Рисунок 1.1 - Схема канала ствола

Исходные данные:

Калибр d=152 мм; раздельно-гильзовое заряжание; необходимый свободный объём каморы W₀=9,4 дм^2; l_д=21 дм; l_км=4,7 дм; q=40 кг; V₀=510 м/с; l₀=5 дм; нарезка 1,0 %; t=1,52 мм.

Расчёт:

Действительный объём каморы:

W_к = W₀ + W _r + W _сн,

где

W _r= (0,03…0,05) *W₀ = 0,05* W₀= 0,05*9,4= 0,47 дм²

W _сн = 0,562*d³=0,562* (1,25) ³=1,9736 дм³

W _к=9,4+0,47+1,97=11,844 дм³

Размеры конуса врезания: К₄ =0,1

l₄=3t/k₄=3*1,5²/0,1=45,6 мм

d₄=k₄*l₄+d=0,1*46+152=156,56 мм

Принимаем длину цилиндрической части:

L₂= (0,4…0,7) *d= 0,7*d = 106,4 мм,

d₂=k₂*l₂+d₄;

k₂=0,1;

d₂=0,1*106+157=167,2 мм

Объём переходного конуса:

W₂=р*10, 6/ 12 ( (1,68) ² + 1,68 * 1,57 + (1,57) ²⁾ = 2, 191 дм³

W₄=р*l₄ /12 (d₄²+d₄*d+d²⁾ =3,14*0,46 /12 ( (1,57) ²+1,57*1,52+ (1,52) ²) = 0,86 дм³

Необходимый объём основного конуса:

W₁=W_{k -} W_{2 -} W₄=11,84 - 2, 191 - 0,86=9,653 дм³

Задаваясь d_k= (1,6…1,3) *d=1,2*d=182,4 мм

Находим длину основного конуса:

l₁=12*W₁/р (d_k²+d_k*d₂+d₂²) =12*9,653/р ( (1,82) ²+1,82*1,68+ (1,68) ²) =406,990 мм

Окончательно принимаем:

l₁=406,990 мм

l₂=106,4 мм

l₄=45,6 мм

d_k=182,4мм

d₄=156,56 мм

d₂=167,2 мм

Размер, определяющий начало нарезов:

l₄'=2t/k₄=2*1,52/0,1=30,4 мм

Расстояние от казённого среза ствола до начала нарезов (фактическая длина каморы)

l_кам=l₁ + l₂ + l_{4 -} l₄'=528,590 мм

Коэффициент уширения каморы: ч= d_k / d=1,2

1.1.2 Проектирование нарезной части канала

Задачей расчёта является определение крутизны нарезов, их числа и профиля.

Длина хода нарезов в калибрах:

з=ж*р/2 vл*C_q / ( (C/A) * (h/d) *K_H0),

где ж=0,95 - коэффициент устойчивости;

л=0,64 - коэффициент, характеризующий распределение масс в снаряде;

C_q=q/d³=40/ (1,52) ³=11,39 - коэффициент массы снаряда; С/А=9;

h/d - условное плечо аэродинамического момента:

h/d=h₁/d+0,57*h_r/d - 0,16

h₁= (0,3…0,5) d=0,3d

h_r/d=2,05

h/d= 0,3+0,57*2,05 - 0,16=1,309

k_{м (4,5)} =0,98*10³ - коэффициент, вычисленный для снаряда длинной 4,5 калибра;

k_м0=k_{м (4,5)} vL / 4,5d=0,001053 " з=0,95р/2 v (0,64*11,39) / (9*1,309*0,001053) =37

Угол наклона нарезов: б=arctg (р/з) =4,85⁰

Число нарезов: n=3d=48

Нормальная сила давления ведущего пояска на все нарезы при постоянной крутизне нарезов:

N=л * P_{сн max}* S_кн* tg б,

Где Р_{сн max}=2661 кг/см²

S_кн=0,8d²=0,0189 м²

N=0,64*2661*0,0189*tg4,85=274611,84 H

Нормальная сила давления ведущего пояска на боковую грань одного нареза:

N₁=1/n * (P_{сн max}*S_кн*tg б = (1/n) * N= 5721,08 H

P_{сн max} - максимальное давление газов на дно снаряда при температуре заряда +50⁰ С

Определяем ширину полей а и в и ширину пояска l.

Рисунок 1.2 - Элементы нарезной части канала

Задаваясь отношением а/в =1,2, определяем:

а+в = рd / n=9,95 мм а= 5,43 в= 4,52

Средняя ширина ведущего пояска l=18,24 мм

Проверка на срез выступа ведущего пояска: допустимое напряжение для медно - никелевого сплава: [ф] =350 МПа= 35000 Н/см²

у_из= (3N₁t) / (l*в²) =6994,54 Н/см²

Напряжения среза в выступе пояска;

ф =N₁/ lв= 5721,08/ (18,24*4,52) =5780, 196 Н/см²

Напряжения в поле нареза;

ф =N₁/ la=6936,236 H/см^2, у_пр= 0,5v у_из²+4 ф²=7768,028 ? у_р

у_р - предел упругости материала ствола

Проверяем ведущий поясок на истирание. Удельная работа истирания:

a_f= (fз₁N₁l_д) / (1,1*l*t) =3545,512 Н/см² ? 18000

где f=0,15 - коэффициент трения

з₁=0,6 - степень бризантности пороха

l_д - длина нарезной части канала

Величина истирания пояска в момент вылета снаряда:

Рисунок 1.3 - Ведущий поясок канала ствола

a' = вf (sin4,85/ (n*l*t)) *qV₀²=14*10^-4 *0,15 (sin4,85/ (48*18,24*1,52)) *40*510²= =0,139 мм

Определим величину реактивного момента от вращения снаряда:

М_р=N* ( (d+t) /2) =274611,84* ( (152+1,52) /2) =21079,214 Hм

1.2 Расчёт поперечной прочности ствола - моноблока

1.2.1 Определение длины отката для ствола - моноблока

Исходные данные: d=152 мм; L_ст=2,8 м; q=40 кг; щ=5,0 кг;

Примем: c=2; Д₀=3,5м; H=1,3 м; V_04y=10м/с; ц_пр=0

Масса откатывающихся частей:

Q₀= ( (q+в*щ) /V_04y) *V₀=2690 кг

где в=2,55 - коэффициент полного действия пороховых газов

Коэффициент использования металла:

з_е= (q*V₀²) / (2*c*Q₀) =966,9145 Н*м/кг

Так как полученное значение величины з_е не укладывается в рекомендуемые пределы (1200…1800), то необходимо применить дульный тормоз:

V_{04 д. т.} = V_04y / (0,1v100 - ?Е) =12,9 м/с

?Е - эффективность дульного тормоза в %, принимается в пределах 20…50%

Избыточное давление в местах орудийного расчёта:

б= ( (q+ вщ) *0,1v (100 - ?Е) - q) / вщ= - 0,067

поскольку вычисленное значение б ? 0, то принимаем его за исходное.

Приближённо доля газов в полости дульного тормоза после прохода отводящих окон:

уⁿ= (б - cos ш) / (1 - cos ш) =0,26 ? 0,2

ш - угол отвода пороховых газов через окна дульного тормоза от направления выстрела; ш=105⁰

Избыточное давление на местах орудийного расчёта:

?P=2,6 (fщ) /L_ст³ [уⁿ+ ( (1 - уⁿ) /2) *cos² ( (P - ш) /2)] =39381,4 Па

где f=950000 Дж/кг - сила давления

ш - угол, отсчитываемый от направления выстрела до точки, в которой определяется избыточное давление; ш=180⁰

L_{ст -} длина ствола

Поскольку эта величина допускается при условии использования шлемофонов, то окончательно принимаем ?Е=40% и V_{04 д. т.} = 12,9 м/с.

Масса откатывающихся частей:

Q₀= ( (q+ вщ) / (V_{04 д. т})) * V₀= ( (40+2,55*5) /12,9) *510=2085,5 кг.

Длина отката:

л= (с*Д₀) /2 - v ( (с²Д₀²) /4 - ( (Н*V_04y²) /2g) =1,127 м

Сила сопротивления откату:

R= (Q₀ (cД_{0 -} л) g) /H=92426,4 H

Тянущее усилие дульного тормоза. Полная реакция газового потока:

R_д= (1/ц) * (1+0,5*щ/q) SP_д+ (щ V₀²) /l_кн=1246435,4 Н

ц=k+щ/3q=1,05+5/3*40=1,139

?R_т= (1+0,67) *1246435,4=1329946,6 Н

1.2.2 Расчёт поперечной прочности ствола - моноблока

Исходные данные: q=40 кг; d=152 мм; щ=5 кг; W₀=9,4 дм³; l_д=21 дм; l₀=5 дм; ц=1,139; t=0,0152 дм; нарезка 1%; л=1,127 м; l_ств=28,88 дм; ширина бурта ствола 1,52 дм; высота бурта 0,228 дм; l_л=5,776 дм.

Изменение давлений в МПа на дно снаряда при температуре снаряда +50 ⁰С, +15 ⁰С, - 50 ⁰С задано таблицей 1.1

Таблица 1.1 - Изменение давлений на дно снаряда

артиллерийский ствол стрельба затвор

Таблица 1.2 - Расчёт прочности ствола - моноблока

Наибольшая толщина стенки:

?_max= (420 - 182,4) /2=118,8 мм

Толщина стенки под термообработку:

?_заг=?_max+2у=118,8+2*8=134,8 мм

Расчёт напряжений:

r₁=182,4/2=91,2 мм;

r₂=420/2=210 мм;

P₁=2859 кг/см².

Расчётные формулы:

у _t= ( (P₁r₁²) / (r₂^{2 -} r₁²)) * ( (r₂²/r₁²) +1) - тангенциальные напряжения

у _r= - ( (P₁r₁²) / (r₂^{2 -} r₁²)) * ( (r₂²/r₁²) - 1) - радиальные напряжения

Ее_t= ( (2P₁r₁²) /3 (r₂^{2 -} r₁²)) * ( (2 r₂²/r₁²) +1) - приведенные тангенциальные напряжения

Ее_r= ( (2P₁r₁²) /3 (r₂^{2 -} r₁²)) * ( (2 r₂²/r₁²) - 1) - приведенные радиальные напряжения

Результаты вычислений сведены в таблицу 1.3.

Таблица 1.3 - Результаты вычислений

Наибольшими напряжениями являются приведенные тангенциальные напряжения.

Неравномерность распределения напряжений по сечению характеризуется следующими величинами:

Ееr₁/ Ееr₂=5141/1329=3,868

Ееr₁ - Ееr₂=5141 - 1329=4/3P₁

1.2.3 Определение нагрузок, действующих на казённик и затвор

Сила, действующая на скат каморы:

Р_ск=Р_{кн max} (S_кам - S_кн) =2859* (0,02613 - 0,01895) =2054136 Н

где S_кам=0,02613 м² _- площадь сечения дна каморы; S_кн =0,01895 м² - площадь сечения канала ствола; Р_{кн max}=2859 кг/см².

Сила инерции частей ствола с казёнником:

J=Q'*X?_max=4237861 H

где Q' =2152кг - масса справа расположенных частей

X?_max= (Р_{кн max} - R) /Q_{0 -} максимальное ускорение отката

где Q₀ - масса откатных частей

R - сила сопротивления откату в момент Р _max

P_{кн max}=p_{кн max}*S_кн=2859*0,01895=541614 Н

Сила, отрывающая казённик от ствола:

Р_ств= Р_ск+ J=6291997 Н

Сила, действующая на клин или поршень затвора:

Р_кл= P_{кн max}* S_кн - J_к'=6291997 H

J_к' - сила инерции затвора и части казённика, расположенных сзади.

1.2.4 Расчёт массы и положения центра тяжести ствола

Результаты расчётов сведены в таблицу 1.4.

? V_н=255,759 дм³

? V_вн=56,954 дм³

Q_ств = (255,759 - 56,954) *7,8 =1550,685 кг

S_{ст н}=2750,147 дм⁴

S_{ст вн}=657,864 дм⁴

у= (2750,147 - 657,864) / (255,759 - 56,954) =10,524 дм

Таблица 1.4 - Расчёт массы и положение центра тяжести ствола

1.2.5 Расчёт нагрева ствола при стрельбе

Исходные данные:

Масса заряда щ=5кг;

Масса снаряда q=40 кг;

Сила пороха f= 950000 Дж/кг;

Длина ствола L_ств=28,88 дм;

Начальная скорость V₀=510 м/с;

Температура пороховых газов T=2950 К.

Количество тепла от одиночного выстрела, ушедшее на нагревание ствола:

Q₁= ( (4ху) /R) * (L_ств/d) * [ц/3+ (в - 5) * (щ/q] *qV₀=1142716 Дж

где х=0,891 - постоянная коэффициента теплопередачи

ц=1,140 - коэффициент фиктивности

в= коэффициент последействия пороховых газов

R=f/T - газовая постоянная

Температура нагрева дульной части ствола от одного выстрела:

Т_1д=k* (Q₁/ (CQ_ств))

С=48,2 Дж/кг ⁰С - удельная теплоёмкость стали

k=1,4 - коэффициент, учитывающий неравномерность нагрева стали по длине

Т_1д=1,4 (1142716/ (48,2*1550,685) =2,1450⁰С

Т_1д=1,4 (1142716/ (48,2*1662,500) =3,120⁰С

Допустимое число выстрелов в серии

n= Т_доп/ Т_1д

n=350/2,145=163,18

n=350/3,120=112,16

1.2.6 Расчёт живучести ствола

Ожидаемая живучесть ствола по критерию падения начальной скорости

N=7*10²⁴/ (C_q³V₀^4,5d^2,5) =7*10²⁴/ (11,39³*510^4,5*152^2,5) =10885 выстрелов

или N=6d²/lщ [ (у _р/2250) - 4 ( (P_max/2250) - 1)]; у _р=8000 кг/см²

N=6*152²/ (18,24*5) * [ (8000/2250) - 4 ( (2859/2250) - 1)] =3759 выстрелов

Размещено на Allbest.ru