Стартерные устройства и особенности их расчета

В многоствольном оружии с высоким темпом стрельбы, где угол воспламенения отрицательный, поступление газа из стволов в цилиндр двигателя автоматики вначале разгона блока стволов будет происходить при недоходе поршнем мертвой точки. По этой причине в этих образцах оружия один газопороховой двигатель не в состоянии раскрутить блок стволов. Эта задача решается стартером. В то же время выбор отрицательного значения угла φ_В в таком оружии обеспечивает устойчивую его работу при установившемся темпе стрельбы и в сочетании со стартером гарантирует быстрый выход на установившийся режим.

В оружии с положительным углом воспламенения раскрутка блока стволов может быть осуществлена непосредственно газопороховым двигателем. Однако время выхода оружия на установившийся режим будет в этом случае слишком большим, что приведет к существенному уменьшению действительного (среднего в очереди) темпа стрельбы. Кроме того, при разгоне блока стволов только газопороховым двигателем потребуется введение в оружие специального механизма для фиксации блока стволов в положении, при котором может быть осуществлено воспламенение капсюля патрона, что усложняет конструкцию оружия. В связи с этим в многоствольных пушках и пулеметах с внутренним газопороховым двигателем применяются специальные стартеры для разгона блока стволов.

Предварительный разгон блока стволов стартером позволяет:

– сократить время выхода оружия на режим расчетного темпа стрельбы и, следовательно, увеличить общее число снарядов, выпущенных за время стрельбы;

– лучше согласовать мощностную характеристику двигателя N _ДВ (Т) с характеристикой мощности сил сопротивления N _АВТ (Т) в целях получения устойчивого расчетного темпа стрельбы;

– исключить специальный механизм останова и фиксации блока стволов в положении, когда очередной патрон дослан в канал ствола, ствол закрыт и можно производить воспламенение капсюля.

В настоящее время в многоствольном оружии нашли применение пневматические, пиротехнические, электрические и пружинные (торсионные) стартеры.

Пневматические стартеры просты по устройству, удобны в эксплуатации, обладают достаточной мощностью при небольшой массе и габаритах и обеспечивают многократность срабатывания, не загрязняют оружия. Однако они требуют источника сжатого воздуха, который на съемных установках иметь нежелательно по соображениям экономии массы и габаритов.

Пиротехнические стартеры также развивают достаточную мощность при малой массе и небольших габаритах, но они допускают ограниченное количество запусков оружия и, следовательно, ограниченное число очередей в полете, определяемое количеством пиропатронов в стартере. Использование пиростартеров вызывает дополнительное загрязнение деталей оружия пороховым нагаром и затрудняет его эксплуатацию.

Электрические и пружинные стартеры, как менее мощные, получили применение в оружии малого калибра (пулеметах). Иногда используются стартеры комбинированного действия. Например, первый запуск может осуществляться с помощью пиропатрона, а последующие – за счет энергии пружины, которая взводится блоком стволов при его останове.

В американской шестиствольной 20-мм пушке GAU-4A, являющейся модернизацией известной пушки «Вулкан» М-61, разгон блока стволов осуществляется за счет кинетической энергии маховика, предварительно раскручиваемого небольшим электродвигателем.

Стартер должен обеспечивать разгон блока стволов до определенной угловой скорости ω_О на заданном угле поворота блока φ_О. Угол φ_О выбирается из условия досылания первых (одного-двух) патронов в положение готовности для стрельбы. Следовательно, угол φ_О должен быть больше угла поворота блока на участке досылания и запирания (φ_О + φ_З). Из условия обеспечения оптимального режима и приемлемого времени разгона блока угловую скорость, до которой блок разгоняется стартером, принимают равной

,

где ω_уст – угловая скорость установившегося вращения блока при заданном темпе стрельбы Т _уст.

В дальнейшем на участке от ω_О до ω_уст разгон блока будет производиться двигателем пушки.

Для повышения надежности разгона стартер обычно отключают через некоторое время после начала работы двигателя, т. е. вводят участок совместной работы стартера и двигателя.

Анализ движения блока стволов при разгоне можно выполнить общими методами исследования механизмов оружия, используя для этого дифференциальное уравнение (3.23). Однако точное решение с учетом переменности масс, передаточных чисел, к.п.э., а также действующих сил и моментов, получается достаточно сложным и трудоемким.

Далее будет рассмотрен приближенный метод анализа движения блока при разгоне, дающий приемлемую для многих практических задач точность результата.

Движение блока стволов на участке разгона можно приближенно описать дифференциальным уравнением

,

где J – приведенный момент инерции блока стволов с учетом всех механизмов оружия (с достаточной для практики точностью его можно принять постоянным);

М _СТ – приведенный к блоку стволов движущий момент, развиваемый стартером;

М _АВТ – момент сил сопротивления автоматики.

Для каждого значения скорости ω момент сопротивления может быть получен из зависимости

.

Для приближенных расчетов зависимость мощности сил сопротивления автоматики N _АВТ от угловой скорости ω можно принять квадратичной зависимостью, т. е.

N _АВТ = аω ².

В этом случае момент М _авт будет линейной функцией ω

M _АВТ = аω.

Величину момента, развиваемого стартером М _ст. примем постоянной. Ошибка от такого приближения приведет к некоторому увеличению расчетного времени разгона.

При этих допущениях дифференциальное уравнение разгона блока стволов запишется в виде

.

Получим линейное уравнение первого порядка с постоянными коэффициентами. Интегрирование его до момента получения угловой скорости ω₀ дает

, (3.40)

где ω_m – максимальная угловая скорость, которую может развить стартер, определяемая выражением

.

Коэффициент пропорциональности а получают путем обработки расчетной кривой N _АВТ (Т), имея в виду, что

.

Формула (3.40), определяющая время разгона блока стволов стартером, может быть использована для расчета основных конструктивных параметров стартера. Практические приемы расчета изложены в пособиях [8], [11].

Для определения времени выхода оружия на режим установившегося темпа стрельбы необходимо решить уравнение движения блока стволов на участке от окончания работы стартера, когда угловая скорость блока стволов достигает ω_О до установившейся скорости ω_УСТ, соответствующей расчетному темпу стрельбы.

Приближенно эта задача легко решается, если момент сил сопротивления на этом участке линеаризировать зависимостью М _АВТ= аω, а момент, развиваемый пороховыми газами, осреднить постоянным значением М _ДВ = const. При этих допущениях решение уравнения движения блока стволов на этом участке (по аналогии с решением уравнения движения под действием стартера) дает

,

где t – время движения на участке от ω_О до текущего значения ω.

Время разгона от ω_О до ω_УСТ определяется до достижения ω = 0,95ω_УСТ (так как при ω → ω_УСТ, t → ∞).

Тогда получим

,

а полное время разгона блока стволов будет

t _РАЗ = t ₀ + t _0,95.

На рисунке 3.9 приведен примерный график выхода блока стволов на режим расчетного (установившегося) темпа стрельбы, имеющий три участка. На первом участке происходит разгон блока только стартером. При этом первый патрон досылается в патронник ствола. После первого выстрела стартер не отключается, а продолжает разгон блока совместно с двигателем автоматики на участке, где происходит еще один-два выстрела, что повышает надежность разгона блока стволов. Затем стартер отключается и блок стволов, разгоняемый двигателем автоматики, набирает скорость, соответствующую установившемуся темпу стрельбы.

Общее время разгона в существующих образцах оружия не превышает 0,1 – 0,2 с. При таком времени разгона потеря темпа стрельбы за секундную очередь не превышает 5—10%.

Рассмотренный выше случай разгона блока стволов характерен для авиационных пушек ГШ-6-23 и ГШ-6-30 [5]. Разгон блока стволов в авиационном пулемете ЯкБ-12,7 может осуществляться пиростартером или торсионом. Раскрутка блока стволов от торсиона является штатной работой пулемета ЯкБ-12,7. При подготовке пулемета ЯкБ-12,7 к боевому применению каждый раз производится взведение торсиона от ручки. После отпускания кнопки стрельбы торсион взводится вновь от энергии двух последних патронов в очереди. Если по какой-то причине торсион не взводится, то раскрутка блока стволов производится [7] от пиростартера.

В авиационном пулемете ГШГ-7,62 раскрутка блока стволов осуществляется с помощью электрического двигателя.

Глава 4. Основы исследования силового воздействия оружия на артиллерийскую установку и летательный аппарат

Дата добавления: 2014-12-27