1.4. Краткое содержание основных работ при расчете и проектировании автоматического оружия

Под проектированием обычно понимается процесс, цель которого разра­ботать техническое устройство, обеспечивающее оптимальное решение постав­ленной задачи при некоторых ограничениях, налагаемых на решение.

Рассмотренное выше деление на внешнее и проектирование и непосред­ственную разработку СПВ, являясь рабочим приемом, позволяющим упростить задачу и произвести ее «декомпозицию», достаточно условно, поскольку пара­метры оружия, участвующие во внешнем проектировании, связаны определен­ными соотношениями, отражающими внутренние свойства системы, которые для каждой схемы оружия различны. Так, зависимость темпа стрельбы от ка­либра и начальной скорости метания по-разному выражается для схем с удар­ным и безударным досыланием, для схем откатных и газоотводных, одно­ствольных и многоствольных. С учетом этого в зависимости от поставленной задачи возможны различные варианты внешнего проектирования.

Можно, например, ограничиться использованием зависимостей, справед­ливых для какой-либо заранее выбранной схемы. Тогда вследствие этого при­нятого детерминированного решения, обе задачи в сильной степени будут неза­висимыми, и задача внешнего проектирования не будет решаться в структур­ном синтезе системы. При такой постановке задачи при внешнем проектирова­нии можно будет выбрать калибр (d) и начальную скорость метания(Vo), а дру­гие параметры можно варьировать только в очень узком диапазоне, определяе­мом принятой схемой автоматики и значениямиd иVo.

Обычно при внешнем проектировании задача ставится более широко. В этом случае параметры системы варьируются в более широком диапазоне, пе­рекрываемом всеми известными техническими решениями. В этом случае зада­ча внешнего проектирования тесно связана со структурным синтезом системы так как определенный при таком решении диапазон параметров можно будет реализовать только некоторыми схемами автоматики (часто одной единствен­ной).

Существует и третий подход, заключающийся в том, что параметры ору­жия варьируются в широком диапазоне, при этом учитывается наименьшее ко­личество связей мевду ними. Например, учитывается связь между d иVo с мас­сой выстрела и величиной боекомплекта, а другие параметры (например, темп стрельбы) варьируются произвольно в предположении, что они могут быть дос­тигнуты или выбором известной схемы автоматики, или разработкой новой схемы, или комплексированием оружия. Ряд характеристик оружия или не учи­тывается, или они берутся обычными по аналогии с существующими образца­ми.

Такой подход также следует считать правомерным, так как он позволяет оптимизировать характеристики оружия как вида вооружения, безотносительно к достигнутому уровню технических решений и в этом смысле позволяет по­ставить задачу по развитию вида вооружения, выявить влияние наиболее суще­ственных параметров. При такой постановке, чтобы не допустить ошибок, чрезвычайно важно учитывать физические связи между параметрами и пред­ставлять границы перехода от одних технических решений к другим, а следова­тельно, прогнозировать реализуемость задачи.

Основные положения методологии непосредственной разработки СПВ базируются на практике создания образцов и охватывают те общие вопросы, которые возникают и решаются при отработке оружия. При этом прикладная наука по расчету и проектированию автоматического оружия должна позво­лять решать их с достаточной точностью до этапа экспериментальной доводки.

Перечислим основные задачи, возникающие в ходе проектирования и от­работки образцов СПВ.

1. Проблема обеспечения темпа стрельбы является одной из важнейших, определяющих боевые возможности скорострельного авиационного и зенитно­го вооружения.

Основными ограничителями повышения темпа стрельбы, являются:

а) динамические нагрузки;

б) энергетика.

2. Иногда могут проявляться и более частые ограничения, например, усилие отдачи, повышенная загазованность вследствие раннего отпирания и др.

   Проблема обеспечения живучестихотя и связана с темпом, но пред­ставляет собой самостоятельную задачу, так как часто темп обеспечивается, а живучесть нет. В ряде случаев задача сводится к доводке усталостной прочно­сти деталей за счет конструктивного упрочнения, ликвидации концентраторов напряжения, подбора материалов, методов поверхностного упрочнения, а также снижения динамической нагрузки практически без изменения темпа. Таким об­разом, по способам решения эта задача существенно отличается от первой.

3. Проблема обеспечения надежности функционирования автоматики вызвана одновременным действием трех факторов: внешнее воздействие, чув­ствительность автоматики к внешнему воздействию и запас энергетики.

Виды решаемых задач:

а) Надежность работы автоматики в нормальных условиях.

Причиной отказов в нормальных условиях обычно является нерасчетная работа механизмов. Чаще всего это отклонения в кинематике механизмов из-за упругих деформаций деталей автоматики, которые могут достигать больших величин. Отклонения по динамике связаны с потерями энергии из-за затираний и заклиниваний, а также переходных процессов в автоматике как сложной ди­намической системы, в большей или меньшей мере чувствительной, например, к подвижности амортизированного оружия, в результате чего при стрельбе оче­редью могут возникать существенные отклонения от расчета, проводимого, как правило, для одиночного выстрела.

б) Надежность при работе в затрудненных условиях.

Причина отказов здесь связана с увеличением коэффициента трения по сравнению с принятым в расчете, а также появлением дополнительных, нерас­четных сопротивлений в виде вязкого трения загустевшей смазки и статическо­го трения, например, при обледенении системы. Следует также иметь в виду изменение действующих сил.

в) Надежность при стрельбе большими боекомплектами и в течение всей живучести.

Причины возможных при этом отказов различны. Здесь, прежде всего, выделяется фактор износа. Причем влияет не только изменение размеров, но и условий трения, т.е. снятие антифрикционного покрытия (вместе с тем и прира­ботка), а также разгар газоотводных устройств.

Кроме того, при стрельбе длинными очередями вследствие значительного тепловыделения в газоотводных системах изменяются не только размеры, но и форма деталей, что может приводить к отказу типа «заклинивание газораспре­делительного штока двигателя».

2. Проблема обеспечения характеристик технического рассеивания и усилия отдачиявляется одной из тех, что определяет боевые возможности ору­жия. Ведь показатели кучности и стабильности средней точки попадания (СТП), непосредственно влияющие на эффективность стрельбы, сами, в свою очередь, зависят от усилия отдачи, которое имеет и самостоятельное значение как параметр, влияющий на конструкцию установки.

По требованию кучности можно выделить две группы оружия:

• оружие, ведущее стрельбу по малоразмерным неподвижным или мало­подвижным целям, когда условия стрельбы, с точки зрения вероятности попа­дания, не меняются или меняются незначительно, а время стрельбы (выполне­ния задачи) не имеет жестких ограничений. В этих условиях, обеспечиваю­щих точное прицеливание, от оружия требуется как можно меньшее рассеива­ние;

• оружие, ведущее стрельбу по сильно маневрирующим целям при жест­ко ограниченном времени стрельбы (выполнения задачи), т.е. в условиях по­вышенных ошибок прицеливания. Компенсация этих ошибок может быть дос­тигнута за счет повышенного рассеивания.

При отработке кучности и стабильности СТП оружие и установка рас­сматриваются как динамически связанная система, где силовое (продольное и поперечное) воздействие оружия вызывает упругие колебания установки, кото­рые в свою очередь заметно влияют на колебания ствола. Вследствие этого ха­рактеристика кучности обычно задается или на установку в целом, или двояко: и на оружие (при некоторых параметрах установки, например жесткой), и на установку.

5. Проблема обеспечения эксплуатационных и специальных требований.

Одно из важнейших этих требований, влияющих на эффективность — ре­жим стрельбы, определяемый сочетанием длин очередей и длительностей пере­рывов между ними, а также величиной отстреливаемого боекомплекта.

Степень напряженности того или иного режима стрельбы (и определяю­щая ее предельная длина очереди) зависит от рассматриваемых задач проекти­рования:

а) С точки зрения живучести стволов наиболее напряженной является стрельба сплошной очередью, когда тепло, поступающее в стенку ствола, не успевает за короткое время между выстрелами отводиться в толщу ствола и на­капливается в тонком его слое у поверхности канала, нагревая этот слой до температур, при которых существенно снижаются механические характеристи­ки ствольной стали.

б) Предельная длина очереди может бьггь ограничена и требованиями по уровню загазованности (выделение газа в отсек вооружения).

в) С точки зрения термостойкости более напряженной является стрельба с небольшими перерывами. При таком режиме отстрела боекомплекта в стволе аккумулируется максимальное количества тепла и устанавливается максималь­ный уровень его выровненной (осредненной) температуры.

К важным специальным эксплуатационным требованиям, влияющим на выбор длины ствола, относятся ограничения по дульной волне и дульному пла­мени (при заранее оговоренной длине ствола проблема решается путем приме­нения специальных надульных устройств — локализаторов).

Конкретные содержание и объем работ при проектировании образца ав­томатического оружия определяются в ТТЗ, которое выдается заказчиком и указывает условия применения будущего образца и его параметры. При этом возможны различные варианты заданий:

проектирование нового патрона и образца (или группы образцов) оружия под этот патрон;

проектирование образца оружия под существующий патрон; проектирование отдельных механизмов или устройств к стоящему на вооружении образцу оружия в целях его модернизации и т.д.

Наиболее общим является первый вариант задания, и при очевидной спе­цифике проектирования различных образцов оружия общими работами при этом будут являться:

проектирование патрона (выполняется обычно организацией- соисполнителем);

обоснование и выбор варианта схемы образца алгоритмами заданного ви­да оружия, в наибольшей степени отвечающей главным требованиям ТТЗ;

проектирование ствола оружия (конструкция и размеры канала ствола формируются в соответствии с конструкцией и размерами вновь спроектиро­ванного патрона, а наружные размеры — с учетом размеров сопряженных со стволом частей оружия, с последующей проверкой ствола на прочность, вибра­цию, нагрев и т.д.);

проектирование (эскизное) основных механизмов автоматики и узлов оружия, предварительный расчет их характеристик, изготовление макетов и их испытание;

компоновка механизмов и устройств оружия, разработка последователь­ности сборки и разборки оружия;

составление подробной циклограммы работы механизмов автоматики; расчет законов действующих сил, передаточных чисел и КПД кинемати­ческих пар, а также приведенных масс и сил по участкам циклограммы и за весь цикл функционирования автоматики;

расчет основных характеристик движения основного звена автоматики; определение времени цикла автоматики, темпа стрельбы и построение им- пульсно-силовой диаграммы;

выбор материалов и расчет на прочность основных деталей, узлов и ме­ханизмов оружия; уточнение габаритных размеров оружия;

анализ и оценка характеристик движения основного звена и ведомых звеньев автоматики; корректировка на основе анализа массогабаритных, кине­матических и других характеристик оружия;

разработка рабочих чертежей и технологическая проработка проекта об­разца оружия;

изготовление и отладка спроектированного оружия с уточнением мате­риалов, размеров и других характеристик;

всесторонние заводские, полигонные и войсковые испытания опытных образцов оружия и выработка рекомендаций о целесообразности принятия на производство и вооружение.

Таким образом, проектирование нового образца ~ процесс сложный и трудоемкий.

1.5. Стадии разработки конструкторской документации

После получения тактико-технического задания головная организация приступает к разработке конструкторской документации. Нормативными доку­ментами установлены следующие этапы разработки конструкторской докумен­тации.

1.5.1. Техническое предложение

Главная задача на этом этапе заключается в правильном выборе основ­ного конструктивного замысла будущего образца оружия. Схему оружия обыч­но выбирают из альтернативных вариантов, которые подвергают тщательной сравнительной оценке со стороны степени реализации основных ТТХ, конст­руктивного совершенства, надежности действия, массо-габаритных парамет­ров, металлоемкости, удобства обслуживания и т.д. Однако не всегда удается даже при самых тщательных поисках найти решение, полностью отвечающее поставленным требованиям. В таких случаях приходится искать компромисс­ное решение.

Документам, разрабатываемым на этом этапе, присваивается литера "П".

1.5.2. Эскизный проект

Основная задача на этом этапе заключается в конструктивной разработке и компоновке всех главных механизмов и узлов оружия. Компоновку обычно ведут в масштабе 1:1,так как при этом легче выбрать нужные размеры и сече­ния деталей, составить представление о соразмерности частей конструкции, прочности и жесткости деталей и конструкции в целом. Техника выполнения компоновочных чертежей при эскизном проектировании представляет собой процесс непрерывных поисков, проб, прикидок, разработки вариантов, их со­поставления, доработки, улучшения. Параллельно с компоновкой проводятся ориентировочные расчеты на прочность, работоспособность и т.д. Изготавли­ваются и испытываются макетные образцы. Документам эскизного проекта присваивается литера "Э".

1.5.3. Технический проект

Основная задача на этом этапе заключается в подробной и детальной разработке всех механизмов и узлов оружия, увязке их друг с другом. Техниче­ский проект разрабатывается на базе утвержденного эскизного проекта и ре­зультатов данных предварительных расчетов. При техническом проектирова-

нии создают чертежи общего вида оружия с продольными и поперечными раз­резами, сборочные чертежи отдельных механизмов и узлов, а также чертежи наиболее сложных деталей. Параллельно уточняют значения масс и моментов инерции деталей, передаточных чисел, КПД, характеристик возвратных пружин и проводят полный расчет автоматики оружия с целью более точного определе­ния закона движения звеньев механизмов, усилий, возникающих в звеньях, темпа стрельбы и прочности отдельных, наиболее ответственных деталей. Тех­нический проект рассматривается и утверждается компетентными специали­стами заказчика и разработчика. Изготавливаются и испытываются макетные образцы. Документам технического проекта присваивается литера "Т"