ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛООБМЕНА В КАНАЛЕ АРТИЛЛЕРИЙСКОГО СТВОЛА ПРИ ВЫСТРЕЛЕ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
БАЛТИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова
Кафедра стрелково-пушечного, артиллерийского и ракетного оружия (Е1)
УЧЕБНАЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА СТУДЕНТА
“РАСЧЁТНАЯ ДИАГНОСТИКА ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ АРТИЛЛЕРИЙСКОГО СТВОЛА76ммКОРАБЕЛЬНОЙ АРТИЛЛЕРИЙСКОЙ УСТАНОВКИ ПРИ СТРЕЛЬБЕ ОЧЕРЕДЯМИ В АВТОМАТИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ”
Выполнил:
Студент ____________ /АракелянГ.А./
Подпись Фамилия И.О.
Группа Е-112
Преподаватель ____________ / Зайцев А. С. /
Подпись Фамилия И.О.
Г. Санкт-Петербург
Г.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение……………………………………………………………………3
1. Обоснование выбора расчётного режима стрельбы КААУ ………4
2. Определение параметров теплообмена в канале артиллерийского ствола при выстреле……………………………………………………5
3. Расчёт и анализ общего уровня нагрева ствола артиллерийской автоматической установки при расчётном режиме стрельбы ………9
4. Расчёттеплового поля стенки ствола от одиночного выстрела…...11
Заключение…………………………………………………………….12
Список использованной литературы…………………………………13
Приложение……………………………………………………………14
ВВЕДЕНИЕ
В начале двадцать первого века артиллерийские системы стали отличаться от своих предшественников конца двадцатого века повышенными мощностью, скорострельностью, ужесточенными режимами стрельбы, что, в свою очередь, повлияло на увеличение интенсивности нагрева ствола. Целью данной работы является оценка негативного теплового воздействия на ствол, позволяющая выработать необходимые рекомендации по его минимизации.
|
|
|
Приведем ряд положений подтверждающих необходимость проведения диагностики теплового состояния артиллерийских стволов при стрельбе. Действительно, влияние разного рода параметров теплового поля ствола сказывается на различных показателях функционирования артиллерийского орудия и ствольного комплекса в целом. Так, возникающее во время выстрела чрезвычайно высокие температуры на поверхности канала ствола, сохраняющиеся хоть ив очень малые промежутки времени, вызывают эрозионный износ и определяют технический ресурс, иначе говоря живучесть ствола. Перепад температуры по толщине стенки ствола приводит к появлению тепловых, в том числе термических, температурных, напряжений, которые также необходимо учитывать при оценке прочности ствола. Рост температуры неизбежноприводит к изменениюмеханических характеристик орудийных сталей. Прогрев стенки ствола при режимной стрельбе и возникающее при этом тепловое расширение канала ограничивают условия работы ведущих устройств снаряда по каналу, что приводит к ухудшению точности стрельбы, падению кучности, снижению вероятностипоражения цели. Нагрев каморной части канал ствола и гильзы (при унитарном и раздельно-гильзовом заряжании)может негативно сказаться на работу гильзы при выстреле и на ее экстракцию. Величины тепловых деформаций деталей ствольной группы необходимо учитывать при установлении обоснованных зазоров в соединениях элементов ствола между собой и с деталями лафета[1].Необходимо исключить самопроизвольный выстрел орудия, который может возникнуть при досылке очередного боеприпаса в камору, прогревшуюся выше температуры воспламенения заряда воспламенения наименее теплостойких компонентов метательного.
|
|
|
Таким образом, перечисленные обстоятельствадоказывают необходимость тщательной как расчетной, так и опытно-экспериментальной диагностики теплового состояния стволов при проектировании. Результаты, полученные при диагностике, позволят обоснованно принять рациональныеконструктивные решения, существенно повысить надежность конструкции и тем самымполучить еёгарантированнуюработоспособность. Под надежностью и максимальной работоспособностью в данном случае понимается отсутствие отказов в системе «ствол-снаряд-заряд» при огневой эксплуатации КААУ.
|
|
|
ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА РАСЧЁТНОГО РЕЖИМА СТРЕЛЬБЫ КААУ
Главной задачей артиллерийского вооружения современных надводных кораблей является эффективное поражение широкого круга воздушных, морских и береговых целей. При этом тактико-технические характеристики артиллерийских комплексов увязываются с задачами кораблей-носителей и возможностями средств разведки и целеуказания.
Современная корабельная артиллерийская установка (КАУ) должна, во-первых, выполнять боевую работу в автоматизированном режиме с использованием основных и резервных способов управления в условиях применения противником всех видов и типов помех, во-вторых, иметь минимальные мёртвые зоны при стрельбе по различным целям и, наконец, обеспечивать время реакции 2-5 с при отражении атаки средств воздушного нападения и возможность быстрого переноса огня при отражении атаки нескольких целей.
Непременными требованиями являются высокая живучесть, надёжность и боеспособность корабельного артиллерийского вооружения, позволяющие эксплуатировать его в различных климатических условиях и в любое время года и суток. Важна минимизация массогабаритных характеристик артиллерийских комплексов и их радиолокационной заметности. Актуальны также высокие модернизационные возможности, длительный период эксплуатации КАУ и соизмеримость сроков эксплуатации артиллерийских комплексов на носителях с межремонтными сроками кораблей-носителей, безопасность и простота эксплуатации. В экономическом плане необходима минимизация стоимости разработки КАУ, ее серийного образца, затрат на эксплуатацию оружия и возможность продления сроков его службы.
|
|
|
Приняв к сведению изложенное выше и сравнивая проект ствола с существующим прототипомАК–176которая была принята на вооружение 22 июня1979 года.Тактика морского боя и способы его ведения за годы, прошедшие после второй мировой войны, существенно изменились. Новое качество приобрели такие характерные его черты, как активность и решительность, расширение пространственных границ, высокие результативность и напряженность, скоротечность и динамичность, внезапность воздействия на противника и разнообразие тактических приемов, широкое применение средств РЭБ. Таким образом приходим к выводу, что скорострельность проектируемой КАУ должна быть выше ( у АК-176 этот параметр составляет 120 выстрелов в минуту), несмотря на то, что камора ствола - прототипа короче, а следовательно время досылки патрона в камору может быть меньше.
Учитывая все соображения можно предположить, что скорострельность проектируемого образца должна составлятьоколо 150 выстрелов в минуту. Длину первой очереди принимаемкак у АК-176 – 75 выстрелов. Перерыв после первой очередипримем 10 минут. Затем осуществляется ещё одна очередь из 50 выстрелов, после чего даем стволу двухчасовой перерыв.
Принятый огневой режим можно классифицировать как максимально необходимый для характерного эпизода противовоздушной обороны корабля.
СУЩНОСТЬ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА
Решение задач по тепловой диагностике артиллерийских стволов безусловно не представлялось бы возможным без использования современных вычислительных средств. Реализация решения задачи осуществляется на высокоуровневом языке программирования FORTRAN, который прочно зарекомендовал свои позиции в первую очередь в научных и инженерных вычислениях.
Для определения параметров теплообмена в канале ствола артиллерийских орудий решается прямая основная задача внутренней баллистики последовательно для каждого периода выстрела.
Для решения задач нестационарной теплопроводности для артиллерийских стволов применяется метод сеток или классический метод конечных разностей, сущность которого заключается в замене производных разностными методами.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛООБМЕНА В КАНАЛЕ АРТИЛЛЕРИЙСКОГО СТВОЛА ПРИ ВЫСТРЕЛЕ
В качестве исходных данных используются данные, полученные при расчете внутренней баллистики проектируемой корабельной установки калибра 76,2 мм. Представленные в таблицах параметры заносятся в файлDANBAG.DAN.
| Характеристика | Источник | Размерность | Значение | ||
| Тип и калибр орудия | ПРИНИМАЕТСЯ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РЕШЕНИЯ ОБРАТНОЙ ЗАДАЧИ ВНУТРЕННЕЙ БАЛЛИСТИКИ | КААУ 76,2 мм | |||
| СТВОЛ | Тип | – | Нарезной | ||
| Глубина нарезов | м | 0,0075 | |||
| Площадь сечения калиберной части канала | м2 | 0,00468 | |||
| Начальный(свободный) объем каморы | м3 | 0,0294 | |||
| Длина каморы | м | 0,430 | |||
| СНАРЯД | Тип(калиберный или подкалиберный) | – | Калиберный | ||
| Масса снаряда | кг | 6,23 | |||
| Полный путь по каналу | м | 3,1 | |||
| Давление форсирования | МПа | 30 | |||
| Начальная скорость снаряда | м/с | 880 | |||
| Коэфф. учета второстепенных работ | – | 1,04 | |||
| МЕТАТЕЛЬНЫЙ ЗАРЯД | Количество марок пороха в заряде (≤3) | – | 1 | ||
| Марка и масса каждой марки пороха в заряде | Основная | кг | 6,23 | ||
| 1-я дополнит. | кг | – | |||
| 2-я дополнит. | кг | – | |||
| Масса добавок % от массы пороха | воспламенит. | До 1% | кг | 0,021 | |
| флегматизатор | 1…2% | кг | 0,032 | ||
| инертная | До 5% | кг | 0,105 | ||
| Температура заряда в град. С | °С | 15 | |||
| Характеристики горения пороха (принимаются из КП/КР по внутренней баллистике) | Марки пороха | ||||
| Основная | 1-я дополнит. | 2-я дополнит. | |||
| Сила пороха, J, МДж/кг | 1,008 | – | – | ||
| Температура горения, Тгор, К° | 2935 | – | – | ||
| Показатель адиабаты, θ | 0,223 | – | – | ||
| Конечный импульс давления, Ik, МПа·с | 0 | – | – | ||
| Характеристики горения зерна | Отн. Толщина свода, zk | 1 | – | – | |
| Признак до распада, λ1 | 1 | – | – | ||
| Хар-ка формы до распада, æ1 | 0 | – | – | ||
| Признак после распада, λ2 | 0 | – | – | ||
| Хар-ка формы после распада, æ2 | 0 | – | – | ||
| Ковалюм, α, дм3/кг | 1,006 | – | – | ||
| Коэффициенты учёта влияния температуры заряда | На конечный импульс | 0,0016 | – | – | |
| На силу пороха | 0,0004 | – | – | ||
Запускисполнительного файлаBAGUT.EXE при правильной подстановке значений в файл данных, даёт результаты вычислений в файле RESBAG.RES.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Помимо значений коэффициентов теплоотдачи и температуры газов в функции времени теплового воздействия для каждого из заданных сечений на всех периодах (предварительный, движения снаряда по каналу ствола и последействия), в конце листинга файла результатов отображаются средние коэффициенты теплоотдачи и средние температуры по расчетным сечениям за время эффективного теплового воздействия.
В таблице ниже представлены значения температуры газа и коэффициента теплоотдачи для первого, второго и восьмого сечений для предварительного и периода последействия , всего этихсечений восемь, для остальных же сечений значения параметров представлены в программе RESBAG.RES.
| Предварительный этап | ||||
| Номер сечения и расстояние от казенного среза | Время | Коэффициент теплоотдачи | Температура газа | Время воздействия |
| Сечение №1 (0,445 м) | 0,283922E+01 0,504234E+01 0,579234E+01 0,614355E+01 0,635652E+01 0,640752E+01 0,665429E+01 0,683482E+01 0,711024E+01 0,726850E+01 0,767169E+01 0,805377E+01 0,806574E+01 0,842048E+01 0,850425E+01 0,862294E+01 0,877541E+01 0,912038E+01 | 0,234426E+02 0,148576E+03 0,141359E+03 0,131005E+03 0,123919E+03 0,122185E+03 0,113767E+03 0,107707E+03 0,988328E+02 0,937705E+02 0,785366E+02 0,667317E+02 0,663993E+02 0,574502E+02 0,555728E+02 0,530512E+02 0,500343E+02 0,440264E+02 | 0,223277E+04 0,226565E+04 0,220306E+04 0,216580E+04 0,214283E+04 0,213735E+04 0,211108E+04 0,209229E+04 0,206452E+04 0,204714E+04 0,197142E+04 0,190723E+04 0,190533E+04 0,185176E+04 0,183986E+04 0,182344E+04 0,180310E+04 0,175992E+04 | 0,225000E-02 0,000000E+00 0,295313E-02 0,330433E-02 0,351730E-02 0,356830E-02 0,381508E-02 0,399560E-02 0,427102E-02 0,442928E-02 0,483247E-02 0,521455E-02 0,522652E-02 0,558126E-02 0,566503E-02 0,578372E-02 0,628117E-02 0,593619E-02 |
| Сечение №2(1.3079 м) | 0,283922E+01 0,504234E+01 0,579234E+01 0,614355E+01 0,635652E+01 0,640752E+01 0,665429E+01 0,683482E+01 0,711024E+01 0,726850E+01 0,767169E+01 0,805377E+01 0,806574E+01 0,842048E+01 0,850425E+01 0,862294E+01 0,877541E+01 0,912038E+01 | 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,283304E+03 0,268117E+03 0,264390E+03 0,246250E+03 0,233154E+03 0,213931E+03 0,202939E+03 0,169733E+03 0,144006E+03 0,143282E+03 0,123785E+03 0,119696E+03 0,114204E+03 0,107636E+03 0,945612E+02 | 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,185499E+04 0,189158E+04 0,188583E+04 0,191215E+04 0,192096E+04 0,192690E+04 0,192532E+04 0,188205E+04 0,183914E+04 0,183779E+04 0,179832E+04 0,178917E+04 0,177634E+04 0,176014E+04 0,172471E+04 | 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,212967E-03 0,263968E-03 0,510747E-03 0,691274E-03 0,966694E-03 0,112495E-02 0,152814E-02 0,191022E-02 0,192219E-02 0,227694E-02 0,236070E-02 0,247939E-02 0,263186E-02 0,297684E-02 |
| …………………………… | ……………… | …………… | ……………… | …………… |
| Сечение №8 (3.1 м) | 0,283922E+01 0,504234E+01 0,579234E+01 0,614355E+01 0,635652E+01 0,640752E+01 0,665429E+01 0,683482E+01 0,711024E+01 0,726850E+01 0,767169E+01 0,805377E+01 0,806574E+01 0,850425E+01 0,842048E+01 0,862294E+01 0,877541E+01 0,912038E+01 | 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,207346E+03 0,196154E+03 0,173427E+03 | 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,153039E+04 0,153581E+04 0,154080E+04 | 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,000000E+00 0,152471E-03 0,497443E-03 |
| Период последействия | ||||
| Сечение №1 (0,445 м) | 0,942507E+01 0,947195E+01 0,956570E+01 0,975320E+01 0,101282E+02 0,108782E+02 0,123782E+02 0,138782E+02 0,153782E+02 0,168782E+02 0,183782E+02 0,198782E+02 0,213782E+02 0,228782E+02 0,243782E+02 0,258782E+02 0,273782E+02 0,288782E+02 0,303782E+02 0,333782E+02 0,363782E+02 0,393782E+02 0,423782E+02 | 0,392137E+02 0,388286E+02 0,380701E+02 0,365986E+02 0,338293E+02 0,289213E+02 0,211926E+02 0,156324E+02 0,116122E+02 0,868895E+01 0,654984E+01 0,497403E+01 0,380509E+01 0,293183E+01 0,227485E+01 0,177713E+01 0,139746E+01 0,110590E+01 0,880537E+00 0,565218E+00 0,371019E+00 0,248620E+00 0,169795E+00 | 0,171825E+04 0,171215E+04 0,170006E+04 0,167630E+04 0,163035E+04 0,154421E+04 0,139169E+04 0,126119E+04 0,114787E+04 0,104825E+04 0,959821E+03 0,880692E+03 0,809418E+03 0,744869E+03 0,686137E+03 0,632486E+03 0,583305E+03 0,538083E+03 0,496387E+03 0,421563E+03 0,357142E+03 0,301258E+03 0,252455E+03 | 0,658585E-02 0,663273E-02 0,672648E-02 0,691398E-02 0,728898E-02 0,803898E-02 0,953898E-02 0,110390E-01 0,125390E-01 0,140390E-01 0,155390E-01 0,170390E-01 0,185390E-01 0,200390E-01 0,215390E-01 0,230390E-01 0,245390E-01 0,260390E-01 0,275390E-01 0,305390E-01 0,335390E-01 0,365390E-01 0,395390E-01 |
| Сечение №2 (1.3079м) | 0,942507E+01 0,947195E+01 0,956570E+01 0,975320E+01 0,101282E+02 0,108782E+02 0,123782E+02 0,138782E+02 0,153782E+02 0,168782E+02 0,183782E+02 0,198782E+02 0,213782E+02 0,228782E+02 0,243782E+02 0,258782E+02 0,273782E+02 0,288782E+02 0,303782E+02 0,333782E+02 0,363782E+02 0,393782E+02 0,423782E+02 | 0,840962E+02 0,832558E+02 0,816010E+02 0,783921E+02 0,723588E+02 0,616852E+02 0,449403E+02 0,329571E+02 0,243391E+02 0,181061E+02 0,135695E+02 0,102454E+02 0,779272E+01 0,597014E+01 0,460616E+01 0,357821E+01 0,279816E+01 0,220221E+01 0,174393E+01 0,110740E+01 0,719329E+00 0,477162E+00 0,322727E+00 | 0,168576E+04 0,168005E+04 0,166873E+04 0,164644E+04 0,160323E+04 0,152184E+04 0,137642E+04 0,125069E+04 0,114058E+04 0,104315E+04 0,956214E+03 0,878117E+03 0,807564E+03 0,743521E+03 0,685148E+03 0,631755E+03 0,582760E+03 0,537673E+03 0,496077E+03 0,421383E+03 0,357034E+03 0,301192E+03 0,252414E+03 | 0,328152E-02 0,332840E-02 0,342215E-02 0,360965E-02 0,398465E-02 0,473465E-02 0,623465E-02 0,773465E-02 0,923465E-02 0,107346E-01 0,122346E-01 0,137346E-01 0,152347E-01 0,167347E-01 0,182346E-01 0,197347E-01 0,212347E-01 0,227346E-01 0,242347E-01 0,272347E-01 0,302346E-01 0,332347E-01 0,362347E-01 |
| ……………………………… | ……………… | ……………… | ……………… | ……………… |
| Сечение №8(3.1 м) | 0,942507E+01 0,947195E+01 0,956570E+01 0,975320E+01 0,101282E+02 0,108782E+02 0,123782E+02 0,138782E+02 0,153782E+02 0,168782E+02 0,183782E+02 0,198782E+02 0,213782E+02 0,228782E+02 0,243782E+02 0,258782E+02 0,273782E+02 0,288782E+02 0,303782E+02 0,333782E+02 0,363782E+02 0,393782E+02 0,423782E+02 | 0,154594E+03 0,153031E+03 0,149953E+03 0,143986E+03 0,132775E+03 0,112968E+03 0,819777E+02 0,598819E+02 0,440498E+02 0,326411E+02 0,243677E+02 0,183274E+02 0,138864E+02 0,105981E+02 0,814579E+01 0,630410E+01 0,491137E+01 0,385101E+01 0,303838E+01 0,191515E+01 0,123499E+01 0,813380E+00 0,546271E+00 | 0,151610E+04 0,151243E+04 0,150510E+04 0,149051E+04 0,146162E+04 0,140500E+04 0,129669E+04 0,119586E+04 0,110254E+04 0,101651E+04 0,937380E+03 0,864674E+03 0,797879E+03 0,736480E+03 0,679985E+03 0,627935E+03 0,579912E+03 0,535534E+03 0,494458E+03 0,420442E+03 0,356473E+03 0,300849E+03 0,252200E+03 | 0,802131E-03 0,849006E-03 0,942756E-03 0,113026E-02 0,150526E-02 0,225526E-02 0,375526E-02 0,525526E-02 0,675526E-02 0,825526E-02 0,975526E-02 0,112553E-01 0,127553E-01 0,142553E-01 0,157553E-01 0,172553E-01 0,187553E-01 0,202553E-01 0,217553E-01 0,247553E-01 0,277553E-01 0,307553E-01 0,337553E-01 |
╔═════════════════════════════════════════════════════════════════════╗
║ СРЕДНИЕЗНАЧЕНИЯПАРАМЕТРОВТЕПЛООБМЕНАВКАНАЛЕСТВОЛА ║
╠═════════╦══════════════╦══════════════╦══════════════╦══════════════╣
║ ║ Расстояние ║ Время ║ Коэффициент ║ Температура ║
║ Сечение ║ отказ.среза,║ воздействия, ║ теплоотдачи, ║ газа, ║
║ ║ [м] ║ [с] ║ [Вт/(м¤K)] ║ [°C] ║
╠═════════╬══════════════╬══════════════╬══════════════╬══════════════╣
║ 1 ║ .445000E+00 ║.520830E-01 ║.402484E+05 ║.100736E+04║
║ 2 ║ .130790E+01 ║.487787E-01 ║.428763E+05 ║.905925E+03║
║3 ║ .146030E+01 ║.485147E-01 ║.424995E+05 ║.894476E+03║
║4 ║ .161270E+01 ║.482680E-01 ║.420539E+05 ║.882986E+03║
║5 ║ .191750E+01 ║.478120E-01 ║.410177E+05 ║.859447E+03║
║6 ║ .263950E+01 ║.468565E-01 ║.384676E+05 ║.798863E+03║
║7 ║ .300000E+01 ║.464180E-01 ║.373231E+05 ║.765265E+03║
║ 8 ║ .310000E+01 ║.462993E-01 ║.370175E+05 ║.755474E+03║
╚═════════╩══════════════╩══════════════╩══════════════╩══════════════╝
Таким образом, представленные выше таблицы позволяют судить о том с какими параметрами каждом сечении ствола происходит теплообмен.
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 1004; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!