Исследование возможности повышения характеристик артиллерийского вооружения за счет комплексного решения задач внутренней и внешней баллистики

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 7
ВВЕДЕНИЕ 10
ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИССЛЕДУЕМОМ ПРОЦЕССЕ 11
1.1 Сведения из истории развития внутренней и внешней баллистики 11
1.2 Артиллерийские пороха 16
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ВНУТРЕННЕЙ, ВНЕШНЕЙ БАЛЛИСТИКИ И ПОИСКА ОПТИМАЛЬНОГО РЕШЕНИЯ 21
2.1 Моделирование внутренней баллистики 21
2.1.1 Допущения модели 21
2.1.2 Уравнение состояния пороховых газов 22
2.1.3 Уравнение движения снаряда 23
2.1.4 Уравнение горения пороха 24
2.1.5 Уравнение энергии 27
2.1.6 Система уравнений ОЗВБ. Начальные условия 33
2.2. Моделирование внешней баллистики 35
2.3 Метод численного интегрирования уравнений внутренней баллистики 38
2.4 Постановка задачи оптимизаций 39
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ 41
3.1 Начальные данные для решения задач баллистики 41
3.2 Результаты поиска оптимальных значений внутребаллистических параметров 42
3.3 Результаты решения задачи внешней баллистики 46
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 49
ПРИЛОЖЕНИЕ 52

Весь текст будет доступен после покупки

В современных реалиях на полях сражений главным фактором победы является более выгодные позиций. Поэтому все стремятся увеличить дальность тяжёлого вооружения, особенно такого как артиллерия. Дальность стрельбы потенциально может снизить потери личного состава в вооружённых конфликтах поэтому данная тема является крайне актуальной.
Для увеличения дальности стрельбы можно рассматривать несколько направлений такие как:
• активно-реактивный снаряда;
• оптимизация характеристик пороховых элементов;
• оптимизация внешнебаллистических параметров.
В данной работе рассматривается осколочно-фугасный снаряд. Поэтому увеличивать дальность будем за счёт увеличения дульной скорости и оптимизаций угла наклона траекторий стрельбы.
Математические модели позволяют сократить дорогостоящие полевые испытания, особенно это актуально при поиске оптимальных вариантов, когда приходится решать одну и ту же задачу много раз.
Развитие и совершенствование артиллерийского вооружения и боеприпасов идет по пути увеличения их эффективности. Все эти задачи связаны с управлением протекания внутренних процессов при выстреле.
Пути повышения дульной скорости снарядов, базирующиеся на неклассических схемах, основаны как на вводе энергии в заснарядное пространство, так и на перераспределении энергии порохового заряда на ускорение снаряда. Экспериментальная отработка схем требует больших временных и материальных ресурсов. Математическое моделирование этих процессов помогает вскрывать основные закономерности функционирования новых схем ограничивать область рассматриваемых решений.

Весь текст будет доступен после покупки

1.1 Сведения из истории развития внутренней и внешней баллистики

История баллистики тесно связана с историей развития артиллерии. Ряд выдающихся ученых, особенно математиков, занимался вопросами баллистики еще до средних веков. Так, итальянский ученый Н. Тарталья (ХVI век) написал труд «Вопросы и открытия, относящиеся к артиллерийской стрельбе». Баллистикой занимались такие выдающиеся ученые, как Г. Галилей, Э. Торричелли, М. Мерсен, М.В. Ломоносов, Л. Эйлер, Д. Бернулли [7].
М. Мерсен в 1644 г. предложил назвать науку о движении снаряда баллистикой (от греческого слова «балло» - бросать, метать).
Как самостоятельная, определенная область науки, баллистика получила широкое развитие с середины XIX века. Баллистика многим обязана трудам великих русских математиков Н.И. Лобачевского, П.Л. Чебышева, М.В. Остроградского, замечательным работам воспитанников Михайловской артиллерийской академии А.А. Фадеева, Н.В. Майевского, Н.А. Забудского, В.М. Трофимова, Н.Ф. Дроздова и др.
В 1857 г. русский химик Л.Н. Шишков, преподаватель артиллерийской академии, публикует совместно с немецким ученым Р.В. Бунзеном первую работу по теории горения порохов.
В 1860 г. капитан русской армии А.П. Горлов написал статью о движении снаряда в канале нарезного оружия. Часть этой работы была опубликована в 1862 г. в отчетах Парижской академии наук.
В 1868 г. полковник Н.П. Федоров установил влияние условий горения пороха на состав продуктов горения [7].
Эти работы явились основой для развития правильных положений о горении пороха при выстреле и были использованы в дальнейших трудах по внутренней баллистике.
К 60-м годам относится изобретение двух основных приборов экспериментальной баллистики, широко применяемых до настоящего времени, - хронографа Ле-Буланже для измерения скорости снаряда (Бельгия) и крешера А. Нобеля для измерения давления пороховых газов (Англия).
Из наиболее крупных ученых второй половины XIX века следует отметить профессора, члена-корреспондента Академии Наук Н.В. Маевского (1823-1892 гг.). Хотя мировую известность Н.В. Майевский приобрел трудами в области внешней баллистики, но он многое сделал и в деле развития внутренней баллистики. Так, в 1856 г., задолго до опытов А. Нобеля с крешерными приборами, он создает оригинальный способ определения давления пороховых газов и впервые получает кривую давления газов. Рассчитанная Н.В. Майевским по этим данным пушка показала на проведенных испытаниях значительно лучшие результаты, чем орудия других конструкторов, в том числе и английских [7].
В 1870 г. в России был издан первый курс внутренней баллистики, написанный преподавателем Артиллерийской академии полковником П.М. Альбицким. В 1885 г. издается курс внутренней баллистики полковника В.А. Пашкевича (Артиллерийская академия), а в 1901 г.– А.Ф. Бринка и И.П. Граве (Артиллерийская академия).
В последней четверти ХIХ века внутренняя баллистика обогащается целым рядом законов и открытий, связанных с разработкой и исследованием свойств бездымного пороха.
Н.А. Забудский (1853-1917 гг.), выдающийся ученый-артиллерист, пишет труды: «О давлении газов бездымного пороха в канале пушки», за который был удостоен большой Михайловской премии (1894 г); «О давлении пороховых газов в канале 3-дюймовой пушки и скоростях в различных сечениях» и другие работы.
Начало ХХ века ознаменовалось в истории развития внутренней баллистики работами Н.Ф. Дроздова (1862-1954 гг.), который в 1903г. впервые в мире дал точное решение основной задачи внутренней баллистики. В 1920 г. он составил таблицы для определения наибольших давлений и скоростей снаряда в канале ствола. Эти таблицы легли в основу проектирования артиллерийских систем. Работая в Артиллерийской академии по очень широкому кругу вопросов, Н.Ф. Дроздов продолжал свои работы по внутренней баллистике. В 1941 г. он опубликовал труд «Решение задач внутренней баллистики для бездымного пороха трубчатой формы». В 1947-1948 гг. были изданы еще два труда Н.Ф. Дроздова: «О свойствах орудий наибольшего могущества и о решении задачи внутренней баллистики для простого и комбинированного зарядов». За эти труды Н.Ф. Дроздов получил звание заслуженного деятеля науки и техники и Сталинскую премию [7].

Весь текст будет доступен после покупки

1. Ассовский, И.Г. Физика горения и внутренняя баллистика / И.Г. Ассовский. – М.: Наука 2005. – 357 с.
2. Бурлов В.В. и др. Баллистика ствольных систем. – М.: Машиностроение, 2006. – 461 с.
3. Русяк И.Г., Липанов А.М., Ушаков В.М. Физические основы и газовая динамика горения порохов в артиллерийских системах: монография. – М. Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2016. – 456 с.
4. Серебряков М.Е. Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ракет. – М.: Оборонгиз, 1962. – 703 с.
5. Хмельников Е.А. и др. Решение основной задачи внутренней баллистики: учебное пособие – Нижний Тагил: НТИ (ф) ГОУ ВО УГТУ-УПИ, 2014. – 99 с.
6. И. Г. Русяк, В. А. Тененев. Моделирование баллистики артиллерийского выстрела с учетом пространственного распределения параметров и противодавления. –КОМПЬЮТЕРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 2020 Т. 12 № 5 С. 1123–1147
7. Лосик, А.В., Щерба, А.Н. Производство пороха в России от его возникновения и до XX в. / Вестник Санкт-Петербургского университета. Сер. 2. Вып. 4. Ч. II. С. 74–82
8. Лукьянов, П.М. История химических промыслов и химической промышленности России до конца XIX века. М.: Изд-во Акад. наук СССР, 1951. 618 с.
9. Плотто, В.К. О свойствах пороха, на основании которых можно исследовать его действия / Артиллерийский журнал. 1809. № 1. С. 38–64
10. Хартман К., Лекций Э., Шефер В. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. М.: Мир,1977.552 с.

Весь текст будет доступен после покупки