Авиационную артиллерийскую установку

Силы и моменты, действующие на

В процессе боевого применения на ААУ действуют три вида нагрузок – от силы отдачи оружия, аэродинамические и инерционные.

Напомним, что силы и моменты являются векторными величинами. При определении сил и моментов будем предполагать, что направления действий этих сил и моментов известны

Сила отдачиоружия является основной нагрузкой, действующей на лафет при стрельбе из оружия. Она направлена вдоль оси канала ствола оружия. Величина силы отдачи определяется давлением газов на дно канала ствола, ударными нагрузками, возникающими за счет продольных перемещений оружия, и существенно зависит от упруго-инерционных свойств самого оружия и установки.

Графики силы отдачи (см. гл.4) характеризуются максимальным значением силы отдачи П_max и некоторым средним значением П_ср, к которому стремится сила отдачи в установившемся процессе колебания оружия на установке.

Значение максимальной силы отдачи оружия П_max определяется по закону изменения давления в канале ствола оружия во время выстрела. Например, при максимальном давлении в канале ствола р_m =300…400мПа у пушек калибра 23 мм максимальное значение силы отдачи П_max =130…170кН, а у пушек калибра 30 мм П_max =220…270кН.

Значение максимальной силы отдачи оружия П_max взначительной мере зависитот упруго-инерционных свойств установки и замеряется на специальном стенде, на котором имеется возможность моделировать упруго-инерционные свойства установок.

Величина средней силы отдачи оружия П_ср не зависит от упруго-инерционных свойств установки, а определяется только параметрами оружия и амортизатора (см. гл. 4).

Величина средней силы отдачи оружия П_ср рассчитывается по формуле

где – коэффициент, учитывающий темп стрельбы оружия, -коэффициент, учитывающий схему амортизатора, и по сути определяется как среднее значение баллистического импульса оружия I_б за время цикла оружия t_ц с учетом поправок на характеристики оружия и амортизатора.

Отношение максимального значения силы отдачи к среднему в низкотемпных образцах оружия лежит в пределах 5…10 и с увеличением темпа стрельбы уменьшается до 1,25…1,8.

Значения максимальной и средней силы отдачи используются при расчетах артиллерийской установки на прочность. При этом силовая конструкция установки рассчитывается на действие максимальной силы отдачи, а при определении нагрузок на привод при отсутствии эксцентриситета оружия относительно оси его вращения можно учитывать только среднее значение силы отдачи.

Аэродинамические нагрузки зависят от условий боевого применения ЛА (высоты и скорости полета, маневра), типа установки и месте ее расположения на ЛА, а также и от положения оружия на установке.

Обычно эти нагрузки представляются в виде силы лобового сопротивления X, подъемной Y и боковой Z силы. Каждая из них слагается из нагрузки, действующей на корпус ААУ, и нагрузки, действующей на выступающие в поток части оружия:

X = X_k + X_op; Y = Y_k + Y_op; Z = Z_k + Z_op.

Нагрузки, действующие на выступающие в поток части оружия, определяются выражениями:

X_op =

Y_op =

Z_op = _,

где с_i, i= – коэффициенты лобового сопротивления, подъемной и боковой сил оружия; kⁱ_op, где i= – коэффициенты интерференции установки на оружие; ρ – плотность воздуха; v_ор –скорость обтекания оружия воздушным потоком; n_op – коэффициент, учитывающий наличие нескольких образцов оружия на установке; S_ор –характерная площадь оружия. Перечисленные коэффициенты и характерная площадь оружия S_op на подвижных установках в общем случае зависят от положения оружия на ней в данный момент времени.

Нагрузки, действующие на корпус установки, определяются выражениями:

где приведены обозначения, аналогичные обозначениям в предшествующих формулах.

Коэффициенты сил, действующих на оружие, как правило, определяются экспериментально, так как выступающие части оружия имеют сложную конфигурацию. Во многих случаях выступающие части оружия могут быть идентифицированы цилиндром или другим телом определенной формы. В этом случае можно использовать теоретические расчеты и экспериментальные данные для предварительного определения сил, действующих на оружие.

Если на установке размещается несколько образцов однотипного оружия, то возможно аэродинамическое затенение одних образцов оружия другими. Так при размещении двух образцов однотипного оружия, идентифицированными цилиндрами, и полного затенения одного образца оружия другим, что наблюдается при расстоянии между стволами b менее суммы трех диаметров ствола d, коэффициент n_op, учитывающий наличие в данном случае двух образцов оружия на установке, принимается равным n_op =1. Рассмотренная ситуация характерна и для двуствольного оружия.

Если расстояние между двумя образцами оружия более 3d, значение коэффициента n_op возрастает, но по физике явления не может быть больше двух. Коэффициент n_op в этом случае может быть вычислен по приближенной зависимости

где – коэффициент лобового сопротивления оружия, находящегося в «тени».

В случае действия потока перпендикулярно плоскости осей каналов стволов оружия при аэродинамическое взаимодействие образцов оружия полностью исключается.

При уменьшении расстояния между осями образцов оружия суммарное лобового сопротивление возрастает. Возрастание суммарного лобового сопротивления расположенных рядом двух образцов оружия можно учитывать «возрастанием» коэффициентов лобового сопротивления каждого ствола оружия по эмпирической формуле

.

Таким образом, при определении, например, силы Х_ор (см. выше) необходимо принимать .

Инерционные силы вызываются силами тяжести, криволинейным движением ЛА и вращением подвижных частей установки. К ним относятся и ударные нагрузки, возникающие при посадке ЛА.

Нагрузка, действующая на i -тый элемент установки, определяются по формуле

,

где – масса i –того элемента установки; g – ускорение свободного падения; n^э – эксплуатационная перегрузка ЛА.

При условии задания скорости v и кривизны R полета ЛА эксплуатационную перегрузку можно получить из выражения

.

При расчете конкретного силового элемента установки на прочность учитываются все силы, действующие на данный элемент. При этом необходимо руководствоваться нормами прочности, в которых указаны расчетные случаи для конкретных типов установок и коэффициенты безопасности (запас прочности).

При расчете узлов крепления установки к ЛА берется суммарная сила, определяемая массой всех п элементов установки:

,

где G_уст – вес установки.

Инерционные нагрузки, вызываемые вращением подвижных частей самой установки, являются внутренними. Инерционные нагрузки, действующие на отдельные элементы установки, расположенные на вращающихся частях, определяются по вышеприведенным формулам.

При неравномерном вращении подвижных частей установки инерционные силы определяются через моменты инерции относительно осей вращения:

,

где – угловое ускорение подвижных частей установки вокруг данной оси вращения; – момент инерции подвижных частей установки (включая элементы привода), приведенные к оси вращения.

Теперь инерционная сила , действующая на -тый элемент конструкции установки массой m_i и находящийся на расстоянии r_i от оси вращения, определяется по формуле

.

При расчете силовых упоров, ограничивающих движение оружия на подвижных установках, момент инерции при торможении определяется как

,

где ;

– максимальная скорость вращения подвижных частей установки; – время углового перемещения установки при деформации концевого силового упора (порядка сотых долей секунды);

В последней формуле для исполнительного электрического двигателя с моментом инерции J_дв принято (см. гл. 6) .

Дата добавления: 2014-12-27