ВЕДУЩЕЕ УСТРОЙСТВО ПРУЖИННОГО ТИПА Российский патент 2003 года по МПК F42B14/06 

Изобретение относится к ВУ "прижимного" типа для БПС и может быть реализовано в качестве ВУ БПС для танковых пушек и артиллерийских орудий, имеющих в составе боекомплекта данный тип снарядов.

Известно, что процесс отделения секторов ВУ от корпуса снаряда существенно влияет на величину технического рассеивания (точность стрельбы, кучность). Несмотря на относительную кратковременность этого процесса силовое механическое и аэродинамическое взаимодействие между отделяющимися элементами и корпусом снаряда может привести к формированию значительных траекторных изменений. Общая картина отделения секторов носит несимметричный и асинхронный характер, что объясняется влиянием на процесс отделения возмущений, полученных снарядом при движении по каналу ствола орудия и в период последействия пороховых газов (ПГ).

Основными силовыми факторами, вызывающими отделение секторов ВУ "прижимного" типа, является сила давления встречного потока воздуха, при этом давление спутного потока ПГ препятствует в периоде последействия (≈10 м) процессу их отделения. Все это, а также значительная растянутость во времени приводит к значительной асимметрии отделения секторов ВУ, и как следствие, к дополнительным траекторным возмущениям БПС. Кроме того, как показали стрельбовые испытания, при отделении секторов ВУ имели место соударения о стабилизатор БПС, что приводило к нарушению правильности полета БПС.

Существует конструкция поддона подкалиберного оперенного снаряда, движущегося по каналу ствола нарезного орудия [1], содержащего несколько дугообразных секций, каждая секция поддона имеет дугообразный задний охватывающий конец, цилиндрическую среднюю часть, соединенную в единое целое с передним концом, и дугообразный охватывающий конец, соединенный со средней частью. На переднем конце секции выполнена периферийная канавка под обтюрирующее кольцо, вставленное в канавки секции поддона. Кольцо препятствует прорыву газов поддона во время запуска боеприпасов. Однако данная конструкция имеет следующие недостатки: при выходе снаряда из нарезного ствола орудия сбрасываемый поддон имеет такую же дульную скорость, как и снаряд, что небезопасно для расчета орудия; отделяющиеся при сбросе дугообразные секции поддона создают опасность повреждения стабилизатора снаряда.

Известна конструкция ведущего устройства для подкалиберного реактивного снаряда [2], состоящего из трех секторов, каждый из которых снабжен пружинным механизмом, обеспечивающим максимально быстрое отделение секторов от корпуса снаряда после вылета из трубы и состоящим из цилиндрической пружины с толкателем, находящихся в посадочном гнезде каждого сектора, смещенных относительно центра масс сектора. Однако данная конструкция имеет следующие недостатки: не всегда будет соблюдаться равенство опрокидывающих кольцевой сектор моментов в результате действия силы пороховых газов, следовательно, картина отделения секторов будет носить несимметричный и асинхронный характер, и как следствие, приведет к дополнительным траекторным возмущениям бронебойно-подкалиберного снаряда, кроме того, при сбросе секторов будет создаваться опасность повреждения стабилизатора снаряда.

Задачей предлагаемого изобретения является исключение опасности повреждения стабилизатора снаряда опорными секторами, и обеспечение максимально быстрого и синхронного отделения секторов от корпуса снаряда после вылета из канала ствола.

Указанная задача достигается тем, что в отделяющимся ведущем устройстве бронебойно-подкалиберного снаряда, состоящем из трех секторов, внутри каждого сектора перпендикулярно продольной оси снаряда выполнено посадочное гнездо, в котором установлена цилиндрическая пружина, ось которой проходит через центр масс сектора.

Данная конструкция отделяющегося ведущего устройства обеспечивает надежный и синхронный сброс секторов при выходе снаряда из канала ствола, без повреждения стабилизатора снаряда и уменьшает время силового воздействия секторов на корпус снаряда.

На фиг. 1 и 2 приведена конструкция отделяющегося ведущего устройства бронебойно-подкалиберного снаряда.

Ведущее устройство активного типа состоит из следующих элементов (фиг. 1):
- три сектора;
- три посадочных гнезда для пружин (внутри корпуса каждого сектора);
- три цилиндрические пружины круглого сечения;
- уплотнительное кольцо.

Пружинные механизмы в гнездах установлены с целью сокращения по времени процесса отделения и исключения соударения секторов с хвостовым оперением снаряда.

Принцип действия предлагаемого ВУ состоит в следующем. При вылете снаряда из канала ствола и освобождении секторов от уплотнительного кольца еще в период последействия пороховых газов начинают активно действовать силы реакции сжатых пружинных механизмов на сектора БПС, после этого они начинают симметрично отделяться от корпуса по нормали к нему.

Для обоснования основных параметров процесса отделения секторов ВУ пружинного типа, выбора геометрических размеров и прочностных параметров цилиндрической пружины круглого сечения, необходимо провести теоретический расчет процесса функционирования ведущего устройства в целом.

В связи с этим целесообразно провести расчеты в два этапа:
(a) Определение параметров отделения секторов ведущего устройства от корпуса БПС.

(b) Определение параметров пружинного механизма сектора БПС.

Для определения скорости отрыва секторов БПС V_с на участке M₀M₁=λ (фиг. 2) воспользуемся теоремой об изменении кинетической энергии. На этом участке к сектору БПС приложена сила тяжести F и реакции упругой пружины F_n=Z_nλ. Согласно
[3] работа силы тяжести при вертикальном перемещении вверх равна
А_F=-F•λ. (1)
Сила упругости пружины, восстанавливающей свою форму, направлена в сторону движения сектора БПС. Работа переменной силы упругости на перемещении М₀М₁=λ определяется по формуле из работы [3]

Исходя из этого получим следующее уравнение для движения сектора БПС на участке M₀M₁:

так как начальная скорость сектора БПС V₀=0, то получим

откуда

Для определения безопасной высоты Y_c, на которую поднимется сектор БПС, с целью исключения соударения его с оперением стабилизатора БПС, воспользуемся уравнением (1) для перемещения сектора на участке М₀М₂.

Начальная скорость и конечная скорость сектора равна 0.

Тогда уравнение (1) принимает вид.

Сумма (5) состоит из работы силы упругости F_n на перемещении М₀М₁=λ и работы силы тяжести F на перемещении М₀М₁=λ+Y_c. т.е.

откуда
(6)
Для определения коэффициента жесткости цилиндрической пружины воспользуемся зависимостью (6), задаваясь величинами Y_c и λ, зная геометрические размеры оперения стабилизатора и сектора БПС, откуда

Для определения параметров пружинного механизма необходимо найти статическую силу упругости пружины по следующей зависимости:
F=Z•λ; (8)
где

Так как пружина сектора нагревается в процессе движения БПС в канале ствола свыше 200 С^o, необходимо выбрать соответствующую сталь 50ХФА(60С2) Ш группы по таблице 6 и по таблице 1 [4].

По методике, изложенной в работе [4], определим следующие параметры пружины:
Число рабочих витков

где

Д - средний диаметр пружины;
d - диаметр проволки;
G - модуль упругости пружинных сталей;
Полное число витков
i₀=i+1,5; (10)
Длина пружины сжатая до соприкосновения витков
H=i₀-0,5•d); (11)
Шаг ненагруженной пружины

где δ_p = 0,1d;
Ход пружины до полного сжатия
λ_max = λ+iδ_p; (13)
Наибольшее напряжение в сечении витков

где K=1+1,5/C;
Сила сжимающая пружину до соприкосновения витков

Длина ненагруженной пружины
H₀=Н+i(h+d); (16)
Внешний диаметр пружины
Д_a=d(С+1); (17)
Внутренний диаметр пружины
Д_i=d(C-1); (18)
Угол подъема средней линии витков

Длина заготовки

Для обеспечения расчета параметров процесса отделения секторов ВУ активного типа, выбора геометрических размеров пружин и посадочного гнезда в каждом секторе необходимо провести теоретический расчет процесса функционирования ВУ в целом.

Численная реализация рассмотренного метода положена в основу программы для ЭВМ. Задаваясь внутрибаллистическими характеристиками артиллерийского орудия, геометрическими, массовыми характеристиками снаряда, а также геометрическими параметрами пружины, используемыми в секторах ВУ, получаем на выходе численные значения коэффициента жесткости пружины, статистической силы упругости пружины (усилие отделения секторов), скорость отделения секторов и высоты, на которую поднимется сектор. Программа позволяет провести оптимизацию геометрических параметров пружины и посадочного гнезда для нее в секторе. Основным критерием подбора размеров пружины является достижение максимального значения усилия отделения.

В качестве примера для проведения расчетов параметров ВУ за аналог изобретения был взят штатный образец БПС калибра 125 мм с "прижимными" секторами. На основе расчетов на ЭВМ составлена графическая зависимость скорости отделения сектора от коэффициента жесткости пружины (фиг.3), где Z - коэффициент жесткости пружины, V_c - скорость отделения сектора от активной части БПС, λ- высота сжатой пружины (высота посадочного гнезда в секторе ВУ для пружины).

Анализ графика позволяет сделать вывод: с увеличением коэффициента жесткости цилиндрической пружины круглого сечении усилие отделения секторов увеличивается (скорость отделения секторов от активной части БПС), но на геометрические параметры пружины накладывают ограничения габариты ВУ и прочностные характеристики его материала. Кроме того, увеличение длины цилиндрической пружины приводит к увеличению высоты посадочного гнезда для нее в секторе, которое в свою очередь ограничивается геометрическими размерами сектора.

Таким образом, предлагаемое ВУ пружинного типа позволяет значительно сократить время силового воздействия секторов на активную часть при их отделении и исключает их столкновение с оперением стабилизатора БПС, что возможно положительным образом скажется на характеристике точности стрельбы данным типом БПС.

Список используемой литературы
1. Патент США 4326464, публ. 27.4.82 г., МКИ F 42 B 13/15 -прототип.

2. Патент RU2176376 С1, публ. 27.11.2001 г., МПК7 F 42 B 14/06 - аналог.

3. Яблонский А.А. Курс теоретической механики, часть 2. М., 1977 г.

4. Справочник машиностроения, том 4, книга 2, под редакцией проф. д.т.н. н.с. Ачеркана. М.: МАШГИЗ, 1963 г., с 701-723.

Изобретение относится к ведущим устройствам для бронебойно-подкалиберного снаряда. Устройство содержит сектора, внутри каждого из которых перпендикулярно продольной оси снаряда выполнено посадочное гнездо, в котором установлена цилиндрическая пружина, ось которой проходит через центр масс сектора. Техническим результатом является повышение скорости и синхронности отделения секторов. 3 ил.

Ведущее устройство для бронебойно-подкалиберного снаряда, содержащее сектора, отличающееся тем, что внутри каждого сектора перпендикулярно продольной оси снаряда выполнено посадочное гнездо, в котором установлена цилиндрическая пружина, ось которой проходит через центр масс сектора.