книги / Проектирование артиллерийских боеприпасов
..pdfМинистерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
Е.О. Прокудин
ПРОЕКТИРОВАНИЕ АРТИЛЛЕРИЙСКИХ БОЕПРИПАСОВ
Методические рекомендации
Издательство Пермского национального исследовательского
политехнического университета
2022
1
УДК 623.4 ББК 68.514.13
П808
Рецензент:
канд. техн. наук, доцент Н.Л. Бачев (Пермский национальный исследовательский политехнический университет)
Прокудин, Е.О.
П808 Проектирование артиллерийских боеприпасов : метод. рекомендации / Е.О. Прокудин. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2022. – 30 с.
ISBN 978-5-398-02820-1
Вметодических рекомендациях содержатся базовые знания
оконструкции артиллерийских снарядов, расчетах внешней и внутренней баллистики снарядов, пример расчета их конструктивных и эксплуатационных характеристик.
Методические рекомендации предназначены для студентов, аспирантов специальности 17.05.02 «Стрелково-пушечное, артиллерийское и ракетное оружие»; могут быть использованы при изучении специальных дисциплин («Баллистика ствольного оружия», «Системно-техническое проектирование артиллерийских систем»), а также для учебно-исследовательской работы.
Методические рекомендации могут быть интересны инженерам соответствующего профиля, а также работникам предприятий, занимающимся разработкой артиллерийских боеприпасов.
УДК 623.4 ББК 68.514.13
ISBN 978-5-398-02820-1 |
♥ ПНИПУ, 2022 |
2
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
Введение.............................................................................................. |
4 |
|
1. |
Исходные данные и варианты расчета......................................... |
5 |
2. |
Выбор формы и размеров оболочки снаряда............................... |
6 |
3. |
Расчет и проектирование ведущего пояска................................ |
10 |
4. |
Расчет динамических характеристик снаряда |
|
|
ручным методом по способу Гобара........................................... |
13 |
|
Определение массы снаряда........................................................ |
15 |
|
Определение положения центра масс снаряда.......................... |
17 |
|
Определение осевого момента инерции снаряда ...................... |
18 |
|
Определение экваториального момента инерции..................... |
18 |
|
Оценка устойчивости снаряда и расчет |
|
|
коэффициентов α и Cq .................................................................. |
19 |
5. |
Расчет динамических характеристик снаряда на ЭВМ............. |
20 |
6. |
Расчет корпуса снаряда на прочность |
|
|
по методу А.Ф. Бринка................................................................. |
25 |
7. |
Расчет стойкости снаряжения при выстреле.............................. |
27 |
Библиографический список............................................................. |
29 |
|
3
ВВЕДЕНИЕ
При разработке и проектировании артиллерийского снаряда, а также при решении ряда внешнебаллистических задач необходимо выбрать рациональную форму снаряда, а также знать массу снаряда и снаряжения, положения центра масс, моменты инерции, необходимо произвести расчет корпуса снаряда на прочность и стойкость снаряжения при выстреле.
Достаточно полное описание существующих методов расчета указанных характеристик является предметом специального курса.
В данном пособии излагаются упрощенные методики расчета снарядов, применяемые на этапе эскизного проектирования.
Методическое указание предназначено для студентов IV курса, выполняющих самостоятельную расчетную работу по предмету «Боеприпасы артиллерий», и может быть использовано студентами V и VI курсов при выполнении курсового и дипломного проектов.
Расчетная работа выполняется в следующем порядке:
1.Выбирается конструкция и рациональная форма внешнего очертания корпуса снаряда.
2.Чертится эскиз снаряда на миллиметровой бумаге.
3.Производится расчет и проектирование ведущего пояска
ирасчет динамических характеристик снаряда.
4.Из условия прочности при выстреле подбирается материал корпуса. Оценивается стойкость снаряжения.
5.Чертится чертеж снаряда с указанием размеров. Расчетная работа оформляется в виде пояснительной запис-
ки, сдается на проверку и затем защищается.
4
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И ВАРИАНТЫ РАСЧЕТА
При выполнении расчетной работы необходимо знать следующие исходные данные:
d – калибр системы;
V0 – начальную скорость снаряда;
mшт – массу снаряда, которую необходимо получить при проектировании;
Pm – максимальноедавление пороховых газов вканале ствола. Эти величины берутся из исходных данных для сквозного курсового проекта по специальности. Другие данные находятся
по табл. 1–5.
|
|
|
Таблица 1 |
||
|
|
|
|
|
|
Калибр |
Третья цифра |
Шифр |
Тип снаряда |
Тип |
|
системы, мм |
в номере варианта |
BB |
системы |
||
|
|||||
|
0 |
А-80 |
Осколочный |
|
|
57 |
жезлообразный |
Пушка |
|||
|
|
||||
1 |
А-80 |
Осколочный |
|||
|
|
||||
|
2 |
Т |
Осколочный |
|
|
|
0 |
А-80 |
Осколочный |
|
|
76,2 |
1 |
Т |
Осколочный |
Пушка |
|
|
2 |
Т |
Осколочно-фугасный |
|
|
|
0 |
Т |
Осколочно-фугасный |
|
|
85 |
1 |
А-80 |
Осколочный |
Пушка |
|
|
2 |
Т |
Осколочно-фугасный |
|
|
|
0 |
Т |
Осколочный |
Пушка |
|
100 |
1 |
Т |
Осколочно-фугасный |
|
|
|
2 |
А-80 |
Осколочный |
|
|
|
0 |
Т |
Осколочно-фугасный |
|
|
122 |
1 |
А-80 |
Осколочный |
Гаубица |
|
|
2 |
Т |
Осколочно-фугасный |
|
|
|
0 |
А-80 |
Осколочный |
|
|
130 |
1 |
Т |
Осколочный |
Пушка |
|
|
2 |
Т |
Осколочно-фугасный |
|
|
152,4 |
0 |
Т |
Осколочный |
|
|
|
1 |
А-80 |
Осколочно-фугасный |
Гаубица |
|
|
2 |
Т |
Фугасный |
|
|
5
Массовые плотности некоторых материалов:
Медь...................................................... |
|
|
= 8,96 г/см3; |
Сталь |
|
3 |
|
|
= 7,80 г/см3; |
||
A-IX-I |
прессов ................................ |
|
= 1,70 г/см3; |
A-IX-II прессов................................ |
|
= 1,80 г/см3; |
|
Т |
прессов...................................... |
|
= 1,60 г/см3; |
Т |
литой......................................... |
|
= 1,57 г/см3; |
ТГ-40 |
прессов ................................. |
|
= 1,70 г/см3; |
Аммотолы прессов.............................. |
|
= 1,57 г/см . |
|
|
|
|
|
2. ВЫБОР ФОРМЫ И РАЗМЕРОВ ОБОЛОЧКИ СНАРЯДА
Форма и размеры оболочки снаряда во многом определяют дальность стрельбы, кучность боя и могущество действия снаряда у цели. От общей длины снаряда и его очертания зависят не только размещение элементов ведущей части (ведущих поясков и центрирующих утолщений) и распределение масс элементов снаряда, но и условия ведения снаряда по каналу ствола и, следовательно, устойчивость его на траектории.
Определить оптимальные в баллистическом отношении форму снаряда и размеры его элементов путем простых математических зависимостей и приемов не представляется возможным, так как баллистика еще не в состоянии дать прямой функциональной зависимости между наивыгоднейшей формой и размерами снаряда, и его скоростью. Поэтому при определении формы и размеров снаряда пользуются данными, полученнымиопытнымпутем.
Предварительный выбор формы элементов внешнего очертания снаряда в зависимости от начальной скорости осуществляется в соответствии с графиком, разработанным Н.А. Упорниковым (рис. 1).
Прямая I–I ограничивает целесообразную общую длину снаряда для указанного диапазона скоростей, прямая II–II высоту
6
головной части , а прямая III–III – длину цилиндрической Ц и запоясковой частей З.
Рис. 1. График зависимости длины и размеров оболочки снаряда от его начальной скорости
Для более точного вычисления длины элементов формы снаряда можно воспользоваться следующими формулами относительных длин элементов:
1. Формула изменения общей длины снаряда (со взрывателем), Lклб [клб]
L = L300 + 0,1333 X 10−2 ,
где L300 = 4,7 клб− общая длина снаряда при V0 = 300 м/с.
2. Формула изменения длины цилиндрическойчасти, Цклб[клб]
Ц = Ц300 − 0,15 X 10−2 ,
где Ц300 = 2,4 клб− длина циллиндрической части снаряда
при V0 = 300 м/с.
3. Формула изменения длины головной части, Hклб [клб]
7
H = H300 + 0,3667 X 10−2 ,
где H300 = 1,2 клб − длина головной части снаряда
при V0 = 300 м/с.
4. Формула изменения длины запоясковой части, Зклб [клб]
З= З300 − 0,0833 X 10−2 ,
где З300 = 1,1 клб− длина поясковой части снаряда
при V0 = 300 м/с.
5. Формула изменения радиуса оживала головной части, Rклб [клб]
R = R300 + 2,166 X 10−2 ,
где R300 = 2 клб− радиус оживала головной части
при V0 = 300 м/с.
Во всех формулах величина, X, м/с, находится из выражения
X = V0 − 300.
При определении размеров и формы запоясковой части можно, кроме того, руководствоваться табл. 2.
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
|
|
|
|
|
Начальная |
Длина |
Длина |
Длина |
Угол наклона |
|
скоростьснаряда, |
запоясковой |
цилиндрического |
конического |
образующей |
|
V0 , м/с |
части, клб |
участка, клб |
участка, клб |
конуса, град |
|
Менее |
300 |
|
Цилиндрическая |
запоясковая часть |
|
|
300 |
1,10 |
0,10 |
1,00 |
9 |
|
500 |
0,95 |
0,15 |
0,80 |
9 |
|
700 |
080 |
0,20 |
0,60 |
6 |
|
900 |
0,65 |
0,25 |
0,40 |
6 |
Более |
900 |
|
Цилиндрическая |
запоясковая часть |
|
В некоторых случаях от размеров, приведенных в табл. 2, допускаются отступления. Так, для выстрелов патронного заряжания длину цилиндрического участка запоясковой части увели-
8
чивают с целью надежного крепления в гильзе. Кроме того, в снарядах с выбрасыванием снаряжения через дно запоясковая часть делается, как правило, цилиндрической формы, что значительно упрощает их изготовление и увеличивает емкость камеры. При проектировании снарядов к существующему орудию и необходимости использования штатного порохового заряда следует при определении размера запоясковой части снаряда обеспечить сохранение прежней плотности заряжания.
Толщина стенок корпуса снаряда выбирается в пределах, указанных в табл. 3.
|
|
Таблица 3 |
|
|
|
Тип снаряда |
Калибр, мм |
Толщина стенок, мм |
ПУШЕЧНЫЙ |
|
|
осколочный |
45–57 |
0,26–0,34 |
|
76–85 |
0,18–0,26 |
|
122–130 |
0,16–0,18 |
осколочно-фугасный |
76–100 |
0,20–0,24 |
|
122–152 |
0,13–0,24 |
фугасный |
152–302 |
0,12 |
ГАУБИЧНЫЙ |
|
|
осколочный |
122–152 |
0,12–0,14 |
осколочно-фугасный |
122–152 |
0,12–0,13 |
фугасный |
152–302 |
0,09–0,12 |
При определении размеров и очертания камеры снаряда исходят из принятого его веса и способа снаряжения, требований прочности и простоты изготовления оболочки и необходимого распределения массы снаряда вдоль его длины.
Величину толщины дна корпуса снаряда и глубины выемки под ведущий поясок можно брать из табл. 4.
Таблица 4
Параметр |
|
|
|
Значения |
|
|
|
||
Калибр, мм |
57 |
76,2 |
85 |
|
100 |
|
122 |
130 |
152 |
Толщина дна, мм |
15 |
20 |
25 |
|
25 |
|
25 |
30 |
30 |
Глубина выемки под |
2,0 |
2,0 |
2,5 |
|
3,0 |
|
4,0 |
4,0 |
4,0 |
ведущий поясок α, мм |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9
Диаметр отверстия под взрыватель для всех снарядов 36 мм. Осевой и экваториальный моменты инерции взрывателя
принимают одни и те же значения для всех вариантов:
Ав = 3,3 кг·см2; Вв = 441,1 кг·см2.
Масса взрывателя для снарядов калибра 57 мм и 76 мм – 0,362 кг, для остальных снарядов – 0,440 кг.
3. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЕДУЩЕГО ПОЯСКА
Ведущий поясок сможет обеспечить вращение снаряда при условии, если образующиеся на нем при врезании в нарезы ствола выступы будут выдерживать нагрузки от усилия боевых граней нарезов, то есть не будут срезаться или сминаться.
Прочность ведущего пояска зависит от механических свойств материала и ширины пояска.
Ширина ведущего пояска обычно назначается из условия прочности на смятие:
σсм ≤ [σсм ].
Напряжение в металле выступа ведущего пояска определяется по формуле:
σсм = NF ,
где N = μ Piсн S tgα – сила давления боевой грани нареза на вы-
ступы ведущего пояска; Pсн – давление на дно снаряда; i – число нарезов; α – угол крутизны нарезов; μ – коэффициент, характери-
зующий распределение массы снаряда относительно продольной оси (для предварительных расчетов можно принять μ = 0,48÷0,68);
10