CC BY
18
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, emi1976@yandex.ru, Russia, Perm, the Perm Military Institute of the National Guard's Forces of the Russian Federation,
Garifov Denis Rasimovich, teacher, ya.garifov@yandex.ru, 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
х© ь
Й (к !„ т
Рис. 1. Схема прогнозирования технического состояния объекта в момент прогноза
На рис. 1 штриховой линией показаны возможные продолжения реализации хи (4,тп) на интервале прогноза тп. Интервал прогнозирования хп - случайное время до первого пересечения случайным процессом Х(Г) границы поля допуска после момента Ь при условии, что до Ь он находится в поле допуска. Исчерпывающей характеристикой случайной величины хп является функция ее распределения Р{(Т -4)/х^к,тн)}, определяющая условную вероятность того, что объект, состояние которого до момента ^ описывалось реализацией хц(4,тн), не выйдя из строя до некоторого момента Т > tk,. Эта вероятность является апостериорной вероятностью безотказной работы объекта, которая определяет характеристики случайного апостериорного процесса в сечении т. е. работоспособное состояние объекта в моменты времени Т внутри интервала tk<Т<tп. Иными словами апостериорная вероятность безотказной работы объекта показывает, что у объекта заданный параметр Х не выйдет за пределы допуска [а,Ь]. При этом прогноз будет тем точнее, чем ближе к ^ момент к т. е. чем дольше будет наблюдаться прогнозируемый объект. Полагая закон распределения случайной величины Х(Г) в сечении 4 нормальным и имея соответствующую плотность вероятности /[х(4)/хи], искомую вероятность исправного состояния прогнозируемого объекта в момент 4 можно вычислить по формуле
/,Тн)] = |/[х(0/х^]дх.
(1)
Следует отметить, что все предшествующее справедливо, когда априорный процесс был полностью статистически определен на интервале [^,4].
Рассмотрим возможную методику оценки остаточного ресурса применительно к конструкциям образцов артиллерийского вооружения по имеющимся статистическим данным о случайном процессе. Потеря ресурса образцами артиллерийского вооружения обуславливается реализацией в их конструкциях сложных физико-химических процессов, которые приводят к деформации, поломке, износу, коррозии и другим видам повреждений деталей и сборочных единиц. Необходимо отметить, что ресурс образца артиллерийского вооружения определяется и закладывается в технические характеристики образца на этапе его разработки и проектирования и измеряется, как правило, в количестве выстрелов (циклов нагру-жения).
Как правило, эффективность применения образцов артиллерийского вооружения оценивается при традиционном допущении о сохранении живучести их стволов в пределах назначенного ресурса, что не всегда соответствует действительности и приводит к ошибочным оценкам того или иного исходного параметра. При этом необходимо отметить, что научное нормирование значений ресурса образцов артиллерийского вооружения до настоящего времени не проведено и руководящими документами не предусмотрено [2]. Следует также отметить, что эффективность применения образцов артиллерийского вооружения находится в прямой зависимости от условий их применения, в данном случае от настрела ствола, где настрел определяется характеристиками состояния канала ствола по износу. Здесь под износом канала ствола подразумевается совокупность изменений его геометрических размеров и конфигураций [3]. Так, например, переменные по величине и направлению нагрузки в запредельной области износа резко меняют свои значения, вызывая существенное ухудшение кучности стрельбы, потерю устойчивости конструкции образцов артиллерийского вооружения и т. п. При этом назначенные предельные величины выходных параметров должны обеспечить устойчивую динамику конструкции образцов артиллерийского вооружения.
На основании вышесказанного определим остаточную величину ресурса (износа) применительно к конструкциям артиллерийских орудий. Зная закономерности изменения процессов, вызывающих потерю ресурса, можно определить остаточную величину ресурса (износа) из выражения
где Х , Х (2)
где Хпр, ХэЕ
Тср ^^пр Xэкспл,
соответственно предельная величина износа ствола и величина износа ствола, измеренная
в процессе эксплуатации, мм.
С другой стороны справедливо равенство
Тср = МхстЛв, (3)
где Ыост - остаточное (до предельного состояния) количество выстрелов; - интенсивность изнашивания ствола за один выстрел, мм/выстр.
Тогда из выражения (2) и (3) следует, что оценить остаточный ресурс стволов артиллерийских орудий можно по остаточному (до предельного состояния) количеству выстрелов
X — X
N _ пр ЖЩЛ (4)
ост г '
Следует отметить, что интенсивность изнашивания ствола за один выстрел (./1в) является апостериорной характеристикой, достоверность определения которой во многом зависит от строгости учета настрела артиллерийских орудий [2]. Здесь под апостериорной характеристикой понимается информация о процессе эксплуатации образца артиллерийского вооружения по данным контроля его технического состояния, предсказанная на момент прогноза. Учитывая данные изменения допустимо предположить, что технический ресурс ствола артиллерийских орудий изменится в связи с изменением параметров вну-трибаллистического процесса. Результаты исследований свидетельствуют о том, что внутрибаллистиче-ские характеристики выстрела в совокупном действии существенно влияют на износ ствола и эффективность боевого применения образцов артиллерийского вооружения, в частности, артиллерийских систем. Таким образом, не отходя, от сути, вышеприведенных подходов прогнозирования остаточного ресурса сложных технических систем, применительно к конструкциям образцов артиллерийского вооружения предлагается следующая методика оценки (прогнозирования) остаточного ресурса стволов артиллерийских орудий с учетом априорной и апостериорной информации о процессе эксплуатации в рамках мероприятий контрольно-технических осмотров или технического диагностирования конструкций образцов артиллерийского вооружения. Блок-схема методики оценки (прогнозирования) остаточного ресурса стволов артиллерийских орудий представлена на рис. 2.
Из рассмотренной методики следует, что при эксплуатации образца артиллерийского вооружения оценку его ресурса, производят на основании нормативных документов, которые в свою очередь основаны (явно или неявно) на статистических данных о материалах, воздействиях и условиях эксплуатации изделий. Следовательно, прогнозирование остаточного ресурса при эксплуатации образца артиллерийского вооружения должно быть основано на вероятностных методах (моделях). Необходимо также отметить, что применительно к эксплуатируемым изделиям основным понятием ресурса здесь является индивидуальный остаточный ресурс - продолжительность эксплуатации от данного момента времени до достижения предельного состояния.
В условиях эксплуатации по техническому состоянию межремонтные периоды также назначаются индивидуально. Поэтому вводят понятие индивидуального ресурса до ближайшего среднего (СР) или капитального (КР) ремонта, т. е. остаточный ресурс должен соответствовать наработке, кратной проведению среднего или капитального ремонта. Например, Тн (СР) - наработка (ресурс), назначенная до СР; Тн (КР) - наработка (ресурс), назначенная до КР.
Таким образом, проблема обеспечения необходимого ресурса образцов артиллерийского вооружения при их эксплуатации может быть решена на основе полученных закономерностей (2), (3), (4) износа ствола от количества выстрелов. Приведенная методика оценки ресурса образцов артиллерийского вооружения позволяют более обоснованно готовить предложения по назначению предельного допуска определяющего параметра при длительной эксплуатации изделий.
Рис. 2. Блок-схема методики оценки (прогнозирования) остаточного ресурса стволов
артиллерийских орудий 101
Наряду с другими известными методиками, разработанная методика учитывает специфику возникновения и интенсивность отказов в реальных условиях эксплуатации изделий.
Список литературы
1. Артемов И.И., Савицкий В.Я. и др. Моделирование изнашивания и прогнозирование ресурса трибосистем. Пенза: Пенз. гос. ун-т, 2004. 353с.
2. Савицкий В.Я. Информационная технология прогнозирования ресурса сложных триботехни-ческих систем на стадиях жизненного цикла / Надежность и качество: В кн. тр. междунар. симпоз. / Под ред. Н.К. Юркова. Пенза: Информ. - издат. центр Пенз. гос. ун-т, 2002. С. 43-50.
3. Шипунов А.Г., Грязев В.П. и др. Эффективность и надежность стрелково-пушечного вооружения. Тула: Тул. гос. ун-т, 2002. 197 с.
Кустов Василий Геннадьевич, канд. техн. наук, доцент, vgkustov@mail.ru, Россия, Пермский военный институт войск национальной гвардии Российской Федерации,
Чурсин Александр Антонович, доцент, chursinperm@mail.ru, Россия, Пермь, Пермский военный институт войск национальной гвардии Российской Федерации
WAYS OF INCREASING THE RESOURCE OF SHORE OF ARTILLERY WEAPONS IN THE PROCESS OF THEIR INTENSIVE OPERATION
V.G. Kustov, A.A. Chursin
The article deals with the issue of assessing the resource of the barrel of artillery weapons. The main factors of changes in the performance of the bore during firing are analyzed. A methodology for estimating the resource of artillery barrels and studying the resource of artillery weapon barrels during long-term operation is given.
Key words: artillery barrel, trunk resource, bore, condition of the bore.
Kustov Vasiley Gennadevich, candidate of technical sciences, docent, vgkustov@mail. ru, Russia, Perm, Perm Military Institute of the National Guard's Forces of the Russian Federation,
Chursin Alexandr Antonovich, docent, chursinperm@mail.ru, Russia, Perm, Perm Military Institute of the National Guard's Forces of the Russian Federation
УДК 621.396
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-102-109
ЭМУЛЯЦИЯ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА ИДЕНТИФИКАЦИИ ДВИЖУЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ
В СРЕДЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ PROTEUS
Н.С. Тархов, А.Н. Тархов, Е.О. Иванникова, Т.В. Пашовкина
В статье рассматривается эмуляция работы устройства идентификации движущихся объектов в среде моделирования PROTEUS.
Ключевые слова: моделирование, движущийся объект, идентификация, микроконтроллер.
Современные информационные технологии предоставляют широкий спектр эмуляторов микропроцессорных систем. Наиболее функциональный из них - пакет PROTEUS [1]. Это среда виртуального моделирования электронных схем, как цифровых, так и аналоговых. Proteus - среда для проектирования и отладки электронных устройств, в т.ч. выполненных на основе микроконтроллеров различных семейств. Предоставляет возможности ввода схемы в графическом редакторе, моделирования её работы и разработки печатной платы, включая трехмерную визуализацию её сборки. Уникальной чертой среды Proteus является возможность эффективного моделирования работы разнообразных микроконтроллеров (PIC, 8051, AVR, HC11, ARM7/LPC2000 и др.) и отладки микропрограммного обеспечения.
Proteus VSM включает в себя более 6000 электронных компонентов со всеми справочными данными, а также демонстрационные ознакомительные проекты. Программа имеет инструменты USBCONN и COMPIM, которые позволяют подключить виртуальное устройство к портам USB и COM компьютера. При подсоединении к этим портам любого внешнего прибора виртуальная схема будет работать с ним, как если бы она существовала в реальности. Proteus VSM поддерживает следующие компиляторы: CodeVisionAVR и WinAVR (AVR), ICC (AVR, ARM7, Motorola), HiTECH (8051, PIC Microchip) и Keil (8051, ARM). Существует возможность экспорта моделей электронных компонентов из программы PSpice.
