CC BY
68
УДК 536.4
РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПОВЕРХНОСТИ ФРИКЦИОННОГО КОНТАКТА
ВЕДУЩЕГО ПОЯСКА С КАНАЛОМ СТВОЛА АРТИЛЛЕРИЙСКОЙ УСТАНОВКИ
Я. С. Зезюлинский Научный руководитель - А. В. Гуськов
Новосибирский государственный технический университет Российская Федерация, 630073, г. Новосибирск, просп. К. Маркса, 20 E-mail: stroncyi@yandex.ru
По теории Х. Блока выполнен расчет температуры на поверхности контакта ведущего пояска и канала ствола артиллерийской установки. Подтверждение расчетов путем проведения металлографических исследований.
Ключевые слова: Расчет температур, фрикционный контакт, ведущий поясок, артиллерийская установка.
HEAT TRANSFER IN HIGH-SPEED MODEL LEADING BELT FOR CHANNEL GUN MOUNT
Y. S. Zezyulinsky Scientific supervisor - A. V. Guskov
Novosibirsk State Technical University 20, K. Marks Av., Novosibirsk, 630073, Russian Federation E-mail: stroncyi@yandex.ru
According to the theory H. Block calculated the temperature at the contact surface leading belt and channel of gun mount. Confirmation of payment through metallographic studies.
Keywords: Calculation of temperature, friction contact, leading belt, gun mount.
Трение в канале ствола (КС) артиллерийской установки при скоростях скольжения артиллерийского снаряда (АС) 500-700 м/с является недостаточно изученным вариантом. Отличительной особенностью работы системы «КС-АС» является интенсивная пластическая деформация в процессе формирования ведущего пояска (ВП), который обеспечивает герметизацию при высокоскоростном движении АС по профильной поверхности КС [1]. Основная проблема связана с повышением работоспособности ВП при значительном увеличении параметров взаимодействия КС с АС. Известно [2-6], что при движении снаряда по каналу артиллерийской установки контактные температуры на поверхности ВП достигают значительных величин, что приводит к плавлению приповерхностных слоев материала ведущего пояска. Для определения влияния прогрева на изменение физико-механических свойств приповерхностного слоя и коэффициента трения на поверхности ВП выделено три участка, взаимодействующих с поверхностью нареза канала ствола: R1 - поле нареза, R2 -боевая грань и R3 -дно нареза (рис. 1, а, б, в) соответственно. Для нахождения температуры на выделенных участках поверхности контакта «ведущий поясок - канал ствола» использовалась методика Х. Блока [7], в которой принято допущение о том, что скорость перемещения пятна контакта превышает скорость распространения температуры при выполнении условия подобия Пекле [7].
Температура поверхности Т в любой точке, перекрываемой тепловым источником [7]:
T = 2Q (t/nkpc)12,
где t - время прохождения теплового источника (ведущего пояска) через рассматриваемую точку канала ствола, которое равно t = B/V; k, p, c - теплопроводность, плотность и удельная теплоёмкость материала полупространства.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2015. Том 1
Источником тепла является фрикционный контакт «ВП - КС». Мощность тепловыделения в области контакта: Q = /рУ, где р - удельное давление.
Температура на поверхности контакта описывается выражением Tmax = 2 fP
B / V I пркс
Для определения зависимости скорости движения снаряда по каналу ствола от времени использовались результаты, полученные авторами [2].
Рис. 1. Области решения задачи определения температуры на участках контакта ведущего пояска - канала ствола
Коэффициент трения f пары «сталь-медь» на начальный момент времени принимался равным 0,3 [4]. Удельные давления постоянны и равны пределу текучести материала ВП. На основании теории, «температура вспышки» [7] для металлов определяется температурой плавления. Для материала М1 типового ведущего пояска АС она равна 1 053 °С, что соответствует температуре плавления 1 083 °С за вычетом температуры окружающей среды, равной 30 °С.
На основании вышеизложенного определена температура на каждом участке (R\, R2 и R3) ведущего пояска при прохождении по каналу ствола во время выстрела. Начальные условия: t = 0: Tri = TR2 = TRs = 20 °С.
По рис. 2 видно, что на всех участках контакта зависимости изменения температуры от времени движения снаряда идентичны, но наиболее интенсивно нарастание температуры происходило в начальный период движения снаряда по каналу ствола (до t = 0,023 с) на участке Ri.
Для исследования влияния переноса тепла в материал ВП после полигонных испытаний отобраны корпуса снарядов калибром 122 мм. Из отобранных корпусов АС вырезались кольца с ведущими поясками из которых изготовлены шлифы для металлографических исследований. Анализ микроструктуры материала ВП позволил выделить три слоя:
а) слой, нагретый до температуры плавления и застывший во время полета АС. Характеризуется специфическим рельефом поверхность материала пояска. Зарегистрированы нарушения сплошности в виде сдвигов материала (рис. 3, а);
б) рекристаллизованный слой материала. Волокнистая структура сменяется полиэдрической с большим числом двойников отжига (рис. 3, б);
в) слой, не подвергшийся термическому воздействию (подложка) (рис. 3, в).
120tУ
/> 0,605 и.ги <7.<и т ч,г'2 0.02и и>01 0*033 и,л с
Рис. 2. Изменение температуры на участках поверхности ВП при движении снаряда по каналу ствола:
1 - Ль 2 - Л2; 3 - Л3
По результатам проведенных экспериментов выделен физический процесс переноса приповерхностного слоя материала ведущего пояска. Во время выстрела при высокоскоростном движении снаряда под действием фрикционного контакта «КС - ВП - АС» происходит нагрев приповерхностного сильнодеформированного (s > 40 %) слоя медного ведущего пояска до высоких (Т > 1 000 К) температур. В результате интенсивного теплового воздействия приповерхностный слой материала рекристаллизуется и частично переходит в расплавленное состояние, что и служит причиной переноса материала тонких приповерхностных слоев на поверхность канала ствола.
Библиографические ссылки
1. Гуськов А. В., Милевский К. Е., Слесарева Е. Ю. Анализ существующих конструкций ведущего пояска снарядов // Вестник академии военных наук. 2012. № 2(39) С. 152-158.
2. Балакин В. А. Трение и износ при высоких скоростях скольжения. М. : Машиностроение, 1980. 136 с.
3. Montgomery R. S. Surface Melting of Rotating Bands // Wear. 1976. Vol. 38. Р. 235-243.
4. Эттлс С. М. Влияние тепловых эффектов на трение при высоких скоростях скольжения // Проблемы трения. 1986. № 1. С. 71-78.
5. Гуськов А. В., Милевский К. Е., Слесарева Е. Ю. Исследование процесса движения ведущего пояска артиллерийского снаряда в тепловой машине // Известия высших учебных заведений. Физика 2013. Т. 56, № 6/3. С. 14-16.
6. Распределение температуры в материале ведущего пояска при функционировании / Н. Н. Горелова, А. В. Гуськов, К. Е. Милевский и др. // Наука Промышленность Оборона : тр. XIV Всерос. науч.-техн. конф. 2013. С. 123-127.
7. Blok H. Theoretical study of temperature rise at surfaces of actual contact under oiliness lubricating conditions // Proc. inst. mech. eng. 1937. № 2. P. 222-235.
© Зезюлинский Я. С., 2015
