Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2014 » Июнь » 27 » Рассчет работы пороховых газов
22:54
Рассчет работы пороховых газов

    Основой работы любого огнестрельного оружия является полезная работа пороховых газов по перемещению снаряда (пули) по каналу ствола (или иной части, выполняющей эту функцию). Чем выше температура пороховых газов и чем меньше доля твердых продуктов горения пороха, тем выше работоспособность пороховых газов.

    Как известно, работа по перемещению тела равна произведению силы, приложенной к телу, на расстояние, на которое перемещается тело. Энергия, полученная снарядом к концу времени приложения силы, равна остаточной кинетической энергии тела. То есть, движению тела по инерции после вылета из канала ствола.

    Сила, приложенная к снаряду, равна произведению давления пороховых газов на площадь дна снаряда, иначе, на сечение канала ствола за исключением сечения профиля нарезов (если ствол гладкий, то сечение канала ствола находится просто как площадь круга). Таким образом, работа пороховых газов складывается из их давления, сечения канала ствола и длинны ствола. Чем больше диаметр канала ствола, выше температура и давление пороховых газов и длиннее ствол, тем большую энергии получит снаряд в стволе в процессе выстрела.

    Проблема в том, что процесс сгорания порохового заряда не равномерен по времени, порох горит быстрее при более высоком давлении и большей площади поверхности пороховых элементов. Площадь горения снижается при сгорании пороховых зерен, так же, они могут разрушаться при движении по каналы ствола, что влечет непредсказуемое увеличение площадь горения. Давление, при котором происходит горение, зависит от многих факторов, в первую очередь, от того, какое сопротивление оказывает снаряд на пути пороховых газов. Чем больше масса снаряда, тем большее усилие необходимо для его перемещения по каналу ствола. Чем глубже нарезы и хуже их состояние, тем, так же, выше нужно усилие для перемещения снаряда. Если ствол имеет переменную крутизну нарезов, переменное сечение (конический ствол) или переменную глубину нарезов (а то, и все сразу), то предсказать и рассчитать картину изменения давления при движении снаряда по каналу ствола очень сложно.

     Из этого следует, что кривая изменения давления на баллистическом графике имеет сложный и достаточно мало предсказуемый вид, она определяется экспериментально и с не очень высокой точностью (позже мы уточним, почему). Следовательно, заранее рассчитать с приемлемой точностью, теоретически, какую работу произведут пороховые газы, практически невозможно. Для упрощения определения, производят многочисленные испытания на баллистическом стенде (определение начальной скорости, давления, времени прохождения канала ствола и другие величины) и из накопленного экспериментального материала строят таблицы поправочных коэффициентов для каждого типа порохов, снарядов и артиллерийских систем. Эта работа проводилась с начала эры бездымных порохов по сей день, и сегодня накоплено уже очень много  экспериментального материала.

     Для упрощенного математического определения работы пороховых газов используют выражение для работы по перемещению тела при переменном значении приложенной к нему силы:

     А=∑i(FiL)

Читается как: работа по перемещению тела равна сумме по i, произведений i-тых сил на пути L. Для понимания этого выражения взгляните на рисунок 1:

Рисунок 1.

     Здесь представлен упрощенный график зависимости давления (Р) в канале ствола от длинны пройденного снарядом пути (L). Сила, воздействующая на снаряд (F), зависит от величины давления в канале ствола (так как, площадь сечения канала ствола принимается постоянной, иначе, вводится поправка на сужение ствола). Если мы разобьем путь снаряда на равные участки бесконечно малой длинны (Li), тогда, определив среднее давление на каждом участке, мы можем найти работу на каждом бесконечно малом участке пути, длинной Li. Остается только сложить их. Фактически, мы получим площадь фигуры, ограниченной кривой давления (зеленым цветом) и линией координат L. На рисунке показаны только 5 участков, для вычисления необходимо разбить на участки весь путь снаряда по каналу ствола на участки минимальной ширины.

     Таким образом, работа пороховых газов находится как интеграл функции изменения давления от пути снаряда. То есть, площадь фигуры на рисунке 1. При стремлении этой фигуры к прямоугольнику. Мы получим максимальную работу пороховых газов для данного максимального давления.

     Если зайти с другой стороны, то можно посчитать полезную работу пороховых газов в канале ствола из величины дульной энергии. Последнюю определяем экспериментально из начальной скорости снаряда. В этом случае, работа пороховых газов равна: A=(m.V2)/2. То есть, работа пороховых газов равна половине произведения квадрата начальной скорости снаряда на массу снаряда. При этом, следует учитывать, что не вся энергия пороховых газов расходуется на полезную работу, обычно только 20-35%. О КПД орудий мы поговорим в другой раз.

Категория: Баллистика | Просмотров: 1035 | Добавил: Chemadm | Теги: баллистические рассчеты, внутренняя баллистика, Порох | Рейтинг: 4.8/4
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]