книги / Основы устройства артиллерийского вооружения
..pdf4.6. Артиллерийские автоматы
Артиллерийские автоматы находят широкое применение в авиаци онной и зенитной артиллерии. Так как данный вид артиллерии пред назначен для уничтожения высокоскоростных целей, то эффективность поражения цели современным автоматическим оружием будет зависеть от темпа стрельбы, быстроты и точности наведения орудия, началь ной скорости снаряда. Конструктору при анализе и выборе этих ха рактеристик приходится искать их оптимальное сочетание. Наряду с уменьшением полетного времени снаряда, повышение скорострельности авиационных и зенитных пушек - это главный и реальный путь увели чения эффективности поражения цели. При создании скорострельных автоматических систем необходимо путем анализа выбираемых схем автоматики стремиться к обеспечению минимального времени ее цикла.
Цикл автоматики складывается из времени:
-срабатывания ударно-спускового механизма;
-горения капсюльного состава;
-форсирования;
-движения снаряда по каналу ствола;
-срабатывания механизма перезаряжания.
Идеальное минимально возможное время цикла автоматики будет при времени срабатывания механизма перезаряжания. равном нулю. В современных системах расчетная величина этого времени равна 0,003- 0,04 с, что соответствует идеальной скорострельности 15000-20000 выстрелов в минуту.
При анализе работы автоматики различных типов большую помощь оказывают циклограммы работы автоматики, показывающие последова тельность работы механизмов и деталей автоматики в зависимости от перемещения основного звена, в качестве которого может быть ис пользован ствол, затвор и другие элементы.
Подробно циклограммы работы автоматики и конструкции артилле рийских автоматов рассматриваются во 2-й главе, поэтому ограничим ся краткой классификацией артиллерийских автоматов.
Артиллерийские автоматы могут быть одноствольными и много ствольными. Одноствольный автомат имеет один ствол с патронником. Механизм перезаряжания в зависимости от конструкции можно разде лить на три типа: с продольно-скользящим затвором, с качающимся затвором, с поперечно-двигающимся затвором.
Большинство современных револьверных пушек работает на принципе использования энергии отдельных пороховых газов,
4.7. Артиллерийские орудия особых схем
Артиллерийские орудия постоянно совершенствуются. Требова ния к ним, их конструкции и боевым свойствам постоянно повышают ся и вытекают из характера современной войны. В качестве основ ных требований выдвигаются следующие:
-повышение дальности стрельбы;
-снижение веса орудий;
-автоматизация процессов перезаряжания.
Наиболее распространенным способом повышения дальности стрельбы артиллерийских орудий в последнее время является приме нение активно-реактивных снарядов.
Использование более мощных зарядов также позволяет увели чить дальность стрельбы, однако этот путь ведет к увеличению ве са системы.
Стремление к снижению веса артиллерийской системы привело к возникновению артиллерийских орудий особых схем. Так, перспек тивным направлением считалось создание орудий с выкатом ствола,
т.е. орудий с обратным циклом отката-наката. Откатным частям пе ред выстрелом сообщается энергия поступательного движения впе ред, на поглощение которой расходуется часть энергии отдачи, в результате чего уменьшается действие выстрела на лафет. Это поз воляет спроектировать артиллерийское орудие меньшего веса, но с теми же баллистическими свойствами или сохранить вес системы прежним, но увеличить вес боевого заряда.
Принцип действия орудия с выкатом ствола заключается в сле дующем. Перед выстрелом для первого заряжания ствол орудия отво дится назад по люльке, одновременно с этим происходит сжатие пружин или воздуха накатника. В отведенном положении ствол за держивается стопором, после заряжания и прицеливания производит ся спуск ствола со стопора. Ствол под действием накатника начи нает двигаться вперед и в определенный момент времени наката, когда достигнута расчетная скорость наката, автоматически про исходит выстрел. Вследствие силы давления пороховых газов на дно канала ствола движение ствола резко затормаживается, после
чего происходит откат ствола и сжатие пружин накатника. В заднем положении после остановки ствол задерживается тем же стопором и орудие готово к заряжанию для следующего выстрела.
Недостатками орудий с выкатом ствола являются довольно слож ная конструкция орудия (необходимо иметь механизм стопорения ствола в крайнем заднем положении, механизм автоматического про изводства выстрела по достижении стволом определенной скорости выката) и низкая надежность орудия в целом по сравнению с надеж ностью орудий классического типа. В качестве примера можно при вести американскую 105-миллиметровую гаубицу ХМ-204. По сравне нию с обычной гаубицей удалось снизить вес системы на 15 %. Дли тельность цикла откат-накат сокращена на 40-50 %. Уменьшение си лы отдачи позволило отказаться от заглубляемых сошников. Гаубица -ХМ-204 имеет опорную плиту и повернутые вперед станины с катками, обеспечивающими круговой обстрел. Электронный датчик обеспечива ет производство выстрела в точно установленный в соответствии с боевым зарядом момент наката ствола. Однако надежность работы гаубицы весьма сомнительна. Появление осечек или "затяжной выст рел" ведут к весьма неприятным для расчета последствиям. С целью снижения веса проектировались орудия с двойным откатом (рис.4.8).
|
|
к |
|
|
т 4 |
|
|
Рис.4.8. Схема орудия |
с двойным откатом: 1 - ствол; |
2 - |
люлька; |
J - противооткатные устройства; it - нижний станок; |
S |
- верхний |
|
станок; 6 - |
противооткатные устройства |
|
|
Принцип работы орудия с двойным откатом заключается в следу ющем. При выстреле ствол 1 откатывается вдоль своей оси в люльке
2 , расположенной в верхнем станке, а верхний станок, в свою оче редь, откатывается по направляющим нижнего станка к . Связь ство ла с верхним станком и верхнего станка с нижним осуществляется по
средством гидравлических тормозов я накатников 3 |
и В , которые |
||
тормозят одновременный откат ствола (ТОЗ) и |
откат |
верхнего стан |
|
ка (Т05). |
|
|
|
Перспективным направлением разработки |
артиллерийских |
систем |
|
считается применение для классических схем орудий жидких |
мета |
||
тельных веществ и легких газов. Однако при |
этом неизбежно проис |
||
ходит усложнение конструкции орудий. |
|
|
|
5. СТВОЛЫ АРТИЛЛЕРИЙСКИХ ОРУДИЙ
5.1* Назначение стволов и предъявляемые к ним требования
Ствол является основной боевой частью артиллерийского орудия. Он предназначен:
-для направления полета снаряда;
-сообщения ему вращательного движения для устойчивости сна
ряда в полете (В случае применения нарезного ствола); - придания снаряду определенной начальной скорости (в зависи
мости от боевого заряда).
В казенной части ствола располагается камора с гильзой или картузом с боевым зарядом. Со стороны казенной части канал ствола закрывается затвором, размещаемым в казеннике. Казенник навинчи вается непосредОТвенно на ствол или соединяется с ним муфтой. На дульной части ствола может располагаться надульное устройство, а в средней - эжв!СЦИонное устройство. Канал ствола подразделяется
на зарядную камору и ведущую часть. |
|
|
К артиллерийскому стволу предъявляются следующие |
основные |
|
требования: |
|
|
I. |
Ствол дсхдхен обладать высокой прочностью, |
так как при |
выстреле в канаДО ствола развивается давление пороховых газов до 5000-6000 кг/см^# Возникающие в стенке ствола напряжения не долж
ОДНОСЛОЙНЫЙ СТВОЛ-МОНОБЛОК (рис,5.1) является наиболее рас пространенным типом ствола и представляет собой трубу с нарез ным или гладким каналом. В стенке ствола отсутствуют напряжения, созданные искусственно с целью повышения его прочности, кроме остаточных напряжений, возникающих при термообработке. Толщина стенок ствола-моноблока является переменной, уменьшающейся в сторону дульного среза в соответствии с развивающимся в стволе давлением пороховых газов.
Рис.5.1. Схема однослойного ствола-моноблока: / - казенник; 2 - затвор; 3 - муфта; // - ствол-моноблок
СКРЕПЛЕННЫМ называется такой ствол, в стенках которого еще до выстрела искусственно созданы напряжения, повышающие его общую прочность. Скрепленный ствол состоит из нескольких цилиндров (слоев), надетых друг на друга с определенным натягом. Схема со пряжений скрепляемых цилиндров для создания натяга между ними представлена на рис.5.2.
Рис.5.2. Схема сопряжений скрепля емых цилиндров: / - внутренний
слой; 2 - наружный слой
Скрепление стволов производится в горячем состоянии в специ альных печах. Диаметральная разность ^ = 2 гн - 2tgH называется
абсолютным натягом между слоями. На практике обычно пользуются
а
величиной относительного |
натяга Jr ~ |
> — • При |
скреплении |
наруж- |
|
ный слой |
нагревается до |
температуры, |
при которой |
обеспечивается |
|
условие |
2tgH > 2 гн |
причем эта температура должна быть |
мень |
ше температуры отпуска стали после закалки во избежание образо вания структурных изменений металла. Обычно нагрев ведется до 400-450 °С. После остывания наружного слоя сопряжение слоев бу дет происходить по цилиндрическим поверхностям с общим радиу сом J) . Во внутреннем слое появятся тангенциальные напряжения сжатия, а в наружном - напряжения растяжения. Суммарные напряже ния при выстреле будут складываться (с учетом знака) из напряже ний скрепления и напряжений от выстрела.Скрепление приводит к снижению величин напряжений на внутренней поверхности канала ствола и, следовательно, к увеличению прочности ствола. Скрепле ние позволяет применять повышенные по сравнению со стволом-моно блоком давления в канале ствола. Идея скрепления стволов была выдвинута и разработана талантливым русским ученым-артиллеристом А.В.Гадолиным и впервые осуществлена в 60-х годах прошлого сто летия в России.
Скрепленный ствол может быть многослойным. В этом случае наружный цилиндр называют кожухом, внутренний - трубой, а сред нее - скрепляющими.
АВГОСКРЕПЛЕНИЕ, как и скрепление цилиндрами, заключается в создании в стенке однослойного ствола еще до выстрела больших предварительных напряжений. Принцип автоскрепления (автофретирования) основан на получении остаточных деформаций при определен ном перенапряжении металла (при нагружении металла выше предела пропорциональности, выдержке и снятии нагрузки). Подобное явле ние называется упрочнением, или наклепом. Автоскрепление может быть осуществлено различными способами:
-с помощью гидравлического давления;
-с помощью лорнирования - прогонки через канал ствола руансонов с диаметральными размерами, несколько большими, чем диа метр канала ствола;
- стрельбой с увеличенным давлением в канале ствола (стрель бой на увеличенном заряде).
Принципиальная схема установки для автоскрепления ствола с помощью гидравлического давления представлена на рис. 5.3.
Рис.5.3. Схема установки скрепления ствола: 1 - га уплотнение; 3 - ствол; J
жень
Ствол закрепляется в установке. В зазор между стволом и внутренним стержнем нагнетается жидкость до давления, превышаю щего предел упругого сопротивления металла ствола. После опре деленной выдержки жидкость стравливается. В некоторой зоне стен ки, прилегающей к поверхности канала ствола, создаются остаточ ные деформации. После снятия нагрузки труба поступает на стаби лизацию (термическая обработка с выдержкой при определенной тем пературе и последующим охлаждением). Таким образом труба-моно блок становится как бы скрепленной трубой.
Преимущества автоскрепленного ствола следующие:
1.Возможность применения металла с меныпим пределом упру гости для достижения большей прочности ствола при одинаковых раз мерах его, так как в результате автофретажа предел упругости металла увеличивается.
2.Меньший расход металла на изготовление автофретированного ствола, чем на изготовление ствола, скрепленного цилиндрами.
3.Меньший объем механической обработки.
Однако автоскреплеиные стволы, несмотря на указанные преиму щества, широкого распространения не получили. Успехи металлургии позволили получить стали с высокой категорией прочности, из кото рых изготовляются простые нескрепленные стволы. Кроме того, име ются данные о снижении живучести автофретированного ствола.
ЛЕЙНИРОВАННЫЕ СТВОЛЫ (рис.5.4) применяются в случае необхо димости смены ствола или внутренней трубы скрепленного ствола в связи с разгаром и износом канала ствола. Сущность лейнирования заключается в том, что внутренняя тонкостенная труба вставляется в оболочку с зазором и при потере ею баллистических свойств мо жет быть легко заменена.
Рис.5.4. Принципиальная схема лейнированного ствола: / - казенник; 2 - затвор; 3 - оболочка; 4 - лейнер
Между лейнерами и оболочкой имеется зазор е . Максимальная
величина диаметрального |
зазора 2е |
определяется условием обеспе |
|
чения прочности лейнера, |
а минимальная его величина - условием |
||
легкости сборки |
и разборки. Во время |
выстрела под действием дав |
|
ления пороховых |
газов происходит расширение лейнера. После при |
легания лейнера к оболочке оба слоя работают совместно'. По окон чании стрельбы после охлаждения зазор восстанавливается. Для облегчения сборки и разборки ствола прилегающие поверхности мо гут изготавливаться с небольшой конусностью, а наружная поверх ность покрывается графитовой смазкой. Часть внутренней трубы, покрытая оболочкой 3 , носит название свободной трубы.
РАЗБОРНЫЕ СТВОЛЫ применяются для облегчения транспортировки. Они находят применение в орудиях горной артиллерии. Эти стволы состоят из небольших по размерам и по массе частей. Одним из ос новных требований при проектировании разборного ствола является требование конструктивного обеспечения легкости сборки и разбор ки и надежности соединения частей ствола.
СОСТАВНЫЕ ПО ДЛИНЕ СТВОЛЫ позволяют заменять участки трубы, подвергшиеся наибольшему разгару и износу. Эти участки могут из готавливаться из различных марок сталей.
5.3. Устройство зарядных камор
Конфигурация зарядной каморы определяется прежде всего спо- C Q QO M заряжания. Камора заряжания для унитарного патрона (рис.5.5