§ 2.2. Движение снаряда в канале ствола

Рис. 2.1. Нарезка по­стоянной крутизны

В нарезном стволе артиллерийского ору­дия снаряд совершает поступательное и вра­щательное движения. Движущей силой, при­водящей в движение снаряд, является сила давления пороховых газов, равная проекции на ось канала ствола элементарных сил дав­ления пороховых газов, действующих на за- поясковую часть снаряда. Давление порохо­вых газов у дна снаряда р_сн будет меньше среднего баллистического давления р и, тем более, давления у дна канала стволатак как процесс расширения пороховых газов (волна расши­рения), происходящий вследствие поступательного движения сна­ряда, всегда начинается у дна снаряда и затем распространяется к дну каморы. При этом в результате перепада давлений по­роховые газы и несгоревший порох получают также посту­пательное движение. Величина движущей силы определяется так:

Кроме движущей силы на снаряд будут действовать силы реакции ствола, возникающие на поверхностях контакта снаряда со стен­ками ствола.

Нарезной ствол на участке длинойимеет нарезку постоянной

или прогрессивной крутизны. Если ствол разрезать по образующей и развернуть на плоскость, то при постоянной крутизне направления нареза совпадает с направлением прямой линии, идущей Угломк образующей канала ствола (рис. 2.1). Угол а называется углом наклона нарезов. Расстояниепо оси канала ствола, на котором нарез делает полный оборот, называется длиной хода нареза. Относительная длина хода нареза обозначается через

Движение снаряда по каналу ствола начинается при некото­ром давлении пороховых газов р_н, достаточном для начала вре­зания ведущих поясков в нарезы или для начала освобождения

снаряда из дульца гильзы. Участок между положениями дна снаряда в момент начала движения и в момент полного врезания ведущих поясков в нарезы называется участком форсирования.

На участке форсирования происходит врезание ведущих пояс ков снаряда в нарезы. При этом со стороны ствола на ведущий поясок снаряда будет действовать сила реакции, проекция которой на ось канала ствола называется силой сопротивления врезанию F_Вр. Обычно рассматривают величину сопротивления врезанию П|

которую определяют экспериментально путем продавливания сна ряда через канал ствола.

На рис. 2.2 приведена упрощенная зависимость сопротивления врезанию от пути снаряда. В случае раздельного заряжания орудия снаряд начинает врезаться в нарезы при П = П_Н, затем нч протяжении пути l_в, соответствующем ширине ведущего пояска сопротивление врезанию линейно возрастает до П = П_тах и далее остается постоянным до конца участка форсирования /ф. При дальнейшем движении снаряда сопротивление движению будет незначительным. Таким образом, началу движения снаряда отвечает условие

причем при патронном заряжании за величину П_н следует прини­мать усилие распатронирования выстрела.

В случае патронного заряжания или при недосыле снаряда при раздельном заряжании на начальном отрезке участка форсирова­ния длиной /_св врезание ведущих поясков снаряда будет отсут­ствовать, а затем после свободного пробега снаряда начинается врезание ведущих поясков при некоторой скорости снаряда и_Св, т. е. с ударом.

При движении снаряда по каналу ствола после врезания веду­щих поясков со стороны боевой грани каждого нареза на выступ ведущего пояска действуют нормальные поверхностные силы, рав­нодействующая которых называется нормальной реакцией боевой грани N (рис. 2.1). Кроме того, на боковую поверхность каждого выступа ведущего пояска действует сила трения, равная vN, где у —коэффициент трения.

Вследствие обжатия ведущего пояска при его врезании в на­резы на наружную поверхность выступа будут действовать ра­диальные поверхностные силы, приводящие к радиальной силе Ф и силе трения уФ. Обычно этими силами пренебрегают.

Таким образом, после врезания ведущих поясков со стороны каждого нареза к снаряду будет приложена сила реакции R_H, рав­ная геометрической сумме сил N и vN:

Из рис. 2.1 видно, что составляющие силы R_H по осям Ол: и 0у будут равны:

Сумма сил R_x для всех п нарезов составит силу сопротивления поступательному движению снаряда, равную nR_x и направленную вдоль оси канала ствола.

Сумма сил R_y для всех п нарезов создаст момент, вращающий

снаряд вокруг его оси и равный

Запишем уравнения поступательного движения снаряда *

^и вращательного движения снаряда

^де ^ — абсолютная скорость снаряда (относительно Земли):

V — абсолютная скорость откатных частей;

Р_сн — давление пороховых газов у дна снаряда;

^шсн—угловая скорость снаряда;

А— осевой момент инерции снаряда. Уравнение поступательного движения (2.18) с учетом равен­ства (2.20) можно переписать в виде

в котором величиныявляются величинами, малыми в

сравнении с единицей. В тех случаях, когда этими величинами можно пренебречь, получим упрощенное уравнение поступатель-1 ного движения снаряда

Если правую часть равенства (2.21) умножить и разделить на ве­личину баллистического давления р и, считая отношение скоростей

постоянным, обозначить \

то получим уравнение поступательного движения снаряда в таком виде

Величина ср называется коэффициентом фиктивности, так как

позволяет путем введения фиктивной (несуществующей в действи­тельности) массы снаряда cpq свести движение снаряда к движе­нию материальной точки, описываемому уравнением (2.24). Такой способ был предложен в 1860 г. русским артиллеристом А. П. Гор­ловым.

Коэффициент фиктивности ср в уравнении поступательного дви­жения учитывает разницу между относительной v и абсолютной и_а скоростями снаряда, разницу между баллистическим давле­нием р и давлением пороховых газов у дна снаряда р_са и силу сопротивления поступательному движению снаряда nR_x после вре» зания ведущих поясков в нарезы.

Сила сопротивления врезанию ведущих поясков в нарезы обычно не рассматривается при изучении поступательного движения снаряда. Она будет учтена в дальнейшем с помощью специального параметра внутренней баллистики — давления форсиро­вания.

Для определения элементов вращательного движения снаряда имеющего жесткую связь со стволом орудия, уравнение праща!

тельного движения не требуется. Поэтому оно используется для расчета силы нормальной реакции боевой грани нарезов.

Подставляя в уравнение (2.19) вместо R_v выражение (2,17), получим

откуда находим

Угловую скорость снаряда ш_сн можно выразить через окружную скорость точки о₀кр, находящейся на выступе ведущего пояска:

Окружная скорость точки связана со скоростью поступательного

движения v:

поэтому будем иметь

Как видим, скорость вращения снаряда изменяется так же, как изменяется скорость поступательного движения снаряда, и, кроме того, зависит от угла наклона нарезов и калибра орудия. В ору­диях крупного калибра скорость вращения снаряда будет меньше при прочих равных условиях, чем в орудиях малого калибра.