Эксплуатация боеприпасов на огневой позиции 4 страница

прочности изменяется по линейному закону, т. е.

для однопроцентной нарезки, для двухпроцентной

нарезки, где —расстояние от сечения смещенного положения до рассматриваемого сечения; —расстояние от сечения сме­щенного положениядо сечения, удаленного на расстояние 2 d от дульного среза.

По давлениям, соответствующим кривой желаемого прочного сопротивления, ствол рассчитывается на прочность. Кривая желае­мого прочного сопротивления ствола выражает собой то наиболь­шее допустимое давление пороховых газов, в величине которой учтены погрешности расчетов и отклонения условий эксплуатации ствола от нормальных.

6. Выбирают материалы ствола и наружный радиус двумя способами.

а) На основе анализа существующих конструкций выбирают категорию прочности материала и для каждого опорного сече­ния определяют наружный радиус по формуле

где —давление, численно равное ординате кривой желаемого прочного сопротивления ствола для рассматриваемого сечения.

При выборе категории прочности стали следует руководство­ваться указаниями ГОСТ о возможностях получения необходимой прочности в зависимости от марки и толщины стенки заготовки ствола

б) Определяют наружный радиус ствола для сечения, соответ­ствующего по формуле

где j

округляют полученное значение Гг до 5 мм в большую сторону, после чего находят категорию прочности материала ствола по фор­муле

где — наибольший радиус каморы.

Полученное значение а_е округляют в большую сторону до бли­жайшего по ГОСТ.

7. По известной категории прочности материала находят на­ружный радиус трубы на длине 2d от дульного среза по зависи­мости (10.59). Расчетный размер радиуса увеличивают на 2— 3 мм при отсутствии дульного тормоза и на 5—6 мм при наличии дульного тормоза.

8. Определяют наружное очертание трубы, учитывая при этом следующее:

а) если ствол направляется при откате по люльке захватами, то расстояние между ними берется в пределах 8—10 d, для того чтобы центр тяжести ствола лежал между захватами;

б) если ствол направляется при откате по обойной люльке, то длина цилиндрической части наружной поверхности ствола де­лается несколько больше длины отката;

в) наружное очертание ствольной трубы не должно иметь рез­ких выступов и переходов для исключения концентрации напря­жения.

Рис. 10.20. Поперечное сече­ние ведущего пояска снаряда

9. Строят ломаную линию дей­ствительного прочного сопротивле­ния ствола, для чего в каждом се­чении ствола, где изменялся наруж­ный или внутренний радиус, оты­скивают предел сопротивления ство­ла по формуле

Действительное прочное сопротивление ствола не должно быть меньше желаемого прочного сопротивления. Коэффициент запаса прочности в каждом сечении будет частным от деления ординаты кривой действительного прочного сопротивления на ординату кри­вой наибольших давлений, соответствующих этому сечению.

Расчет боевых граней нарезов начинают с определения их на- груженности, которая характеризуется удельным давлением вычисляемым по формуле

где t — толщина ведущего пояска, соответствующая глубине на* реза;

h — средняя ширина ведущего пояска (рис. 10.20).

Величина не должна превышать величину смятия ведущего пояска. Для ведущего пояска изкрасной меди величина допусти­мого удельного давления а для медно-никелевого пояска

При величине больше указанного значения отношение

уменьшают до 1,2, но одновременно при этом увеличивают глу­бину нарезов до

Размеры элементов нарезов выбирают по опытным данным со­гласно табл. 10.2.

Боевые грани нарезов, находясь под воздействием силы, стре­мятся изогнуться и срезаться; чтобы исключить это, их рассчиты­вают на изгиб и срез силой N по следующим формулам

где —напряжение от изгиба;

— изгибающий момент;

— момент сопротивления сечения;

— напряжение среза.

Приведенные суммарные напряжения определяются по фор­муле при этом . В противном случае

произойдет изгиб или срезание грани нарезов под действием силы нормального давления ведущего пояска на боевую грань нареза. Приведенный способ расчета является приближенным, так как в нем не учитывается действие радиального давления ведущего пояска.

Рис. 10.21. График зависимости на­грева поперечного сечения стенки ствола при первом выстреле

§ 10.5. ЭКСПЛУАТАЦИЯ СТВОЛОВ

В условиях современного боевого использования артиллерий­ских орудий, когда от них требуются высокие огневые напряже­ния, вопрос о нагреве стволов приобретает первостепенное зна­чение. Источником нагрева ствола при выстреле является тепло, выделяемое при сгорании порохового заряда. Точное определение количества тепла, поглощаемого стволом при выстреле, — задача сложная и трудоемкая, поэтому на практике для приближенной оценки нагрева ствола пользуются следующими данными. При­мерно на нагрев стенок ствола идет 10% всей энергии порохового заряда и 25—30% расходуется на сообщение снаряду поступа­тельного движения, т. е. на нагрев ствола используется энергия порохового заряда, равная одной трети кинетической энергии сна-

ряда. Тогда количество тепла, поглощаемое стенками ствола за один выстрел:

где —дульная энергия снаряда, Дж

Высокая температура и давле­ние пороховых газов, кратковре­менность процесса выстрела при­водят к неравномерному нагреву стенок как по толщине, так и по длине ствола. Кроме того, при вы­стреле высокая температура по­роховых газов непосредственно воздействует на внутреннюю по­верхность стенки, вызывая в ней кратковременный температурный пик (рис. 10.21), быстро исчезаю­щий после прекращения тепло­вого действия выстрела. Величи­на температурного пика в основ­ном зависит от интенсивности и продолжительности теплового воздействия, калибра и длины ствола и достигает 1270—1800° К.

Участки канала ствола, при­легающие к началу нарезов, по­лучают наибольшее количество тепла. По мере удаления от на­чала нарезов количество тепла,

получаемое стволом, падает. Однако после продолжительной стрель­бы наибольшая температура на наружной поверхности ствола чаще всего наблюдается у дульной части. Объясняется это сравнительно небольшой толщиной стенок ствола у дульной части.

Среднюю температуру нагрева ствола за один выстрел прибли­женно определяют по формуле

где —удельная теплоемкость стали;

— масса ствола.

Зная, насколько повысится температура ствола за один вы­стрел, приближенно определяют количество выстрелов п, после которых ствол нагревается до допустимой температуры нагрева

Допустимая температура нагрева ствола у дула =540— —670° К. Исходя из этого условия, устанавливают режим огня, учи­тывая, что нагрев ствола является одним из основных факторов, ограничивающих возможность применения высоких режимов огня. На практике нагрев оценивают по температуре наружной поверх­ности ствола, так как при этом упрощается ее замер.

Для определения температуры внутренней стенки у начала на­резов используют зависимость

где —температура наружной поверхности ствола у казенной части, а у дульной части

Нагрев влияет на прочность стволов и точность стрельбы. Влияние нагрева на прочность стволов сказывается как через из­менение механических характеристик стали, так и через изменение величины и характера распределения напряжения в стенках ствола при выстреле.

Анализ опытных данных, помещенных в табл. 10.3, показывает, что при нагреве предел упругости и модуль упругости Е ме­талла уменьшаются, что ухудшает механические характеристики стали.

Из-за наличия температурного градиента слои стенок нагретого ствола расширяются неравномерно, поэтому внутренние слои испытывают деформацию сжатия, а наружные — растяжения. В результате в стенках нагретого ствола возникают соответствую­щие приведенные температурные напряжения (рис. 10.22). При выстреле напряжения от силы давления пороховых газов и температурные напряжения алгебраически складываются, что при­водит к уменьшению тангенциальных напряжений на внутренней поверхности и к увеличению их на наружной поверхности ствола, т. е. происходит упрочнение ствола. Упрочнение ствола от нагрева называется термофретажем. Однако снижение величины механи­ческих характеристик металла при нагреве оказывает больше влия­ния на прочность ствола, чем благоприятное распределение напря­жений в стенках, т. е. термофретирование его, поэтому проч­ность ствола при нагреве уменьшается.

Влияние нагрева на кучность и меткость стрельбы сказывается через увеличение калибра и изгиб ствола. Увеличение калибра ствола, особенно у дульной части, приводит к росту зазора между снарядом и полями нарезов (до 0,5 мм), а это вызывает биение снаряда при его движений по'каналу ствола, следствием чего яв­ляется увеличение угла нутации (колебательного движения вра­щающегося тела) снаряда.

Возрастание нутационных колебаний вы­зывает увеличение угла вылета и уменьше­ние начальной скорости снаряда. Изменение, этих характеристик существенно ухудшает' кучность и меткость стрельбы.

Изгиб ствола при нагреве происходит из-за возникновения неравномерного тем­пературного напряжения как по длине ство­ла, так и по поперечному сечению. Изгиб ствола приводит к изменению угла вылета снаряда. Причем от выстрела к вы­стрелу кривизна ствола изменяется, а сле­довательно, изменяется и угол вылета. На­пример, у одного опытного ствола при на­греве наружной поверхности от 473 до 673° К радиус кривизны изменяется от 220 до 188 м.

Особенно быстро увеличивается изгиб при значительной разно- стенности стенок ствола. В этом случае изгиб ствола происходит выпуклостью в сторону более толстой стенки.

Допускаемая при изготовлении стволов разностенность до 3 мм при нагреве ствола может приводить к увеличению отклоне­ний разрыва снарядов до 20 м при стрельбе на дальность 1500 м.

Сильное влияние на кучность и меткость стрельбы из разогре­того ствола оказывает одностороннее охлаждение под действием ветра или дождя, которое искривляет ствол в сторону, откуда происходит охлаждение.

Для уменьшения нагрева ствола следует:

— охлаждать ствол в перерывах между выстрелами, если по­зволяют условия боевой обстановки (за 1 ч температура ствола в среднем понижается с 573 до 373° К);

— не превышать установленный для орудия режим огня, так как увеличение его сильно влияет на нагрев ствола;

— стрельбу вести на уменьшенных зарядах, если это позволяет выполнить боевую задачу;

— боевые заряды изготовлять из «холодных порохов»;

— применять искусственное охлаждение стволов.

Следует учесть, что при нагреве стволов до 570—620° К проч­ность ствола нарушается незначительно, а сильно изменяются кучность и меткость стрельбы.

Рис. 10.22. Эпюры тем­пературных приведенных напряжений в попереч­ном сечении стенки ствола

В процессе эксплуатации стволов происходит износ ка­нала, который характеризуется сравнительно равномерным уве личением диаметра как по полям, так и по нарезам. Износ канала ствола, т. е. изменение контура канала ствола, размеров и каче­ственного состояния его элементов (каморы, нарезов), возникает вследствие многократно повторяемого чрезвычайно мощного воз­действия на его поверхности пороховых газов и ведущих частей снарядов.

Процесс износа канала ствола относится к весьма сложному явлению и протекает в результате действия на металл следующих факторов:

— теплового воздействия пороховых газов, вызывающего тем­пературные напряжения в стенках ствола и, как следствие, появ­ление мелких закалочных трещин;

— химического действия пороховых газов, которое изменяет структуру поверхностного слоя канала ствола из-за его цементи­рования и азотирования;

— эррозионного действия пороховых газов, вызывающего меха­ническое удаление мельчайших частичек металла с поверхности канала и образование трещин;

— механического действия ведущих частей снаряда на поверх­ность ведущей части канала, которое образует наклеп, снижает вязкость и стирает стенки.

Уже после первых выстрелов, произведенных из вновь изготов-

ленного ствола, в начале нарезов можно наблюдать появление мелких трещин (рис. 10.23, а).

По мере дальнейшей стрельбы (после 200—300 выстрелов) тре­щины увеличиваются и образуют сетку с замкнутыми петлями, постепенно

распространяющуюся по каналу в направлении к дулу (рис. 10.23,6); при этом наблюдаются сплющивание и стирание полей в начале нарезов.

После 1000—2000 выстрелов большинство трещин будут сориен­тированы вдоль оси канала ствола из-за эррозионного действия пороховых газов (рис. 10.23,б,г), кроме того, наблюдается выкол полей у начала нарезов. Боевые грани стираются, поля округ­ляются. Износ ведущей части ствола происходит неравномерно как в поперечном сечении, так и по длине ствола. Установлено, что в поперечном сечении износ характеризуется увеличением диа­метра канала по полям, в два-три раза превосходящим увеличение диаметра по нарезам, в результате чего глубина нарезов умень­шается и грани их сглаживаются. Для орудий средней мощности износ полей нарезов по длине, характеризуемый увеличением диа­метра, можно разделить на четыре участка (рис. 10.24).

Участок I характеризуется наибольшим увеличением диаметра канала ствола. Образуется в области соединительного конуса на длине 2—3 калибра от начала нарезов. В этом месте особенно ин­тенсивно изнашиваются поля, в результате чего зарядная камора удлиняется. Наибольший износ в начале нарезов является след­ствием увеличенного трения при вдавливании ведущего пояска, вызывающего высокий нагрев участка ствола в начале нарезов, и в результате повышенного эррозионного разрушения пороховыми газами, истекающими через зазоры, образующиеся между пояском и нарезами еще при неподвижном снаряде.

Участок II характеризуется постепенным уменьшением,, износа в направлении к дульной части ствола и образуется на длине 4—- 8 калибров от начала нарезов.

Участок III подвергается наименьшему износу и занимает наи­большую длину канала ствола.

Участок IV характеризуется увеличением износа по сравнению с третьим участком и образуется на длине до двух калибров от дульного среза. Увеличение износа у дульной части происходит из-за того, что при вылете снаряда из дульной части ствола кони­ческая запоясковая часть снаряда

открывает кольцевое отверстие, через которое прорываются газы. Прорыв пороховых газов вызы­вает оплавление и вынос поверхностного слоя металла канала ствола.

Износ канала ствола приводит к изменению таких баллистиче­ских параметров орудия, как наибольшее давление пороховых га­зов, начальная скорость и рассеивание снарядов. Падение макси­мального давления обусловлено в первую очередь уменьшением плотности заряжания из-за увеличения длины каморы заряжания, сопротивления врезанию ведущего пояска в нарезы, а также уве­личения износа ведущей части канала. Уменьшение начальной скорости происходит вследствие падения максимального давления и прорыва части пороховых газов между поверхностью канала ствола и ведущим пояском снаряда. Повышение рассеивания сна­рядов из-за износа ствола вызывается биением снаряда при его движении по каналу ствола, увеличением угла нутации, что при­водит к рассеиванию угла вылета снаряда и ухудшению кучности стрельбы. Кроме того, падение максимального давления порохо­вых газов приводит к резкому снижению взведения взрыва­телей.

Под живучестью артиллерийских стволов пони­мается их способность противостоять износу и возможно дольше сохранять свои баллистические качества. Живучесть, или балли­стическая жизнь, стволов определяется временем, в течение кото­рого ствол обеспечивает получение заданного максимального дав­ления пороховых газов, требуемой начальной скорости снаряда и кучности стрельбы. Обычно живучесть стволов оценивается коли­чеством выстрелов на полном заряде, которое может быть сделано до выхода ствола из строя вследствие износа.

Установлено, что ствол достигает предела живучести, если при стрельбе появляется-один из следующих критериев:

— произошло падение начальной скорости снаряда до 10%;

— максимальное давление пороховых газов уменьшилось до величины, при которой не происходит взведение свыше 30% основ­ных взрывателей при стрельбе на наименьшем заряде;

— произведение величин вероятного отклонения по дальности В_я на вероятное боковое отклонение Бб увеличилось в восемь раз по сравнению с табличным.

Живучесть стволов меняется в очень широких пределах, быстро уменьшаясь с увеличением мощности и калибра орудия при сохра-

нении других параметров относительно одинаковыми. Средняя живучесть стволов, гаубиц и пушек малой и средней мощности характеризуется тысячами выстрелов, мощных пушек — сотнями выстрелов, а особо мощных орудий крупных калибров — десят­ками выстрелов.

Живучесть орудийных стволов зависит не только от количества выстрелов, но в большей степени и от подготовки орудия к стрель­бе, условий ведения стрельбы, соблюдения режимов огня, ухода за стволом, его сбережения и состояния боеприпасов.

Для повышения живучести ствола перед стрельбой удаляют смазку из канала ствола и внимательно его осматривают. Это уменьшает образование нагара, устраняет посторонние твердые частицы из канала.

Важное значение для увеличения живучести ствола имеет пра­вильная подготовка боеприпасов. С корпусов снарядов следует удалять смазку, а ведущие части необходимо слегка смазать. Осо­бенно внимательно надо следить за тем, чтобы со снарядом не вносились в канал ствола песчинки и другие твердые частицы.

У выстрелов раздельного заряжания необходимо полностью до «закусывания» досылать снаряд. Это обеспечивает правильное функционирование ведущего пояска, исключает его удар в соеди­нительный конус при выстреле, создает лучшую обтюрацию поро­ховых газов. Досылка снарядов без «закусывания» может при­вести к отпусканию его при придании стволу угла возвышения, что может вызвать при выстреле срыв ведущего пояска снаряда и раздутие ствола вследствие повышения давления пороховых газов из-за увеличения плотности заряжания.

Существенное влияние на живучесть ствола оказывают соблю­дение режимов огня и применение уменьшенных зарядов во всех случаях, когда выполнение боевой задачи не требует стрельбы на полном заряде.

Увеличивает живучесть стволов и строгое соблюдение правил чистки и смазывание канала ствола.

Для определения качественного состояния стволов проводят их к а т е г о р и р о в а н и е. В зависимости от степени износа и ухудшения баллистических свойств все стволы делятся на первую, вторую и пятую категории.

К первой категории относятся новые, не бывшие в непосред­ственной эксплуатации стволы.

Ко второй категории относятся стволы, находящиеся или быв­шие в непосредственной эксплуатации, удлинение зарядной ка­моры или износ канала которых не вышел за пределы специально установленных норм, годные к боевому использованию.

К пятой категории относятся стволы, у которых удлинение за­рядной каморы или износ канала ствола вышел за пределы спе­циально установленных норм, т. е. стволы, у которых наступила баллистическая смерть.

Нарезные стволы переводят в пятую категорию по величине удлинения зарядной каморы которая определяется по формуле

где —условная длина зарядной каморы категорируемого ство­ла, мм;

— первоначальная условная длина зарядной каморы, мм; указывается в формуляре, в таблицах стрельбы и в ин­струкции по категорированию. Условная длина зарядной каморыопределяется прибором замера каморы (ПЗК).

Гладкостенные стволы переводят в пятую категорию по вели­чине диаметрального износа ведущей части канала измерен­ного в трех разноудаленных сечениях прибором контроля износа (ПКИ).

ГЛАВА 11 ЗАТВОРЫ § 11.1. ТИПЫ И КОНСТРУКЦИИ ЗАТВОРОВ

Затвором называется устройство, предназначенное для надеж­ного запирания канала ствола при выстреле, для производства выстрела и для выбрасывания гильз после выстрела или осечки.

Затворы артиллерийских орудий классифицируются по следую­щим основным признакам:

— по степени автоматизации;

— по типу запирающего звена;

— по способу обтюрации пороховых газов.

По степени автоматизации затворы подразделяются на авто­матические, полуавтоматические и неавтоматические.

Если все операции по производству выстрела (открывание за­твора, заряжание орудия, закрывание затвора и спуск ударного механизма) происходят за счет энергии пороховых газов или энер­гии, подводимой извне, то такие затворы называются автома­тическими. Автоматические затворы применяются в орудиях с высокой скорострельностью, например в зенитных пушках.

Если у затвора часть операций по производству выстрела осу­ществляется вручную, а часть автоматически, то такие затворы называются полуавтоматическими. Этот тип затворов по­лучил наибольшее распространение в современных орудиях (Д-30, Д-20, М-99 и др.).

Неавтоматические затворы — это такие, у которых все операции по производству выстрела осуществляются вручную. Та­кие затворы обычно применяют у орудий крупного калибра, ско­рострельность которых невысокая.

По типу запирающего звена затворы артиллерийских орудий подразделяют на клиновые и поршневые.

Затворы, у которых основным запирающим звеном служит призматический клин (рис. 11.1), называют клиновым. Кли­новые затворы бывают с вертикальным и горизонтальным пере­мещением клина в казеннике.

Рис. 11.1. Клиновой запирающий механизм: / — клин; кривошип; 3 — ось криво­ шипов

Затворы, у которых основным запирающим звеном служит пор­шень (рис. 11.5), называются поршневыми.

По способу обтюрации пороховых газов затворы бывают гиль­зовой и безгильзовой обтюрации. У затвора гильзовой обтюра­ции роль обтюратора пороховых газов выполняют гильзы, а у за­твора безгильзовой обтюрации — специальное обтюрирующее устройство (пластический обтюратор, упругий обтюратор и др.).

Независимо от типа затвора к нему предъявляются следую­щие основные требования:

1. Надежность запирания ка­нала ствола при выстреле, при ко­тором исключается возможность вырывания затвора или его само­открывания в момент выстрела. Надежность запирания обеспечи­вается прочностью и жесткостью всех деталей, воспринимающих силу давления пороховых газов, а также хорошей обтюрацией по­роховых газов.

2. Безопасность действия за­твора, которая достигается нали­чием предохранителей и блоки­рующих устройств, исключаю­щих возможность выстрела при незапертом затворе и открыва­ния затвора вручную, пока не произошел выстрел, возможность производства выстрела при, не­полном или неправильном со­единении ствола с противооткатными устройствами.

3. Безотказность действия в любых условиях эксплуатации, ко­торая обеспечивается нормальным функционированием механиз­мов затвора при загрязнении и запылении, нечувствительности к частой разборке и сборке.

4. Удобство в обращении при эксплуатации, которое обеспечи­вается удобным открыванием и закрыванием затвора при всех углах возвышения, возможностью повторного взведения ударного механизма при осечках, простотой и легкостью замены наиболее ответственных частей затвора.

В соответствии с назначением и требованиями, предъявляемы­ми к затвору, он состоит, как правило, из следующих основных механизмов:

— запирающего механизма;

Дата добавления: 2015-07-26