Проектировании стволов артиллерийских орудий

глубину нарезов;

радиус закругления углов нарезов и полей;

угол наклона  нарезов на дульном срезе и в начале направляющей части канала ствола;

уравнение кривой нарезов (в случае применения прогрессивной нарезки).

При определении  размеров и числа нарезов стремятся обеспечить легкое врезание ведущего пояска и надежное ведение снаряда по каналу ствола. Для облегчения врезания ведущего пояска необходимо уменьшать число нарезов, а надежное ведение снаряда по каналу требует увеличения числа и глубины нарезов. Требования эти противоречивы, поэтому число и размеры нарезов выбирают в зависимости от начальной скорости и массы снаряда, а также от качества материала и формы ведущего пояска.

Ширина нареза определяется из условия равнопрочности выступов ведущего пояска и полей канала ствола. Например, если ведущий поясок изготовлен из меди, прочность которой в 1,5…2,5 раза меньше прочности материала ствола, то ширина нарезов делается в 1,5…2,5 раза больше ширины поля, то есть

.                                            (4.13)

Число нарезов в канале ствола вычисляется по формуле

.                                               (4.14)

При расчете числа нарезов принимают

 мм.                                      (4.15)

Полученная величина округляется до числа, кратного четырем (так как нарезка проводится четырехрезцовой фрезой). Например, у 122-мм гаубицы   Д-30 – 36 нарезов, у 152-мм гаубицы 2А65 – 48 нарезов. Иногда у мощных пушек в целях повышения живучести ствола число нарезов делается меньшим, например, у 152-мм пушки 2А36 – 40 нарезов.

После определения  числа нарезов уточняется ширина нарезов и полей, чтобы выполнялось последнее равенство с округленным значением .

Теоретически обосновать выбор глубины нарезов трудно, так как в этом вопросе имеется ряд противоречивых требований. Так, с одной стороны, для уменьшения давления врезания пояска в нарезы, экономии меди на изготовление ведущего пояска, а также для уменьшения сопротивления воздуха снаряду в полете глубина нарезов должна быть небольшой. С другой стороны для улучшения ведения снаряда по направляющей части канала ствола и уменьшения чувствительности баллистических характеристик ствола к его износу целесообразно увеличивать глубину нарезов.

Поэтому при выборе глубины нарезов  пользуются рекомендациями, выработанными практикой:

          (4.16)

Нарезы с глубиной называют нормальными (однопроцентными), с – углубленными, а с – глубокими.

Увеличение глубины  нарезов повышает живучесть стволов, но при этом несколько уменьшает  дальность стрельбы. Так, например, глубина нарезов  вместо увеличивает живучесть ствола примерно в два раза, а дальность полета снаряда уменьшается примерно на 2–3 %.

Радиус закругления углов нарезов и полей определяется по формуле

 мм.                                           (4.17)

Перед расчетом угла наклона нарезов  необходимо при принятых размерах нарезов  проверить поля направляющей части  канала ствола и ведущего пояска снаряда на прочность.

Расчет полей направляющей части  канала ствола на прочность производится на изгиб и срез под действием силы нормального давления ведущего пояска снаряда на боевую грань нареза.

Поле нареза принимается в виде консоли прямоугольного сечения      (рис. 4.1).

Напряжение изгиба определяется по формуле

,                                               (4.18)

где    – изгибающий момент,

;                                                                                                   (4.19)

 – момент сопротивления  сечения,

;                                                                                               (4.20)

 – ширина ведущего пояска снаряда.

Напряжение среза определяется по формуле

.                                                    (4.21)

Окончательно условием прочности  поля по приведенным суммарным напряжениям будет выражение

,                                (4.22)

где – предел упругости материала ствола.

Проверка полей направляющей части канала ствола на прочность проводится после выбора материала ствола.

Ведущий поясок снаряда проверяется на смятие, так как его материал менее прочен по сравнению с материалом ствола. Условие прочности ведущего пояска снаряда на напряжения смятия имеет вид:

,                                          (4.23)

где – допустимое напряжение смятия.

В качестве допустимого напряжения смятия принимается:

Параметры нарезки для современных  артиллерийских орудий приведены в  табл. 4.7.

Таблица 4.7

Параметры нарезки  артиллерийских орудий

Калибр ствола и начальная скорость снаряда	Зенитные  орудия		Буксируемые и танковые орудия
	, %		, %
Стволы малого и среднего калибра, м/с	1,5...2,0	1,5...1,7	2,0	1,1...1,4
То же, м/с	2,0	1,1...1,4	2,0...2,5	1,0...1,2
Стволы крупного калибра,  м/с	2,0	1,3...1,6	2,0	1,3...1,6
То же, м/с	2,0	1,0...1,3	2,0	1,3...1,6

Выбор крутизны нарезов является одним из основных вопросов при проектировании направляющей части ствола. Этот вопрос усложняется, если орудие в комплекте боеприпасов имеет несколько типов зарядов и снарядов.

При выборе крутизны нарезов  исходят из выполнения двух противоречивых требований: обеспечения прочности ведущего пояска и устойчивости снаряда на полете. Для исключения срыва ведущего пояска с нарезов крутизну их следует делать как можно меньше, а для улучшения устойчивости полета снаряда крутизну нарезов необходимо увеличивать.

От крутизны нарезов в дульной части ствола зависит угловая скорость вращения снаряда, его устойчивость в полете и, в конечном счете, кучность стрельбы.

Шаг нареза в дульной части ствола, обеспечивающий снаряду необходимую скорость вращения, определяется по формуле внешней баллистики (формула Забудского – Вентцеля):

,                                       (4.24)

где    – коэффициент запаса устойчивости, ;

 – коэффициент, характеризующий распределение массы снаряда относительно его оси, ;

 – отношение экваториального  момента к полярному моменту  инерции снаряда, ;

 – коэффициент длины снаряда, вычисляемый по формуле:

;                                        (4.25)

 – коэффициент длины снаряда,  вычисленный для снаряда, имеющего длину 4,5 калибра. Величина этого коэффициента определяется по      табл. 4.8.

Таблица 4.8

Зависимость коэффициента

от начальной скорости снаряда

, м/c	700	740	780	800	850	900	950	1000	1050	1100	1150	1500
	0,96	0,95	0,93	0,92	0,90	0,90	0,90	0,90	0,90	0,89	0,88	0,80

 – условное плечо аэродинамического  момента (рис. 4.2):

.                                    (4.26)

Расчет шага нареза в дульной  части ствола по формуле (4.24) является необходимым, но не достаточным условием обеспечения устойчивости снаряда на всей траектории полета.

Устойчивость снаряда на криволинейном  участке траектории определяется по методике внешней баллистики, в основе которой лежит проверка выполнения условия

,

где – расчетный угол динамического равновесия в вершине траектории;

 – допустимый угол динамического  равновесия.

После определения шага нареза в  дульной части  определяется угол наклона нареза:

.                                           (4.27)

Если окажется, что  , то можно принять нарезку постоянной крутизны, если , то – прогрессивной.

Если принята нарезка прогрессивной крутизны, то определяется угол наклона нарезов в начале направляющей части по формуле Н. Ф. Дроздова:

.                                     (4.28)

Чаще всего уравнение кривой прогрессивной нарезки задается уравнением квадратичной параболы , начало координат которой находится на продолжении нарезной части и удалено от нее на расстояние (рис. 4.3).

Для определения параметра найдем производную: .

Тогда при  имеем ;

при получим .

Откуда

,

.                                          (4.29)

Следовательно, уравнение кривой нарезов  имеет вид

.

 

Коэффициент нарезки в соответствии с формулой (3.3) будет равен

,                               (4.30)

или с учетом (4.29)

.

4.5. РАСЧЕТ КАМОРНОЙ ЧАСТИ КАНАЛА СТВОЛА

Порядок расчета каморной части канала ствола артиллерийского орудия рассмотрим на примере каморной части для унитарного заряжания.

Исходными данными для расчета  каморной части канала ствола являются величины, полученные из баллистического расчета ствола:

 – объем зарядной каморы;

 – длина зарядной каморы;

 – коэффициент уширения  зарядной каморы.

В задачу расчета входит определение конструктивных размеров каморной части канала ствола, обеспечивающих ее соответствие расчетным данным внутренней баллистики.

Конструктивные размеры каморной части канала ствола для унитарного заряжания показаны на рис. 4.4.

Объем каморы определяется как сумма объемов:

,                                        (4.31)

где    – объем материала гильзы;

 – объем запоясковой части  снаряда.

Принимают: ; .

 

Расчет конструктивных размеров каморы обычно начинают с расчета соединительного конуса. При этом нарезы должны захватывать 2/3 длины соединительного конуса (рис. 4.5).

Задаваясь конусностью соединительного конуса и зная глубину нарезов , определяют длину конуса .

Из геометрических соображений  находим:

.                                              (4.32)

Из выражения для конусности

находим

.                                          (4.33)

 

После подстановки (4.33) в (4.32) и соответствующих преобразований получим

.                                               (4.34)