Тактико - техническое обоснование проекта

Введение

Развитие орудий полевой артиллерии за рубежом до последних лет шло по пути создания самоходных установок с легкой броневой защитой от пуль и осколков. Счи­талось, что эти орудия обладают преимуществами перед буксируемыми вследствие повышенной живучести в усло­виях применения оружия массового поражения, а также повышенной маневренности и возможности самостоятель­но преодолевать водные преграды. Однако признание большинством военных специалистов возможности ведения боевых действий только обычными средствами побудило к продолжению работ над совершенствованием и созданием новых образцов буксируемых орудий полевой артиллерии и боеприпасов к ним. При этом можно заметить новые тенденции в конструктивном решении образцов, направ­ленные на увеличение дальности стрельбы, скорострельно­сти, маневренности орудий и могущества снарядов.

Наиболее распространенным способом повышения даль­ности стрельбы артиллерийских орудий в последнее время является применение активно-реактивных снарядов. Ис­пользование более мощных зарядов также позволяет уве­личить дальность стрельбы, но при этом необходимо удли­нять ствол и увеличивать толщину его стенок. Для сохра­нения допустимых размеров ствол можно изготовлять из более прочных материалов, скреплять посредством много­слойных конструкций и различных термических и дефор­мационных обработок. Применение более эффективных дульных тормозов уменьшит энергию откатных частей орудия при выстреле.

Скорострельность артиллерийских орудий может быть повышена введением автоматического заряжания, враща­ющихся камор, зарядных лотков и вращающихся магази­нов к орудиям с двухкамерными казенниками. Применение противооткатных устройств с обратным откатным циклом сокращает время отката и увеличивает скорострельность. При этом следует отметить, что

наиболее перспек­тивным в армиях капиталистических стран считается соз­дание орудий с обратным откатным циклом. Такая конст­рукция противооткатных устройств позволяет снизить энергию отката, что, в свою очередь, дает возможность значительно уменьшить массу орудия.

При этом создается возможность раз­работки орудий без задних станин, что обеспечивает удоб­ство работы расчета при орудии. Кроме того, может быть значительно упрощена конструкция тормоза отката и сни­жен класс точности обработки его основных деталей.

Отдавая должное конструкции орудия с обратным от­катным циклом, следует сказать, что идея этой конструк­ции не нова и среди российских специалистов по проекти­рованию артиллерийских орудий давно известна под на­званием «системы с выкатом».

Повышение могущества орудия при сохранении его габаритно-массовых характеристик требует разработки новых противооткатных устройств, соответствующих возросшим нагрузкам.

Одной из задач, возникающих при проектировании ПОУ, является снижение сил, действующих во время выстрела на лафет со стороны откатных ча­стей. Как правило, это достигается применением эффективных дульных тормозов, а также путем оп­тимизации параметров ПОУ.

Рассмотрение вопросов, связанных с поиском путей совершенствования конструкций противооткатных устройств, отвечающих функциональным требованиям, при ограничении габаритно-массовых характеристик, и составляет содержание данной работы.

Заключение

Вопрос создания противооткатных устройств и их эксплуатации является многоплановым, конструктивных решений может быть бесчисленное множество.

Процесс проектирования противооткатных устройств со­стоит из ряда последовательно решаемых взаимообусловлен­ных задач и включает этапы, общие для проектирования лю­бого технического устройства. Объединенные вместе, эти этапы представляют алгоритм обобщенного проектирования, реализация которого в значительной мере способствует вы­полнению технического задания.

1. Формирование полного перечня требований, предъяв­ляемых к разрабатываемому устройству с учетом его места в общей структуре орудия; выделение тех требований, которые в основном определяют специфику его функционирования.

Для ПОУ — это набор функциональных, общетехнических и конструктивных требований. Сюда могут добавляться спе­цифичные требования, характерные лишь для данного проек­та. Например, для струйного тормоза может быть обусловле­но требование минимального расхода жидкости.

2. Формирование полного перечня физических законов, использование которых обеспечивает реализацию определяю­щих требований к устройству, обоснование достаточного ми­нимума этих законов и структуры их использования.

Для ПОУ, как правило, представляющих собой механи­ческие системы, таковыми являются общие законы механи­ки — сохранения энергии, импульса, массы.

3. Обоснование технического решения устройства, обеспе­чивающего реализацию необходимых физических законов (процессов), их взаимообусловленность и выполнение комп­лекса определяющих требований.

Для ПОУ (как и для любого устройства) — это либо вы­бор имеющейся, либо изобретение новой конструкции. Сле­дует иметь в виду, что требуемую конструкцию легче придумать (изобрести), чем приспосабливать под новые тре­бования старые конструкции.

Сказанные этапы составляют наиболее трудную в плане формализации часть обобщенного алгоритма — творческую часть.

4. Выбор метода формализации процессов функциониро­вания устройства и формирование на его основе математи­ческой модели.

Для ПОУ, например, для гидравлических тормозов — это аналити­ческие зависимости, описывающие течение жидкости в кана­лах с учетом ее кинематических и физических параметров, геометрических параметров тормоза.

5. Формализация определяющих требований в виде сово­купности частных критериев качества и выбор формы записи обобщенного (интегрального) критерия качества проекта.

Для ПОУ — это, например, минимум массы, объема, максимум (минимум) энергоемкости и т. д. Смысл формали­зации заключается в переводе качественных критериев (требований) в количественные показатели (критерии).

6. Выбор формы реализации математической модели и ее реализация:

- по виду решения (аналитическое, численное диффе­ренцирование, интегрирование, разложение в ряды, по ко­нечным разностям, по

фундаментальным функциям и т. д.);

- по степени автоматизации вычислений.

В конкретных решениях используется, как правило, ком­бинация способов решения и степеней автоматизации, а также их дублирование с целью контроля достоверности получаемых результатов.

7. Выбор формы представления и представление резуль­татов работы.

8. Оценка результатов работы.
Последовательность реализации этапов в принципе может меняться, каждый из этапов может неоднократно повторяться.

Исходя из выше сказанного, можно определить следующие пути совершенствования противооткатных устройств:

- разработка и применение комбинированных нераздельных ПОУ;

- проектирование устройств для стабилизации гидравлического сопротивления потоку жид­кости в канавочных (веретенных) гидротормозах при изменении температуры жидкости;

- применение дополнительных регулирующих устройств в клапанных тормозах отката (наката) и использование пневмобуферов наката, встроенных в цилиндры ПОУ;

- проектирование орудий с выкатом

Введение

Развитие орудий полевой артиллерии за рубежом до последних лет шло по пути создания самоходных установок с легкой броневой защитой от пуль и осколков. Счи­талось, что эти орудия обладают преимуществами перед буксируемыми вследствие повышенной живучести в усло­виях применения оружия массового поражения, а также повышенной маневренности и возможности самостоятель­но преодолевать водные преграды. Однако признание большинством военных специалистов возможности ведения боевых действий только обычными средствами побудило к продолжению работ над совершенствованием и созданием новых образцов буксируемых орудий полевой артиллерии и боеприпасов к ним. При этом можно заметить новые тенденции в конструктивном решении образцов, направ­ленные на увеличение дальности стрельбы, скорострельно­сти, маневренности орудий и могущества снарядов.

Наиболее распространенным способом повышения даль­ности стрельбы артиллерийских орудий в последнее время является применение активно-реактивных снарядов. Ис­пользование более мощных зарядов также позволяет уве­личить дальность стрельбы, но при этом необходимо удли­нять ствол и увеличивать толщину его стенок. Для сохра­нения допустимых размеров ствол можно изготовлять из более прочных материалов, скреплять посредством много­слойных конструкций и различных термических и дефор­мационных обработок. Применение более эффективных дульных тормозов уменьшит энергию откатных частей орудия при выстреле.

Скорострельность артиллерийских орудий может быть повышена введением автоматического заряжания, враща­ющихся камор, зарядных лотков и вращающихся магази­нов к орудиям с двухкамерными казенниками. Применение противооткатных устройств с обратным откатным циклом сокращает время отката и увеличивает скорострельность. При этом следует отметить, что

наиболее перспек­тивным в армиях капиталистических стран считается соз­дание орудий с обратным откатным циклом. Такая конст­рукция противооткатных устройств позволяет снизить энергию отката, что, в свою очередь, дает возможность значительно уменьшить массу орудия.

При этом создается возможность раз­работки орудий без задних станин, что обеспечивает удоб­ство работы расчета при орудии. Кроме того, может быть значительно упрощена конструкция тормоза отката и сни­жен класс точности обработки его основных деталей.

Отдавая должное конструкции орудия с обратным от­катным циклом, следует сказать, что идея этой конструк­ции не нова и среди российских специалистов по проекти­рованию артиллерийских орудий давно известна под на­званием «системы с выкатом».

Повышение могущества орудия при сохранении его габаритно-массовых характеристик требует разработки новых противооткатных устройств, соответствующих возросшим нагрузкам.

Одной из задач, возникающих при проектировании ПОУ, является снижение сил, действующих во время выстрела на лафет со стороны откатных ча­стей. Как правило, это достигается применением эффективных дульных тормозов, а также путем оп­тимизации параметров ПОУ.

Рассмотрение вопросов, связанных с поиском путей совершенствования конструкций противооткатных устройств, отвечающих функциональным требованиям, при ограничении габаритно-массовых характеристик, и составляет содержание данной работы.

Тактико - техническое обоснование проекта

Рассмотрение действия выстрела на артиллерийское ору­дие позволяет нам:

— установить связи между массово-габаритными парамет­рами орудия и силовыми воздействиями, определяющими характер взаимного перемещения его составных частей;

— определить на этой основе необходимые законы дви­жения составных частей орудия, удовлетворяющие комплексу противоречивых требований, предъявляемых к нему.

Практически реализовать необходимые законы движения элементов ору­дия позволяют устройства, составляющие одну из его составных частей и на­зываемые противооткатными устройствами (ПОУ).

В общем случае к ПОУ, как и к любому техническому устройству, предъявляются три группы требований:

1) функциональные, определяющие функциональное пред­назначение и являющиеся основными, отличающими данное устройство от другого;

2) общетехнические, определяющие процесс отражения человеческого бытия в конкретном направлении техники — научные и производственные возможности общества;

3) конструктивные, являющиеся показателем объективной или субъективной ограниченности человеческого разума, отражающие степень разумности принимаемого решения.

Требования — мера безусловной необходи­мости, возмож­ности и разумности принимаемого проектного решения.

Определим комплекс необходимых функциональных тре­бований, ко­торым должны удовлетворять ПОУ как часть орудия. С этой целью исполь­зуем элементы системного под­хода.

Системный подход — это рассмотрение явлений и процес­сов в их взаимосвязи и взаимообусловленности, предполагаю­щее выявление, уста­новление и анализ связей между эле­ментами системы, формы связей и их на­правленности.

Для механических систем, к которым принадлежит и ар­тиллерийское орудие, можно выделить четыре формы связи ( рисунок 1.1):

— стационарная, определяющая взаимосопряженность деталей устрой­ства;

— функциональная, определяющая кинематику взаимо­действия эле­ментов устройства;

— энергетическая, определяющая энергообмен между деталями уст­ройства;

— информационная, определяющая режим ограниче­ний, целеуказаний.

Первые три вида связей характерны, прежде всего, для основных эле­ментов системы, определяющих ее функциони­рование. Четвертый вид связи относится к взаимообусловлен­ности основных и вспомогательных деталей системы и представлен, как правило, различными предохранительными ме­ханизмами.

Кроме того, эти связи могут быть одно- и двухсторонними. Указанные связи достаточно самостоятельны, но вместе с тем взаимообусловлены.

Рисунок 1.1 - Взаимообусловленность связей

Анализ связей ПОУ дает следующее.

1. Силовое воздействие одного элемента системы на другой можно уменьшить, если ввести между ними упругую связь (использовать закон сохранения импульса). ПОУ является упругой связью между стволом и лафе­том. Следовательно, одна часть ПОУ должна быть соединена со стволом, а другая - с лафетом.

2. Так как ствол перемещается по лафету, то упругая связь должна осуществляться на всем диапазоне его переме­щения.

3. Для обеспечения устойчивости всего орудия при откате и накате за­коны его движения должны быть строго опреде­ленными. Так как движение осуществляется под действием сил, а движущей силой в орудии является приведенная сила давления пороховых газов, характер изменения которой не согласуется с желаемым для обеспечения устойчивости, то необходимый за­кон движения будет обеспечен, если упругая связь будет управлять этим движением. Таким образом, упругая связь должна вырабатывать регулирую­

щую движе­ние силу — преобразовывать имеющуюся форму импульса силы давления пороховых газов в желаемую по условиям устойчивости форму импульса силы отдачи.

4. Так как длина отката — величина конечная, то приоб­ретенная откат­ными частями энергия должна быть преобра­зована в другие виды:

— упругопластической деформации элементов орудия и

грунта;

— потенциальную аккумуляторов энергии;

— кинетическую маховиков, механизмов затвора, струи жидкости;

— электромагнитную;

— тепловую.

В конечном итоге происходит преобразование всех видов энергии в тепловую.

5. Так как откатные части после отката следует вернуть в исходное по­ложение, на что необходимо затратить опреде­ленное количество энергии, то во время отката целесообраз­но эту часть энергии аккумулировать за счет, например:

— упругой деформации рабочего тела (сжатие или растя­жение пру­жины, сжатие газа, скручивание торсиона и т. п.);

— вакуумирования рабочей полости аккумулятора;

— накопления электроэнергии и т. д.

6. Для предотвращения самопроизвольного перемещения по лафету ствола при придании ему углов возвышения сле­дует создать в упругой связи соответствующее удерживаю­щее усилие.

Таким образом, ПОУ должны отвечать следующим функ­циональным требованиям:

1) создавать предварительное усилие, удерживающее ствол в исходном до выстрела положении на всех углах возвышения, допускаемых орудием;

2) обеспечивать надежную упругую связь между лафетом и стволом на всем пути его движения;

3) преобразовывать кинетическую энергию откатных частей в какие-либо другие виды энергии;

4) обеспечивать преобразование формы импульса силы давления поро­ховых газов в необходимую форму импульса силы отдачи.

Исходя из функциональных требований, можно дать сле­дующее опре­деление, ПОУ - это техническое устройство, обеспечивающее упругую связь между стволом и лафетом, уменьшающее действие по­роховых газов на лафет за счет преобразования формы импульса их силового воздействия, преобра­зующее кинети­ческую энергию откатных частей в тепловую и управ­ляющее движением откатных частей с целью обеспечения устойчи­вости орудия при выстреле.

Такое определение ПОУ не затрагивает конкретные тех­нические их реализации и обеспечивает проектировщику свободу выбора как физических принципов действия, на основе которых построена конструкция, так и ее не­посред­ственного решения.

Под общетехническими требованиями следует понимать:

— технологичность;

— точность изготовления;

— простоту устройства;

— надежность в эксплуатации и т. д.

Под конструктивными следует понимать требо­вания, обусловленные выбором той или иной конструкции ПОУ. Например, если в ПОУ использу­ется жидкость, то следует предъявить дополнительно требования, обусловлен­ные ее наличием:

— надежность уплотнений;

— отсутствие коррозии материалов ПОУ;

— механическая прочность жидкости;

— химическая стойкость жидкости;

— пониженное пенообразование и т. д.

В заключение следует подчеркнуть, что наличие на орудии ПОУ — лишь часть комплекса мер по уменьшению силового воздействия пороховых газов на орудие и повышению его устойчивости при выстреле.