Понятие о расчете снаряда на прочность при выстреле

При движении снаряда по каналу ствола на его оболочку действуют:

o сила давления пороховых газов,

o силы инерции, возникающие в массе металла оболочки и снаряжения под влиянием ускоренного поступательного и вращательного движения снаряда,

o сила реакции ведущего пояска, возникающая в результате обжатия его стенками ствола орудия.

Помимо этих сил при выстреле на снаряд действуют силы:

o трения о стенки канала ствола;

o центробежные силы и др.

Центробежными силами и силой инерции от углового ускорения, при расчете снаряда на прочность, обычно пренебрегают, поскольку они сравнительно малы.

При движении снаряда по каналу ствола силы, действующие на его элементы, изменяются по величине.

При расчете прочности оболочки при выстреле определяется характер действия перечисленных сил на оболочку снаряда в момент времени, при котором напряжения и деформации в той или иной части оболочки достигают своих наибольших значений.

Условием прочности оболочки снарядов при выстреле является сохранение ею целостности и отсутствие остаточных деформаций, превосходящих допустимые значения. Нарушение этого условия может привести к преждевременным разрывам снарядов или к резкому ухудшению кучности стрельбы. В результате расчета оболочки снаряда на прочность при выстреле устанавливается необходимая толщина стенок и дна оболочки, а также выбирается металл с необходимыми механическими характеристиками.

Впервые расчет прочности стенок корпуса снаряда был разработан по методике, основанной на условиях упругого равновесия полого цилиндра бесконечной длины. За характеристики прочности были приняты напряжения, возникающие в стенках корпуса снаряда при выстреле. При расчете учитывались только силы инерции от линейного ускорения и давления снаряжения на стенки корпуса снаряда.

Этот метод применяется сейчас для расчета снарядов, у которых ведущий поясок находится в зоне дна снаряда, а также сплошных и подкалиберных снарядов. Он также может быть применим для прикидочных расчетов, когда достаточно сравнить осевые напряжения в опасных сечениях стенок корпуса снаряда с допустимыми.

В 1942—1944 гг. под руководством проф. Ильюшина А. А. был разработан более совершенный метод расчета прочности стенок корпуса снаряда с учетом действия всех основных сил.

Метод создан на базе современных достижений науки в области теории упруго-пластического состояния изотропного тела. При этом за характеристики прочности корпуса снаряда приняты остаточные деформации, измеряемые в опасных сечениях корпуса снаряда. Такими сечениями являются сечения, проходящие через середину ведущего пояска, посередине между ведущим пояском и дном камеры снаряда, выше ведущего пояска и через середину верхнего центрующего утолщения. Ввиду весьма сложных расчетов метод проф. Ильюшина А. А. рассматривается в специальных курсах.

Здесь приводятся расчетные формулы первого метода, учитывающие только силы инерции от линейного ускорения. Расчет ведется по наиболее опасным сечениям оболочки, которыми являются ослабленное сечение в зоне ведущего пояска (nn) и сечение у дна камеры снаряда (n’n’).

Рассмотрим сечение nn (см.рис.1). При выстреле верхняя часть оболочки будет давить на нижнюю с силой S, пропорциональной ускорению снаряда:

где m _B и q_B — соответственно масса и вес части снаряда, расположенной выше сечения.

Из уравнения движения снаряда

находим где P _max — максимальное давление поровых газов.

Тогда

Напряжение в металле по выбранному сечению оболочки

где R — наружный радиус оболочки; r — внутренний радиус оболочки.

Для получения необходимого запаса прочности при расчете величину максимального давления увеличивают на 10%, тогда расчетное напряжение принимает вид

Условием прочности оболочки в данном сечении должно быть

За допускаемое напряжение принимается предел пропорциональности или предел текучести материала оболочки.

2. ПОНЯТИЕ О РАСЧЕТЕ СНАРЯДА ПРИ УДАРЕ О ПРЕГРАДУ

Для бронебойно-трассирующих и отчасти бетонобойных снарядов прочность стенок корпуса и напряжения в разрывном заряде определяются при ударе снаряда в преграду

Ввиду сложности явлений, сопровождающих удар снаряда в твердую преграду, расчет прочности ведется при следующих допущениях:

— снаряд встречает преграду по нормали;

— преграда (например, броня) считается пробитой по выходе всей длины головной части снаряда за тыльную сторону брони, т. е. снаряд совершит в ней путь l = b + Н (см.рис.2).

Если скорость снаряда в момент встречи с броней принять равной V_c, силу сопротивления брони ρ и снаряд, обладающий этой скоростью, теряет всю свою живую силу на пути l, то работа силы сопротивления брони будет иметь вид

откуда: сила сопротивления преграды

а ускорение снаряда

Для нахождения силы давления задней части снаряда на переднюю рассмотрим сечение n-n и обозначим вес задней части оболочки через q₃, а разрывного заряда через ω₃ (см.рис.3).

Сила инерции задней части снаряда будет

а напряжение сжатия в корпусе по сечению nn примет вид

Напряжения в металле корпуса снаряда при ударе в преграду обычно превосходят предел упругости весьма прочных сталей. Однако, учитывая, что эти напряжения в данном случае носят мгновенный характер, считают возможным значительно повысить допускаемые напряжения для металла оболочки снаряда.

Так, мгновенные напряжения, возникающие в опасном сечении снаряда, лежащего в области вершины камер для разрывного заряда, не должны превышать для бронебойно-трассирующих снарядов 22000 кг/см² и для бетонобойных снарядов 10000 кг/см².

Расчет напряжений в разрывном заряде ведется по аналогии. Сила инерции массы задней части разрывного заряда будет

а напряжение, вызываемое этой силой, во взрывчатом веществе

Для предупреждения преждевременного взрыва разрывного заряда бронебойно-трассирующих снарядов обычно прибегают к флегматизации взрывчатых веществ, а в некоторых случаях и к постановке деревянных или пластмассовых вкладышей в передней части камеры снаряда.

После расчета снаряда на прочность производится расчет устойчивости его на полете. В процессе всех расчетов, изложенных выше, конструкция снаряда и его размеры корректируются с целью наиболее полного удовлетворения всем требованиям, предъявляемым к проектируемому снаряду. После корректировки эскизного чертежа составляются чертежи технического проекта, на основании которых изготовляются опытные образцы снарядов.

Окончательное суждение о пригодности снаряда для принятия на вооружение дается после отстрела ряда опытных партий на полигонных и войсковых испытаниях.

Дата добавления: 2015-07-26