Выбор параметров деформируемого замыкателя для трансформируемого артиллерийского снаряда Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

МЕХАНИКА ПРОЧНОСТИ, ТЕРМОПРОЧНОСТИ И УДАРА

УДК 623.46

ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ДЕФОРМИРУЕМОГО ЗАМЫКАТЕЛЯ ДЛЯ ТРАНСФОРМИРУЕМОГО АРТИЛЛЕРИЙСКОГО СНАРЯДА

Л.И. Алешичева, А.Н. Троицкий, М.А. Тюкавкин

Предлагается вариант фиксации элементов конструкции трансформируемого артиллерийского снаряда за счет пластически деформируемого кольцевого замыкателя. Определяются параметры замыкателя, которые обеспечивают его функционирование при заданных силовых нагрузках.

Ключевые слова: трансформируемый артиллерийский снаряд, пластически деформируемый замыкатель.

Одним из главных направлений совершенствования артиллерийских снарядов является увеличение дальности полета при сохранении массога-баритных характеристик на прежнем уровне. В этом направлении существуют решения увеличения дальности полета за счет введения бортовых энергетических установок в виде ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ) и донных газогенераторов (ДГГ). Однако потенциал данных решений в настоящее время близок к своему пределу, что вынуждает разработчиков искать нетипичные для данного класса летательных аппаратов (ЛА) решения [1]. Одним из наиболее перспективных решений в области бортовых энергоустановок является использование ракетно-прямоточных двигателей (РПД). Теоретически использование РПД позволяет существенно увеличить дальность полета. Но реализация этого решения осложняется тем, что на борту ЛА не удается разместить камеру дожигания необходимого объема, поэтому в ряде работ было предложено формировать камеру дожигания в процессе полета [2].В полете такие снаряды испытывают большие аэродинамические нагрузки, а сам процесс трансформации происходит под воздействием высоких динамических нагрузок. В связи с этим актуальной является задача реализации трансформируемой конструкции снаряда с надежной фиксацией элементов.

Предлагается вариант фиксации элементов конструкции трансформируемого артиллерийского снаряда за счет пластически деформируемого кольцевого замыкателя, который выполняется в виде пояска из пластичного материала и устанавливается на внутренней поверхности выдвижной кормовой части (рис 1.).

Накопительная камера /

Г

а

А А121]

б

Рис.1. Схема трансформируемого артиллерийского снаряда с пластически деформируемым кольцевым замыкателем: а - снаряд до трансформации; б - снаряд после трансформации

Трансформация снаряда происходит следующим образом. В процессе движения снаряда по каналу ствола в накопительную камеру из пространства за донным срезом поступают пороховые газы, образовавшиеся при срабатывании метательного заряда. После выхода снаряда из канала ствола артиллерийского орудия из-за разницы давлений в накопительной камере и за донным срезом кормовая часть с закрепленным на ней замыкателем смещается назад по отношению к движению снаряда до упорного конуса головной части. Кольцевой замыкатель пластически деформируется, заполняя объем проточек в основании конуса и кормовой части, при этом формируя замок, обеспечивающий надежную фиксацию элементов конструкции (рис. 2).

а б

Рис. 2. Кольцевой замыкатель до (а) и после (б) деформации

126

Необходимо определить параметры замыкателя, которые обеспечивают его функционирование при заданных силовых нагрузках. В качестве метода решения задачи использован метод конечных элементов (МКЭ). Рассматривается осесимметричное напряженное состояние. Используются треугольные элементы с линейной аппроксимацией перемещений[3]. Узловое перемещение определяются через компоненты

{8, }=

и

а перемещения элемента - вектором

{8}е =

5,

5/ 5

т

Поле перемещений определяется соотношением

{/ }={ы}= [т, т/, тт ,

где

ЛТ, а7- + Ьг + с7г

N = —-1-— и т. д.,

1 2А

а I - единичная матрица размерности 2х2. В этих соотношениях

а,-

г]2т

гт2] 5

с

-1~гт

остальные коэффициенты получаются циклической перестановкой индексов 1, /, т, а величина 2А определяется соотношением

т

г

г

2А = ёй

х

х>

X,

т

У

У/

Ут

= 2 • (площадь треугольника /т).

Все рассматриваемые компоненты вектора деформации можно выразить через перемещения:

ы=

8

8

х

У

У ху.

ды

дХ

ди

ау

ды + ди дх ду

>

где

Используя функции перемещений, получаем M=M5}e = [Bi, Б,, Bm ]{5}e,

dN_ dz 0

0

dNj_

dr

dN_ dN_

dz dr

0

2D

0 ci

bi 0

&i i C;Z

— + bj + — 0

rr

ci bi

Матрица жесткости

[k ]e _ 2pf [B]T [D][B]rdrdz,

и т. д.

где

D _

_ -n)

(1 + n)(1 - 2n)

x

1 n

n

n

1 -n n

1 -n 1 -n 1 n n

1 -n 1 -n 0 0

1 -n 1

0

0 0 0

1 - 2n

2(1 -n)_

Решение задачи пластического деформирования проводится на основе теории течения.

Расчет производится в программе Term 2 со следующими граничными условиями: 1 - действие распределенной нагрузки, 2...6 -узлы возможного контакта с внешней поверхностью, при этом величина зазоров задается в зависимости от размеров замыкателя и проточек (рис. 3).

1

Рис. 3. Схема соединения и граничные условия

128

Для проведения численного эксперимента зададим следующие исходные данные: внутренний диаметр замыкателя ё = 140 мм; 5 = 1,5 мм; Ь = 3,5 мм; 1 = 2 мм; материал замыкателя - мягкая латунь Л63, распределенная нагрузка р = 1000 Н.

С целью уменьшения усилия деформации используется скос пояска, величина угла а задается в диапазоне от 90 до 30°. Для оценки этой зависимости используется величина средней пластической деформации \еСр ].

Величина \еср ] вводится для численной оценки величины пластической деформации и равна среднему значению интенсивности пластических деформаций для определенной зоны модели (зоны показаны на рис. 3):

ср ]

п

Т ер

ср.

г п

где п - число элементов модели.

Результаты расчетов приведены на рис. 4 и 5.

а =90° а = 15

Рис. 4. Результаты численного эксперимента

129

Рис. 5. Зависимость среднего значения интенсивности пластических деформаций от угла а

Проведенные исследования показывают, что пластически деформируемый кольцевой замыкатель может быть использован для фиксации элементов конструкции трансформируемого в полете артиллерийского снаряда. При этом для уменьшения усилия деформации рекомендуется уменьшить площадь опорных граней пояска путем скоса кромок. Угол скоса следует выбирать в диапазоне от 45 до 30°, что позволяет существенно увеличить \еСр ] при заданной нагрузке или обеспечить необходимую деформацию при меньшем усилии.

Список литературы

1. Оценка целесообразности разработки ракетно-прямоточного двигателя для УАС, выполненного в габарите штатного артиллерийского снаряда / В.И. Бабичев [и др.] // Оборонная техника. 2013. Вып. 1-2. С. 23-28.

2. Патент РФ 2486452 на изобретение МПК8Б42Б10/38, Б42Б15/00. Способ увеличения дальности полета артиллерийского снаряда и устройство для его реализации / В.В. Ветров, Е.М. Костяной. Опубл.27.06.2013. Бюл. № 18.

3. Зинкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: МИР, 1975. 542 с.

Алешичева Лариса Ивановна, канд. техн. наук, доц., [email protected]. Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Троицкий Александр Николаевич, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Тюкавкин Михаил Алексеевич, асп., m. [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет

PARAMETER SELECTIONDEFORMABLE CONTACT-MAKER FOR THE TRANSFORMABLE ARTILLERY PROJECTILE

L.I. Aleshicheva, A.N. Troitskiy, M.A. Tyukavkin

A variant of fixation construction element transformable artillery projectile by the plastically deformable annular contact-maker is proposed. The parameters of the contact-maker, which ensure functioning for a given power loads is determinated.

Key words: the transformable artillery projectile, plastically deformable contact-

maker.

Aleshicheva Larisa Ivanovna, candidate of technical scineses, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,

Troitskiy Aleksandr Nikolayevich, candidate of technical scineses, docent, an-troitsky@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Tyukavkin Mikhail Alekseyevich, postgraduate, m. tyukavkin@gmail. com, Russia, Tula, Tula State University

УДК 533.7

К ВОПРОСУ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АДАПТИВНЫХ СЕТОК ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ СЛОЖНЫХ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РАКЕТНОЙ ТЕХНИКЕ

О.А. Корнев, Е.А. Шмидт

Рассматривается вопрос использования адаптивных сеток при моделировании задач газовой динамики. Представлены подходы к интерполяции сеточной функции, предполагающие расширение шаблона, а также критерии, позволяющие проводить динамическую адаптацию расчетной сетки к решению.

Ключевые слова: адаптивные сетки, сеточная функция, вычисление градиентов параметров через грани ячеек.

В свете непрерывного повышения мощности современных вычислительных систем актуальным остается вопрос повышения точности расчета задач газовой динамики. Повышения точности можно добиться двумя