скорости 725 м/с, требующий меньших по сравнению с другими способами изменений в конструкции выстрела и орудия. В этом варианте увеличено максимально допустимое давление на дно гильзы до 4000 кгс/см2. Тем не менее, при этом толщина свода выбрана таким образом, что сгорание продукта продолжается и в периоде последействия. Несмотря на то, что обеспечение большой дальности невозможно в условиях, аналогичных малым и средним дальностям, данный вариант исполнения метательного заряда необходимо включать в общие графики зависимости температурного смещения дульной скорости и ее вероятного отклонения от номинальной ве-
личины дульной скорости. Это включение необходимо, так как обеспечить скорость 725 м/с без конструктивных изменений невозможно, а целесообразность стрельбы на 20 км нужно оценить.
Рис. 5. Выходные характеристики выстрела с дальностью 20 км при баллистике, близкой к оптимальной, с предельным давлением
4000 кгс/см2
Таким образом, в области одинаковых максимальных давлений наблюдаются с увеличением дульной скорости разброс ее значений между крайними температурами эксплуатации и практически постоянное по абсолютной величине вероятное отклонение дульной скорости (соответственно в процентном отношении величина гу будет снижаться). Чтобы понять причину этой закономерности, необходимо вновь обратиться к диаграммам, на которых показано влияние изменения отдельных конструктивных параметров на вероятное отклонение дульной скорости с дальностями стрельбы 9, 12 и 16 км.
Из диаграмм видно, что при малых скоростях и в абсолютных, и в относительных величинах наибольшее влияние на ее вероятное отклонение оказывает сила врезания, состоящая из усилий, затрачиваемых при прохождении гладкого и нарезного конусов, сопровождающаяся формированием нарезов на ведущем пояске снаряда, и силы сопротивления движению по цилиндрической части канала ствола с уже сформировавшимися нарезами на ведущем пояске. С ростом дульной скорости влияние этого фактора снижается, при этом усиливается влияние заряда, точнее, пороховых элементов, толщина свода которых с ростом дульной скорости увеличивается.
Учитывая общую тенденцию развития техники по повышению точности изготовления изделий, в том числе и в области создания военной техники, существует реальная возможность уменьшения (сокращения) до-
182
пусков при изготовлении основных узлов выстрела и орудия. Необходимо рассмотреть, как это отразится на величине вероятного отклонения дульной скорости и, в конечном счете, на случайных отклонениях по дальности. Так же, как и ранее, должны быть рассмотрены три случая: низкой, умеренной и высокой баллистики.
В настоящее время подобные расчеты по определению доли вероятного отклонения дульной скорости в кучности стрельбы и степени снижения этой доли при уменьшении вдвое всех учитываемых при определении rv параметров проведены для орудий разработки АО «КБП им. академика А.Г. Шипунова». Отделением расчета аэродинамики проведено определение рассеивания от разброса начальной скорости штатных изделий калибров 100, 122 и 152 мм на максимальных дальностях при НКУ.
Швыкин Юрий Сергеевич, д-р техн. наук, проф., заместитель начальника управления, kbkedr@,tula.net, Россия, Тула, АО «КБП»
Серегина Алина Владимировна, канд. техн. наук, ведущий инженер-исследователь, kbkedr@,tula.net, Россия, Тула, АО «КБП»
THERE ARE OPTIMAL BALLISTIC FEA TURES IN CASE OF SECURING OF HIGH
SPEED AND CHARACTERISTIC RELA TIONS FOR EXIT DESCRIPTIONS
U.S. Svikin, A.V. Seregina
The initial constructive parameters on the expected variation of muzzle speed forming in case of an increase of shoot distance are considered, the relations of the expected variation of muzzle speed and its temperature variation for the diapason of shoot distance in case of an optimal way projection of missile charge.
Key words: internal ballistics, muzzle velocity, probable deviation.
Shvikin Yuriy Sergeevich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, kbkedr@,tula. net, Russia, Tula, JSC «KBP»,
Seriegina Alina Vladimirovna, candidate of technical sciences, senior engineer, kbkedr@,tula. net, Russia, Tula, JSC «KBP»
