Пути повышения эксплуатационных характеристик 82 мм миномета

Заметим, что ни одна схема глушения звука выстрела не устраняет его полностью -- речь идет о снижении громкости до величины, плохо различимой на определенном расстоянии.

Действие большинства подобных систем основано на рассмотрении потока пороховых газов как идеального газа, подчиняющегося законам Бойля-Мариотта и Гей-Люссака. Закон Бойля-Мариотта выражается уравнением состояния идеального газа. Согласно ему, произведение величин давления и объема данной массы газа прямо пропорционально его температуре. Таким образом, уменьшения давления потока пороховых газов -- а значит, и снижения уровня звука выстрела -- можно достигнуть увеличением их объема и снижением температуры перед выходом в атмосферу.

Рассмотрим, что представляют собой существующие в настоящее время «глушители звука», каков их принцип действия и как они классифицируются.

Современные конструкции подавления звука выстрела делятся на четыре класса: надульные (многокамерные), интегрированные, механические, специальное оружие с расширением газов в переменно-замкнутом объеме.

Самые первые эффективные «приборы беззвучной и беспламенной стрельбы» были разработаны в виде надульного многокамерного глушителя, практически надульной насадкой на стандартное оружие. Позже была разработана конструкция более совершенного, так называемого интегрированного, глушителя, который уже составлял с оружием единое конструктивное целое. Но подлинно революционной идеей в области бесшумной стрельбы явилась разработка систем с расширением пороховых газов в переменно-замкнутом объеме. Разрабатывались также и механические системы глушения звука выстрела и совсем уж экзотические устройства.

В настоящее время наибольшее распространение получили многокамерные глушители расширительного типа и интегральные. «Глушители» расширительного типа -- наиболее распространенный и разнообразный тип. Несколько особняком стоят системы «замкнутого» типа, приоритет разработки которых и мировое лидерство сегодня, бесспорно, у отечественных оружейников. Механические системы «прибора бесшумной и беспламенной стрельбы» применяются крайне редко. Эти устройства основаны на механическом подавлении звука выстрела, при этом энергия пороховых газов тратится на деформацию пружин или других упругих элементов-демпферов, либо на перемещение каких-либо частей самого глушителя.

Классификация конструкций подавления звука выстрела:

- приборы беззвучной и беспламенной стрельбы;

- надульные многокамерные конструкции;

- интегрированные системы;

- механические конструкции;

- специальное оружие с расширением пороховых газов в переменно-замкнутом объеме;

- нестандартные и экзотические конструкции;

- приборы малошумной стрельбы.

Самые первые нашедшие применение глушители (так сказать, классические) были именно дульными многокамерными устройствами расширительного типа, в которых поперечные диафрагмы делили внутренний объем корпуса устройства на отдельные отсеки -- расширительные камеры.

Пороховые газы, двигаясь вслед за пулей, последовательно расширяясь и охлаждаясь в камерах, постепенно теряли свою энергию, существенно снижая звуковое давление на выходе устройства и снижая вспышку выстрела. Поэтому глушитель играет одновременно роль и пламегасителя.

Считается, что с увеличением количества камер повышается и эффективность глушения. Однако часть пороховых газов всегда опережает пулю и так как диаметр отверстий в поперечных перегородках больше диаметра пули, часть газов истекает из глушителя со сверхзвуковой скоростью, что несколько снижает эффективность данных устройств.

Их конструкция достигла в настоящее время высокой степени совершенства.

Такие глушители расположены вокруг ствола или крепятся к его дульной части. Хотя они довольно громоздки, распространены они очень широко. Задача типичных глушителей -- ограничить скорость выходящих из ствола пороховых газов. Конструкторы стремятся всеми способами уменьшить энергию истекающих газов. Это может достигаться за счет их расширения, завихрения, перетекания из камеры в камеру, сталкивания со встречными Потоками, а также с помощью различных теплопоглотителей.

Простейший образец состоит из расширительной камеры, установленной на конце ствола. Ее выходная часть прикрыта упругой мембраной со щелью либо с отверстием, которое по диаметру несколько больше пули. Газы, перед тем как очутиться снаружи, расширяются в камере, объем которой значительно больше объема канала ствола, при этом падают их давление и температура. По теории газы должны вытекать из корпуса глушителя только после вылета пули. Однако фактически это происходит раньше, когда давление снизилось еще недостаточно (необходимо, чтобы оно было ниже двух атмосфер).

Эффективность глушителя повышается при последовательном расположении нескольких камер, разделенных перегородками (они делаются из пробки, кожи, пластика, резины и даже плотного картона), тоже с отверстиями, соосными стволу. Чтобы газы не успели обогнать пулю, эти отверстия могут прикрываться глухими мембранами (пробками). Но на их пробивание уйдет дополнительная энергия -- в результате скорость пули снизится. Кроме того, ухудшится кучность огня. Мембраны моментально изнашиваются (многие, по существу, одноразовые), поэтому оружие с глушителем применяется лишь для огня одиночными выстрелами.

Прямые перегородки расширительных камер часто заменяют изогнутыми и воронкообразными, отклоняющими пороховые газы к периферийной части глушителя, что препятствует их обгону пули. Этот же эффект достигается применением винтообразной перегородки, проходящей по всей длине глушителя.

Иногда расширительные камеры частично заполняют теплопоглощающим материалом -- абсорбирующей мелкой алюминиевой сеткой-наполнителем или даже просто стружкой, медной проволокой. Газы, нагревая наполнитель, сами охлаждаются, снижая собственное, давление. Но сетки сложно очищать от порохового нагара и приходится периодически менять. Заметно влияет на эффективность глушения даже материал перегородок: простая замена стальных на алюминиевые, более теплопроводные, дает заметный эффект снижения звука выстрела. Но при продолжительной стрельбе, по мере повышения давления в расширительных камерах и нагрева охлаждающих элементов и всей конструкции, эффективность устройства резко падает, и после десятка-другого выстрелов, произведенных подряд, «бесшумное» оружие превращается в самое обычное шумное. Поэтому рекомендуется вести огонь одиночными выстрелами и с большими паузами, чтобы дать остыть всей конструкции.

Эффект глушения звука выстрела повышает наличие небольшого количества воды в корпусе глушителя. При этом часть тепловой энергии пороховых газов затрачивается на превращение воды в пар.

Немаловажную роль играет узел крепления глушителя на стволе, который должен обеспечивать, во-первых, полную соосность канала ствола с дульным устройством, во-вторых, надежную обтюрацию газов. Даже легкое касание пулей внутренних перегородок резко снижает кучность стрельбы. А ослабление узла крепления корпуса глушителя на стволе оружия приводит к стрельбе через его переднюю стенку.

Громоздкий корпус глушителя часто закрывает обычные прицельные приспособления, поэтому его располагают эксцентрично стволу, когда его ось значительно ниже оси канала ствола Канал для прохода пули должен быть строго соосным со стволом

В глушителе с обтюрацией межкамерные перегородки изготовляются из упругого материала и имеют щели для пропуска пули. В этой конструкции газы не опережают пулю, а замедленно истекают вслед за ней из расширительных камер. Но недостатком подобных конструкций является быстрый выход из строя межкамерных перегородок. Эффективность глушителя повышают путем сложных и скрупулезных расчетов его внутренней газодинамики, когда за счет использования фигурных перегородок сложного профиля в его корпусе создается поворот потока газа, противопотоки и турбулентные завихрения. Частицы газа, соударяясь, быстро теряют при этом свою энергию. Создание противопотоков и завихрений иногда позволяет обойтись без мембран, надежно запирая газы в расширительных камерах.

Сегодня основные направления исследований - дальнейшее уменьшение звука, снижение массы и габаритов глушителей, их влияния на меткость и кучность огня. Им свойственны и недостатки: низкая надежность (особенно при использовании эластичных мембран или шайб), необходимость индивидуальной подгонки.

Естественным развитием «классического» многокамерного дульного глушителя расширительного типа явились так называемые интегрированные, которые составляют с оружием одно конструктивное целое. Их действие основано на принципе предварительного отвода пороховых газов из канала ствола. В подобной конструкции в стволе оружия проделан ряд отверстий, через которые газы, следующие за пулей, выходят в заднюю расширительную камеру корпуса глушителя. Передняя его часть представляет собой обычный многокамерный глушитель, в котором происходит дополнительное расширение и охлаждение пороховых газов, вышедших вслед за пулей из дульной части ствола, то есть потеря их энергии. Предварительный «отбор мощности» газов позволяет снизить скорость пули до дозвуковой, что позволяет использовать в бесшумном оружии обычные, «сверхзвуковые» боеприпасы. Уменьшается также длина бесшумного оружия, так как глушитель большей частью расположен вокруг ствола и за дульный срез выступает довольно незначительно. Но главное -- повышается эффективность глушения звука по сравнению с многокамерным глушителем. Но в то же время, поражающее действие пули в итоге снижается весьма значительно. К тому же тормозящиеся в интегральной камере пороховые газы оставляют густой нагар на внешней поверхности ствола, перекрывающий газоотводные отверстия, и в результате уход за таким глушителем обычно оказывается сложнее, чем за съемным.

Самый значительный эффект снижения звука выстрела достигается при одновременном использовании нескольких принципов глушения, в частности интегрированности, многокамерности и теплопоглощения.

Есть особый тип конструкции прибора бесшумной стрельбы, который применяется крайне редко. Это устройство основано на механическом подавлении звука выстрела, при этом энергия пороховых газов тратится на деформацию пружин или других упругих элементов -- демпферов, либо на перемещение каких-либо частей самого глушителя. Однако запас энергии пороховых газов слишком велик, чтобы ее «излишек» целиком мог быть погашен механической работой -- в противном случае размеры и масса такого «глушителя» оказались бы непозволительно велики. Поэтому «механическая» часть глушителя выполняет свою задачу в сочетании с уже указанными принципами -- «расширением» или «отсечкой».

Одно из первых более или менее действенных приспособлений этого типа создал в 1898 г. французский полковник Гумберт, установив на конце ствола цилиндрическое устройство с цилиндрическим каналом, продолжающим канал ствола, каморой с клапаном и отводными каналами для пороховых газов.

В «орудийном» варианте клапаном служила массивная пластина, шарнирно укрепленная на поперечной оси. После вылета снаряда из ствола следующие за ним пороховые газы поднимали пластину и прижимали ее к дульному отверстию. Отсеченные таким образом газы сбрасывались в атмосферу через узкие отводные каналы назад, так что устройство должно было служить еще и дульным тормозом. В «стрелковом» варианте вместо пластины использовался шарик, поднимаемый из своего специально спрофилированного гнезда газовым потоком и также перекрывавшим дульный срез.

Другими словами, в подобной конструкции фактически применен принцип запирания пороховых газов в переменнозамкнутом объеме, на котором основаны современные российские разработки, непревзойденные пока никем в мире.

У конструкций данного типа, помимо слабой эффективности, есть и другие недостатки. Во-первых, клапан быстро засоряется пороховым нагаром и перестает работать. А в полевых условиях разбирать и чистить глушитель после каждой стрельбы весьма затруднительно. Во-вторых, ударная волна истекающих назад пороховых газов сильно «бьет по ушам» самого стрелка. В-третьих, невозможна автоматическая стрельба из оружия, так как запорный шарик обладает большой инерцией. И, в-четвертых, оружие в бою не всегда горизонтально. А если надо стрелять круто вверх или вниз? Ведь тогда шарик клапана перекрывает пулепропускное отверстие. Да и просто при перебежках и переползании солдата на поле боя шарик свободно катается в корпусе глушителя, периодически перекрывая дорогу пуле. А выстрел в такой момент чреват разрывом ствола и выходом оружия из строя.

Подлинно революционной идеей в области бесшумной стрельбы явилась разработка систем с расширением пороховых газов в переменно-замкнутом объеме. Отечественные конструкторы пошли именно этим путем и достигли здесь изумительных успехов. Аналогов подобным конструкциям в мире больше нет. Это принципиально новый и радикальный путь устранения звука выстрела -- «отсекать» пороховые газы, оставляя их в стволе или небольшом насадке. Притом газы вообще не выходят наружу. В конструкцию специального патрона введен своеобразный «пыж», который выталкивает пулю, но отсекает пороховые газы, не позволяя им выйти из ствола в окружающую атмосферу. Эта, едва ли не старейшая, идея «глушения» не так уж проста в исполнении, поскольку требует специальной конструкции патрона и оружия, позволяющей запереть дульную часть ствола после вылета пули. Преимущества, -- подобные конструктивные решения значительно уменьшают размеры «бесшумного» оружия и позволяют придать ему вид обычного, то есть служат целям эффективной маскировки.

Отсечку пороховых газов пытались применить и для артиллерии ближнего боя, для которой скрытность играет не последнюю роль, но и увеличение габаритов и массы крайне нежелательны. В 1935 г. в СССР были созданы и испытаны опытные 45-мм «бесшумные» противотанковые пушки с отсечкой газов в стволе особой втулкой, заклинивавшейся у дульного среза. Как утверждалось, уровень звука выстрела (вызванный, очевидно, газами, опережавшими снаряд) был не выше, чем при стрельбе из револьвера «Наган».

Необходимость извлечения вручную втулки после каждого выстрела и стравливание газов через казенный срез были, разумеется, малоприемлемы для орудия такого класса. Вскоре схема была усовершенствована -- подкалиберный (40-мм) снаряд вставлялся в поддон, который отделялся у дульного среза и запирал газы в стволе, а сбрасывание поддона производилось особым приспособлением без выхода расчета из-за щита. И хотя «бесшумность» легких орудий привлекала тогда немалое внимание, дело не пошло дальше пробных испытаний -- простота, легкость и маневренность были куда важнее «бесшумности».

Развитие бесшумного оружия в настоящее время происходит по вполне традиционным направлениям. Но существуют отдельные весьма нетрадиционные и даже просто экзотические конструкции глушителей, не подпадающие под классическую классификацию.

Конструкция, основанная на принципе отражения газов от вогнутой параболической внутренней поверхности передней стенки глушителя. Снижение энергии газов происходит за счет многократного переотражения ударной волны внутри корпуса глушителя и встречного гашения ударной волны встречной волной. Устройство это предельно просто по своей конструкции, но требует скрупулезного расчета внутренней газодинамики под конкретное оружие и конкретный патрон: простая замена боеприпаса (хоть на более, хоть на менее мощный) резко меняет всю картину внутренних газовых потоков, и в результате эффективность глушения звука выстрела резко падает.

В Японии разработано экзотическое устройство снижения звука выстрела, на первый взгляд совсем элементарного и состоящего из надульного конуса-диффузора и охватывающей его трубки с открытыми торцами. Но за счет тщательного расчета сложного процесса интерференции ударных волн внутри данного устройства и эффекта эжекции пороховыми газами внешнего воздуха (при интенсивном смешении с ним газы быстро охлаждаются) эффект снижения звука выстрела получился весьма существенным.

По ряду причин эти устройства не нашли сколько-нибудь широкого применения на практике. Но эти примеры наглядно показывают, что в технике нет проторенных путей, и успеха можно достигнуть самыми разными, порой очень необычными путями.

Внешний вид и особенности конструкции многих из вышеперечисленных «глушителей» можно увидеть на плакате.

Анализируя конструкции, принципы действия, положительные и отрицательные стороны существующих в настоящее время приборов малошумной стрельбы, приходим к выводу, что наиболее подходящей для нашего комплекса будет конструкция надульного многокамерного устройства расширительного типа.

Максимальная скорость полета мины базового миномета 2Б14 - 1 составляет 258 м/с, что удовлетворяет основному требованию к «бесшумному» оружию (скорость боеприпаса не должна превышать 94 % скорости звука).

Разрабатываемый прибор малошумной стрельбы является съемным и навинчивается на ствол миномета непосредственно между трубой и предохранителем от двойного заряжания. Это поможет упростить его обслуживание, даст возможность использовать миномет без «глушителя» в тех случаях, когда это необходимо. Помимо этого, не потребуется вносить какие -- либо изменения в конструкцию самого миномета.

Прибор малошумной стрельбы будет представлять собой цилиндр определенной длины и определенного диаметра, разбитый на рассчитанное количество расширительных камер поперечными мембранами. Диаметр центрального канала «глушителя» необходимо рассчитать, а длину и диаметр самого прибора берем из конструктивных соображений.

2.2 Расчет прибора малошумной стрельбы

Использование стандартного (штатного) оружия в бесшумном варианте создает большие преимущества для производства и снабжения. В этом случае существенно снижается себестоимость бесшумного комплекса, а оружие может эксплуатироваться как с «глушителем» звука выстрела, так и без «глушителя».

Дульные «глушители» звука выстрела представляют собой ряд последовательных проточных камер относительно больших размеров, не предназначенных для сброса пороховых газов через боковые поверхности. Аналогичные устройства в элементах пневмоавтоматики называются дросселями.

В проточных камерах существенно снижаются давление, температура и скорость пороховых газов, истекающих из канала ствола, в результате чего уменьшается шумообразование на выходе из «глушителя». Кроме того, одновременно с изменением указанных термодинамических характеристик уменьшается и давление в дульной ударной волне, если она смогла возникнуть при истечении газов в первую камеру.

Теория газовых дросселей различного типа достаточно полно развита в работах, посвященных выбору параметров пневмоавтоматики. Однако в работах рассматривается газовый поток с постоянно, температурой газов, что позволяет существенно упростить окончательные уравнения, определяющие состояние газа на выходе из дросселя.

Случай течения порохового газа через проточные камеры рассмотрен в работе Б.В. Орлова. Использование данной методики расчета для случая течения газа через «глушители» звука выстрела приводит к большим погрешностям (более чем в 2 раза). Кроме того, давление в последующих камерах «глушителя» является Функцией отношения перепадов площадей дросселя, а длина проточной камеры в уравнения не входит. Таким образом, сложность газодинамических процессов, происходящих при выстреле в период течения порохового газа через «глушитель», не позволяет использовать существующие методы для выбора параметров «глушителя».

Опытные данные по изменению давления пороховых газов в двух последовательно соединенных проточных камерах приведены на рисунке 2.3. В таблице 2.1 приведены значения максимального давления в проточных камерах в сечениях, отмеченных индексами 1 и 2 на схеме рисунка 2.3.

Таблица 2.1-Максимальное давление в двух проточных камерах при переменной длине второй камеры, кгс/см²

Длина второй камеры, мм	Pd = 650 кгс/см2	Pd = 420 кгс/см2
	P1 max	P2 max	P1 max	P2 max
16 26 36 46 56 66 76 86 96 106 00	58,7 41,3 44,4 46,0 49,5 50,0 46,0 50,0 52,0 52,0 14,0	49,1 48,5 49,5 50,0 47,5 45,0 43,0 41,5 39.0 35,6 14,5	47,2 - 45,7 - 47,0 - 48,2 - 48,3 44,4 22,4	55,0 - 58,5 - 52,2 - 46,6 - 43,6 40,0 10,0

Р, кгс/см²

t, 10^-3 с

Рисунок 2.3 - Изменение давления пороховых газов в двух проточных камерах (опытные данные)

Из данных рисунка 2.3 и таблицы 2.1 видно, что в последовательных проточных камерах протекает сложный процесс, и определение давления газов на выходе требует учета противодавления в последующей камере.

При большом числе проточных камер давление в последних камерах может увеличиваться. Задача проектирования «глушителя» звука выстрела должна сводиться к нахождению такой конструкции, чтобы на выходе из нее давление пороховых газов было минимальным, так как от давления на выходе зависит и громкость выстрела.

Таким образом, число камер «глушителя» должно определяться и с учетом распределения давления в его камерах, г. е. на выходе из «глушителя» давление должно быть минимально возможным.

Для каждого конкретного решения существует вполне определенное число камер «глушителя», обеспечивающее наибольшее заглушение звука выстрела. При этом предполагается, что камеры «глушителя» имеют рациональные параметры.

Теории расчета дульных «глушителей» применительно к заглушению дульной ударной волны в настоящее время нет. Наиболее полно теория расчета «глушителей» разработана применительно к явлению заглушения аэродинамических шумов: шума выхлопа двигателей внутреннего сгорания и компрессоров, вентиляционных шумов и т. п.. Данная теория основывается на волновых процессах, происходящих в элементах глушителя (фильтрах) при прохождении через ячейки глушителя акустической волны, имеющей определенный спектр, в связи с чем, она называется теорией акустических фильтров.

Проанализировав, приходим к выводу, что использование акустической теории расчета глушителей шума выхлопа двигателей внутреннего сгорания для расчета и проектирования «глушителей» звука выстрела невозможно по следующим соображениям: акустическая теория фильтров (глушителей) разработана применительно к прохождению через глушитель звука- малой амплитуды и учитывает линейные процессы, происходящие в элементах фильтра. Звук выстрела, имеющий высокое избыточное давление, в ближнем звуковом поле является ударной волной, поэтому процесс возникновения и распространения звука выстрела относится к области нелинейной акустики; акустическая теория дает относительную величину заглушения звука на вполне определенной частоте.

Тактико-технические требования (ТТТ) на бесшумное оружие оговаривают только величину максимального избыточного давления. Для выбора рациональных параметров бесшумного оружия («глушителя», патрона и др.) необходим метод расчета, связывающий внутрибаллистические характеристики и параметры «глушителя» с величиной максимального избыточного давления.

Обширными субъективными экспериментами (прослушиванием звука выстрела) и записью величины максимального избыточного давления установлено, что слышимость звука выстрела при стрельбе с «глушителями» определяется только величиной максимального избыточного давления, т.е. «глушитель» звука может характеризоваться одним параметром - степенью уменьшения максимального избыточного давления. Однако, если максимальное избыточное давление при стрельбе с «глушителем» мало (меньше 1 г/см²), то слышимость звука выстрела определяется не только амплитудой звуковой волны, но и частотой излучаемого звука. Это должно учитываться при экспериментальной отработке высокоэффективных «глушителей» звука выстрела.

В практике проектирования «глушителей» звука выстрела учитывают только максимальное избыточное давление. Следовательно, задача проектирования (расчета) «глушителей» может считаться выполненной, если найдены зависимости, определяющие величину максимального избыточного давления в зависимости от внутренней баллистики используемого оружия и параметров «глушителя».

Звук выстрела зависит от давления пороховых газов на выходе из камеры «глушителя», что требует учета течения пороховых газов по различным лабиринтным уплотнениям. Большие экспериментальные исследования показывают, что течение турбулентной струи в камере не подчиняется закономерностям свободного течения при относительном диаметре камеры D вн / dО < 10 (рисунок 2.4). При данном соотношении истекающая струя начинает или касаться стенок камеры, или испытывает некоторое противодавление со стороны эжектируемого внутреннего потока, циркулирующего между границей истекающей струи и стенками камеры.

Рисунок 2.4 - Схема камеры глушителя

Поэтому при определении сопротивлений лабиринтных уплотнений Г.Н. Абрамовичем рассматривалась ограниченная струя, состоящая из ядра первоначальной массы и присоединенных масс циркулирующих потоков. В дальнейшем мы используем модель Г.Н. Абрамовича для определения рациональных параметров «глушителя» звука выстрела, так как указанная модель позволяет с некоторой степенью точности выявить влияние различных параметров на затухание струи в лабиринтном уплотнении.

В камерах «глушителя» наблюдается дозвуковое течение, за исключением первой камеры. Однако опытные стрельбы по определению коэффициента потерь скорости в закрытой камере указывают на полную возможность использования теории турбулентных струй для случая определения потерь скорости в струе при расчетах дульных тормозов и, тем более, «глушителей» звука выстрела, так как погрешность определения коэффициента потерь скорости в камере не превышает 4%.

Таким образом, для расчета потерь энергии пороховых газов в камере «глушителя» воспользуемся теорией турбулентных струй, которая разработана Г.Н. Абрамовичем.

Оптимальное число камер «глушителя» определяется требуемой степенью заглушения звука выстрела, чем больше число камер с рациональными параметрами, тем выше эффективность «глушителя». На практике необходимо рассчитать число камер «глушителя» при определенной его длине. Таким образом, максимальная эффективность «глушителя» при определенной его длине наблюдается также в том случае, если камеры «глушителя» имеют рациональные параметры. Анализ местных потерь энергии в струе пороховых газов показывает, что суммарный коэффициент сопротивления камеры «глушителя» можно увеличить только за счет изменения входа потока в центральный канал, так как местное сопротивление при внезапном расширении потока является максимальным. Коэффициент смягчения входа имеет максимальное значение 0,5 для различных конструктивно приемлемых (для «глушителя» звука выстрела) входов, за исключением входа в канал с выдвинутой кромкой и наклонного входа в канал.

Камера с выдвинутой входной кромкой обеспечивает существенное увеличение потерь энергии от сжатия струи. Однако увеличение длины патрубка должно происходить не за счет уменьшения длины камеры, а за счет увеличения общей длины камеры, что также является невыгодным, так как потери энергии от внезапного расширения больше, чем потери от «плоского» течения в патрубке равноценной длины.

Увеличение коэффициента смягчения входа может быть достигнуто за счет применения наклонного входа струи пороховых газов в очередную диафрагму камеры. Однако в «глушителе» звука выстрела центральный канал, служащий для пролета пули, выполняется строго симметрично оси канала ствола. Для обеспечения наклонного входа газов в очередной канал диафрагмы возможно отклонение всей струи пороховых газов от оси глушителя за счет косого среза выходного отверстия. Теоретические основы отклонения струи пороховых газов при истечении через кососрезанные насадки достаточно подробно разработаны Б.В. Орловым.

При проектировании новых видов бесшумного оружия, часто используют камеры сброса пороховых газов, которые представляют собой некоторый замкнутый объем вокруг ствола, сообщающийся с каналом ствола рядом отверстий. Находящиеся в объеме камеры сетчатые рулоны из различных материалов (меди, бронзы, алюминия и др.) или перфорированные трубки дросселируют проходящие через них газы.

Уменьшение максимального избыточного давления в дульной волне при использовании таких камер объясняется тем, что .часть пороховых газов в данном случае не участвует в создании дульной волны, а истекает в камеру сброса.

Для упрощенного конструктивного варианта камеры сброса можно определить давление как функцию времени. Однако остается неизвестен момент образования ударной волны, т.е. время. Кроме того, реальные конструкции камер сброса включают в себя сетчатые рулоны из теплопроводного материала, что требует учета тепловых потерь в камере сброса, т.е. опытного определения коэффициента теплопередачи от пороховых газов к материалу рулона. Учет камеры сброса при расчете, дульных «глушителей» целесообразно проводить путем опытного определения фиктивного коэффициента потерь энергии в камере сброса по аналогии с «глушителем».

При стрельбе может быть использован дульный глушитель звука выстрела или комбинированный глушитель звука выстрела, т.е. дульный глушитель со ствольной камерой сброса пороховых газов.

Использование только дульного глушителя звука имеет ряд преимуществ в производственном отношении, но служебные характеристики такого оружия несколько ухудшаются.

Рассмотренный метод расчета позволяет теоретическим путем определить основные параметры глушителя звука выстрела, предназначенного для использования на определенном оружии (стандартном, модернизированном для бесшумной стрельбы или специальном). Акустическая теория, как показано выше, не позволяла выбирать необходимые параметры глушителя, удовлетворяющего основным требованиям на данный вид оружия.

При проектировании высокоэффективных глушителей звука выстрела, имеющего оптимальные параметры по весу, габаритам и заглушению, необходимо учитывать: проникание ударных волн конечной амплитуды через кожух глушителя; вынужденные вибрации кожуха глушителя от внезапного приложения сил давления пороховых газов и ударной волны. Указанные факторы увеличивают на 3-8% максимальное избыточное давление.

Последовательно рассчитаем все необходимые параметры проектируемого прибора малошумной стрельбы.

Исходя из конструктивных соображений, задаем значения внутреннего диаметра (Dвн) и длины (L) проектируемого «глушителя».

L = 400 мм. Dвн = 200 мм.

Определяем «остаточную» энергию Е₀ по формуле

где: q - вес мины, кг;

V₀- начальная скорость мины, м/с;

g - ускорение свободного падения, :

w - вес максимального порохового заряда, кг;

f = 85000 - сила пороха:

k = 1,22 - коэффициент фиктивности.

По таблице или графику определяем необходимую энергию Е₀₁ создающую звуковое давление, оговоренное тактико-техническим заданием, т.е. по p определяем Е_ог. Е_ог= 6,89

Определяем диаметр центрального канала глушителя

d₀1 = d + б'- L = 82 + 0,016 * 400 = 88,4 мм,

где d. - калибр, мм;

б'= 0,011 - 0,016 - опытный коэффициент, выбираемый из условия нормального полета мины через «глушитель»;

L -- ожидаемая (заданная) длина «глушителя», мм.

Для обеспечения больших потерь в глушителе диаметр центрального отверстия в каждой диафрагме камеры может быть переменным, равномерно увеличивающимся к выходному отверстию.

Определяем длину камеры:

1 = (0,6 0,8) * (Dвн - d₀₁) = 0,7*111,6 = 78,12 мм,

где Dвн - внутренний диаметр глушителя, мм.

В практике конструирования глушителей звука выстрела все камеры принимают одинаковыми.

Рассчитываем относительные потери в денной камере:



где ж = 0,5 - коэффициент смягчения входа, зависящий от входной кромки узкого канала;

а = 0,0016 0,12 - коэффициент структуры струи, зависящий от характера распределения скорости в поперечном сечении струи (для случая порохового газа а = 0,08 0,09);

R₀ = 37,2 - начальный радиус струи, мм;

1 - расстояние от начала рассматриваемого участка (длина камеры), мм.

Определяем необходимое число камер по формуле:

Полученное значение округляем до ближайшего целого числа и получаем число камер «глушителя» n= 5.

Экспериментальными исследованиями выбранные параметры могут быть уточнены.

Длина разрабатываемого прибора малошумной стрельбы, исходя из полученного числа камер, будет равна:

L = 1 * n = 78,12 * 5 = 390,6 мм,

Необходимо учесть толщину стенок «глушителя» и элементы крепления к стволу миномета и предохранителю от двойного заряжания.

Мы имеем внутренний диаметр «глушителя» Dвн = 200 мм, тогда согласно второй теории прочности наружный диаметр будет находиться по формуле:

,

где -- предел упругости для стали 60, МПа;

Р' -- среднее давление пороховых газов в «глушителе».

Следовательно, толщина стенки глушителя с учетом запаса прочности:

Таким образом, рассчитанный в данном вопросе прибор малошумной стрельбы имеет следующие конструктивные характеристики и параметры:

- длина L = 390,мм;

- внутренний диаметр Dвн = 200 мм;

- наружный диаметр Dн = 212 мм;

- толщина стенок и диафрагм ДR = 6 мм;

- длина каждой камеры 1 = 78,12 мм;

- диаметр центрального канала глушителя d₀₁ = 88,4 мм;

- число камер 5;

- материал Сталь 60.

Принцип действия «глушителя» звука выстрела данной конструкции показан на рисунке 2.5.



4

Размещено на http://www.allbest.ru/

3

Рисунок 2.5 - Принцип действия многокамерного «глушителя» расширительного типа: Р - давление на входе, Рв - давление на выходе, 1-5 - камеры

Выводы

1 Применение прибора малошумной стрельбы значительно увеличит живучесть миномета и эффективность его применения.

2 Большое разнообразие видов конструкций «глушителей» подтверждает огромный интерес людей к данным приборам.

3 Отсутствие в настоящее время четкой теории расчета дульных «глушителей» применительно к заглушению дульной ударной волны значительно затрудняет получение числовых значений.

4 Важное значение имеет уточнение полученных результатов расчета экспериментальными исследованиями.

3. Выбор и расчёт базы комплекса. Компоновочная схема

3.1 Выбор базы в соответствии с требованиями, предъявляемыми к комплексу

Обеспечение необходимых эксплуатационных качеств артиллерийских установок в очень большой степени зависит от базы, на которой смонтирована артиллерийская система. Поэтому от правильного выбора базы зависит удовлетворение тех требований, которые предъявляются к этим установкам.

Не каждая колесная или гусеничная машина может удовлетворять этим требованиям. Поэтому, чтобы не ошибиться в выборе базы, необходимо сформулировать основные требования, которые должны предъявляться к базам, чтобы они наиболее полно отвечали современному развитию конструкции артиллерийских установок. К числу этих требований относятся:

1. Машина должна, характеризоваться определенными весовыми показателями, которые определяются грузовместимостью и использованием веса машины.

Грузовместимость, определяемая грузоподъемностью, должна быть достаточной, чтобы можно было разместить артиллерийскую систему при максимальном коэффициенте грузоподъемности.

2. Машина должна обладать высокой проходимостью и маневренностью. Проходимость - одно из главных качеств колесных и гусеничных машин. Она должна быть высокой в условиях тяжелого бездорожья (в распутицу, по заболоченным участкам, снежной целине, песку, пашне).

Проходимость определяется многочисленными оценочными параметрами:

1) Среднее удельное давление на грунт:

- для колесных машин 3-5 кг/см;

- для колесных машин с системой регулирования давления воздуха в шинах должно быть 0,6 - 0,8 кг/см'.

2) Распределение веса по осям для колесных машин в полностью груженом состоянии должно быть (от полного веса):

- на переднюю ось 30 - 40%;

- на заднюю ось 70 - 60%.

3) Динамический фактор на низшей передаче должен быть по возможности большим и численно должен составлять величину в пределах 0,25-0,50.

4) Дорожный просвет для колесных машин 300 - 350 мм.

5) Продольный радиус проходимости для колесных машин должен быть минимальным и составлять величину не более 3,0 - 3,5 м.

6) Угол переднего въезда должен быть 60 - 65°.

7) Угол заднего въезда должен быть 45 - 60°.

8) Коэффициент совпадения следов передних и задних колес должен быть по возможности близким к 1,0.

9) Независимость передних и задних ходов полуприцепа (тележки), т.е. возможность поворота на косогорах оси переднего хода относительно заднего на угол не менее ±15°.

10) Высокая продольная гибкость поезда (тягач-прицеп и тягач-полуприцеп). Угол гибкости должен быть не менее ±30°.

11) Компактность машины должна характеризоваться:

- коэффициентом использования габаритной длины, который должен быть не менее 0,5;

- коэффициентом использования габаритной площади, который должен быть не менее 0,4.

Габариты машины должны быть по возможности минимальны, но достаточными для размещения специальной части. Особо важен минимальный габарит по высоте.

Это требование приобретает огромное значение в условиях применения современных средств борьбы, когда укрытие техники в землю имеет решающее значение для ее сохранения.

Кроме того, габариты должны быть такими, чтобы специальные машины в целом не выходили за пределы железнодорожного габарита.

12) Высота преодолеваемого препятствия и глубина преодолеваемого брода должны быть как можно большими.

13) Радиус поворота машины, характеризующий маневренность (поворотливость) ее, должен быть минимальным и лежать в пределах 8 - 12 м. Угловая скорость поворота, т.е. угол на который машина может повернуться в единицу времени, должна быть максимально возможной.

Тягово-динамические показатели маневренности должны оцениваться по параметрам, величина которых должна находиться в определенных пределах.

14) Динамические или тяговые качества, определяемые динамическим фактором на последней передаче, должны быть по возможности большими и находиться в пределах 0,05 - 0.10.

15) Максимальная скорость движения машины, характеризующая подвижность ее должна находиться в пределах 65 - 85 км/час.

16) Высокие скорости движения должны обеспечиваться при небольших ускорениях не превышающих 2%.

17) Средние скорости движения машины должны лежать в пределах: 60 - 70% от максимальной скорости по шоссейным дорогам, 40 - 50% от максимальной скорости по проселочным дорогам.

18) Высокое значение удельной мощности, т.е. большой запас мощности на каждую тонну транспортного средства, что обеспечивает высокую подвижность и проходимость.

Для транспортных средств значение удельной мощности должно быть 15-20 л.с./т, а для поездов 10-15 л.с./т.

3. Экономические показатели.

1) Машина должна быть высоко экономичной в эксплуатации и ремонте. Она должна быть максимально приспособлена для производства технического осмотра и ремонта.

2) Машина должна быть долговечной. Межремонтный срок пробега до капитального ремонта должен быть не менее 25000 - 30000 км..

3) Машина должна быть прочной и надежной. Она должна обладать высокой стойкостью против боевых повреждений, включая и оружие массового поражения.

4) Конструкция должна быть по возможности простой и рассчитана на массовое и крупносерийное производство.

4. Показатели безопасности машины.

1) Высокое значение статической и динамической устойчивости. Угол статической устойчивости должен составлять не менее 20 - 25°. Динамическая устойчивость должна быть обеспечена при движении поезда на повороте с радиусом 20м и боковым уклоном 12 - 15° при скорости движения 10 км/час. Коэффициент боковой устойчивости против опрокидывания должен быть в пределах 0,60 - 0,80.

2) Высокая эффективность торможения автоматическим пневмо-гидро или электротормозом, ручным стояночным, а в ряде случаев горным упором. Фактическая длина тормозного пути должна укладываться в пределы нормы.

3) Органы, обеспечивающие безопасность движения, должны действовать безотказно, мгновенно (если это потребуется) и с минимальной затратой сил.

5. Удобство использования машины.

1) Высокая плавность хода. Для этого подвеска колесных и гусеничных машин должна иметь статический ход не менее 100 - 120мм, а рабочий - должен быть равен или больше статического хода. Кроме того, подвеска должна обеспечивать хорошее гашение вертикальных колебаний за счет гидравлических демпферов.

2) Должны быть обеспечены максимальные удобства размещения личного состава, посадки и высадки личного состава, удобство погрузки и выгрузки грузов.

3) Машина должна обладать максимальной бесшумностью и легкостью управления.

4) Машина должна комплектоваться высоко надежным и эффективно действующим обогревательным устройством, обеспечивающим высокую боевую готовность ее при эксплуатации в зимнее время (в суровых климатических условиях).

5) Время перехода из походного положения в боевое и обратно должно быть минимальным.

6) Обеспечивать предельный запас хода машины по топливу, отвечающий ее назначению и выполняемым задачам.

Кроме того, к базам артиллерийских установок могут предъявляться и другие дополнительные требования: быстрота и удобство маскировки, неразрушение дорожных покрытий, обеспечение бесперебойной работы в ночное время и т. д.

Для разрабатываемого мобильного комплекса в качестве базы необходим малотоннажный грузовой автомобиль, который стоит на серийном производстве, недорогой, обладающий высокой проходимостью и удовлетворяющий всем остальным вышеперечисленным требованиям, предъявляемым к базам артиллерийских установок.

Учитывая нынешнее экономическое положение страны, не представляется возможным установка миномета на дорогостоящие зарубежные транспортные средства, которые имеют значительную цену и дороги в обслуживании и ремонте.

Из российских автомобилей наиболее подходящими являются УАЗ -451 ДМ и УАЗ - 452 Д. Автомобиль ИЖ - 27151 - 01 хоть и является грузовым малотоннажным, но имеет малую грузоподъемность и низкую проходимость. Грузовики Горьковского автомобильного завода, такие как «ГАЗель», сравнительно дороги и малопроходимы.

Сравнительная характеристика двух автомобилей УАЗ - 451 ДМ и УАЗ - 452 Д приведена в таблице 3.1.

Таблица 3.1- Характеристики УАЗ - 451 ДМ и УАЗ - 452 Д

Характеристики автомобиля	УАЗ-451 ДМ	УАЗ - 452 Д
Грузоподъёмность, кг	1000	800
Собственная масса, кг	11510	1670
Радиус поворота, м: По оси следа внешнего переднего колеса Наружный габаритный	6 6,.8	6 6,8
Максимальная скорость, км/ч	100	95
Контрольный расход топлива при 30-40 км/ч, л/100 км	12	13
Заправочный объём топливного бака, л Основной дополнительный	56 -	56 30
Давление воздуха в шинах, кгс/см2 Передние колёса Задние колёса	1,8 2,7	2,0 2,0
Раздаточная коробка	-	2-х ступенчатая
Двигатель	УМЗ - 451 М, карбюраторный, 4-х тактный, 4-х цилиндровый, верхнеклапанный	То же
Рабочий объём, л	2,445	То же
Степень сжатия	6,7	То же
Максимальная мощность при 4000 об/мин, л.с (кВт)	75 (55,2)	То же
Подвеска передняя и задняя	На продольных полуэллиптических рессорах, амортизаторы гидравлические, телескопические.	То же

Все остальные характеристики двух этих автомобилей одинаковые.

Проанализировав данные таблицы 3.1, приходим к выводу, что малотоннажный грузовой автомобиль УАЗ - 451 ДМ является наиболее подходящим в качестве базы для разрабатываемого мобильного комплекса.

Размерные параметры базы приведены в таблице 3.2 и показаны на рисунке 3.1.

Таблица 3.2- Размерные параметры УАЗ - 451 ДМ

Д	Ш	В	Б	К'	К"	С	У'
4460	2044	2070	2300	1442	1442	980	34
У"	П'	П"	Дк	Шк	Вп	Вб	А
33	305	220	2600	1870	1010	425	1765

3.2 Расчет возимого боезапаса и его размещение

Грузоподъемность базы разрабатываемого мобильного комплекса составляет 1000 кг. Исходя из этого и учитывая размеры грузовой платформы, рассчитаем возимый при образце боезапас, рассмотрим схему его размещения и крепления.

Примем за массу миномета в боевом положении с прибором малошумной стрельбы, с кронштейнами, обеспечивающими крепление миномета" на грузовой платформе, величину Мм =100 кг. Массу, которую составляет номер расчета, находящийся в кузове при расположении комплекса на огневой позиции, обозначим Мр = 100 кг (с учетом других масс незначительных по величине). Подставляя в формулу эти величины, найдем массу возимого при образце боезапаса (Мбз).

Мбз = Г - Мм - Мр = 1000 - 100 - 100 = 800 кг,

где Г - грузоподъемность базы комплекса, кг.

Мины к 82 мм минометам хранятся и перевозятся в штатной укупорке по 10 штук в каждой. Габариты укупорки: длина а = 540 мм, ширина Ь = 540. мм, высота b = 280 мм. Масса 48 кг. Заряды полные и дальнобойные хранятся в отдельных укупорках размером 570x580*480, массой 63-кр и 66 кг соответственно. Следовательно, масса боезапаса мин (Мбзм) составляет

Мбзм = Мбз - (Мпз + Мдз) = 800 - (63 + 66) - 671 кг,

где Мпз -- масса укупорки с зарядами «полный», кг;

Мдз - масса укупорки с зарядами «дальнобойный»,кг.

Определяем количество укупорочных ящиков (Nя) с 82 мм минами:

где Mя - масса укупорочного ящика с 82 мм минами, кг.

Поскольку в каждом ящике по десять мин, получаем боезапас, возимый при образце (БЗвз), 140 штук. БЗвз = 14-10 = 140 шт.

Грузовая платформа базы комплекса имеет следующие габаритные размеры: длина Дк = 2600 мм, ширина Шк - 1870 мм, высота борта Вб = 425 мм.

Рассмотрим схему размещения миномета, ящиков с минами и зарядами в кузове автомобиля. Сам миномет размещается на площадке 1400 мм х 800 мм. Схема размещения показана на рисунке 3.2.1.

4

Размещено на http://www.allbest.ru/

3

3.3 Компоновочная схема

На грузовой платформе автомобиля размещаются и крепятся миномет 2Б14 - 1 с прибором малошумной стрельбы, укупорочные ящики с 82 мм минами и пороховыми зарядами к ним. На внешней стороне бортов оборудуется место для крепления шансового инвентаря. Кузов автомобиля УАЗ- 451 ДМ оснащается съемным, откидным тентом, возвышающемся над уровнем грузовой платформы на 1300 мм, что обеспечивает защиту комплекса от воздействия негативных природных явлений. В кабине устанавливается радиостанция, автомобиль комплектуется лебедкой, фарой - искателем, приспособлениями для вождения машин в ночных условиях и другим необходимым оборудованием.

Крепление миномета в кузове происходит следующим образом. Грузовая платформа автомобиля оснащена специальными кронштейнами для установки 2Б14 -1 в положении «боевое». Первый кронштейн, предназначенный для установки и фиксации опорных поверхностей двуноги - лафета, размещается у заднего борта и представляет собой сварную конструкцию длинной 800 мм, состоящую из: основания и двух захватов - фиксаторов. Второй кронштейн аналогичен первому и размещается на расстоянии 300 мм от него вглубь платформы. Это обеспечивает возможность увеличения угла вертикального наведения, путем перестановки двуноги - лафета. Третий кронштейн представляет собой металлическую конструкцию в виде кососрезанного цилиндра, наполненного песком. Песок позволит предать плите необходимый угол наклона в 20 -- 30 градусов, смягчит удар при выстреле и обеспечит равномерное распределение нагрузки по всей площади поверхности плиты. По периметру цилиндра расположена резиновая прокладка, предотвращающая просыпание песка. Плита удерживается четырьмя фиксаторами. Кронштейн расположен, как и предыдущие два, симметрично относительно продольной оси автомобиля по центру грузовой платформы. Схема расположения кронштейнов представлена на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 - Схема расположения кронштейнов крепления миномета на грузовой платформе автомобиля: 1 -- фиксатор плиты миномета в цилиндрическом кронштейне, 2 -- захват - фиксатор

Парковые ящики для боеприпасов (заводская укупорка мин) и ящики для зарядов крепятся в кузове с помощью ленточных ремней. Одни ремни (вертикальные) располагаются после каждого ряда ящиков, начиная от борта, по два ремня на ящик и крепятся к полу. Другие (горизонтальные) крепятся к бортам и проходят между ярусами (так же два ремня на ящик). На их концах выполнены пряжки для фиксации вертикальных ремней. Такая схема крепления позволяет надежно фиксировать каждый ящик.

Прибор малошумной стрельбы крепится к стволу миномета на резьбу, предусмотренную для размещения предохранителя от двойного заряжания, который в свою очередь навинчивается на аналогичную резьбу самого «глушителя». От проворота оба прибора фиксируются стопорными винтами.

Общий внешний вид разрабатываемого мобильного комплекса изображен на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 - Внешний вид комплекса: 1 - тент, 2 - миномет 2Б14 - 1, 3 - прибор малошумной стрельбы 4 предохранитель от двойного заряжания

Выводы

1. Выбор базы под артиллерийскую установку имеет очень важное значение, поскольку она определяет целый ряд характеристик всего комплекса.

2. От грузоподъемности базы зависит количество возимого при образце боезапаса.

3. Тип базы выбирается исходя из требований, предъявляемых к комплексу в целом.

Заключение

Итогом данного дипломного проекта является разработка прибора малошумной стрельбы, устанавливаемого на миномет 2Б14-1 и монтаж артиллерийской системы на подвижную базу - малотоннажный грузовой автомобиль УАЗ - 451 ДМ.

Проведенные расчеты показали, что разработанный прибор малошумной стрельбы имеет небольшие габаритные размеры (L = 390,6 мм; D_н = 212 мм) и вес. Использование его не приводит к существенному изменению габаритно-весовых характеристик миномета.

Простота съема и установки «глушителя» позволяет использовать миномет как с прибор малошумной стрельбы, так и без него. При необходимости съем/установка может осуществляться непосредственно на поле боя, в зависимости от задач, стоящих перед расчетом. Данный прибор малошумной стрельбы надежен и прост в эксплуатации. Его использование значительно повышает живучесть миномета и расширяет решаемые им боевые задачи.

Монтаж системы на средство подвижности вооружения позволяет оперативно перемещать его в любую, наиболее важную, точку на поле боя. Большая проходимость автомобиля УАЗ - 451 ДМ позволяет использовать его на большинстве вероятных театров военных действий, в любых климатических условиях. Мобильность комплекса обеспечивает поддержку пехотных подразделений при выполнении различных боевых задач.

Таким образом, разработанный комплекс позволит более широко использовать миномет 2Б14-1 в боевых операциях, повысит самостоятельность пехотных подразделений, при выполнении ими боевых задач. Целесообразно применение его при решении местных региональных конфликтов вместо классической полевой артиллерии.

Перечень сокращений

ВВТ - вооружение и военная техника;

РАВ - ракетно-артиллерийское вооружение;

БМП - боевая машина пехоты;

ТВД - театр военных действий;

ПЗРК - переносной зенитно-ракетный комплекс;

РСЗО - реактивная система залпового огня;

РЛС - радиолокационная станция;

ТТТ - тактико-технические требования.

Список использованных источников

1 Савицкий, В.Я. Ремонт ракетно-артиллерийского вооружения [Текст]: Пенза.: АИИ, 2004. - 390 с.

2 Тобольченко, П.И. Организация эксплуатации ракетно - артиллерийского вооружения [Текст]: Пенза.: ВУНЦ СВ «ОВА ВС РФ» (фил), 2010. - 446 с.

3 Приказ министра обороны Российской Федерации от 2010 г. №1919. Об основах организации сервисного обслуживания вооружения и военной техники в Вооруженных Силах Российской Федерации.

4 Приказ начальника ГРАУ МО Российской Федерации от 2003г. №1-№14. Сборник норм годового отпуска материалов для эксплуатации РАВ.

...