Живучесть стволов

Стремление повысить мощность и скорострельность ар­тиллерийских орудий неизбежно вызывает трудности в обеспече­нии ряда их эксплуатационных характеристик, в частности, прием­лемого срока службы стволов. Известно, что повышение начальной скорости снаряда, ужесточение режимов стрельбы приводит к ин­тенсивному износу канала ствола и, как следствие, к падению баллистических свойств орудия после непродолжительной эксплуата­ции, то есть к потере живучести ствола. Низкая живучесть ствола становится, таким образом, препятствием на пути совершенствова­ния всего ствольного комплекса, а вопросы износа и живучести вырастают в проблему, от решения которой во многом зависит прогресс в развитии ствольной артиллерии.

Общие положения по износу и живучести стволов. Под износом ствола понимаются всякие необратимые изменения поверхности канала ствола, обусловленные воздействи­ем на нее выстрела. Таким образом, износ ствола - это не только изменение размеров и формы его канала, но и образование на нем сетки трещин, химические и структурные превращения в материа­ле, остаточные деформации поверхности и т. д.

Под живучестью ствола понимается свойство ствола в составе орудия сохранять требуемые баллистические качества в процессе эксплуатации. Количественно живучесть определяется числом вы­стрелов, вызывающих такой износ ствола, при котором орудие пе­рестает обеспечивать решение присущих ему боевых задач с тре­буемой эффективностью.

Связь между износом и живучестью артиллерийских стволов проявляется через внутреннюю баллистику изношенного ствола и поведение снаряда в нем. У орудий раздельного заряжания износ начала ведущей части канала приводит к тому, что снаряд после досылки располагается дальше, чем в новом стволе на величину (рис. 2.23). Это в свою очередь приводит к увеличению началь­ного объема каморы, уменьшению пути снаряда и изменению ко­эффициента уширения каморы, что в совокупности и определяет падение дульной скорости снаряда. У орудий унитарного заря­жания нет изменений пути снаряда, коэффициента уширения и

Рис 2.23 Схема износа начального участка нарезов

а- положение ведущего пояска снаряда перед выстрелом в новом стволе, б - положение ведущею пояска снаряда перед выстрелом в изношенном стволе

начального объема каморы при изношенном стволе. Но и в этом слу­чае баллистический процесс и условия врезания и ведения снаряда существенно изменяются по сравнению с новым стволом. Так, движение снаряда начинается при давлении распатронирования, меньшем чем давление форсирования, а врезание в нарезы проис­ходит после того, как снаряд прошел некоторый путь и приобрел значительную скорость. Как и у орудий раздельного заряжания, существенно увеличивается трение, а прорыв газов в начале дви­жения снаряда еще более существенен. Все это в совокупности приводит к снижению дульной скорости снаряда и создает условия к срезанию ведущих поясков снаряда.

Практикой эксплуатации артиллерийских систем выработаны критерии, по которым оценивается живучесть стволов. Численные значения этих критериев могут меняться по тактико-техническим, экономическим и другим соображениям, так что приведенные ниже значения следует рассматривать как ориентировочные. Критерии живучести стволов:

1. Падение начальной скорости снаряда: на 10 % - для орудий наземной артиллерии; на 5 % - для орудий корабельной артилле­рии; на 3 % - для танковых и противотанковых пушек. Падению начальной скорости соответствует снижение максимального давле­ния пороховых газов при выстреле, что тоже может быть использо­вано в качестве критерия живучести.

2. Наблюдаемое три раза подряд восьмикратное увеличение произведения площади рассеивания.

3. Регулярное (более 30 %) невзведение инерционного взрыва­теля при стрельбе наименьшим зарядом.

4. Систематическое срезание ведущего пояска (срыв снаряда с нарезов) при стрельбе из нарезного ствола или демонтаж оперен­ного подкалиберного снаряда в гладкостенном стволе.

5. Увеличенная овальность пробоин при стрельбе по щиту. Для наземной артиллерии, например, принято, что при стрельбе на дис­танции 40.. 60 м отношение максимального размера хотя бы одной пробоины к ее минимальному размеру более 1,5 недопустимо, и ствол выбраковывается. При отношении 1,2... 1,5 ствол дополнительно проверяется на кучность боя.

Очевидно, что по перечисленным критериям орудия могут про­веряться только при специально организованных стрельбах с на­блюдениями и замерами, поэтому для штатных орудий всех образ­цов устанавливается число выстрелов, после которых на полигоне производятся контрольные испытания с замером начальной скоро­сти снарядов, с измерением кучности, овальности пробоин и т. д.

Испытания на живучесть ствола могут идти попутно со стрельба­ми, имеющими другие цели, но проводимыми при значительном расходе боеприпасов. В этом случае необходимо знать и использо­вать так называемые коэффициенты или таблицы приведения к ос­новному типу снаряда, к нормальной температуре заряда и к пол­ному заряду. В период между контрольными испытаниями наблю­дение за живучестью ствола производится по показателям износа. Принято подразделять износ на эрозионный, возникающий вслед­ствие термомеханического воздействия пороховых газов, механи­ческий - вследствие механического воздействия на поверхность канала ведущих элементов снаряда и химический, обусловленный химическим взаимодействием пороховых газов и металла ствола. В различных типах орудий имеются все три вида износа с превали­рующим влиянием эрозионного или механического, однако в лю­бом случае определяющим фактором износа является нагрев поверхности канала ствола.

Износ ведущей части канала ствола происходит неравномерно как по длине ствола и контуру нарезов, так и во времени эксплуа­тации. Большинство стволов артиллерийских орудий выходят из строя вследствие износа начала ведущей части канала. Неравно­мерность диаметрального износа канала ствола по длине для на­резных орудий показана на диаграмме рис. 2.24. Наибольшее уве­личение диаметра канала ствола по полям (назовем это диаметральным

`

Рис. 2.24 Диаграмма износа канала нарезного ствола в продольном и поперечном направлениях.

износом по полям) наблюдается на длине 5... 10 калибров от начала нарезов, минимальный износ — в средней части, несколько увеличенный - в дульной части. Обычно величина износа полей в 2...3 раза превышает износ по дну нарезов. Показатели износа прогрессируют во времени и в определенный момент приобретают характер интенсивного роста.

Отмеченные закономерности износа направляющей части кана­ла позволяют в период между контрольными испытаниями на жи­вучесть использовать в качестве критериев баллистического со­стояния ствола удлинение зарядной каморы или диаметральное увеличение размеров канала по полям (диаметральный износ по полям) .

И для замеров удлинения зарядной каморы, и для замеров диа­метрального износа применяются специальные механические и оп­тические инструменты, а переход к величине падения начальной скорости снаряда осуществляется с помощью таблиц, содержащих табулированную функцию V₀=f() или V₀= f(). Ука­занные таблицы составляются для образца орудия на контрольных испытаниях и соответствуют некоторому среднему закону измене­ния начальной скорости снаряда в зависимости от инструменталь­ного показателя износа.

Факторы, влияющие на живучесть стволов. Баллистические факторы Такие баллистические характеристики, как давление пороховых газов, скорость движения снаряда, время внутрибаллистического процесса и, в первую очередь, температура пороховых газов, являются определяющими для износа и живуче­сти стволов, так как именно от них зависит тепловая и силовая нагруженность рабочей поверхности канала ствола. В табл. 2.2 при­ведены результаты отстрела на живучесть 100-мм полевой пушки при порохах разной калорийности с наличием и отсутствием флегматизатора в составе заряда.

Таблица 2.2 Результаты отстрела на живучесть 100-мм пушки

Марка пороха	Удельная теплота сгорания кДж/кг	Температура горения, К	Живучесть, кол-во выстрелов	Наличие флегматизатора
100/56 НДТ-3 18/1 100/56 НФ-18/1 НДТ-3 18/1 (500 5/2)	3,60 3,19 3,60 3,27 3,19 2,82			есть есть нет нет нет нет

Конструктивные характеристики ствола и снаряда. Форма, конструктивные размеры, материал ведущих элементов снаряда и ведущей части канала ствола существенно влияют на показатели износа и живучесть ствола. Конусность и длина конуса врезания, уширение каморы, число, профиль, ширина, глубина и угол подъе­ма нарезов, с одной стороны, и конструкция, число и материал ве­дущих поясков, с другой стороны, определяют (наряду с баллисти­ческими характеристиками) усилия и динамичность взаимодейст­вия снаряда с нарезным каналом ствола. От интенсивности этого взаимодействия, происходящего, как правило, в разогретом стволе, во многом зависит интенсивность износа, а следовательно, и живу­честь ствола. Рекомендации о степени влияния отдельных конст­руктивных параметров ствола и снаряда на живучесть носят каче­ственный характер и базируются на опытных данных. Так, прове­денные опыты показали, что при увеличении глубины нарезов с 1 % до 1,5...2 % от калибра при соответствующем изменении конструк­ции ведущих элементов снаряда существенно повышается живу­честь стволов. Причем, критерием живучести становится падение начальной скорости, тогда как для стволов с мелкой нарезкой кри­терием служило систематическое срезание ведущих поясков. Так­же опытами установлено, что увеличение длины хода нарезов с 25 до 30 калибров дало увеличение живучести стволов на 10 %, одна­ко варьирование этой характеристикой затруднено из-за ее тесной связи с внешнебаллистическими характеристиками ствольного комплекса. Положительное влияние на живучесть оказывает умень­шение конусности конуса врезания, что приводит к большим раз­бросам баллистических характеристик орудия, особенно при раз­дельном заряжании. Ведущие пояски с буртиком и канавкой при применении углубленной нарезки позволили для орудий 57-мм и 85-мм калибров повысить живучесть ствола в 2.5...3 раза. Из­вестно, что износостойкость орудийных сталей с понижением кате­гории прочности ниже 0...75 существенно уменьшается, однако существенного повышения износостойкости при увеличении кате­гории до 0... 100 и выше не наблюдается.

В табл. 2.3 приведена сводка результатов отстрела на живу­честь 85-мм дивизионной пушки снарядами с ведущими поясками из различных материалов.

Эксплуатационные характеристики. Здесь в первую очередь имеются в виду режимы огня, характерные для орудия данного ти­па, но содержание и уход за каналом ствола в процессе эксплуата­ции орудия тоже играют существенную роль в обеспечении живучести ствола.

Таблица 2.3

Влияние на живучесть стволов материала ведущих поясков (85-мм пушка)

Ведущий поясок	Живучесть, кол-во выстрелов	Размеры ведущего пояска, мм
Медный Томпаковый Медноникелевый Железокерамический		Ширина ведущего пояска - 28 Ширина поля - 3,62 Глубина нарезов - 0.85

Своевременная чистка и смазка ствола, строгое вы­полнение положений по хранению и эксплуатации орудия способ­ствуют повышению живучести ствола.

Режим огня при оценке живучести характеризуется числом вы­стрелов на полном и уменьшенном зарядах и темпом стрельбы в группе (очереди), с перерывами между группами (очередями), числом выстрелов в цикле (до полного охлаждения ствола) и про­центом одиночных выстрелов. Все эти показатели режима стрель­бы существенным образом влияют на живучесть ствола. Для 130-мм полевой пушки живучесть составляет 1100 выстрелов на полном заряде, возрастает в четыре раза на первом уменьшенном заряде и в восемь раз на третьем. Влияние длины непрерывной очереди хорошо прослеживается на 57-мм зенитной автоматической пушке (темп стрельбы - 120 выстрелов в минуту). Так, живучесть ствола данной пушки при отстреле очередями по 15, 100, 200 и 300 вы­стрелов составляла при прочих одинаковых условиях соответст­венно 4500, 2200, 2050 и 1300 выстрелов, а такие же условия для 100-мм зенитной пушки (скорострельность 15 выстрелов в минуту) дали значения 2400. 1750, 1250, 950; для 130-мм орудия (скоро­стрельность 12 выстрелов в минуту) - 1150, 900, 700, 550. Кроме влияния длины очереди, здесь можно проследить тенденцию паде­ния живучести стволов зенитных орудий с ростом калибра, не­смотря на снижение скорострельности.

Совместное влияние длительности перерывов между группами выстрелов, числа выстрелов в группе и процента одиночных вы­стрелов показывает табл. 2.4, составленная по результатам испыта­ний противотанковой 57-мм пушки.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что вопросы из­носа и живучести стволов должны рассматриваться с учетом кон­кретных режимов боевого использования ствольных комплексов.

Таблица 2.4

Влияние эксплуатационных характеристик на живучесть стволов

(57-м м ПТП)

Число вы­стрелов в группе	Темп стрель­бы, выстрелов в минуту	Перерыв ме­жду группа­ми, мин	Число вы­стрелов в цикле	Процент одиночных выстрелов	Живучесть, кол-во вы­стрелов

Повышение живучести стволов. Мероприятия, на­правленные на повышение живучести артстволов, основываются на представлениях о влиянии различных факторов на износ и живу­честь стволов и могут быть представлены в виде трех групп: бал­листические мероприятия; конструктивно-технологические меро­приятия и защитные средства; эксплуатационные мероприятия.

К мероприятиям первой группы относятся такие решения, при которых сочетание внутрибаллистических характеристик дает наи­меньшую силовую и тепловую нагруженность поверхности канала ствола. Это в ряде случаев может быть достигнуто применением порохов с пониженной температурой горения (так называемых хо­лодных порохов), применением уменьшенных зарядов и в боль­шинстве случаев введением в состав заряда флегматизаторов.

Флегматизаторы представляют собой предельные углеводоро­ды, которые располагаются в виде слоев вокруг всего порохового заряда или отдельных пороховых элементов, либо наносятся на внутреннюю поверхность гильзы. При горении заряда флегматизатор, имеющий температуру разложения более низкую, чем порохо­вые газы, дает экранирующий эффект, эквивалентный снижению температуры горения пороха, так как частично изолирует стенку ствола от пороховых газов.

Влияние на живучесть флегматизаторов иллюстрируется табл. 2.5, составленной на основе обобщения опытных данных для орудий различной мощности. Высокая эффективность флегматизаторов обусловила их широкое применение в настоящее время в орудиях разных типов.

Ко второй группе мероприятий относится рациональный выбор конструктивных параметров ведущей части ствола и соответст­вующих конструкции и материала ведущих элементов снаряда. К сказанному выше следует добавить, что для уменьшения износа и обеспечения правильного функционирования ведущих элементов

Таблица 2.5

Влияние флегматизаторов на живучесть стволов

Калибр орудия,мм	Живучесть кол-во выстрелов
без флегчатизатора	с флегматизатором
		9000-11000
		3400-3700
	1100-1200	5650-5750
76,2	600-650	13OO-135O
	1500-1600

снаряда в новых и изношенных стволах особое внимание следует уделять обтюрации пороховых газов Последнее может быть обес­печено либо дополнительными обтюрирующими устройствами на снаряде (просальник, буртик на ведущем пояске), либо применени­ем углубленной нарезки в сочетании с правильно выбранным чис­лом нарезов, шириной полей нарезов и радиусов их скругления. Известно, что изменение глубины нарезов с 0.015d до 0,02d увели­чивает живучесть на 30 %, однако это снижает дальность стрельбы на 3-4 %.

К этой же группе мероприятий относится применение быстро­сменных стволов для орудий малых калибров либо лейнирующих втулок из специальных жаропрочных сплавов, например, на основе кобальта. Защитные покрытия на поверхность канала ствола могут быть нанесены либо в процессе его изготовления (например, хро­мирование), либо в процессе выстрела. В последнем случае в поро­ховой заряд вводят специальные составы, образующие при выстре­ле на поверхности канала защитный слой тугоплавких окислов (на­пример, SiO2), предохраняющий ее от действия пороховых газов последующего выстрела.

Важную роль в снижении износа стволов играют качество, и чис­тота обработки поверхности канала ствола и поверхностей веду­щих элементов снаряда. Это достигается применением высокоэф­фективных технологических процессов обработки глубоких отвер­стий (электрогидравлическое хонингование, алмазное хонингование и др.) в сочетании с точным изготовлением ведущих поверхностей снарядов.

И, наконец, радикальным конструктивным мероприятием, обес­печивающим высокую живучесть ствола, является искусственное охлаждение во всех его разновидностях.

К эксплуатационным мероприятиям (третья группа) относятся: строгое выполнение технических условий по хранению, уходу и сбе­режению орудий; своевременная и регулярная чистка и смазка ствола; соблюдение установленных режимов огня; использование уменьшенных зарядов в тех случаях, когда это возможно.

Дата добавления: 2015-07-02