XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Вводная часть, новизна. Опыт применения бронетанкового вооружения и техники (БТВТ) в современны боевых операциях показывает необходимость разработки новых конструкторских решений, направленных на совершенствование, прежде всего их вооружения. Для современных условий нужны более мощные, более совершенные и надежные двигатели, более мощное вооружение, новые системы управления огнём, высокоточные боеприпасы и т.д. Всё это, делает танк поистине внушительной боевой единицей на современном поле боя.

Современные боевые действия диктуют необходимость наличия в составе комплекса вооружения танка оружия, обладающего высокой огневой мощью, с значительной скорострельностью при установленной точности попадания в цель, при этом для танка должна быть обеспечена эффективность ведения огня из пушки с места и с ходу в любых метеорологических условиях по подвижной и неподвижной цели.

Точность стрельбы из любого орудия зависит от большого количества факторов: это, прежде всего тактико-технические характеристики вооружения и комплекса управления им, техническое состояние орудия и боеприпасов, обученность и квалификация экипажа, метеорологические условия, динамика перемещения как самого танка так и цели и другие. Вышеперечисленные факторы зависят от существующей системы конструирования (проектирования) принятой на предприятии разработчике вооружения и военной техники (ВВТ) и системы эксплуатации ВВТ, условий ведения боевых действий, причем они могут взаимодействовать через формулировку задач и требований, постановку которых осуществляет заказчик ВВТ в тактико-технических требованиях (ТТЗ).

Живучесть ствола артиллерийского орудия является главным критерием определяющим принятие на вооружение артиллерийского орудия и боеприпасов к нему, при этом она зависит, прежде всего от, количества выстрелов производимых из орудия в течении срока его эксплуатации с обеспечением выполнения ТТЗ установленных заказчиком ВВТ, в части касаемо сохранения баллистических характеристик по критериям дефектации.

Износ внутренней поверхности канала ствола является одной из первых причин выхода его из строя, что происходит в результате суммарного воздействия многих отрицательных факторов и прежде всего термохимического и эрозионного влияния продуктов горения метательного заряда, и механического влияния центрирующих элементов снаряда, а также наличие твердых частиц в продуктах сгорания метательного заряда. Из за высокой температуры пороховых газов метательного заряда происходит разгарно-эрозонное воздействие на внутреннюю поверхность канала ствола, причем эрозионный фактор является основополагающим в негативном процессе износа канала ствола.

Перспективы увеличения калибра артиллеристских орудий, повышения их могущества, применение более энергетически мощных пороховых зарядов, повышение баллистических характеристик, скорострельности и режимов ведения стрельбы являются основными факторами увеличения износа канала ствола.

Все вышеперечисленное обосновывает актуальность исследований направленных на снижение работы сил трения, повышения износостойкости канала ствола орудия.

Осевое центрирование снаряда в канале ствола современного танкового орудия осуществляется по средством обтюрирующих поясков взаимодействующих с внутренней поверхностью канала ствола, данное техническое решение характерно практически для всех современных танковых орудий. При этом трение обтюрирующих поясков по внутренней поверхности канала ствола орудия способствует выделению значительного количества теплоты, что приводи к увеличению температуры ствола, с изменением его физико-механических и геометрических параметров, снижением точности стрельбы и уменьшением ресурса, чему способствует активный износ ствола.

Основная часть, анализ. Анализ существующих технических решений направленных на снижение негативного воздействия трения снаряда по каналу ствола показал, возможные направления совершенствования танкового вооружения.

Наиболее очевидным является обеспечение активного охлаждения канала ствола, по методике широко используемой в конструкциях скорострельного стрелкового оружия. Однако в связи с необходимостью отвода значительного (в сравнении со стрелковым оружием) количества тепла применение для артиллерийских орудий не реально, прежде всего, по габаритно-массовым параметрам, что также скажется на динамике наведения орудия на цель. Кроме того, данное техническое решение не решает проблему снижения износа ствола, а лишь косвенно воздействует на процесс и незначительно снижает его.

Одновременно-последовательное использование нескольких стволов может способствовать повышению ресурса орудия и являться одним из вариантов решения проблемы, данный метод широко используется для стрелкового оружия с относительно небольшим калибром. Однако в "артиллерийском исполнении" данное решение также по габаритно-массовым параметрам значительно снизит другие боевые свойства танка, и динамику наведения на цель.

Разработка и применение новых материалов для изготовления обтюрирующих поясков снаряда, в том числе из композиционных материалов, а также технологий повышающих триботехнические характеристики внутренней поверхности канала ствола, являются одним из направлений решения проблемы. 

Так применение технологий оксикарбонитрации или хромирования позволяют какой степени достичь положительных результатов, а использование наполненного политетрафторэтилена в качестве обтюрирующих поясков открывает определенные перспективы в повышении живучести канала ствола.

Наиболее интересным подходом к решению выше обозначенной задачи, являются технические решения направленные на полное исключение контакта обтюрирующих поясков снаряда с внутренней поверхностью канала ствола с исключение активного трения. В соответствии с патентом США № 3 001 609, 1962 года разработана конструкция снаряда с газостатическим подвесом с питанием от пороховых газов (рис. 1)

Рис. 1. Снаряд с газостатическим центрированием в стволе орудия (патент США № 3 001 609): 1 – ствол, 2 – снаряд, 3 - полость питания, 4 - клапанный узел, 5 - дроссельные устройства, 6 - полость ствола

Образовавшиеся от сгорания метательного заряда в полости 6 пороховые газы воздействуют на снаряд 2, который в результате движется по каналу ствола. Часть пороховых газов проходит через клапанный узел 4 и поступает в полость питания газового подвеса 3 при этом находится там под давлением РП. Из полости 3 пороховые газы через дроссельные устройства 5 поступают в зазор между внутренней поверхностью канала ствола 1 и снарядом 2, под давлением Pd. В результате выполняется условие – Pd < РП . Клапанный узел 4, кроме того осуществляет отсечку полости 3 от полости 6 канала ствола 1 в случае падения в ней давления, что связано с расширением пороховых газов.

Под огромным давлением пороховые газы через клапанный узел 4 поступают в полость 3 питания газового подвеса, далее через дроссельные устройства 5 в полость 6, при этом дроссельные устройства 5 ввиду их относительно малого проходного сечения обеспечивают относительно небольшой расход газа из полости 3, а по мере продвижения снаряда по каналу ствола давление в полости 3 падает намного медленнее нежели в полости 6.

Наличие в снаряде дроссельных устройств обеспечивает условие Pd < РП, необходимое для образования газового подвеса, что в итоге приводит к исчезновению трению центрирующих элементов снаряда о внутреннюю поверхность канала ствола, повышению его износостойкости и долговечности.

Анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований, описанных в работах [1 - 5] дают основание полагать, что в подобных конструкциях могут возникать перекашивающие усилия, под воздействием боковых составляющих усилий со стороны самого газового подвеса, которые будут оказывать опрокидывающее действие на снаряд. Решение данной проблемы возможно использованием отделительной канавки, которая позволит обеспечить перепуск газа с давлением РГ вне полостей образования газового несущего слоя. Произведенные расчеты и экспериментальные исследования позволяют сделать заключение об отсутствии увеличения утечек, с одновременным значительным увеличением жесткости газового слоя.

Экспериментальные исследования, проведённые авторами работ [1, 2, 3] позволили установить, что подобных разработанных конструкциях возникает чрезмерная чувствительность снаряда к колебаниям, в связи, с чем в разрабатываемых математических моделях описывающих процессы взаимодействия снаряда с газовым несущим слоем и каналом ствола возникла необходимость учета амплитуды и частота колебания направляющей поверхности, под действием перепадов давления.

Так, например, при длине ствола 4,2 м, его диаметре 100 мм, диаметральном зазоре между снарядом и стволом 0,2 мм и начальном давлении перед снарядом около 500 бар необходимая длина направляющей части газостатического слоя составляет 100 мм, а питание газового слоя может быть обеспечено двумя поясами дроссельных отверстий диаметром 5 мм (12 отверстий в каждом ряду). При выполнении вышеуказанных условий жесткость газового слоя может достигать более 750 Н/мкм, что позволяет гарантировать движение снаряда в канале ствола без активного трения, при этом колебания последнего будут с частотой 100 Гц при амплитуде 1 мм.

Выводы и рекомендации. Проведенные расчеты с использованием уточненных математических моделей позволяют утверждать о высокой доле вероятности бесконтактного прохождения снаряд канала ствола, с образованием при определенных условиях устойчивого газового подвеса, что позволит снизить работу сил трения, повысить износостойкость канала ствола орудия.

Литература

1. Боеприпасы к авиационным пушкам и пулеметам. / Справочное пособие для специалистов войсковых частей М.: Военное издательство МО СССР 1997 г.

2. Пат.2285226.Российская федерация, МПК7F42В14/04. Снаряд с газовым подвесом [Текст] / Эдигаров В.Р., Болштянский А.П.,[и др.]: заявитель и патентообладатель Омский танковый инж. ин-т.- № 2005112434/02; заявл. 25.04.2005; опубл. 10.10.2006, Бюл.№ – 5 с.: ил.

3. Пат.130688. Российская федерация, МПК F42B 14/04 (2006.01). Снаряд с газовым несущим слоем [Текст] / Эдигаров В.Р., Ушнурцев С.В., Макаров Г.Г. [и др.]: заявитель и патентообладатель Эдигаров В.Р. - № 2013105954/11; заявл. 12.02.2013; опубл. 27.07.2013, Бюл.№21 – с.: ил.

4. Пат.133917. Российская федерация, МПК F42B 14/04 (2006.01). Снаряд с газовым центрированием [Текст] / Эдигаров В.Р., Ушнурцев С.В., Макаров Г.Г. [и др.]: заявитель и патентообладатель Эдигаров В.Р. - № 2013112536/11; заявл. 20.03.2013; опубл. 27.10.2013, Бюл.№30 – с.: ил.

5. Пат.167921. Российская федерация, МПК F42В 14/00 (2006.01). Снаряд с газовым подвесом [Текст] / Эдигаров В.Р., Забегайло И.В., Смолин А.А.: заявитель и патентообладатель ОАБИИ филиал ВА МТО - № 2016110911; заявл. 24.03.2016; опубл. 12.01.2017, Бюл.№2 – с.: ил.