Введение к работе
Актуальность темы. Последние десять–пятнадцать лет привели
к принципиальным изменениям в политической и экономической жизни общества. Ликвидация социалистической системы привела к уменьшению вероятности возникновения глобальных (мировых) и к одновременному увеличению вероятности возникновения локальных конфликтов.
Следствием этого явилось формирование поисковых, научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, целью которых является выявление скрытых и реализация потенциальных возможностей повышения эффективности существующих и массово производимых видов обычных вооружений. К ним относятся и патроны стрелкового оружия.
Отечественные пули стрелкового оружия многокомпонентны – состоят из биметаллической оболочки, свинцовой рубашки и стального сердечника. Самым дорогим из используемых конструкционных материалов является свинец. Его замена на более дешевый полимер снизит предельные издержки производства.
Кроме того исследования, проведенные на кафедре РиПАМ ТулГУ, показали факт снижения радиального давления пули на ствол вследствие замены материала рубашки полимером, но обнаружили явление относительного проворота компонентов пули и как следствие снижение ее гироскопической устойчивости.
Последние факты открывают направление разработок, ориентированных на повышение долговечности использования ствола. Однако явление относительного проворота компонентов позволяет говорить о том, что применяемые на практике математические методы внутрибаллистических расчетов
и проектирования боеприпасов учитывают не все физические процессы, происходящие во время выстрела. Важной задачей становится разработка математических методов, позволяющих исследовать вращательное движение трехкомпонентных пуль, не пренебрегая физикой протекающих в боеприпасе процессов и проектировать недорогие, адаптированные к условиям массового производства боеприпасы.
Таким образом движение трехкомпонентной пули в канале ствола при выстреле является весьма актуальной темой исследования.
Объектом исследования является трехкомпонентная пуля патронов стрелкового оружия.
Предметом исследования является относительное вращательное движение компонентов пули при ее движении в канале ствола в течение выстрела.
Цель работы – повышение эффективности функционирования многокомпонентных пуль патронов стрелкового оружия, посредством разработки модели их вращательного движения в стволе при выстреле, обобщающей существующие, и обоснование критериев выбора материалов-заменителей свинцовой рубашки.
Для достижения сформулированной цели были поставлены и решены следующие задачи:
1. Построить аналитическую кривую скорости оболочки боеприпаса.
2. Разработать математическую модель движения компонентов боеприпаса для упругого и линейно-вязкого материала рубашки.
3. Провести численные эксперименты. Оценить точность вычислений. Определить и оценить факторы, влияющие на поведение компонентов.
4. На примере штатной пули Б-32 калибра 12,7 мм провести экспериментальные исследования, определяющие возможность применения разработанной математической модели на практике.
5. Проанализировать движение компонентов штатной пули Б-32 калибра 12,7 мм.
6. Найти критерии выбора материала-заменителя рубашки пули Б-32 калибра 12,7 мм. Исследовать движение компонентов пули с рубашкой из материала-заменителя.
7. Провести сравнительный анализ штатной и модернизированной пули. Разработать практические рекомендации для выбора материалов-заменителей.
8. Сравнить данные расчетов с экспериментом.
Методы исследований. В работе использованы известные и общепринятые методы исследования: методы постановки краевых задач для уравнений в частных производных; метод решения дифференциальных уравнений в частных производных с применением преобразования Лапласа; Использованы соотношения нелинейной теории упругости и теории пластичности: система уравнений равновесия в дифференциальной форме; законы состояния упругого и жесткопластического тела. Использована так же теория функций комплексного переменного. Вычисления проведены в средах Maple и Graph операционной системы Mac OS 10.4.9 платформы Apple Macintosh.
Научная новизна работы и положения, выносимые на защиту:
1. Получена математическая модель вращательного движения трехкомпонентной пули, позволяющая определять угловые скорости компонентов в канале ствола при выстреле.
2. Разработаны экспериментальные методы измерения величины относительного проворота компонентов пули.
3. Получены зависимости угловых скоростей компонентов пули Б-32 калибра 12,7 мм от времени при выстреле.
4. Получены критерии и рекомендации для выбора материала-заменителя свинцовой рубашки.
Достоверность полученных результатов подтверждается строгим использованием математического аппарата и законов механики деформируемого твердого тела при построении математической модели; использованием аналитических методов интегрирования уравнения движения; проведением численных экспериментов; данными экспериментальных исследований движения компонентов боеприпаса.
Научная значимость результатов заключается: в разработке научно обоснованной методики расчета угловых скоростей компонентов пули,
в процессе ее движения по каналу ствола при выстреле; в выявлении критериев для выбора материала-заменителя свинцовой рубашки многокомпонентной пули.
Практическая ценность состоит в разработке научно обоснованной методики расчета, используемой при проектировании многокомпонентных пуль стрелкового оружия.
Использование результатов работы. Результаты диссертационного исследования используются в учебном процессе Тульского государственного университета и Тульского артиллерийского инженерного института при чтении лекций по дисциплинам «Внутренняя баллистика», «Динамическая прочность элементов выстрела». Математическая модель вращательного движения компонентов многокомпонентной пули принята для практического использования в научно-техническом учреждении ЗАО «Спецприбор», г. Тула.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Международной конференции, посвященной 150-летию со дня рождения
С.И. Мосина, г. Тула, 1999; на семинаре по механике деформируемого твердого тела в ТулГУ под руководством доктора физико-математических наук, профессора А.А. Маркина, Тула, 2000; на научно-технической конференции «Наука, промышленность, оборона», г. Пенза, 2002; на расширенном заседании кафедры «Расчет и проектирование автоматических машин» Тульского государственного университета, г. Тула, 2006; на научно-техническом семинаре кафедры «Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры» ОрелГТУ под руководством доктора физико-математических наук, профессора В.Г. Малинина, г. Орел, 2007.
Публикации. По материалам диссертационного исследования опубликовано шесть работ, одна из которых опубликована в ведущем рецензируемом журнале, входящем в «Перечень…», определяемый ВАК России.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 55 наименований отечественных и зарубежных авторов. Изложена на 130 страницах основного текста, включает 47 рисунков и 26 таблиц.
