Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Пермский национальный исследовательский

политехнический университет»

Направление 170100 (652800) «Оружие и системы вооружения»

Специальность 170102 (171300) « Стрелково-пушечное, артиллерийское и ракетное оружие»

Специализация Артиллерийское оружие

Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ по курсу

." Баллистика ракетных и ствольных систем"

Форма обучения - очная

Пермь 2011

1.Лабораторная работа №1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ ТОПЛИВА И КОВОЛЮМА ПРИ СЖИГАНИИ НАВЕСКИ В МАНОМЕТРИЧЕСКОЙ БОМБЕ.

1.1. Постановка задачи.

Данная работа посвящена определению основных характеристик топлива - его силы и коволюма, путем сжигания топлива в постоянном объеме.

Для выполнения работы необходимо подобрать две навески топлива (их массу) под плотность заполнения 100 и 200 кг/м³ и задать их в исходных данных.

В результате расчета по полученным распечаткам следует определить силу F и коволюм a, а также полный импульс давления - I_k (площадь под кривой давление - время) и затем, пользуясь таблицей, определить марку сжигаемого топлива.

Для определения I_k нужно построить графики зависимости Р(t) для двух расчетов, затем рассчитать площади под полученными кривыми.

1.2. Общие сведения о предмете лабораторной работе.

Для определения основных характеристик топлива, таких как импульс давления, коволюм и сила топлива, производится опыт по сжиганию навесок топлива в манометрической бомбе.

Для проведения огневых испытаний в лабораторной работе допускается состав ПТ-50-2.

1. Топливо ПТ-50-2 представляет собой плотное вещество, имеющее высокую механическую прочность. Цвет топлива графитно-черный.

2. По форме топливо представляет собой порошкообразное или зерненное вещество.

3. Плотность испытываемого топлива составляет 1,72 г/см³.

4. Температура вспышки 175 град. С, температура интенсивного разложения 169 град. С.

5. Чувствительность к механическому воздействию, нижний предел, к удару при грузе 10 кг 50-75 мм (5-7.5 Дж), к трению 254-302.5 МПа.

6. Скорость горения при нормальных условиях 3 мм/с.

7. Горение происходит без детонации.

Для определения характеристик топлива производят два опыта с разными плотностями заряжания. При этом фиксируется максимальное давление и время конца горения, которое соответствует максимуму.

1.3. Теоретические предпосылки определения характеристик пороха.

З

(1)

ависимость для наибольшего давления:

Из уравнения (1) следует, что зависимость p(D) имеет вид:

Рис.1

Формулу можно преобразовать P_m/D-aP_m=¦ или P_m/D=¦+aP_m. Этой зависимостью пользуются для определения ¦ и a при сжигании в манометрической бомбе. Зная P_m1 и P_m2 при соответствующих D₁ и D₂ получим:

P_m1/D₁=¦+aP_m1; (2)

P

(5)

_m2/D₂=¦+aP_m2. (3)

А затем из выражения (3) находим ¦ (обычно D₁=0.1; D ₂=0.2¸ 0.25).

Рис.2

Теоретические предпосылки определения импульса пороха Jk .

Для топлива принят геометрический закон горения

и=А1Р, (6)

где: и - скорость горения;

А1 - коэффициент характеризующий природу топлива;

Р - давление.

Полный импульс давления зависит только от толщины пороха, коэффициента А1, характеризующего природу пороха и не зависит от плотности заряжания.

Между тем сама кривая P=f ( t ) давления резко изменяется с изменением плотности заряжания D: при увеличении D кривая давления повышается, а время t_K убывает. Зависимости давления от времени при разных D показаны на рис. 2. для трех разных навесок.

Рисунок 2. Графики зависимости давления по времени при опытах в манометрической бомбе.

Проведя опыты при сжигании одного и того же пороха и измерив площади полученных кривых, Шмиц [2] нашел, что, действительно эти площади равны между собой, а следовательно справедлив закон горения и=А1Р.

1.4. Лабораторное оборудование.

Манометрическая бомба представляет собой цилиндр с клапаном сброса давления и гнездом для датчика давления Т-6000 и запальным устройством. Чертеж манометрической бомбы представлен на рис. 3.

Рисунок 3. Манометрическая бомба:

1-ограничительная шайба; 2-пружина; 3-шарик клапана; 4, 11-канал сброса давления; 5-объем каморы бомбы; 6-датчик давления Т-600; 7- штифт клапана; 8-крышка бомбы; 9-стержень клапана; 10-шнур для сброса давления; 12-уплотнительное кольцо; 13-заряд; 14-запал; 15-корпус запала; 16-канал для шнура запала; 17-заглушка.

Работа производится в пиротехнической лаборатории кафедры.

При выполнении работ используется следующее оборудование:

1. Манометрическая бомба.

2. Стенд для крепления манометрической бомбы.

3. Система измерения давления включающая:

• Пьезоэлектрический датчик Т-6000;

• Усилительная аппаратура «Тишина»; Осциллограф С8-13.

ПК «Агат» с принтером.

Фотография манометрической бомбы на стенде представлена на рис. 4.

Рисунок 4. Фото манометрической бомбы на стенде.

Навеска топлива 13 ( рис. 3 ) в камере 5 воспламеняется запалом 14 и сжигается, при этом процесс изменения давления фиксируется датчиком 6. Сигнал с датчика 6 фиксируется осциллографом С8-13.

1.5. Проведение лабораторной работы № 1.

а) Условия проведения лабораторной работы № 1.

1. Производится два сжигания навески топлива разной массы.

1. Оба сжигания осуществляются при использовании зарядов одной марки топлива.

б) Параметрами, характеризующими работоспособность конструкции, является:

- давление газов в манометрической бомбе;

• целостность конструкции.

• наличие видимого вытекания газа при сбросе давления через клапан сброса давления.

в) Подготовка оборудования для проведения лабораторной работы № 1.

При подготовке манометрической бомбы к опыту осуществляется следующее:

1. Отворачиваем крышку бомбы 8.

2. Снимаем бомбу со стапеля.

3. Отворачиваем заглушку 17 воспламенителя, извлекаем корпус запала 15 с запалом 14.

4. Очищаем объем каморы бомбы.

5. В корпус запала 15 вставляется новый запал.

6. Корпус запала 15 с запалом 14 вставляем в корпус бомбы и ввинчиваем заглушку 17.

7. Устанавливаем корпус бомбы на стапель.

8. В камору бомбы помещается новый заряд 13.

9. Навинчиваем крышку бомбы 8.

10. Подсоединяем к разъемам электросети концы воспламенителя 14 и датчика 6.

11.Включение, настройка и проверка измерительной аппаратуры. Эти операции проводятся только сотрудниками кафедры, имеющими специальный допуск на проведение испытаний.

г) Порядок проведения лабораторной работы № 1.

1. Знакомство с правилами техники безопасности ( по специальной инструкции, находящейся в лаборатории);

2. Изучение манометрической бомбы и испытательного стенда (по методическому руководству);

3. Осмотр манометрической бомбы и испытательного стенда (по натуральному образцу);

4. Подготовка манометрической бомбы к лабораторной работе (по методическому руководству);

5. Подключение систем измерения (Этот пункт выполняется специалистом кафедры);

6. Проведение опыта (дистанционно );

7. Регистрация результатов опыта:

• фиксация максимального давления и времени конца горения в камере манометрической бомбы;

• вывод графика давления газов с экрана осциллографа на принтер.

• Запись значений 20-25 точек кривой напряжения от времени полученной на экране осциллографа С8-13.

8. Сброс давления из манометрической бомбы (проводится сотрудниками кафедры);

9. Осмотр манометрической бомбы и стенда;

10.Определение характеристик топлива;

11. Оформление отчета.

д) Результаты лабораторной работы № 1.

По результатам проведения лабораторной работы №1 нужно зафиксировать следующие данные:

1. В бомбе объемом Wo=0.00002155 м³, площадь боковой поверхности F6=0.0012746 м² , при сжигании навесок топлива при D_1, , D₂ зафиксировать P_m2 , P_m1 и время конца горения каждого опыта.

2. Перевести полученные значения (20-25 точек кривой осциллографа) в давление в каждой точке для построения графика давления от времени при каждом опыте .

д) Определение характеристик топлива.

Баллистические характеристики пороха, силы f и коволюм а — определяются по формулам 3 и 5.

Для определения импульса топлива Jк1 , Jk2 строим графики зависимости давления от времени P₁ ( t), Р₂( t) и определяем площадь под каждой кривой давления, которая равна импульсу давления ( площади под кривыми давления равны).

Провести проверочный расчет полученных данных на ЭВМ, построить графики P₁{ t ) , Р₂{ t ) и сопоставить полученные кривые с кривыми из опытов.

1.6. Оформление отчета по лабораторной работе № 1.

• Введение

• Графики давления от времени для двух опытов;

• Основные расчетные данные;

• Значения f,a,Jk;

• Графики давления от времени полученные при расчете на ЭВМ.

Лабораторная работа №2