Раздел I

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ВНУТРЕННЕЙ БАЛЛИСТИКИ

Внутренней баллистикой называется наука, изучающая дви­жение снаряда внутри ствола орудия под действием газов, обра­зующихся при горении порохового заряда. Слово «баллистика» происходит от греческого слова что в переводе означает «бросаю».

Внутренняя баллистика изучает движение снаряда от момента начала движения до момента вылета, когда дно снаряда проходит через дульный срез ствола. После вылета снаряда происходит истечение газов из канала ствола и воздействие их на снаряд в течение некоторого периода, называемого периодом последейст­вия. Истечение газов из канала ствола минометов и безоткатных орудий протекает во время движения снаряда.

Горение пороха в постоянном объеме изучается в разделе внутренней баллистики, называемом пиростатикой. Горение поро­ха в переменном объеме при движении снаряда изучается в раз­деле внутренней баллистики, называемом пиродинамикой.

Разработка методов расчета элементов движения снаряда со­ставляет содержание основной задачи внутренней баллистики.

Глава 1

ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ПИРОСТАТИКИ

§ 1.1. Явление выстрела

Движение снаряда по каналу ствола орудия сопровождается многочисленными процессами: механическими, физическими, хи­мическими, термодинамическими и газодинамическими. Совокуп­ность процессов, происходящих в орудии с момента воспламене­ния порохового заряда до момента окончания истечения газов из канала ствола после вылета снаряда, называется явлением вы­стрела. Явление выстрела включает в себя следующие процессы:

• воспламенение пороха;

• горение пороха;

— образование пороховых газов;

• изменение состава пороховых газов;

• расширение пороховых газов;

• поступательное движение снаряда;

• вращательное движение снаряда;

• движение пороховых газов;

• движение элементов порохового заряда;

• движение откатных частей орудия;

• врезание ведущих поясков снаряда в нарезы;

• трение ведущих частей снаряда о поверхность канала ствола;

• износ и разгар канала ствола;

• теплопередача от пороховых газов к стенкам ствола;

• упругие и пластические деформации ствола;

• упругие и пластические деформации снаряда;

• вытеснение воздуха из капала ствола;

• истечение пороховых газов из канала ствола;

• образование дульной волны и пламени.

Из перечисленных процессов к основным во внутренней бал­листике относятся горение пороха, образование пороховых газов, расширение пороховых газов, поступательное движение снаряда, истечение пороховых газов из канала ствола.

Эти процессы изучаются подробно. Остальные процессы хотя и имеют большое самостоятельное значение, при изучении движе­ния снаряда играют подчиненную роль. Они называются второ­степенными процессами и рассматриваются во внутренней балли­стике лишь в той мере, в какой это способствует раскрытию ха­рактера движения снаряда.

Явление выстрела характеризуется кратковременностью, высо­кими давлениями и высокими температурами. Продолжительность явления выстрела определяется десятыми и даже сотыми долями секунды. В канале ствола орудий развиваются давление, дости­гающее 4000-10⁵ Н/м², и температура свыше 2000° К.

Во внутренней баллистике при изучении явления выстрела рассматривают пять периодов:

1. Предварительный, или пиростатический, период — от момен­та начала воспламенения заряда до момента начала движения снаряда.

2. Период форсирования — от момента начала движения сна­ряда до момента окончания врезания ведущих поясков снаряда в нарезы.

3. Первый, или пиродинамический, период — от момента окон­чания врезания ведущих поясков снаряда в нарезы до момента окончания горения пороха.

4. Второй, или термодинамический, период — от момента окон­чания горения пороха до момента вылета снаряда"

5. Период последействия — от момента вылета снаряда до мо­мента окончания истечения пороховых газов из канала ствола.

В артиллерийских орудиях обычно имеют место все перечис­ленные периоды. В минометах, как правило, отсутствует период форсирования.

В пиродинамическом периоде одновременно совершается боль­шинство процессов явления выстрела, поэтому пиродинамический период является наиболее сложным. Отметим, что горение пороха в орудии происходит сначала в постоянном объеме, а с мо­мента начала движения сна-

ряда — в переменном объеме; расширение пороховых газов происходит как при горении пороха, так и по окончании го­рения пороха.

Во внутренней баллистике изучаются зависимости пути снаряда I, скорости снаряда относительно ствола v и дав­ления пороховых газов р от времени t. За начало отсчета времени принимается момент начала движения снаряда. Графики этих зависимостей называются пиродинамическими кривыми, а величины

—пиродинамическими эле­ментами. На рис. 1.1 даны примерные пиродинамические кривые в функции от вре­мени.

Рис. 1.1. Пиродинамические кривые при аргументе t

Представляют интерес также пиродинамические кривые в функции от пути, показанные на рис. 1.2. Как видим, кривые пути, скорости и времени являются монотонными, а кривая давления имеет максимум, при котором давление называется наибольшим давлением пороховых газов.

Пиродинамические кривые имеют четыре опорные точки, отве­чающие моментам начала движения снаряда, достижения макси­мума давления, окончания горения и вылета снаряда. Пиродина­мические элементы в опорных точках будем снабжать соответст­венно индексами «о», «т», «к», «д», напримери т. д.

Точка, отвечающая максимуму давления, определяется усло­вием

Может оказаться, что полученная из этого условия величина

будет больше величиныотвечающей моменту окончания го­рения пороха, т. е. в орудии порох сгорит раньше, чем снаряд пройдет путьТогда наибольшим давлением пороховых газов

будет давление в момент окончания горения пороха, а аналити­ческий максимум давления становится нереальным. Этот случай будем называть случаем неаналитического максимума. Подобного рода кривые давления часто встречаются в минометах.

Пиродинамические кривые могут быть записаны на опыте, при­чем анализ опытных кривых является одним из основных экспе­риментальных путей изучения явления выстрела. Можно сказать, что внутренняя баллистика занимается построением и изучением пиродинамических кривых.

Рис. 1.2.

Пиродинамические кривые при аргументе I

Кривые в функции от времени позволяют просле­дить, как изменяются дав­ление пороховых газов, ско­рость и путь снаряда от мо­мента начала движения до момента вылета. Давление пороховых газов уже суще­ствует в момент начала дви­жения, поскольку должна быть сила, способная сдви­нуть снаряд; далее давле­ние сначала растет, пока процесс расширения порохо­вых газов играет незначи­тельную роль, а затем начи­нает падать. Максимум дав­ления достигается прибли­зительно в середине полного времени движения снаря­да по каналу ствола ору­дия. Скорость снаряда непрерывно растет от нуля сначала более стремительно, а потом с убывающим приростом; при t=t_m график скорости имеет точку перегиба. Путь снаряда тоже растет непре­рывно от нуля сначала медленно, а затем все быстрее.

Кривые в функции от пути показывают, какими будут давле­ние пороховых газов, скорость снаряда, время его движения, когда снаряд окажется на некотором расстоянии от первоначального положения, т. е. в заданном сечении канала ствола. Это особенно важно знать при расчете толщины стенки ствола., для которой сила давления пороховых газов является внутренней нагрузкой, стремящейся разрушить ствол. Пиродинамические кривые в фун­кции от пути идут иначе, чем кривые в функции от времени. Кривая давления показывает, что наибольшее давление достигается на начальном участке движения снаряда, не превышающем одной трети полного пути снаряда в канале ствола орудия l_д. Поэтому именно здесь ствол имеет наибольший диаметр, убывающий потом к Дульному срезу. Кривые скорости и времени обращены вогну­тостью вниз