Text
ншшцш
ВВОРУЖЕНИЕ
АРТИЛЛЕРИЙСКОЕ ВООРУЖЕНИЕ
основы УСТРОЙСТВА и КОНСТРУИРОВАНИЕ
Допущено
Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебника для студентов высших учебных заведений
Москва «МАШИНОСТРОЕНИЕ»
1975
А86
УДК Л623-94 (075.8)
Артиллерийское вооружение. Основы устройства и конструирование. Учебник для вузов. Под ред. док-pa техн, наук, проф. И. И. Жукова. М.. «Машиностроение», 1975, 420 с.
Авт.: И. И. Жуков, В. А. Башкатов, Т. М. Городинский, Н. Н. Донец, А. И. Данилов, Л. М. Крупчатников, И. Г. Лившиц, Г. Ф. Николаев, Г. Н. Рыбин. П. А. Токарев.
Учебник посвящен вопросам устройства и конструирования артиллерийских орудий. В нем- обобщены и систематизированы сведения о современных артиллерийских'орудиях. Наряду с основами устройства и действия артиллерийских орудий описаны физические процессы, протекающие при выстреле, проанализированы возможности обеспечения прочности деталей и узлов, а также пути повышения надежности их функционирования (с учетом технологических и экономических факторов). Рассмотрены конструктивные схемы, типовые механизмы и узлы (ствольно-затворная группа, противооткатные устройства, уравновешивающие механизмы, механизмы наведения, прицельные устройства и др.). Даются основы анализа конструкций с точки зрения рациональной компоновки, уменьшения массы, применения недефицитных материалов, рационального распределения усилий, удобства эксплуатации (в повседневных 'и боевых условиях), ремонтопригодности и т. д. Кратко изложены вопросы экспериментальной oipaooiKii конструкций.
Книга будет • полезна также инженерно-техническим работникам оборонной промышленности
Табл. 7, ил. 259, список лит. 10 назв.
Рецензент заслуженный деятель Ю В. Чуев.
науки и техники, д-р техн, паук, проф.
31808-232
038(01)-75
232-75
Ф Издательство «Машиностроение», 1975
ПРЕДИСЛОВИЕ
В книге рассмотрены вопросы устройства и конструирования артиллерийских орудий, пути разработки конструкций, удовлетворяющих тактико-техническим требованиям, и инженерный анализ типовых конструкций с учетом взаимодействия агрегатов и механизмов орудия при боевой и служебной эксплуатации, а также технологических и экономических факторов.
В отечественной литературе подобный учебник под ред. проф. Д. Е. Козловского был издан более тридцати лет тому назад. Большие изменения в техническом уровне вооружения, вызванные научно-техническим '.прогрессом во всех областях техники за прошедшие годы, потребовали создания нового учебника, задача которого — обобщить и систематизировать огромный опыт конструирования.
Кроме того, следует отметить, что книги, вышедшие в последа ние годы и посвященные вопросам артиллерийского вооружения, не предназначались для подготовки инженеров. В этих книгах основное внимание было уделено вопросам устройства, и действия .артиллерийских орудий и их механизмов, в то время как вопросы инженерного анализа технических средств, необходимые для решения задач, возникающих при разработке орудия, были рассмотрены недостаточно. В других книгах подробно исследуются вопросы математического описания процессов, протекающих в орудии при выстреле, изложены способы расчета и оценки конструкций, в то время как методика выбора самой конструкции, анализ ее эксплуатационных, технологических и экономических показателей, а также накопленный опыт разработки конструкций освещены в значительно меньшей степени.
Основной целью настоящей книги является систематизация накопленного опыта конструирования, ознакомление учащихся с типовыми конструктивными решениями, а также с основами инженерного анализа и оценкой принимаемых технических решений.
Основное внимание уделено вопросам устройства и конструирования самого орудия, однако авторы были вынуждены коснуться смежных вопросов, знание которых необходимо при разработке артиллерийского комплекса, например, устройства
3
боеприпасов, прицельных устройств и приборов наведения. Однако данные, приводимые здесь, необходимы для инженеров, занятых разработкой самого орудия, но недостаточны для разработчиков боеприпасов и приборов наведения, которым присуща своя глубокая специфика.
Учитывая современные тенденции, авторы уделили особое внимание вопросам автоматизации механизмов и функционирования их на самоходных лафетах.
Теоретические вопросы анализа физических процессов, протекающих в орудии при выстреле, их математическое .описание, а также получение зависимостей для расчета конструкций не вошли в настоящую книгу.
Введение, главы 1, 4, 12, а также разделы 6.7 и 11.8 нализаны Жуковым И. И.; гл. 2 — Лившицем И. Г.; гл. 3, кроме разд. 3.4 — Крупчатниковым Л. М.; гл 5 — Городинским Т. М.; гл. 6, кроме разделов 6.5 и 6.7 — Николаевым Г. Ф.; гл. 7, а также раздел 6.5 — Башкатовым В. А.; гл. 8 — Донцом Н. Н.; гл. 9, а также разд. 3.4 — Токаревым П. А.; гл. 10 — Даниловым А. И.; гл. 11 —Рыбиным Г. Н.
Авторы выносят искреннюю благодарность Алексееву В. М., Белову А. В., Беляеву Б. А., Васину В. А., Иванову Ю. А., Копылову Л. П., Лавскому В. И., Малючковой Ж. Н., Микеладзе В. В., Самусенко В. И. и Чернявской Н. М. за помощь при подготовке рукописи к изданию.
Авторы выражают глубокую благодарность заслуженным деятелям науки и техники РСФСР докторам технических наук, профессорам Б. В. Орлову и Ю. В. Чуеву за ряд ценных советов й указаний, сделанных при рецензировании настоящего труда.
Все замечания по книге просьба направлять по адресу: Москва, Б-78, 1-й Басманный пер., д. 3, издательство «Машиностроение».
4
ВВЕДЕНИЕ
Артиллерия находится на вооружении трех видов вооруженных сил: сухопутных, морских и воздушных. Она действует во всех видах и периодах боя, являясь огневой силой.
Артиллерия сухопутных войск тесно взаимодействует с танками, пехотой и авиацией, помогая им своим огнем при решении общих боевых задач; подавляет сопротивление противника и расчищает путь своим войскам при наступлении; придает устойчивость обороне, преграждая путь врагу.
Морская артиллерия (корабельная и береговая) предназначена для борьбы с морскими, береговыми и воздушными целями. Она способна поражать корабли противника и препятствовать высадке морских десантов.
Авиационная артиллерия служит для вооружения боевых самолетов. Авиационные пушки являются автоматическими и обладают высокой скорострельностью.
Совместно с ракетным оружием артиллерия защищает объекты от воздушного противника.
Советская артиллерия унаследовала лучшие традиции русской артиллерии.
Значительный вклад в развитие артиллерии внесли выдающиеся отечественные ученые Н. В. Маевский, Н. А. Забудский, А. Д. Засядко, К. И. Константинов, А. В. Гадолин, А. П. Энгель-гард, Д. К. Чернов, Р. А. Дурляхов и др.
С первых дней Советской власти Коммунистическая партия и В. И. Ленин придавали огромное значение развитию и совершенствованию артиллерии.
В 1918 г. при Артиллерийском Комитете ГАУ была создана комиссия особых артиллерийских опытов (КОСАРТОП) под
5
председательством известного баллистика и конструктора В. М. Трофимова. На нее возлагалась задача проведения научно-исследовательских и экспериментальных работ во всех областях артиллерийской науки и техники, с учетом большого опыта первой мировой войны. В работе этой Комиссии активно участвовали такие ученые, как академики А. Н. Крылов и П. П.' Лазарев, профессора Н. Е. Жуковский, С. А. Чаплыгин, Н. Ф. Дроздов, Г. А. Забудский, С. Г. Петрович и многие другие. По результатам работы Комиссии были определены научно обоснованные пути разработки нового артиллерийского вооружения. Было положено начало созданию советской научной школы ученых-баллистиков и артиллерийских конструкторов.
После окончания гражданской войны в период восстановления народного хозяйства приводилась в порядок унаследованная от старой царской армии боевая техника. Из арсенала вооружения старой армии были отобраны лучшие образцы орудий для Красной Армии.
В это время интенсивно велась подготовка к созданию новых образцов вооружения, которые по своим боевым и техническим качествам, могли бы удовлетворять возрастающим требованиям.
В годы первой пятилетки была осуществлена модернизация основных образцов орудий нашей артиллерии. Главные задачи модернизации — увеличение дальнобойности на 15—50%, улуч-шение точности стрельбы и повышение подвижности — удалось решить успешно. Это было достигнуто удлинением стволов, увеличением массы пороховых зарядов, улучшением баллистических качеств снаряда и заменой деревянных колес орудий металлическими с резинов&ми шинами.
Наряду с модернизацией старых систем создавались и новые образцы артиллерийских орудий. В результате этого в период 1933—1940 гг. произошло полное перевооружение артиллерии.
За это короткое время были успешно разработаны, испытаны и приняты на вооружение такие образцы полевой артиллерии,, как 45-мм пушка обр. 1937 г.; 76-мм горная пушка обр. 1938 гд 76-мм дивизионные пушки обр. 1936 г., обр. 1939 г.; 107-мм пушка обр. 1940 г.; 122-мм гаубица, обр. 1938 г.; 122-мм пушка обр. 1931—37 гг; 152-мм гаубица-пушка, обр. 1937 г.; 210-мм пушка обр. 1939 г., 280-мм мортира обр. 1939 г. и 305-мм гаубица обр. 1939 г.
б
Для вооружения укрепленных районов были созданы 45-мм пушка обр. 1934 г. и 76-мм казематная пушка обр. 1940 г.
Зенитная артиллерия получила 25-мм автоматическую пушку обр. 1940 г., 37-мм автоматическую пушку обр. 1939 г., 76-мм, пушку обр. 1938 г. и 85-мм пушку обр. 1939 г.
Новые образцы по своим тактико-техническим данным не уступали лучшим образцам аналогичного класса артиллерии иностранных армий, а 122-мм гаубица обр. 1938 г.; 122-мм пушка обр. 1931—37 гг. и 152-мм гаубица-пушка обр. 1937 г. во многом превосходили их.
Принципиально важным событием предвоенных лет для нашей армии явилось создание отечественных минометов. На вооружение поступили 50-мм ротные минометы обр. 1938 г. и 1940 г.; 82-мм батальонные обр.. 1937 г.; 107-мм горно-вьючный эбр. 1938 г. и 120-мм полковые минометы обр. 1938 г.
В эти же годы были разработаны и пущены в серийное производство новые боеприпасы различных назначений. Войска получили более совершенные приборы для наблюдения, стрельбы и топогеодезической привязки, что позволило полностью использовать боевые возможности артиллерийских орудий и минометов. В артиллерию внедрялись средства радиосвязи. Принимались необходимые меры по моторизации артиллерии. В войска стали поступать гусеничные тягачи.
Накануне Великой Отечественной войны в Советском Союзе впервые в мире было создано новое оружие — полевая реактивная артиллерия залпового огня.
К этому времени у нас выросли замечательные кадры артиллеристов— ученых, конструкторов, инженеров, командиров.
Неоценимую роль в развитии советского вооружения сыграли Капитальные труды академика А. А. Благонравова, профессоров •Е. А. Беркалова, М. Ф. Васильева, Д. А. Вентцеля, И. П. Граве, Н. Ф. Дроздова, Б. Н. Окунева, Г. В. Оппокова, М. Е. Серебрякова, В. Е. Слухоцкого, К. К. Снитко и многих других.
Великая Отечественная война была суровой проверкой для нашей артиллерии.
В ходе войны совершенствовались как способы применения артиллерии, так и технические характеристики ее вооружения.
За артиллерией упрочилась роль главной огневой ударной, силы Советской Армии. В память о героическом подвиге артил
7
леристов в Сталинградской битве, положившей начало коренному перелому в ходе Великой Отечественной войны и второй мировой войны в целом, в знак признания больших боевых заслуг артиллерии в защите Родины день 19 ноября стал традиционным праздником — Днем Артиллерии.
Советские артиллерийские конструкторы в Ходе войны живо отзывались на все требования фронта. Они овладели методами скоростного проектирования орудий. Это позволяло в сжатые сроки — за несколько месяцев- и даже недель — разрабатывать и ставить на производство новые образцы орудий.
Большой вклад в создание первоклассного советского артиллерийского вооружения внесли конструкторские коллективы, которыми руководили Герои Социалистического труда, лауреаты Государственных премий, доктора технических наук В. Г. Грабин, И. И. Иванов, М. Я. Крупчатников, Ф. Ф. Петров, Б. И. Ша-вырин и др.
В послевоенный период артиллерийская техника претерпела большие качественные изменения. На вооружение Советской Армии поступили такие новые образцы пушек и гаубиц (имеющие повышенную огневую мощь^и высокую точность стрельбы, более эффективные снаряды, хорошую подвижность и маневренность), как 85-мм дивизионная пушка, 85-мм противотанковая пушка, 130-мм пушка, 152-мм пушка, 203-мм гаубица-модернизи-рованная, 160-мм и 240-мм минометы, 82-мм и 107-мм безоткатные орудия с кумулятивными и осколочно-фугасными снарядами, а также многие другие артиллерийские системы.
Зенитная артиллерия получила на вооружение самые совершенные зенитные артиллерийские комплексы калибров 57-, 100-и 130-мм.
Значительные изменения претерпела корабельная и береговая артиллерия. Новые корабли были оснащены современными артиллерийскими установками и приборами управления огнем, обеспечивающими успешную стрельбу по морским, береговым и воздушным целям. Береговая артиллерия получила самоходные и буксируемые артиллерийские системы.
Пушечное вооружение авиации стало значительно более скорострельным и снабжено более мощными снарядами, чем в годы войны.
В системах обнаружения, целеуказания и обеспечения стрельбы широкое использование нашла радиолокация, а в си
8
стемах управления — следящие системы с дистанционным управлением.
Появившееся в послевоенный период ракетно-ядерное оружие привело к революции в военном деле и перевороту в способах ведения боевых действий, в теории военного искусства. Созданы ракетные войска стратегического назначения, ракетные войска сухопутных войск, зенитные ракетные войска, ракетоносные атомные подводные силы, авиационные части, вооруженные ракетами различных типов.
С помощью ракет была решена непосильная для артиллерии проблема сверхдальной стрельбы.
Однако ошибочно считать, что ракеты могут успешно решать все задачи артиллерии. Ракеты имеют свои специфические обла сти боевого применения, где они могут использоваться с наибольшим эффектом.
Ствольная, артиллерия проще по устройству, дешевле и надежнее в эксплуатации, у нее меньше время подготовки к немедленному открытию огня и выше безотказность действия при любых климатических условиях.
Артиллерию и ракеты надо рассматривать как дополняющие друг друга боевые средства.
* * *
При разработке новых артиллерийских образцов должны предъявляться следующие требования:
— увеличение дальности стрельбы, что вызывается увеличившейся глубиной расположения целей и в связи с этим глубиной боевых задач в тактической зоне;
— увеличение точности стрельбы для повышения боевой эффективности артиллерии, определяемой ожидаемым наносимым материальным ущербом противнику;
— увеличение скорострельности, что вызывается скоротечностью боя, появлением высокоскоростных целей, требующих быстрой подготовки данных и открытия огня;
— увеличение могущества боеприпасов, что вызывается повышением'живучести войск за счет широкого внедрения бронированных машин различного назначения (танки, бронетранспортеры), инженерной техники и конструкций промышленного изготовления, позволяющим войскам быстро укрываться;
9
— повышение маневренности, что вызывается частым изменением обстановки современного боя. Это требует быстрого перемещения артиллерии и. сосредоточения ее огня в кратчайшее время на угрожаемых участках;
— аэротранспортабельность в связи с широким применением десантирования войск в современной войне;
— повышение эффективности борьбы с танками и другими броневыми целями противника;
— высокая степень защиты от пуль, осколков, проникающей радиации;
— повышение надежности и безотказности действия.
Глава 1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АРТИЛЛЕРИЙСКОМ ВООРУЖЕНИИ
1.1. АРТИЛЛЕРИЯ СУХОПУТНЫХ войск
Основой боевого применения артиллерии является сочетание мощного огня с маневром. В современных условиях артиллерия предназначена для решения обширного круга разнообразных боевых задач, а именно: борьбы с тактическим ракетно-ядерным оружием противника; уничтожения и подавления артиллерийских и минометных батарей, в том числе атомных, и других огневых средств уничтожения и подавления живой силы противника; борьбы с танками, самоходными орудиями и другими подвижными бронированными боевыми средствами; уничтожения пилотируемых и беспилотных самолетов, вертолетов, воздушных десантов и других воздушных целей; борьбы с радиотехническими средствами противника; разрушения полевых и долговременных оборонительных сооружений; нарушения управления войсками противника и подавления его тылов (воспрепятствования подхода резервов, подвоза боеприпасов, продовольствия и т. п.).
Артиллерия сухопутных войск по своему назначению подразделяется на наземную, противотанковую, зенитную, горную и казематную. Кроме того, сухопутные войска имеют на вооружении минометы, безоткатные орудия, полевую реактивную артиллерию залпового огня и другие виды орудий ближнего боя. Образцы артиллерийского вооружения представляют собой отдельные технические комплексы, организационно объединяемые в батареи, дивизионы и полки.
Под боевым артиллерийским комплексом будем понимать совокупность орудия, боеприпасов к нему, приборного оборудования и средств транспортировки.
Рассмотрим основные артиллерийские комплексы артиллерии сухопутных войск.
Боевые артиллерийские комплексы наземной артиллерии могут быть буксируемые, самодвижущиеся, самоходные и возимые (в кузовах автомобилей или в разобранном виде на вьюках). Ранее существовала и железнодорожная артиллерия.
11
Буксируемый артиллерийский комплекс (1.1) представляет собой совокупность орудия и тягача, на котором располагается боекомплект и орудийный расчет. Средством тяги может быть как универсальный тягач, так и автомобили и тракторы общего назначения.
Буксируемая артиллерия имеет большое распространение во всех армиях мира по причине своей относительной дешевизны.
Дальнейшее развитие буксируемой артиллерии в иностранных армиях идет по пути максимального снижения массы орудий при сохранении или даже увеличении их огневого могущества.
Рис. 1. 1. Буксируемый артиллерийский комплекс
Для облегчения орудий выбраны два пути: широкое использование высокопрочных легких сплавов и применение наиболее рациональных конструктивных схем.
Самодвижущиеся орудия (в отличие от обычных буксируемых орудий) имеют агрегаты самодвижения, обеспечивающие самостоятельное передвижение по дорогам и на местности бе* тягача. На большие расстояния самодвижущиеся орудия перевозятся в прицепе за колесными или гусеничными тягачами.
Агрегаты самодвижения состоят из двигателя, трансмиссии и механизмов управления. Двигатель обычно мотоциклетного типа. Трансмиссия, передающая крутящий момент от двигателя на ведущие колеса, включает сцепление, коробку передач, главный вал, задний мост, карданные соединения и бортовые передачи.
Двигатель вместе со сцеплением, коробкой передач и тормозом размещается на одной из станин. Двигатель обычно прикрывается броневой защитой.
Горючее для питания двигателя заливается внутрь станин.
Самодвижущиеся орудия снабжаются системой электрооборудования для освещения пути при самодвижении ночью и подсветки шкал прицела при ночной стрельбе.
12
В прицепе за тягачом самодвижущееся орудие транспортируется со скоростью тягача. При самодвижении (без тягача) орудия могут передвигаться «стволом' назад» со скоростью 15— 25 км/ч, а «стволом вперед» — до 5—6 км/ч.
Основные преимущества самодвижущихся орудий по сравнению с буксируемыми в более высокой маневренности на поле боя (за счет быстрого занятия и смены огневых позиций), в облегчении работы орудийного расчета.
Рис. 1.2. САУ большой мощности
Самодвижущиеся орудия рассматривают как промежуточную конструкцию между буксируемой и самоходной артиллерией. При разработке самодвижущихся орудий стремятся избежать сложности и дороговизны, присущих самоходным орудиям.
Самоходная артиллерия предназначается для сопровождения и огневой поддержки танков и мотопехоты в бою, она является также сильным противотанковым средством.
Самоходная артиллерийская установка (САУ) представляе! собой боевой артиллерийский комплекс, состоящий из артиллерийского вооружения, смонтированного на специальном шасси с двигателем и полностью (или частично) бронированным боевым отделением, где располагается боевой расчет (экипаж), боекомплект и приборное оборудование. САУ большой мощности (рис. 1.2) могут брони не иметь.
Раньше самоходные орудия создавались путем установки существовавших полевых орудий на шасси танков, тракторов или автомобилей. Наиболее целесообразным надо считать создание САУ на специализированном шасси.
Основное отличие САУ от танков — в принципах боевого использования и в характере решаемых ими задач. Для танка
13
(рис. 1.3) обязательны три главные особенности: броня, вооружение и скорость. Только их гармоническое сочетание определяет понятие «танк». При одной и той же массе танка и САУ последняя уступает танку в толщине брони, но значительно мощнее в вооружении. Танки способны действовать как с пехотой, гак и самостоятельно. Самоходные же орудия — это разновидность артиллерии, обладающая высокой подвижностью и проходимостью и обеспечивающая войскам (танкам и пехоте) непре-
Рис. 1.3. Современный танк
рывное огневое сопровождение прицельной стрельбы как прямой наводкой, так и с закрытых огневых позиций.
По сравнению с буксируемыми орудиями САУ имеют ряд преимуществ.
Во-первых, САУ, оборудованные средствами противоатомной защиты, приспособлены к условиям ядерной войны и лучше защищены от огня противника.
Во-вторых, танковые войска не могут успешно выполнять поставленные перед ними задачи без артиллерийской поддержки, если они на своем пути встречают организованное сопротивление противника на подготовленных рубежах. Полевая буксируемая артиллерия не всегда в состоянии непрерывно поддерживать современные танки и мотопехоту, действующие в условиях применения ядерного оружия. Самоходные же орудия обладают высокой подвижностью, хорошей проходимостью по пересеченной местности с преодолением препятствий.
В-третьих, при ведении современного скоротечного боя сокращение времени на приведение орудий в боевое положение резко увеличивает огневые возможности самоходной артиллерии (по
14
сравнению с орудиями на механической тяге) и повышает общую боеготовность частей. Например, на перевод американских 155-мм пушек и 203-мм гаубиц на механической тяге из походного положения в боевое требуется от 30 мин до 6 ч (в зависимости от грунта). Приведение же самоходных 155-мм пушек и 203-мм гаубиц в боевую готовность осуществляется за 1 мин.
В-четвертых, самоходные орудия имеют меньшие общие габариты, чем буксируемые орудия вместе с тягачами, а, следовательно, и меньшую длину колонны на марше.
Имеются, конечно у самоходной артиллерии и недостатки: трудность маскировки и укрытия крупногабаритных машин, выход из строя всего орудия при повреждении двигателя шасси, невозможность использования орудия для подвозки боеприпасов, когда оно находится на огневой позиции. Самоходные орудия значительно дороже буксируемых, для их массового производства государство должно располагать хорошо развитой промышленностью.
Самоходными могут быть полевые пушки и гаубицы, противотанковые орудия, минометы, безоткатные орудия, зенитные артиллерийские установки.
Зенитная артиллерия является весьма эффективным средством поражения самолетов на малых высотах и вертолетов. Для уничтожения целей на больших высотах применение артиллерии невыгодно и нерационально, так как очень велик расход боеприпасов. Поэтому эта задача, как правило, решается зенитными ракетными комплексами.
Современный зенитный артиллерийский комплекс является наиболее совершенным, так как в нем автоматически осуществляются все важнейшие операции, а именно: поиск цели, сопровождение цели, решение задачи о точке встречи снаряда с целью, наведение орудия в упрежденную точку, установка дистанционного взрывателя, перезаряжание орудия и производство выстрела. В результате такого высокого уровня автоматизации комплекса его боевая эффективность значительно возрастает.
На рис. 1.4 показана современная отечественная 57-мм спаренная самоходная установка.
При разработке зенитного самоходного орудия возникают большие трудности. Прежде всего нужно разместить весь комплекс вооружения на очень малом пространстве так, чтобы каждый член экипажа мог беспрепятственно выполнять свои функции. Точное слежение и привязка цели обычно производятся с помощью радиолокаторов. При атаке низколетящих самолетов при сильном отражении сигналов от местности используются и оптические приборы. Каждую из этих систем необходимо установить на отдельной оси, поло'жение которой не зависит от вращения башни, а ограничение видимости из-за башенного оборудования, стволов орудий и радиолокационных антенн должно быть минимальным.
15
Электронное оборудование самоходных зенитных орудий должно иметь минимальные габариты, должно быть устойчивым к толчкам, ударам и высоким температурам и в то же время должно обладать необходимой точностью и надежностью в эксплуатации, что обеспечивается только использованием современной микроминиатюрной электроники и полупроводников.
В дальнейшем развитии полевой зенитной артиллерии за рубежом наметились следующие основные тенденции:
— совершенствование образцов малокалиберных зенитных пушек (20-, 25-, 30-, 35-, 40-, 45- и 57-миллиметрового калибра);
Рис. 1.4. 57-мм спаренная зенитная самоходная установка
— повышение скорострельности зенитных автоматов и начальных скоростей снарядов;
- ‘—увеличение угловых скоростей наведения орудий;
— разработка многоствольных автоматов с вращающимся блоком стволов;
— оснащение зенитных орудий приборами управления огнем с радиолокаторами обнаружения целей и аппаратурой опознавания;
— создание универсальных боевых артиллерийских и ракетных зенитных комплексов.
Артиллерийское вооружение современных танков представляет собой высокоэффективную стабилизированную пушку, стреляющую осколочными, бронебойными и подкалиберными снарядами.
Наиболее распространенным типом танка в настоящее время является средний танк массой около 35 т, оснащенный мощной стабилизированной пушкой 105—120-мм калибра с дальностью прямого выстрела 1200—1400 м.
16
Отказ от использования тяжелых танков объясняется их низкой маневренностью, большой массой, малым запасом хода, а также внедрением в войска эффективных противотанковых средств, в первую очередь противотанковых управляемых ракет с большой бронепробиваемостью.
При выборе калибра танковой пушки и начальной скорости снаряда исходят из возможности поражения брони танков такого же класса.
Особенности боевого применения танков, требования высокой подвижности, проходимости и меткой стрельбы в движении вызвали появление ряда специфических механизмов и устройств в артиллерийском вооружении танков: сдающих звеньев в механизмах наведения, силовых электро- и гидроприводов, стабилизаторов вооружения или линии прицеливания, устройств для продувки каналов стволов и др.
Сдающие звенья представляют собой фрикционы и служат для предохранения подъемного и поворотного механизмов ог разрушения от динамических толчков и перегрузок, получающихся при движении танка по сильно пересеченной местности.
Основным видом ведения огня из танка является стрельба с ходу прямой наводкой. Именно этой способностью отличается современный танк от других видов наземного вооружения. Однако эффективность огня с ходу то мере увеличения скорости движения танка резко уменьшается по сравнению со стрельбой с места, так как тряска и колебания пушки и самого наводчика, вызываемые неровностями местности, неравномерностью хода и свойствами подвески, приводят к значительному рассеиванию снарядов. Это приводит к необходимости иметь силовые электрогидроприводы и стабилизирующие устройства.
Стабилизатор танкового вооружения представляет собою систему автоматического регулирования, обеспечивающую быстрое и плавное наведение орудия на цель и удержание заданного направления оси канала ствола при колебаниях корпуса движущегося танка.
При стрельбе из танковых пушек воздух в боевом отделении танка интенсивно загрязняется пороховыми газами и продуктами сгорания элементов заряда. Основная часть пороховых газов выходит вслед за снарядом через дульный срез, но много их остается в канале ствола и при открывании затвора и экстракции гильзы поступает в боевое отделение. Содержащаяся в пороховых газах окись углерода вредно действует на дыхательные пути и отравляет человеческий организм. Удаление пороховых газов из боевого отделения представляет серьезную проблему. Для этого служат специальные устройства для продувки канала ствола перед открыванием или при открывании затвора.
Дальнейшее развитие артиллерийского вооружения танков за рубежом идет по пути увеличения огневой мощи вооружения, повышения прицельной скорострельности, автоматизации про
17
цесса заряжания, улучшения условий обитаемости экипажа при закрытых люках (кондиционирование воздуха) и создания смешанного ствольно-ракетного вооружения танков.
Во время Великой Отечественной войны использовалась железнодорожная артиллерия, которая включает: бронепоезда, зенитные установки на железнодорожных платформах и артиллерийские орудия на железнодорожных транспортерах.
Бронепоездом рис. 1.5) называется железнодорожный состав, имеющий броневую защиту, артиллерийское и пулеметное вооружение и состоящий из паровоза <3, тендера 2, орудийных броне-площадок /, площадки ПВО 4 и двух контрольных платформ 5. Командирская рубка располагается на тендере паровоза.
Артиллерийские орудия на бронеплощадках устанавливаются в башнях, которые по своей конструкции близки к танковым башням.
Основным недостатком бронепоездов является их привязанность к железнодорожному пути и большая уязвимость, что ограничивает их боевое использование.
Зенитные артиллерийские установки на железнодорожных платформах являются орудиями специального назначения для подвижной ПВО важных объектов: узлов железных дорог, воинских эшелонов, передовых разгрузочных станций, городов и промышленных объектов.
Артиллерийские орудия на железнодорожном транспортере обычно представляют собой наложение качающейся части корабельного орудия главного калибра на специальный транспортер. Схема такой установки показана на рис. 1.6. На транспортере монтируется ряд механизмов обслуживания: механизм заряжания, состоящий из крана с кокором и досылателя, механизм перевода из боевого положения в походное и обратно и др. Имеется также силовая и компрессорная станции, а также снарядный вагон-погреб.
Такой транспортер должен вписываться в международный габарит на всех прямых и закругленных участках пути, на мостах и переходах нагрузки на оси тележек не должны превосходить 220,6-103 И на ось.
Подобные системы, стреляющие непосредственно с железнодорожного пути, обладают малыми углами горизонтального
18
обстрела л/90—л/45 рад. Поэтому для выполнения боковой наводки устраивают кривые ответвления железнодорожных путей («усы»).
Артиллерия, предназначенная для вооружения авиадесантных войск.
Современные масштабы десантных операций требуют, чтобы каждое артиллерийское орудие было авиатранспорта-бельным и в случае необходимости могло перевозиться на большие расстояния (тысячи километров) военно-транспортными
Рис. 1.6. Артиллерийское орудие на железнодорожном транспортере
самолетами, а на относительно небольшие расстояния (десятки и сотни километров) армейскими вертолетами. Использование вертолетов особенно эффективно при преодолении широких водных преград, зараженных и затопленных районов, а также непроходимых для наземного транспорта участков местности. Применяется посадочный способ десантирования орудий и парашютный с помощью специальных парашютных систем.
При посадочном способе десантирования орудие с боеприпасами помещается в самолете на специальном креплении. Крупнокалиберные орудия перевозятся в расчлененном виде. Так, для перевозки американских 175-мм или 203-мм самоходных орудий требуется два самолета: на одном перевозится шасси, на другом — качающаяся часть орудия.
Авиатранспортабельность и особенно парашютное десантирование предъявляют к артиллерийскому вооружению весьма жесткие требования: необходимость уменьшения габаритов и сниже
19
ния массы орудий, необходимость придания орудию большой компактности, необходимость удаления или укрытия насколько возможно всех выступающих и крупных деталей, необходимость увеличения прочности боеприпасов и их укупорки, необходимость повышения безопасности взрывателей. На рис. 1.7 показана воздушная транспортировка орудия и боеприпасов к нему на внешней подвеске вертолета.
Рис. 1.7. Воздушная транспортировка орудия
Противотанковая артиллерия, предназначенная для борьбы с танками противника. Противотанковые орудия должны: успешно вести огонь по танкам на дальностях прямого выстрела и пробивать броню современных тяжелых танков; иметь большую кучность и меткость стрельбы, обеспеченную несбиваемость наводки при стрельбе; иметь полную устойчивость во время стрельбы при всех углах возвышения; большую скорострельность; большой угол горизонтального обстрела (желательно круговой обстрел); быстроту выполнения горизонтальной и вертикальной наводки; иметь прицельные устройства для прямой и непрямой наводки; надежное броневое укрытие орудия и расчета; обеспечивать полную безотказность действия всех меха
20
низмов и их живучесть в бою; простоту всех операций (переход в боевое положение, наводка, заряжание и производство выстрела) при небольших усилиях со стороны расчета; быстроту перехода в боевое и походное положения (несколько секунд), большую подвижность. Противотанковые орудия могут быть буксируемыми, самодвижущимися и самоходными.
Успешная борьба с танками противника должна обеспечиваться продуманной организацией системы огня противотанковых средств различных типов, взаимно дополняющих друг друга. Сюда относятся противотанковые управляемые ракеты, безоткатные орудия, противотанковые средства ближнего боя.
1.2. МОРСКАЯ АРТИЛЛЕРИЯ
Морская артиллерия подразделяется на корабельную артиллерию, состоящую на вооружении боевых кораблей всех классов, и артилл*ерию береговой обороны.
Корабельная артиллерия устанавливается на современных кораблях в сочетании с ракетным оружием и включает в себя артиллерию главного калибра, зенитную артиллерию и универсальную — зенитнопротивоторпедную.
Кроме борьбы с морскими и воздушными целями, корабельная артиллерия используется для обстрела побережья противника, поддержки своих войск в прибрежной зоне и контроля над судоходством.
В отличие от наземной корабельная артиллерия действует с движущейся и качающейся платформы, а стрельба чаще всего ведется по движущейся и маневрирующей цели. Поэтому требуются более сложные приборы управления стрельбой и такие системы и механизмы наводки орудий, которые обеспечивали бы ее точность, а также быстроту и плавность в условиях качки корабля.
Артиллерия калибром до 100 мм устанавливается на малых кораблях (катерах, тральщиках, противолодочных кораблях и т. п.), а калибром 100—203-мм — на крупных (авианосцах, крейсерах, эскадренных миноносцах).
Корабельная артиллерия делится на башенную, палубнобашенную и палубную.
Современные корабельные артиллерийские установки в основном башенного исполнения. Все механизмы и приборы, места расположения личного состава и пути подачи боеприпасов защищены замкнутой броней, поэтому башенные артиллерийские установки обладают большой живучестью и надежно защищают личный состав, механизмы и приборы от осколков, пуль и другого воздействия.
21
Характерные черты современных башень: их герметичность, овальность броневой защиты и установка лобовых броневых листов под значительными углами к нормали.
Кроме того, башни имеют основания больших диаметров, что позволяет личному составу занимать боевые посты не выходя на палубу. Вращающаяся часть башни составляет боевое отделение, где размещены орудия, механизмы наведения и заряжания, башенные приборы управления стрельбой и личный состав, обслуживающий эти механизмы и приборы. Ниже боевого отделения расположено подбашенное отделение, где находятся некоторые вспомогательные механизмы башни, пути подачи боеприпасов и кранцы первых выстрелов. В башенных артиллерийских установках боевое отделение, пути подачи боеприпасов и погреба составляют единую вращающуюся систему.
Башенные артиллерийские установки среднего и крупного калибра бывают одно-, двух- и трехорудийные и устанавливаются на крупных кораблях.
У палубно-башенных артиллерийских установок боевое отделение и пути подачи боеприпасов защищены незамкнутой броней, погреба боеприпасов не входят в единую систему и изолированы от башни.
Палубно-башенные артиллерийские установки обычно крупнокалиберные. Как и башенные, они состоят из боевого и подбашенного отделений. Боевое отделение является вращающейся частью артиллерийской установки, подбашенное — неподвижным. Задняя часть башни не защищена броней и служит для удаления гильз во время стрельбы. Нижняя часть тоже открыта, что обеспечивает хорошую вентиляцию и предотвращает задымленность башни.
У некоторых установок боевое отделение стабилизируется, что облегчает наводку на качке и улучшает условия обслуживания механизмов и приборов.
Палубно-башенные артиллерийские установки используются и без подбашенного отделения. В этом случае боеприпасы подаются с палубы. Такие установки относятся к палубным.
У палубных артиллерийских установок погреба и пути подачи боеприпасов полностью изолированы от них; пути подачи боеприпасов имеют выходы на верхней палубе вблизи установок.
Палубные артиллерийские установки среднего и крупного калибра бывают одно- и двухорудийные, малого калибра — чаще многоствольные. Они просты по устройству и. в эксплуатации, имеют небольшую массу, поэтому могут использоваться на мобилизуемых в военное время судах торгового флота.
Пути подачи боеприпасов и процессы заряжания и выстрелы в современных корабельных артиллерийских установках практически полностью автоматизированы.
Совершенствование корабельной артиллерии идет по пути автоматизации с обеспечением хорошей защиты, высокой скоро-22
стрельности, точности стрельбы и большого разрушительного действия снаряда у цели.
Береговая артиллерия имеет своими задачами оборону важных участков побережья и островов от нападения противника с моря, а также поддержку сухопутных войск, действующих на побережье.
Береговая артиллерия имеет стационарные установки и подвижную артиллерию.
Стационарная артиллерия бывает башенной и открытой (по типу палубной). Она имеет на вооружении корабельные орудия калибром 130—180 мм и более с соответствующими приборами управления стрельбой, подобными корабельным.
Наиболее широко в береговой обороне применяется подвижная артиллерия — самоходная, на механической тяге и железнодорожная. Железнодорожная артиллерия имеет установки корабельного типа.
Артиллерия самоходная и буксируемая состоят из образцов сухопутных войск.
Предпочтение отдается самоходной артиллерии из-за высоких скоростей передвижения, хорошей проходимости, возможности быстрого сосредоточения в необходимом береговом участке обороны.
1.3. АРТИЛЛЕРИЙСКОЕ ВООРУЖЕНИЕ АВИАЦИИ
Авиационная артиллерия предназначена для борьбы с воздушными целями, а также используется для поддержки действий сухопутных войск.
Для борьбы на малых дальностях авиационные артиллерийские автоматические орудия (артиллерийские автоматы) являются основным оружием истребителей, штурмовиков и бомбардировщиков.
Скорострельность современных авиационных автоматов велика, она достигает 1000 выстрелов в минуту и более на один ствол. Так, кормовая установка американского бомбардировщика В-58 имеет шесть 20-мм пушек с темпом стрельбы 6000 выстрелов в минуту.
Система управления такой установки имеет два радиолокатора, осуществляющие поиск, захват и сопровождение цели. Радиолокатор сопровождения после захвата обнаруженной цели выдает непрерывную информацию о ее положении, скорости и дальности. Команду на открытие огня подает стрелок по сигналу системы управления.
Многоствольные авиационные пушки монтируются на турельных установках, а иногда в специальных контейнерах, подвешиваемых под крыльями или под фюзеляжем самолета.
23
Авиационные артиллерийские автоматы часто конструктивно исполняются универсальными для использования как в авиации, так и при создании зенитных автоматических пушек ПВО сухопутных войск и военно-морского флота.
Масса и габариты автомата являются важнейшими параметрами при оценке авиационного вооружения.
За рубежом авиационные артиллерийские автоматы устанавливаются и на вертолетах. Кроме автоматов, на вооружении современных боевых вертолетов имеются противотанковые управляемые ракеты, неуправляемые реактивные снаряды и гранатометы.
Тяжелые вертолеты могут иметь вращающиеся башни-турели с перечисленным выше вооружением.
Глава 2 АРТИЛЛЕРИЙСКИЕ БОЕПРИПАСЫ
2. 1. ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА И ПОРОХА
Основным источником энергии, обеспечивающим работу артиллерийского орудия и боеприпасов, являются взрывчатые вещества.
Под обычными взрывчатыми веществами (ВВ), применяемыми в артиллерии, понимают такие химические вещества, которые, обладая большим запасом химической энергии, способны под влиянием внешнего воздействия быстро превращаться в газообразные продукты разложения. Образовавшиеся газы являются тем рабочим телом, которое производит механическую работу по перемещению (метанию) снаряда или разрушению и разбрасыванию предметов, находящихся в зоне действия взрыва.
Основными факторами, характеризующими явление взрыва ВВ, являются газообразование, экзотермичность реакции, кратковременность и самораспространение процесса взрывчатого превращения.
Процесс самораспространения реакции в массе ВВ может протекать двумя различными путями:
1) путем теплопередачи и излучения энергии, выделяющейся при горении продуктов распада ВВ, близлежащему (еще -нераз-ложившемуся) слою.
В этом случае процесс взрывчатого превращения называют горением.
Примером такой формы разложения ВВ может служить сгорание порохового заряда в канале ствола орудия со скоростью нескольких метров в секунду;
2) путем механического воздействия ударной волны, распространяющейся по массе ВВ. В этом случае процесс взрывчатого превращения называют детонацией. В отличие от горения скорость детонации не зависит от внешнего давления и измеряется тысячами метров в секунду.
Детонация одного заряда ВВ может возбудить детонацию в другом заряде, находящемся на некотором расстоянии от первого.
Это явление называется детонацией через влияние.
25
Свойства взрывчатых веществ
Для возбуждения взрывной реакции необходимо затратить некоторое количество внешней энергии, которая называется начальным импульсом. Сам процесс возбуждения заряда ВВ назы
вают инициированием.
При инициировании используются различные формы энергии; механическая (удар, накол), тепловая (нагрев, луч пламени)
Рис. 2. 1. Схема передачи импульса разрывному заряду снаряда:
I—жало; 2—капсюль-воспламени-
гель; 3—капсюль-детонатор; 4—детонатор; 5—разрывной заряд
и электрическая (накал, электрический разряд).
Эти виды начальных импульсов называются простыми.
Различные ВВ обладают различной избирательной чувствительностью (способностью к началу взрывчатого разложения) к тем или иным формам и величинам начальных импульсов. Так, например, инициирующие ВВ детонируют при воздействии простого импульса, тогда как для детонации бризантных ВВ нужен начальный импульс в виде энергии взрыва другого ВВ, т. е. импульс сложный.
На рис. 2. 1 показана возможная
схема передачи импульса разрывному заряду снаряда.
Чувствительность ВВ ограничена в зависимости от назначения и условий их применения.
Получение заряда необходимой чувствительности осуществляется
введением в его состав различных примесей, как понижающих,
так и повышающих чувствительность.
Примеси, понижающие чувствительность, называются флег-матизаторами. К ним относятся парафин, вазелин и др.
Флегматизация ВВ в некоторых снарядах, например бронебойных и бетонобойных, имеет огромное значение, так как пре дупреждает . возможность преждевременного разрыва снаряда при ударе о преграду еще до того, как снаряд проникнет в нее.
Часто для увеличения плотности применяется прессование некоторых ВВ, что приводит к понижению их чувствительности.
Важнейшим свойством взрывчатых веществ является работоспособность газообразных продуктов взрыва, т. е. способность производить механическую работу.
Характеристикой работоспособности ВВ является его потенциал или потенциальная энергия, под которой понимают теоретически максимально возможное количество механической энергии,
26
которое может быть получено в результате превращения химической энергии, содержащейся в 1 кг ВВ, в тепловую.
Другой, применяющейся (чаще всего для оценки работоспособности порохов) характеристикой взрывчатого вещества, является величина У7, условно называемая силой и определяемая выражением F = RT, где R— газовая постоянная, а Т — температура в К-
Размерность силы F определяется работой, отнесенной к 1 кг ВВ, например Дж/кг, и показывает физическую сущность условного понятия «сила ВВ».
Характеристиками работоспособности ВВ могут служить также бризантность и фугасность их действия.
Термин «бризантность» означает способность ВВ дробить соприкасающиеся с ним предметы (оболочку снаряда, грунт и т.д.).Под фугасностью или фугасным действием ВВ понимают его способность производить разрушение какой-либо плотной среды, например грунта.
Фугасность и бризантность зависят от величины давления газов, образующихся при взрыве, и от скорости нарастания этого давления.
Основные требования, предъявляемые к боевым взрывчатым веществам, и классификация их в зависимости от артиллерийских выстрелов
Взрывчатые вещества применяются в элементах артиллерийского выстрела главным образом в качестве:
1) разрывного или вышибного заряда в снарядах;
2) инициирующего состава во взрывателях и средствах воспламенения боевых зарядов;
3) боевого (метательного) заряда.
Основные требования, предъявляемые к ВВ, следующие:
— большие энергия и мощность, обеспечивающие необходимое фугасное, метательное или другое действие;
— широкая сырьевая база и дешевизна исходных материалов;
— отсутствие взаимодействия с металлами оболочек, в которых размещается данное ВВ, и некорродирующее воздействие на канал ствола при выстреле;
— стойкость при длительном хранении.
В зависимости от применения боевые ВВ делятся на:
— инициирующие, предназначенные для возбуждения взрывных процессов;
— бризантные ВВ, используемые для разрушения различных объектов;
— метательные (пороха), являющиеся источником энергии движения снаряда.
27
Инициирующие взрывчатые вещества
Инициирующими называются ВВ, способные под действием простого начального импульса вызвать возбуждение взрывного процесса в заряде.
Характерной особенностью инициирующих ВВ является быстрое нарастание скорости разложения до скорости детонации.
Скорость детонации, как правило, у инициирующих ВВ ниже, чем у бризантных и, следовательно, мощность их меньше.
Большая чувствительность и малая мощность делает инициирующие ВВ непригодными для применения в качестве разрывных зарядов.
Важнейшими практически применяемыми инициирующими ВВ являются: гремучая ртуть, азид свинца, стифнат свинца и тетразен.
1. Гремучая ртуть Hg(ONC)2 — белый или серый кристаллический порошок.
Гремучая ртуть очень чувствительна ко всем видам начального импульса, вследствие чего чрезвычайно опасна в обращении. При прессовании понижается чувствительность гремучей ртути к лучу пламени и к механическим воздействиям. Гремучая ртуть применяется для изготовления ударных и напольных составов капсюлей-воспламенителей. Вследствие взаимодействия гремучей ртути с алюминием оболочки из алюминия для грему-чертутных составов не применяются.
2. Азид свинца PbN6— мелкокристаллическое вещество белого цвета. По сравнению с гремучей ртутью азид свинца имеет ряд преимуществ:
а) меньшую чувствительность к механическим воздействиям;
б) значительно большее инициирующее действие;
в) менее дефицитные-исходные материалы.
Азид свинца применяется при изготовлении капсюлей-детонаторов. Оболочки капсюлей с азидом свинца обычно изготовляются из алюминия, с которым он не взаимодействует.
Недостаточная восприимчивость азида свинца к огню и наколу приводит к необходимости покрывать его поверхность в капсюлях тонким слоем легко воспламеняющегося стифната свинца или специальным напольным составом.
3. Стифнат свинца С6Н(ЫО2)3О2РЬН2О или тринитрорезор.ци-нат свинца (ТНРС) представляет собой твердое мелкокристаллическое вещество темно-желтого цвета. ТНРС чувствителен к пламени и электрическим разрядам.
Применяется стифнат свинца в капсюлях-детонаторах и в ударных, составах для капсюлей-воспламенителей вместе с тетразеном.
4. Тетразен С2Н8ОЫю представляет собой мелкокристаллический порошок слегка желтого цвета. Тетразен в смеси с ТНРС используется как заменитель гремучей ртути.
28
Такие составы по сравнению с гремучертутнохлоратными обладают меньшим корродирующим действием на канал ствола.
Таблица 2.1
Наименование ВВ Плотность, г/см3 Температура вспышки, ° С
Гремучая ртуть 4,4 170—180
Азид свинца 4,7 340
Стифнат свинца 3,8 275
Тетразен 1,6 140
В табл. 2.1 приведены плотность и температура вспышки некоторых инициирующих ВВ.
Бризантные взрывчатые вещества
Бризантные взрывчатые вещества применяются в артиллерийских боеприпасах в качестве снаряжения снарядов различного назначения.
Чувствительность их к внешним воздействиям значительно меньше, чем чувствительность инициирующих ВВ, что обеспечивает возможность их применения в артиллерийских снарядах, испытывающих большие инерционные нагрузки при движении по каналу ствола и в момент встречи с преградой.
Наиболее широко применяемыми бризантными ВВ, идущими на снаряжение- артиллерийских снарядов, являются: тротил, тетрил, гексоген и др.
Тротил С4Н2(МО2)зСН3 — тринитротолуол (сокращенно тол или ТНТ). Исходные материалы для производства тротила получают из побочных продуктов коксования каменного угля и при переработке нефти.
Тротил представляет собой кристаллическое вещество светло-желтого цвета, легко плавится, на открытом воздухе горит коптящим пламенем.
Тротил применяется для снаряжения боеприпасов как в прессованном, так и в плавленом виде. Прессованный тротил более восприимчив к детонации, чем литой.
Обладая малой чувствительностью к механическим воздействиям, достаточной мощностью, отсутствием взаимодействия с металлами, невысокой температурой плавления, большой стойкостью, тротил получил широкое применение для снаряжения снарядов как самостоятельно, так и в сплавах и смесях с другими ВВ.
29
Тетрил C6H2(NO2)3NO2CH3 (химическое название тринитро-фенилметилнитрамин)—это мелкокристаллическое вещество светло-желтого цвета. Восприимчивость к детонации у него выше, чем у тротила. Тетрил применяется главным образом, в детонаторах взрывателей снарядов, в капсюлях-детонаторах и малокалиберных снарядах зенитной артиллерии в качестве разрывного заряда.
Гексоген (CH2)3H3(NO2)3 (химическое название — циклотри-метилентринитроамин) — белое кристаллическое вещество. Чувствительность к механическим воздействиям, восприимчивость к детонации и мощность его больше, чем у тетрила.
Применяется гексоген для зарядов детонаторов, разрывных зарядов в малокалиберных снарядах и в смесях с тротилом в кумулятивных снарядах.
ТЭН C(CH2ONO2)4 ( химическое название тетранитратпентаэритрит), подобно гексогену, является одним из наиболее мощных бризантных ВВ.
Применяется ТЭН в капсюлях-детонаторах, а также для снаряжения некоторых снарядов, например, кумулятивных и малокалиберных зенитных.
Пикриновая кислота C6H2(NO2)3OH (химическое название — тринитрофенол) — кристаллическое вещество светло-желтого цвета. До появления тротила пикриновая кислота широко применялась во всех странах (под названием мелинит, шимозе и др.) для снаряжения артиллерийских снарядов. Главнейшими недостатками пикриновой, кислоты являются большая чувствительность к удару и взаимодействие с металлами.
Динитробензол, ксилил и динитронафталин относятся к бризантным взравчатым веществам относительно малой мощности. Они применяются главным образом в сплавах и смесях с тротилом, пикриновой кислотой и некоторыми другими ВВ.
Исходными материалами для получения этих ВВ служат продукты переработки каменного угля и нефти.
Аммонийно-селитренные взрывчатые вещества (аммониты) — это составы, основной частью которых является аммонийная селитра (NH4NO3). Кроме нее в эти составы входят какие-либо горючие (древесная мука, алюминий и др.), чаще всего взрывчатые компоненты, например тротил.
Основными недостатками аммонитов являются большая гигроскопичность, слеживаемость и способность взаимодействовать с металлами, что приводит к невозможности длительного хранения боеприпасов. Поэтому аммониты применяются только в военное время.
Некоторые характеристики основных бризантных ВВ приведены в табл. 2.2.
30
Таблица 2. 2
Наименование ВВ Плотность, г/см3 Температура вспышки, •С Температура плавления, °C Скорость детонации, м/с
Тротил 1,66 290 81 6690
Тетрил 1,72 190 131,5 7740
Гексоген 1,8 230 201 8380
ТЭН 1,77 215 140 8400
Пикриновая кислота 1,81 300 122,5 7200
Метательные взрывчатые вещества (пороха)
Кроме своего основного назначения — источника энергии движения снарядов, пороха применяются в артиллерийских боеприпасах в качестве воспламенителей к боевым зарядам, замедлителей дистанционных составов, вышибных зарядов и других элементов артиллерийского выстрела.
Наряду с общими, предъявляемыми к ВВ, к порохам предъявляются требования специальные, главные из которых:
1) способность устойчиво гореть в канале ствола, что позволяет регулировать газообразование и тем самым управлять процессом выстрела;
2) однообразие физико-химических и геометрических пороховых элементов, что особо необходимо для получения малого разброса по скоростям;
3) безвредность (или нетоксичность) пороховых -газов, что имеет особое значение при стрельбе из орудий, установленных в закрытых помещениях, например, башнях.
Пороха могут быть разделены на две группы: нитроцеллюлозные и смесевые.
Нитроцеллюлозные пороха, называвшиеся бездымными или коллоидными, используются главным образом для изготовления боевых зарядов.
Смесевые пороха в артиллерии применяются в качестве воспламенителей к боевым зарядам из нитроцеллюлозных порохов, а также в различных элементах снарядов.
Основой нитроцеллюлозных порохов являются нитраты целлюлозы, получаемые путем обработки химически очищенной целлюлозы (клетчатки) из хлопка, древесины, азотной кислотой в присутствии серной.
Количество азота определяет способность нитратов целлюлозы растворяться в спиртоэфирных растворителях. Нитраты целлюлозы с содержанием азота менее 12% называются коллоксилином, а с более высоким содержанием — пироксилином. Для получения пластичной массы, способной при прессовании принимать желаемую форму, нитраты целлюлозы подвергают воздействию растворителей.
31
В зависимости от свойства (летучести) растворителей наибо* лее часто применяются следующие разновидности нитроцеллюлозных порохов: на летучем растворителе, труднолетучем растворителе и на смешанном растворителе.
Пороха на летучем растворителе или пироксилиновые пороха получаются из пироксилина, обработанного летучим спирто-эфирным растворителем.
Полученную пластичную массу прессуют через специальные матрицы, придавая заданные формы и размеры пороховым элементам. Затем путем сушки удаляют почти полностью растворитель.
Пороха на труднолетучем растворителе, называемые баллиститами, получаются на основе коллоксилина. Растворителями являются нитраты многоатомных спиртов, главным образом нитроглицерин и нитродигликоль, обладающие взрывчатыми свойствами. -
После изготовления пороха растворители не удаляются из него и являются, таким образом, дополнительными источниками энергии к нитрату целлюлозы. Название пороха соответствует названию растворителя, например, нитроглицериновый, нитроди-гликолевый и т. д.
Пороха на смешанном растворителе, называемые кордитами, изготовляются на основе пироксилина с высоким содержанием азота, который плохо растворяется в нитроглицерине, поэтому для облегчения пластификации применяют дополнительные растворители — ацетон, спиртоэфирную смесь и др.
Основные свойства нитроцеллюлозных порохов
По внешнему виду нитроцеллюлозные пороха представляют собой роговидное вещество светло-желтого, темно-зеленого или коричневого цвета в зависимости от состава и способа производства. Плотность большинства нитроцеллюлозных порохов составляет 1,54—1,64 г/см3.
Гравиметрическая плотность (плотность укладки) характеризует вместимость пороха в гильзу или камору ствола. Повышение гравиметрической плотности уменьшает габариты патрона, что имеет особое значение в автоматическом оружии и важно для получения высоких начальных скоростей при высоких давлениях.
Пороховые элементы могут быть в форме' пластинок, кубиков, лент, трубок и цилиндрических зерен без каналов, с одним, четырьмя, семью каналами и больше.
На рис. 2. 2 показаны некоторые формы пороховых элементов.
Такое многообразие форм вызвано тем, что в зависимости ог вида и типа орудия и боеприпасов подбираются такие параметры (состав, форма, размеры) пороховых-элементов, которые 32
обеспечили бы требуемую начальную скорость снаряда, характер и величину давления пороховых газов при выстреле.
Одной из важнейших характеристик порохового элемента является толщина горящего свода, обозначаемая 2ei (имеется в виду, что горение элемента идет с двух сторон).
В зависимости от формы порохового элемента его горение может быть прогрессивным, если поверхность по мере сгорания
Рис. 2.2. Формы пороховых элементов
я—трубчатый семиканальный; б—кубический многоканальный; в—трубчатый; а—ленточный; б—одноканальный
порохового элемента увеличивается, и дегрессивным, если поверхность уменьшается; в соответствии с этим, пороха бывает прогрессивной или дегрессивной формы.
К порохам прогрессивной формы относится цилиндрическое зерно с четырьмя, семью и более каналами.
К порохам дегрессивной формы будут относиться пороха, например, кубической, шаровой, призматической формы.
Некоторые формы порохов (например, трубчатой формы) иногда называют порохами с постоянной поверхностью горения.
Получение идеально прогрессивно горящего пороха могло бы быть осуществлено созданием так называемого бронированного пороха, представляющего собой трубчатый порох, наружная поверхность которого покрывается негорючим веществом. Однако такие пороха не имеют применения вследствие трудности подбора бронирующего состава.
Существенный недостаток баллиститных порохов — высокая температура горения, превышающая 2900° С, из-за чего повышается разгар канала ствола. Этого недостатка нет у так называемых «холодных» порохов (нитроглицериновых, нитродигликолевых и некоторых других). Состав и свойства некоторых порохов приведены в табл. 2.3 и 2.4.
2 2610 33
Таблица 2.3
Состав порохов в %
Компоненты Пироксилиновый Баллиститный
Пироксилин 95,0—96,0 —
Коллоксилин — 58,5
Нитроглицерин — 30,0
Растворитель (спирт-эфирный раствор) 1,0—4,0
Стабилизатор химической стойко- 1,0 3,0
ст и
Нитроароматические соединения (для понижения температуры горения) — 7,5
Вазелин — 1
Влага 1,5—2,0 Больше 100
0,5
Таблица 2.4
Свойства порохов
Объем газов, образующихся при горении 1 кг пороха, л/кг 910—970 810—880
Температура газов, °C 2300—2850 2900—3350
Сила f, Дж/кг 900-104 900-104
1000-104 1150-104
Марки порохов
Марка пороха (условное обозначение определенных баллистических свойств пороха) характеризует его форму, размеры зерен и сорт пороха. Например, Пл 10-10 означает, что порох пластинчатый (Пл) толщиной 0,1 мм (первое число — толщина пластинки в сотых долях миллиметра) и шириной 1 мм (второе число — ширина пластинки в десятых долях миллиметра).
Пороха цилиндрической формы обозначают дробью, числи-литель которой указывает толщину горящего свода в десятых долях миллиметра, а знаменатель — число каналов. Например, надпись 9/7 означает семиканальный порох с толщиной горящего свода 0,9 мм.
Порох трубчатой формы обозначают так же, как и цилиндрический с одним каналом, но с правой стороны приписывают буквы Тр.
Данные, относящиеся к сорту пороха, помещают рядом с обозначениями формы и размеров. Например: Н — нитроглицериновый порох; СВ — порох, изготовленный из свежего пироксилина.
34
Пороха хранятся и транспортируются в специальной таре, на которую наносят условные обозначения, указывающие марку пороха, год изготовления, номер партии, шифр завода-изготовителя и особенности технологического процесса, если они имеются. Эти обозначения называются маркировкой. Пороха ряда марок могут применяться для нескольких систем.
Таблица 2. 5
Некоторые марки порохов и место их применения
Марка пороха Место применения
7/7 9/7 4/1 и 9/7 НБПЛ 42—20 57-мм зенитная автоматическая пушка 76-мм дивизионная пушка образца 1942 г. 122-мм гаубица образца 1938 г. 120-мм миномет образца 1938 г.
Смесевые пороха. Смесевые пороха представляют собой механические смеси горючих, окислителей и связующих веществ.
Простейшим смесевым порохом является дымный порох, примерный состав которого: 15% древесного угля (горючее); 75% калиевой селитры (окислитель); 10% серы (связующее и'горючее). Плотность дымного пороха 1,5—1,9.
Несмотря на относительно высокую температуру вспышки (300°С), дымный порох легко воспламеняется из-за его пористости.
Невысокие баллистические характеристики дымного пороха объясняются главным образом небольшим количеством (300 л/кг) газов, образующихся при его сгорании (до 50% газообразных продуктов от общего количества пороха).
В настоящее время дымный порох применяется:
— для изготовления воспламенителей боейых зарядов;
для изготовления замедлителей и усилителей луча пламени, а также в дистанционных составах трубок и взрывателей, —’ в качестве вышибных зарядов в снарядах зажигательных, осветительных и шрапнельного типа.
Специальные смесевые пороха применяются в ракетном оружии.
Средства инициирования, применяемые в артиллерийском выстреле
Инициирующие взрывчатые вещества в артиллерийском выстреле размещаются в специальном устройстве, которое называется капсюлем. Капсюли срабатывают от простого начального импульса. Устройство, предназначенное для возбуждения луча
35
пламени, называется капсюлем-воспламенителем, а устройство для возбуждения детонации — капсюлем-детонатором. В зависимости от назначения капсюли-воспламенители имеют различную конструкцию и разделяются на капсюли-воспламенители патронные (для воспламенения боевых зарядов) и трубочные (используемые в трубках и взрывателях). Патронный капсюль-воспламенитель (рис. 2.3, а) состоит из лакированного изнутри металлического (медь, латунь) штампованного колпачка 1, ударного состава 2 и покрытия из оловянной фольги 3 (реже из пергамента).
Рис. 2.3. Схемы капсюлей-воспламенителей различных типов
Компонентами ударного состава могут быть, например, гремучая ртуть 25% (инициатор взрывного процесса), трехсернистая сурьма Sb2S3, называемая антимонием, 37,5% (горючее) и хлорат калия КС1О3 37,5% (окислитель).
Гремучертутнохлоратные ударные составы обладают значительным корродирующим действием на канал ствола. В последние годы разработаны различные некорродирующие ударные составы. Для прочного закрепления ударного состава в колпачке, однообразия действия капсюля-воспламенителя и безопасности в обращении (понижается чувствительность к сотрясениям) ударный состав прессуют. Кроме того, прессование увеличивает воспламеняющую способность капсюля: при недостаточной воспламеняющей способности капсюля-воспламенителя возможен замедленный процесс воспламенения, т. е, затяжной выстрел.
Особенностью конструкции трубочного капсюля-воспламенителя (рис. 2.3, б) является наличие отверстия в дне колпачка для передачи луча огня последующему элементу огневой цепи трубки или взрывателя.
Открытый ударный состав прикрывается тонкой (0,06— 0,14 мм) фольгой 3, предохраняющей его от атмосферных влияний. Артиллерийские капсюли-детонаторы бывают простыми и комбинированными. Простые капсюли снаряжены только инициирующим взрывчатым веществом, например, гремучей ртутью (или ее смесью с бертолетовой солью) или азидом свинца.
Комбинированные капсюли-детонаторы (рис. 2.3, в) имеют часть заряда из инициирующего ВВ, называемую первичным за-36
рядом Л а также часть, состоящую из бризантного ВВ и называемую вторичным зарядом 2. В качестве вторичного заряда чаще всего применяют тетрил.
2.2. АРТИЛЛЕРИЙСКИЙ ВЫСТРЕЛ
Под артиллерийским выстрелом понимается совокупность снаряда, заряда и средств воспламенения. В таком понимании артиллерийский выстрел следует отличать от выстрела как физико-химического процесса, происходящего в канале ствола орудия.
Рис. 2.4. Схемы артиллерийских выстрелов различных типов
Снаряд предназначен для поражения или разрушения цели, а также для выполнения других задач (освещения местности, испытания орудий и т. п.). В зависимости от способа заряжания артиллерийские выстрелы (рис. 2.4) подразделяются на: выстрелы патронного заряжания (рис. 2. 4, а), когда все элементы выстрела соединены с помощью гильзы в одно целое — так называемый унитарный патрон, обеспечивающий заряжание в один прием; выстрелы раздельного гильзового заряжания (рис. 2.4,6), в которых снаряд 1 отделен от заряда 2 и, следовательно, заряжание производится в два приема; выстрелы раздельного безгильзового (картузного) заряжания (рис. 2.4, в), когда снаряд, заряд и средство воспламенения 3 отделены друг от друга и, таким образом, заряжание производится в три приема.
Применение патронного заряжания ограничивается массой патрона и его габаритами, обеспечивающими нормальные условия обслуживания орудия.
Выстрел раздельного гильзового заряжания применяется в орудиях среднего и крупного калибра, где использование па
37
трона невозможно, или в тех случаях, когда требуется измене-ние величины заряда в процессе стрельбы.
Выстрел раздельного безгильзового заряжания применяется главным образом в орудиях крупного калибра наземной и морской артиллерии.
2. 3. СНАРЯДЫ
Ввиду различного характера целей и условий использования артиллерии необходимо иметь на вооружении снаряды различные по своему назначению и конструкции.
Для непосредственного разрушения или поражения целей служат снаряды так называемого основного назначения, к которым относятся фугасные, осколочные, бронебойные бетонобой-ные, зажигательные и др.
Рис. 2. 5. Оболочка снаряда: а—схема оболочки; б, в—типы ведущих поясков
Для решения других боевых задач служат снаряды специального назначения: осветительные, дымовые, трассирующие и др. По экономическим соображениям для учебных целей, практических стрельб и полигонных испытаний орудий применяют снаряды вспомогательного назначения.
В общем случае снаряды состоят из оболочки., снаряжения и взрывателя или трубки.
В зависимости от назначения снаряда, его калибра и технологии изготовления оболочка снаряда может быть цельной или составной (рис. 2.5, а) например, состоящей из корпуса 1, головки 2 и ввинтного дна 3.
Материалом для оболочки чаще всего служит сталь, иногда сталистый чугун. Головная часть Н снаряда, именуемая ожи-вальной частью, имеет кривизну радиуса q.
38
Величина q зависит от назначения снаряда и его начальной скорости. Цилиндрическая часть А выполняет функцию ведущей части при движении снаряда по каналу ствола.
Центрование, т. е. совмещение оси снаряда с осью канала ствола, осуществляется тщательно обработанными центрующими утолщениями 5. При наличии одного верхнего центрующего утолщения функцию второго выполняет ведущий поясок 4.
Ведущий поясок служит для сообщения вращательного движения снаряду, правильного его ведения по каналу ствола. Он также является обтюратором, предупреждающим прорыв пороховых газов в сторону дульной части ствола..
Конструкция ведущего пояска влияет на дальность стрельбы, кучность боя, а металл ведущего пороха — на живучесть ствола.
Ведущие пояски изготовляются из чистой меди (Ml и М2) или (при больших давлениях) из сплава меди с никелем.
Ведущий поясок запрессовывается в кольцевую - канавку, имеющую в сечении форму ласточкина хвоста. Дно канавки под поясок для лучшего сцепления с последним имеет специальную накатку.
Поперечное сечение наиболее широко применяемых ведущих поясков показано на рис. 2. 5.
Наличие буртика К на некоторых поясках (рис. 2. 5, в) обеспечивает надежную обтюрацию в начальный момент выстрела и'точность фиксации снаряда в случае износа каморы ствола.
Диаметр D ведущего пояска больше диаметра канала ствола по дну нарезов и равен
Z) = d + 2^+A,
где d — калибр; t — глубина нареза; Л — форсирование, обычно составляющее тысячные доли калибра.
Форсирование устраняет прорыв пороховых газов, создает радиальное давление на снаряд, необходимое для плотного сцепления ведущего пояска с оболочкой снаряда, а также способствует нормальным условиям работы ведущего пояска при износе ствола. Форсирование может изменяться в диапазоне (2,54-5) 107 Н/м2. Дальнейшее увеличение форсирования можег привести к изменению усилия на снаряд и резкому увеличению износа ствола в начале нарезов.
Запоясная часть снаряда чаще всего имеет цилиндроконическую форму с углом наклона образующей 6°—9°.
Общая длина современных снарядов с ведущими поясками не превышает 5,6 калибра. Это объясняется невозможностью обеспечить стабилизацию снаряда большей длины при обычном способе придания ему вращательного движения.
Проблема увеличения длины снаряда (а, следовательно, и его могущества) может быть решена только при использовании
39
других принципов создания вращения продолговатого снаряда и, следовательно, иных устройств его ведущей части.
Внутренняя полость снаряда называется каморой и заполняется снаряжением, тип которого зависит от назначения снаряда.
Важнейшими массовыми характеристиками снарядов основного назначения являются: относительная масса снаряда Са=—_
4 d*
и относительная масса разрывного заряда где q и со
соответственно масса снаряда и разрывного заряда в килограммах, a d — калибр. Процентное соотношение масс снаряжения и металла в снаряде характеризуется так называемым коэффициентом наполнения а = — 100%.
q
Основными конструктивными характеристиками являются длина снаряда L и толщина д стенки корпуса.
Основные конструктивные характеристики некоторых снарядов приведены в табл. 2. 6.
Таблица 2.6
Снаряд кг/дм3 кг/дм3 а, % L, клб. 6 (среднее), клб.
Фугасный: Пушечные Гаубичные 12—14 10—12 до 2,0 2,0—2,5 10—15 15—20 4,5—5,5 1/6—1/8 1/8—1/10
Осколочный 12—16 1—1,6 7—14 2—5,5 1/6—1/5
Осколочно-фугасный 11—15 1,5—2/о 12—16 4—5,5 1/6—1/8
Бронебойный 13—20 0,1—0,4 0,5—2,5 3,2—4,4 1/5—1/3
Бронебойно-подкали-берный 7—13 0 0 2,8—3,2 —
Кумулятивный 7—13 0,8—1,8 10—17 3,5—50 1/6-1/10
Рассмотрим типовые конструкции снарядов.
Фугасные снаряды (рис. 2.6) предназначаются для разрушения различных небетонированных сооружений.
Разрушение производится главным образом ударной волной газов, образующихся при разрыве снаряда. Следовательно, эффективность действия фугасного снаряда у цели определяется количеством и мощностью взрывчатого вещества снаряжения.
В качестве снаряжения фугасных снарядов применяется главным образом тротил.
Об эффективности фугасного действия судят по объему воронки, образовавшейся в грунте в результате взрыва снаряда.
40
Осколочные снаряды применяются в наземной и зенитной артиллерии для поражения главным образом живой, силы противника и воздушных целей.
Основное действие этих снарядов наносится осколками оболочки при разрыве. Поэтому главные требования, предъявляемые к осколочным снарядам, сводятся к получению максимального количества так называемых убойных осколков при наибольшем радиусе их поражающего действия.
Убойными называются осколки, имеющие определенную массу и обладающие кинетической энергией, достаточной для того, чтобы вывести из строя цель.
Оболочка осколочных снарядов изготовляется из достаточно хрупкой стали или из сталистого чугуна.
В зенитной артиллерии малого калибра (МЗА) применяются снаряды исключительно комбинированного действия, например, осколочно-трассирующие (для облегчения пристрелки).
Осколочно-фугасные снаряды предназначаются как для разрушения различных сооружений с использованием фугасного действия ВВ, так и для поражения материальной части и живой силы осколками.
Такая унификация экономически целесообразна и создает большое удобство при снабжении боеприпасами в боевых условиях. Для приведения осколочно-фугасных снарядов в действие применяются головные взрыватели с двумя-тремя установками на мгновенное (осколочное), инерционное (фугасное) и замедленное (при необходимости значительного углубления в преграду) действие.
Бронебойные снаряды (рис. 2.7) предназначаются для действия по различным бронированным целям.
Эффективность действия бронебойного снаряда заключается в его бронепробивании и разрушительном действии за броней.
Бронебойные снаряды за броней оказывают поражающее действие осколками снаряда и брони, а также взрывной волной. Бронебойные снаряды должны обладать высокой кинетической энергией удара при встрече с броней, прочностью корпуса, исключающей преждевременное его разрушение при ударе, и хорошей кучностью боя.
Увеличению прочности головной части снаряда и более эффективному разрушению снарядом поверхностного, наиболее твердого слоя брони, способствует применение бронебойного наконечника 1 (рис. 2. 7,а), предложенного для морских бронебой
41
ных снарядов адмиралом Макаровым еще в 90-х годах прошлого столетия.
Улучшение аэродинамических характеристик снарядов, имеющих притупленную головную часть, достигается применением баллистических наконечников 2, изготовляемых из листовой стали или легких сплавов.
Для предохранения от разрушения каморы снаряда при ударе о преграду на корпусе снаряда (рис. 2. 7, б) делают подрезы 3 (локализаторы).
При встрече снаряда с броней в снаряжении возникают боль-
а» л Рис. 2.8. Схемы подкалибер-
7 7 ного снаряда:
Рис. 2.7. Схемы броне- л
л л н а—бронебойно-подкалиберный сна-
ООИНОГО снаряда ряд; б— подкалиберный снаряд
шие напряжения, которые могут привести к преждевременному разрыву снаряда перед броней. Поэтому для снаряжения бронебойных снарядов применяют ВВ с пониженной чувствительностью к удару.
Опытом установлено, что толщина брони, пробиваемой обычным бронебойным снарядом, примерно равна его калибру.
Подкалиберные снаряды, т. е. снаряды, калибр которых меньше калибра орудия, могут применяться для получения больших начальных скоростей за счет уменьшения их массы.
Большая начальная скорость подкалиберных снарядов может быть использована для* увеличения дальности полета снаряда и повышения бронебойного действия. С этой целью широкое применение получили в Великую Отечественную войну так называемые бронебойно-подкалиберные снаряды.
Благодаря их малой относительной массе удается получить начальные скорости, достигающие 1300 м/с, а, следовательно и большие скорости удара (на малых дальностях) при встрече с целью.
42
Бронебойно-подкалиберный снаряд (рис. 2.8, а) состоит из корпуса 1 (поддона), изготовленного из мягкой стали, твердого (чаще всего из карбида вольфрама) бронебойного сердечника 2, баллистического наконечника 3 из легкого сплава или пластмассы и, как правило, трассера 4. При ударе о броню баллистический наконечник сминается, поддон разрушается, а через броню проникает бронебойный сердечник, нанося своими осколками поражение за броней. Бронебойно-подкалиберные снаряды пробивают броню толщиной в 2—3 диаметра сердечника.
Первые конструкции подкалиберных снарядов, предназначенных для получения больших дальностей (рис. 2.8,6), были предложены во второй половине прошлого столетия.
Во время движения снаряда по каналу ствола собственно снаряд 1 соединен с поддоном 2 и удерживается в нем центробежными стопорами 3. По вылете из канала ствола под действием центробежных сил происходит выключение стопоров, вследствие чего поддон отделяется, а собственно снаряд продолжает свое движение с приобретенной начальной скоростью.
Недостатком таких подкалиберных снарядов считается наличие отделяющегося поддона.
Кумулятивные снаряды применяются главным образом для борьбы с танками и другими бронированными целями.
Эффект кумуляции (рис. 2.9, б) заключается в фокусировании взрыва при наличии в заряде кумулятивной выемки и противоположно ей расположенного детонатора. Кумулятивный снаряд (рис. 2. 9, а) состоит из корпуса 2 с легкоразрушающейся головкой 4\ снаряжением 1 является бризантное ВВ с большой скоростью детонации, например, гексоген или ТЭН.
В верхней части заряд имеет кумулятивную выемку. О г формы выемки зависит и устойчивость газового потока, а, следовательно, и бронебойное действие снаряда. Выемка в ВВ покрыта сверху металлической облицовкой 3, назначение которой — увеличить плотность кумулятивной струи.
Облицовку делают из меди, цинка, железа или листовой стали.
Действие кумулятивного снаряда заключается в следующем.
При встрече снаряда с преградой импульс от головного взрывателя передается детонирующему устройству 5, которое вызывает детонацию основного заряда. Взрывчатое разложение распространяется по массе ВВ в направлении кумулятивной выемки. Дойдя до ее поверхности, продукты взрыва’ отражаются нормально к поверхности в каждой ее точке, сосредоточиваясь в мощный газовый поток, характеризующийся очень высокими плотностью, скоростью, температурой и давлением, доходящим до (5—10)109 Н/м2. Этот поток, воздействуя на преграду, пробивает ее. Поражающее действие за преградой наносится газами разрывного заряда, вызывающими разрушение оборудования, поражение боевого расчета и пожар.
43
Толщина брони, пробиваемой кумулятивным снарядом превышает калибр снаряда в 2—3 раза и более.
Стрельба кумулятивными снарядами ведется в основном по движущимся целям.
Главным достоинством кумулятивных снарядов является возможность стрельбы по бронированным целям из маломощных орудий.
Бетонобойные снаряды служат для разрушения бетонных и железобетонных сооружений.
Рис. 2. 9. Схемы кумулятивного снаряда (а) и кумулятивного эффекта (б)
Рис. 2. 10.
Схема шрапнельного снаряда
Современные железобетонные оборонительные сооружения, толщина стен которых достигает * 2—4 м, обладают большой прочностью. Чтобы проникнуть в преграду, требуется большая кинетическая энергия бетонобойных снарядов и большое фугасное действие для ее разрушения. Поэтому бетонобойные снаряды калибром меньше 152 мм не применяются. Бетонобойные снаряды имеют устройство и характеристики, промежуточные между бронебойными и фугасными снарядами.
Снаряды шрапнельного типа. До первой мировой войны основным снарядом полевой артиллерии считалась пулевая шрапнель (рис. 2. 10), свойства которой вполне отвечали существовавшим в то время боевым порядкам пехоты и наличию конницы.
44
В дальнейшем шрапнель использовалась и для борьбы с авиацией, имея в качестве убойных элементов стальные элементы.
Действие шрапнели происходит следующим образом.
На требуемой дистанции разрыва, соответствующей установке дистанционной трубки 6, луч огня от нее передается через центральную трубку 3 к вышибному заряду 1 шрапнели.
Под давлением образовавшихся газов вышибного заряда диафрагма 2 продвигается вперед относительно корпуса. При своем движении диафрагма давит на центральную трубку 3 и гайку 5, что приводит к отрыву головки снаряда. При этом диафрагма выталкивает пули 4 вперед с некоторой добавочной скоростью. Пули разлетаются, образуя конус разлета, и поражают цель. Число находящихся в шрапнели пуль зависит от калибра снаряда и составляет 260—690 штук соответственно для калибров 76 и 152 мм.
Сложность устройства и неэффективность действия против живых целей, находящихся даже за очень слабым укрытием привели к тому, что шрапнель уступила место осколочно-фугасному снаряду. Однако принцип действия шрапнельных снарядов может быть использован для решения ряда задач.
Зажигательные снаряды предназначены для сжигания различных сооружений, складов боеприпасов и других объектов противника путем сожжения.
По конструкции и характеру разрыва зажигательный снаряд сходен со шрапнелью. Вместо пуль внутренний объем корпуса заполняется зажигательными элементами. Каждый зажигательный элемент представляет собой оболочку из листовой стали или горючего материала, например, электрона (алюминиевомагние-вого сплава), заполненную зажигательным составом.
Зажигательный состав при горении элементов имеет температуру порядка 2500—3000° С.
В настоящее время зажигательные снаряды очень разнообразны как по характеру зажигательных составов, так и по своей конструкции.
Значительное распространение в капиталистических странах получили загущенные горючие, так называемые напалмы.
Напалм представляет собой вязкую, текучую коллоидную массу, являющуюся смесью жидких горючих (нефть, керосин, бензин, смола и др.) с порошкообразными горючйми металлами, например, алюминием, магнием, и др. Иногда, применяя специальные добавки, напалму придают липкость, что приводит к прилипанию горящего напалма к зажигаемому объекту.
Осветительные снаряды предназначены для освещения местности в ночное время. Основное требование к снаряду — возможно большая сила света и продолжительность освещения.
Все современные осветительные снаряды дистанционного действия применяются в гаубицах 122—152 мм калибра, так
45
как в снарядах меньшего калибра не может быть размещено, необходимое Снаряжение. Обычно осветительный элемент (факел) на парашюте опускается с высоты 400—500 м со скоростью 5—8 м/с.
Осветительные снаряды обеспечивают освещение местности радиусом до 1000 м в течение 50—55 с, а полное освещение с силой света 500 000 св наступает через 3—5 с после разрыва
снаряда.
Мины (рис. 2.11) представляют собой оперенные снаряды для минометов. Стабилизация мин в полете осуществляется при помощи хвостового оперения.
Большие углы падения мины позволяют получить хорошее осколочное действие, а относительно небольшие давления
Рис. 2. 11. Схемы мины
в стволе миномета (4—10) ГО7 Н/м2 дают возможность получать фугасные мины с большим наполнением ВВ. Так, при относительной массе Cq= 10-4 15 кг/дм3 коэффициент наполнения а = 25—30%.
Из мин основного назначения применяются: фугасные, осколочные и осколочно-фугасные.
Оболочка 5 мины изготовляется из сталистого чугуна (реже из стали или литейного чугуна) и состоит из головной части Н, цилиндрической части А, хвостовой части В и стабилизатора С.
На цилиндрической части располагаются одно или два центрующих утолщения 4 для направления мины в стволе. Для обеспечения свободного движения мины в стволе при дульном заряжании между центрующим утлщением и поверхностью канала ствола предусматривается зазор порядка 0,5—1,0 мм на диаметр.
Стабилизатор мины состоит из
стальной, трубки 2 с огнепередаточными отверстиями и приваренных к ней перьев 1 из листовой стали.
В трубке стабилизатора в картонной гильзе 7 размещается основной заряд 6 мины, а на самой трубке против огнепередаточных отверстий укрепляются дополнительные заряды 3 в ма-
терчатых картузах.
В медном дне картонной гильзы расположен капсюль-воспламенитель 8,
Основной заряд мины воспламеняется от удара бойка стреляющего механизма по капсюлю или от удара о боек при жест
46
ком наколе мины в конце ее движения в стволе при дульном заряжании.
В результате горения пороха основного заряда образовав-шиеся газы пробивают картонную гильзу против огнепередаточных отверстий и воспламеняют дополнительные заряды. Применение такой схемы огневой цепи объясняется малой плотностью заряжания вследствие большого объема заминного пространства.
2.4. ВЗРЫВАТЕЛИ
Взрыватели представляют собой устройства, предназначенные для приведения в действие снаряжения снаряда в требуемой точке траектории путем передачи взрывного (детонационного) импульса разрывному заряду.
Рис. 2. 12. Схема реакционного ударного механизма взрывателя
Рис. 2. 13. Схема инерционного ударного механизма взрывателя
В некоторых снарядах для приведения их в действие используются так называемые трубки — устройства, сообщающие луч огня.
В зависимости от принципа действия взрыватели подразделяются на ударные (контактные), дистанционные и неконтактные.
Ударными называются взрыватели, срабатывающие при ударе о преграду.
Ударный механизм взрывателя сообщает начальный импульс капсюлю при встрече с преградой.
В артиллерийских взрывателях используются два основных типа ударных механизмов: реакционные и инерционные.
Реакционный ударный механизм (рис. 2.12) применяется в головных взрывателях и состоит из реакционного ударника 4
47
с жалом, капсюля 3 и контрпредохранительной пружины 1, не допускающей сближения ударника с капсюлем в полете.
Накол капсюля жалом происходит путем непосредственного воздействия силы реакции преграды на реакционный ударник в момент встречи снаряда с преградой.
В ударных механизмах инерционного типа (рис. 2. 13) при торможении снаряда в момент встречи его с преградой инерционный ударник 2 движется по инерции и накалывает капсюль 3. Наличие' реакционного и инерционного механизмов позволяет обеспечить две установки взрывателя: реакционного (осколочного) и инерционного (фугасного) действия.
Механизмы взведения (рис. 2.14) служат для перевода дета-а лей ударных механизмов из нейтрального положения, при котором исключается возможность накола жалом, в боевое.
На рис. 2, 14,(2 показан механизм, использующий для взведения линейные силы инерции.
Рис. 2. 14. Схемы механизма взведения взрывателей
До выстрела предохранитель 2 удерживает ударник 1 от перемещения вперед и, следовательно, от накола капсюля 5 жалом 4. При выстреле разгибатель под действием силы инерции оседает и, разгибая предохранитель, соединяется с ударником Таким образом взрыватель взведен.
Механизм взведения, основанный на использовании центробежных сил, показан на рис. 2. 14,6.
До выстрела центробежные стопоры 2 входят в выточку ударника 1 и удерживают его от перемещения.
При выстреле под действием центробежных сил, вызываемых вращением снаряда, стопоры расходятся в стороны, сжимая 48
пружины <3, и освобождают ударник. Взрыватель подготовлен к действию. В зависимости от характера цели, по которой ведется стрельба, от. взрывателя ударного действия требуется либо мгновенное срабатывание снаряда при встрече с преградой (осколочные, кумулятивные), либо срабатывание с некоторым замедлением (фугасные, бетонобойные) или с автоматическим замедлением (бронебойные, бетонобойные).
Временем срабатывания взрывателя ударного действия называется промежуток времени от момента встречи снаряда с преградой до момента его разрыва. Для взрывателей мгновенного действия это время не превышает 0,001 с. Взрыватели могут иметь несколько установок на различное время действия.
Взрыватели являются наиболее чувствительными к внешним воздействиям, а, следовательно, и наиболее взрывоопасными из всех элементов артиллерийского выстрела. Поэтому взрыватели снабжаются различными предохранителями, обеспечивающими безопасность их в обращении, при выстреле (при движении по каналу ствола) и в полете.
Дистанционными называют взрыватели, которые вызывают разрыв снаряда на траектории по истечении определенного времени.
Дистанционные взрыватели и трубки снабжаются специальными дистанционными механизмами. По принципу действия эти механизмы могут быть различными, наиболее часто применяются пороховые и механические (часовые).
Дистанционный механизм пороховой дистанционной трубки (взрывателя) представляет собой ряд металлических колец, в канавках которых запрессован пороховой (дистанционный) состав.
Время срабатывания трубки (взрывателя) определяется длиной горящего состава.
Основным недостатком пороховых трубок и взрывателей является зависимость скорости горения порохового дистанционного состава от атмосферного давления и возможность затухания в разреженных слоях атмосферы.
Этих недостатков лишены дистанционные механические взрыватели часового типа (рис. 2. 15).
В корпусе взрывателя размещается дистанционное устройство, прикрытое сверху баллистическим колпаком 6.
Дистанционное устройство состоит из часового механизма, приспособления для установки взрывателя и ударного механизма.
До выстрела главная ось 5 удерживается от вращения стрелой 4, конец которой входит в инерционный кулачок 3.
Приспособление для установки взрывателя имеет установочную коробку 7, на которой закреплен баллистический колпак 6.
49
На наружной поверхности колпака расположена продольные пазы а для сцепления с захватом автоматического установщика взрывателей (АУВ). До выстрела центробежный предохранитель 9 удерживает ударник И от перемещения в сторону капсюля-воспламенителя. Перед выстрелом взрыватель устанавливается вращением баллистического колпака с коробкой 7.
Рис. 2. 15. Схема дистанционного механического взрывателя
При этом прорезь б в верхней стенке коробки, имеющая форму стрелы 4, поворачивается на определенный угол относительно стрелы, чем и определяется установка взрывателя на требуемое время разрыва снаряда.
При выстреле кулачок 3 под действием сил инерции освобождает стрелу 4 и главную ось 5. При движении снаряда по каналу ствола сила инерции препятствует пуску в ход часового механизма.
• По вылете снаряда за дульный срез главная ось под действием заводной пружины 1 начинает вращаться вместе со стрелой.
50
Вращение стрелы будет происходить до тех пор, пока ее профиль не совпадет с вырезом б в установочной коробке 7. При их совпадении пружина 2 -вытолкнет стрелу в этот вырез и освободит спусковой рычаг 8 ударника.
Тогда ударник под давлением пружины 10 накалывает капсюль-воспламенитель, приводя этим в действие огневую цепь взрывателя.
В отличие от дистанционных взрывателей неконтактные взрыватели не требуют предварительной установки на дальность разрыва, а приводят в действие снаряда на опасном для цели расстоянии и момент их срабатывания зависит от места положения цели. Среди неконтактных взрывателей наибольшее применение нашли за рубежом радиовзрыватели, которые используются в осколочных снарядах зенитной и наземной артиллерии.
Конструкция взрывателя показана на рис. 2. 16. В стальном корпусе размещается приемопередатчик с генератором 3 высокочастотных колебаний, антенна 2 для излучения и приема отраженных от цели сигналов,.электродетонирующая цепь 5 и пре: дохранительные устройства, обеспечивающие безопасность в обращении и при выстреле.
Батарея питания 1 имеет стеклянную ампулу 4 с электролитом. При выстреле под действием инерционных сил ампула раз* бивается и электролит разливается по элементам батареи.‘Медленный разогрев ламп приемопередатчика обеспечивает дистанционное взведение взрывателя на безопасном расстоянии от орудия.
Во время полета передатчик радиовзрывателя непрерывно излучает в пространство радиоволны определенной частоты.
Изменение частоты отраженных от цели колебаний обусловлено относительным движением цели и снаряда и известно в физике под названием эффекта Доплера.
Усиленная разность генерируемой и отраженной частот является управляющим сигналом для приведения взрывателя в‘действие. По мере приближения снаряда к цели этот сигнал усиливается и после достижения определенной величины в зоне поражения цели производит разрыв снаряда. Если снаряд не попал в зону поражения цели, то специальный самоликвидатор через определенный промежуток времени взорвет снаряд в воздухе, предупреждая тем самым его разрыв при падении на землю.
Автоматический установщик взрывателей
Для установки дистанционного механического взрывателя на заданное время разрыва снаряда на траектории его полета применяются установщики взрывателей, которые являются элементом орудия, но рассматриваются в данной главе.
51
Большие скорости движения современных зенитных целей требуют от установщика высокой точности установки взрывателя, постоянства времени запаздывания в установке взрывателя и автоматической связи установщика с механизмами заряжания.
Обеспечение этих требований возможно только в результате применения автоматических установщиков взрывателей (АУВ).
Рис. 2. 17. Принципиальная схема АУВ
В автоматических установщиках значение установки взрывателя, выработанное ПУАЗО (приборы управления артиллерийским зенитным огнем), вводится в АУВ следящей системой, а установка взрывателя производится силовым, чаще всего электрическим приводом.
Одна из возможных принципиальных схем такого АУВ представлена на рис. 2.17.
Электродвигатель через редуктор и фрикционные муфты 3 и 12 приводит в движение механизмы установщика. До включения пусковой рукоятки 1 маховики 5 непрерывно вращаются от электродвигателя.
Цикл работы АУВ можно разделить на три этапа.
Первый этап — движение головки а установщика вперед дэ встречи -с взрывателем снаряда 4. Поворотом пусковой рукоятки 1 через систему рычагов и тяг освобождается от упора 2 фрикционная муфта 3 и под действием пружины 4 сцепляется 52
с вращающимся маховиком 5. При этом включается кривошипношатунный механизм.
При вращении винтового колеса 6 кривошипно-шатунного механизма шатун 7 через цапфу 8 и вилку 9 перемещает головку а установщика, надвигая ее на взрыватель.
При повороте винтового колеса на пол-оборота упор Л, находящийся на винтовом колесе, встречается с собачкой 10, вследствие чего кривошипно-шатунный механизм резко останавливается. При этом фрикционная муфта 3, продолжая вращаться по инерции, навинчивается на валик 11, сжимая пружину 4 и позволяет упору 2 зафиксировать фрикционную муфту в разомкнутом положении.
Второй этап — установка взрывателя (вращение баллистического колпака на требуемый угол поворота).
Этот этап начинается с момента сцепления фрикционной муфты 12, освобожденной от упора 13, с маховиком 5.
После этого, вместе с муфтой 12 (через шестерни 17 и 18, муфту 19, сидящую на шлицах вала 20, и дифференциал б) вращается коническая шестерня 21.
От дифференциала б вращение передается головке а установщика последовательно по двум направлениям: через шестерни 22 и 23— наружной трубе 24 с кольцом и захватом 25, а также через шестерню 26 — шлицевому валу 27 и, следовательно, — захвату 28. Шестерня 26 приторможена двумя бономами 29, поэтому вначале будет вращаться только наружная труба 24 с захватом 25.
Не более чем за один оборот захват 25 заскочит в паз корпуса взрывателя и наружная труба 24 остановится, а шлицевой вал 27 начнет вращаться. При вращении шлицевого вала захват 28 заскакивает в паз баллистического колпака взрывателя, поворачивает его и производит этим установку взрывателя.
В конце установки взрывателя упор на конической шестерне 30 подходит к упору червячного колеса 31. При этом червячное колесо 31 поворачивает и продвигает червяк 32 по шлицам валика 33 до соприкосновения с неподвижной шайбой 34. Происходит резкая остановка механизмов, фрикционная муфта 12 сходит с маховика 5 и встает на упор 13. При движении червяка 32 вперед одновременно через систему рычагов и тяг поворачивается валик 35, собачка 10 и упор 2.
Третий этап — движение головки установщика в первоначальное положение.
Освобожденная от упора 2 фрикционная муфта 3 под действием пружины 4 сцепляется с маховиком 5 и через винтовое колесо 36 и кривошипно-шатунный механизм возвращает головку установщика в исходное положение.
В конце хода шлицевого вала 27 гайка 15, поворачивая рычаг 37 через тягу 38, расцепляет муфту 20 с шестерней 18.
53
Спиральная пружина 39 (заведенная во втором этапе), раскручиваясь, приводит в исходное положение всю цепь, идущую к головке АУВ.
При этом цикл работы АУВ по установке взрывателя заканчивается.
При движении назад шлицевого вала 27 гайка 15, поворачивая рычаг 40, включает привод лотка и патрон подается на линию досылки через рычаг 14.
2.5. ЗАРЯДЫ
Боевой заряд состоит из навесок пороха, собранных в определенном порядке. Для создания наивыгоднейших условий выстрела боевому заряду могут быть приданы некоторые вспомогательные элементы.
Заряды по своему устройству подразделяются на постоянные (рис. 2. 18, а) и переменные (рис. 2. 18,6). Как те, так и другие могут быть полными и уменьшенными. Переменный боевой заряд состоит из основного заряда или пакета и отдельных пучков, что позволяет путем удаления необходимого числа пучков изменять начальную скорость снаряда, характер его траектории и дальность стрельбы. Боевые заряды 3 (рис. 2. 18) к выстрелам патронного заряжания обычно являются постоянными, в редких случаях — переменными (см. рис. 2. 22) и помещаются в гильзе 4. Неподвижность заряда в гильзе, как необходимое условие однообразия функционирования заряда при выстреле и сохранности формы пороховых зерен при транспортировке, достигается обычно с помощью картонных цилиндров 2 (заполнителей), которые размещаются между боевым зарядом и дном снаряда. Как „ правило, боевой заряд снабжается картонным кружком 1 (обтюратором) для предупреждения прорыва пороховых газов в начальный момент горения заряда.
Между средством воспламенения и зарядом располагается воспламенитель 5, представляющий собой небольшую навеску (1—3% от всего заряда) дымного или пористого нитроцеллюлозного пороха, способствующего быстрому воспламенению всего заряда.
Кроме того, заряд обычно содержит дополнительные элементы.
Чаще всего применяются флегматизаторы, противоомедни-тели и пламегасители.
Флегматизаторы, предназначенные для уменьшения воздействия пороховых газов на канал ствола, что в значительной степени увеличивает его живучесть. Флегматизатор представляет собой тонкую бумажную обертку, пропитанную специальным составом. При сборке в него завертывается пороховой заряд. Действие флегматизатора состоит в образовании теплоизоли-
54
рующего слоя между каналом ствола и пороховыми газами
в момент выстрела.
Противоомеднители (размеднители) служат для уменьшения омеднения канала ствола. Чаще всего в качестве противоомед-
нителей применяют свинцовую проволоку, которая вкладывается при сборке в гильзу.
Рис. 2. 18. Схемы боевого заряда к выстрелу патронного заряжания
Пламегасители служат для уменьшения или уничтожения пламени, образующегося при выстреле. Пламегасящее вещество (например, хлористый калий) может вводиться в состав по-
Рис. 2. 19. Схемы боевого заряда к выстрелу раздельного заряжания
6—трубчатый порох; 7—зерйеный порох
роха или добавляться к боевому заряду в виде дополнительных элементов.
. Боевые заряды к выстрелам раздельного гильзового заряжания (рис. 2. 19, а), могут быть постоянными или переменными. Основной пакет 4 располагается на дне гильзы 5, а пучки 3 (рав* новесные или разновесные) — в определенном порядке сверху пакета.
Заряд изготовляется из пороха одной марки или нескольких различных марок. Герметизация заряда в гильзе обеспечивается усиленной крышкой 2, которая удаляется перед заряжанием. Заряду могут быть приданы дополнительные элементы такого же назначения, как и элементы к заряду патронного заряжания, например, воспламенитель /, размеднитель и т. д.
55
Боевые заряды к выстрелам картузного заряжания (рис. 2.19,6) могут быть как постоянными, так и переменными, Основной 2 и дополнительные 1 заряды расположены в картузах из шелковой ткани, не дающей тлеющих остатков в каморе орудия после выстрела. В орудиях крупного калибра при большой длине каморы постоянный заряд может состоять из двух полузарядов, что обеспечивает большую жесткость заряда и улучшает условия подачи заряда к орудию и досылки в камеру при заряжании.
Независимо от конструкции боевого заряда последний должен обеспечивать требуемую начальную скорость при давлениях, допускаемых прочностью ствола и снаряда, полностью сгорать и вызывать возможно меньший разгар ствола.
Средства воспламенения боевых зарядов
Средства воспламенения боевых зарядов представляют собой устройства, предназначенные для сообщения начального импульса в виде луча огня боевому заряду.
По способу приведения в действие они. делятся на ударные и электрические.
Рис. 2. 20. Схемы капсюльной втулки
Соединение ударного и электрического способов действия привели к конструкции электроударных (комбинированных) средств воспламенения.
К ударным средствам воспламенения относятся капсюли, капсюльные втулки и ударные трубки. Капсюли применяются только в патронах стрелкового оружия и в минометных выстрелах.
Капсюльные втулки (КВ) встречаются различных конструкций и размеров в зависимости от величины заряда, давления в канале ствола и других условий их применения, но принципиальное их устройство и действие одинаково. В качестве примера на рис. 2.20, а приведено устройство капсюльной втулки КВ-4 для выстрелов к орудиям средних калибров.
56
Капсюльная втулка ввинчивается в дно гильзы. Действие капсюльной втулки состоит в следующем. Боек ударника стреляющего механизма затвора орудия при ударе деформирует дно 1 капсюльной втулки и разбивает капсюль-воспламенитель <7 о наковаленку 5. Луч огня через запальное отверстие наковаленки передается пороховым петардам 2, от усиленного огня которых воспламеняется боевой заряд. При этом под давлением образовавшихся пороховых газов обтюрирующий конус 3 перемещается назад, прижимается к гнезду в наковаленке и устраняет тем самым возможность прорыва газов через дно капсюльной втулки в случае ее повреждения.
В выстрелах картузного заряжания применяются, ударные трубки, внутреннее устройство и действие которых аналогично действию капсюльной втулки, рассмотренной выше.
Применение электрических средств воспламенения имеет особое значение в выстрелах к орудиям, установленным на качающемся основании (например, на танковых и корабельных установках) и ведущим стрельбу с хода.
Это объясняется тем, что при наличии электрических средств воспламенения значительно уменьшается время срабатывания устройств для производства выстрела, что увеличивает действенность стрельбы. Устройство электрической капсюльной втулки показано на рис. 2. 20, б. Между корпусом 2 втулки и изолированным от него вкладышем-контактом 1 расположен электрозапал с мостиком накаливания 3 на конце.
При замыкании электрической цепи происходит накаливание мостика электрозапала, что. приводит в действие воспламенительный состав с пороховой петардой 4.
2.6. ГИЛЬЗЫ
Гильза является элементом артиллерийского выстрела, в котором размещается метательный заряд и средства воспламенения. Кроме того, гильза является обтюратором, предупреждающим прорыв пороховых газов при выстреле в сторону затвора. Наряду с этим гильза дает возможность соединить все элементы выстрела в одно целое (унитарный патрон), а также обеспечивает сохранность заряда при воздействии на него внешних условий (атмосферное влияние, удары и т. д.).
К гильзам предъявляются следующие основные требования:
— легкость вхождения в камору, точность фиксации в ней положения заряда и легкость экстракции;
— прочность при выстрелё и в служебном обращении;
— надежность обтюрации;
— многострельность (возможность многократного использования) ;
— неизменяемость механических свойств при длительном хранении.
57
Кроме того, к гильзам предъявляется ряд производственных и экономических требований из-за массового производства их и дефицитности материала.
Типовые конструкции гильз приведены на рис. 2.21.
Внешнее очертание гильзы соответствует форме каморы орудия, для которой гильза предназначена.
Для облегчения заряжания между поверхностью гильзы и каморой ствола предусматривается зазор, величина которого
Рис. 2. 21. Схемы гильз различных типов
обусловлена прочностью гильзы, необходимостью обеспечения обтюрации и легкостью экстракции. Обычно этот зазор равен 0,2—0,8 мм (в зависимости от калцбра орудия и вида заряжания).
Для прочного удержания в гильзе снаряд своей запоясковой частью вставляется с натягом в дульце а, которое закрывается в специальную канавку на снаряде. Корпус в гильзы имеет конусность, значение которой определяется типом гильзы и каморы, что облегчает заряжание орудия и эксплуатацию гильзы. Фланец г гильзы, упираясь в кольцевой бурт ствола, ограничи вает продвижение ее в каморе, а также служит для экстракции гильзы.
Такой способ' фиксации патрона в каморе ствола является наиболее простым, надежным и обеспечивает нормальное срабатывание средств воспламенения ударного действия.
Однако наличие фланца в гильзе приводит к усложнению подачи патронов в камору автоматических орудий (вследствие зацепляемости гильз в механизмах подачи и заряжания). Поэтому в артиллерийских автоматах малого калибра иногда применяют и другие способы фиксации патрона в каморе ствола (скатом б или специальным уступом на корпусе гильзы).
Обтюрация осуществляется из-за того, что под давлением пороховых газов происходит упруго-пластическое расширение 58
гильзы, которое приводит к выбору зазора между каморой и гильзой.
По материалу гильзы бывают латунные, стальные и из неметаллов (например, из пластмассы).
Наибольшее распространение имеют латунные гильзы, так как они наилучшим образом удовлетворяют основным требованиям, предъявляемым к гильзам. Недостатком латунных гильз является дороговизна материала.
По конструкции гильзы делятся на цельнотянутые (рис. 2. 21, а), свертные (рис. 2. 21, в), сборные (рис. 2.21,6) и разъемные (рис. 2.22).
Цельнотянутые гильзы изготовляются из латуни и стали путем многооперационной последовательной вытяжки, прессовки дна и обжима дульца, ската и корпуса на специальных мощных прессах. Сложность изготовления цельнотянутых гильз приводит в ряде случаев к необходимости использовать сборные гильзы.
Сборные гильзы применяются главным образом в выстрелах раздельного заряжания.
Разъемные гильзы (см. рис. 2.22) используются для создания унитарного патрона с переменным зарядом. Такие гильзы состоят из корпуса и съемного (привинтного на рис. 2.22, а или вкладного на рис. 2.22, б) дна.
При необходимости изменения величины заряда часть пучков удаляется через съемное дно.
Разъемные гильзы применяются редко из-за сложности их изготовления и трудности обеспечения надежной обтюрации.
При выстреле в гильзе возникают упругие и остаточные деформации. Действие гильзы при выстреле можно условно разделить на четыре периода.
Первый период—упругое и пластическое растяжение стенок гильзы до соприкосновения их со стенками каморы ствола.
Второй период — растяжение стенок гильзы совместно с ка морой до момента, при котором давление в канале ствола достигает максимального значения.
Третий период — сжатие стенок гильзы совместно с каморой.
Четвертый период — сжатие стенок гильзы после того, как камора возвратится в первоначальное состояние.
После выстрела гильза вследствие остаточных деформаций оказывается плотно прижатой к стенкам каморы, что приводит к необходимости затраты значительных усилий для ее экстракции.
При центральном воспламенении боевого заряда в безоткат* ных орудиях (ДРП) применяется перфорированная гильза (рис. 2.23), имеющая большое число небольших по диаметру отверстий а на боковой поверхности корпуса 2.
Через эти отверстия происходит истечение пороховых газов в наружную камору и, меняя направление, газы вытекают через сопла, находящиеся в затворе.
59
Для создания давления форсирования с внутренней поверхности гильзы отверстия закрываются картонным цилиндром 1.
Сгорающие гильзы. Применение металлических гильз имеет
ряд существенных недостатков, а именно:
— гильза составляет 40—60% массы всего выстрела и яв-
ляется «мертвым» грузом для носителей артиллерийских орудий (самолетов, танков, кораблей ил. д.);
— увеличивается загозованность боевого отделения танка, корабельной башни и т. д. из-за наличия оставшихся пороховых газов
Рис. 2. 22. Схемы выстрелов с разъемными гильзами
Рис. 2.23. Схемы гильз к выстрелу безоткатного орудия
— производство технологически сложно, необходимо иметь мощное прессовое оборудование, дороговизна и дефицитность (латунь) материалов и т. д.
За рубежом в выстрелах для танковых орудий при гильзовом заряжании применяются сгорающие гильзы, корпус которых изготовлен из пороховой массы, и следовательно, составляет часть боевого заряда. Для обтюрации пороховых газов используется короткий металлический поддон.
Однако, как показывает опыт их применения, по данным иностранной печати, сгорающие гильзы легко воспламеняются, легко поддаются повреждению и чувствительны к влаге и маслам.
Глава 3
АРТИЛЛЕРИЙСКИЕ ОРУДИЯ
3.1. ОСНОВНЫЕ ЧАСТИ
Артиллерийское орудие представляет собой сложную боевую машину. В зависимости от назначения и типа орудия его устройство и внешний вид разнообразны. Однако,. несмотря на различия, все орудия устроены по одному принципу.
Современное артиллерийское орудие с откатом ствола по оси канала в самом общем виде (рис. 3.1) состоит из следующих основных частей:
— ствола с казенником, затвором и дульным тормозом;
— элементов автоматики перезаряжания и досылки;
— противооткатных устройств;
— люльки с цапфами;
— верхнего станка с цапфенной обоймой;
— нижнего станка со станинами или основания;
— механизмов вертикального и горизонтального наведения;
— уравновешивающего механизма;
— прицельных устройств;
— установщика трубок;
— выравнивающего механизма;
— горизонтирующего устройства;
— ходовой части и подрессоривания.
В зависимости от типа орудия и установки отдельные названные части могут отсутствовать или заменяться другими.
Ствол с казенником и затвором составляет основную часть артиллерийского орудия.
Ствол артиллерийского орудия должен обеспечивать надлежащие баллистические характеристики артиллерийской системы, заданные тактико-техническими требованиями (придание снаряду определенной массы заданной скорости, дальности, кучности боя).
Конструктивные размеры ствола должны обеспечивать рациональный объем каморы, приемлемую длину ведения снаряда для обеспечения заданной начальной скорости снаряда при полном сгорании заряда в канале ствола, оптимальную крутизну нарезов (при их наличии) для обеспечения устойчивого полета снаряда.
61
Длина стволов современных орудий находится в пределах (30— 100)d, где d — калибр орудия.
Конструкция ствола должна обеспечивать его прочность, легкую разборку и сборку, экономичное изготовление, ствол должен иметь надежное и прочное соединение с казенником и противооткатными устройствами.
Рис. 3. 1. Артиллерийское орудие:
/—дульный тормоз; 2—ствол; 3—люлька; 4—верхний станок; 5—механизмы наведения: 6—прицельное устройство 7—ходовая часть; 8— станины; 9—домкрат; /(/—уравновешивающий механизм
Ствол (рис. 3.2) представляет собой толстостенную трубу, закрытую с одного конца затвором. В стволе различают казенную часть, где размещается затвор, боевой заряд, снаряд и дульную часть. Внутренняя поверхность трубы называется каналом ствола. Канал ствола может быть гладким и нарезным. Нарезы в канале ствола выполняются по винтовой линии с постоянным или переменным углом наклона. Различают следующие элементы нарезной части: нарезы, их дно, поля и грани. Диаметр канала ствола по полям нарезов называется калибром ствола и орудия. Разность радиусов по дну нарезов и калибру назы
62
вается глубиной нарезов. Ширина выступа нареза называется полем,' расстояние между гранями по дну называется шириной нареза. Боевой гранью нареза,при правой нарезке являются правые грани, где приложены силы сопротивления, заставляющие снаряд вращаться по часовой стрелке.
В казенной части ствола располагается камора, в которой при заряжании размещается заряд и запоясная часть снаряда.
Казенник предназначен для полного или частичного размещения затвора и привода к нему, для крепления противооткат-
Рис. 3. 2. Схема ствола:
А—казенник; Б—камора; В—нарезная часть; Т—труба; К—кож ух
ных устройств и других деталей. Сопряжение казенника со стволом осуществляется с помощью различного вида соединений, чаще всего резьбовых.
Затвором называется совокупность устройств и механизмов; предназначенных для запирания канала ствола, производства выстрела и выбрасывания стреляной гильзы. Эти функции в затворе выполняют следующие механизмы: запирающий, ударный, выбрасывающий, предохранительный, открывающий, закрываю щий. Обычно применяют поршневые (рис. 3.3, а} и клиновые затворы (рис. 3. 3, б).
Механизмы перезаряжания осуществляют перемещение патронов или элементов выстрела на линию досылки и досылку. Они работают либо за счет энергии выстрела, либо благодаря постороннему источнику.
Для уменьшения действия выстрела на лафет в артиллерийских орудиях, кроме противооткатных устройств, применяют дульные тормоза. Работа дульного тормоза любой конструкции происходит в период последействия за счет силы, действующей на ствол в направлении, обратном откату. Дульный тормоз навин-. чивается на дульную часть ствола (рис. 3.4).
Противооткатные устройства являются связующим звеном между стволом, откатывающимся по направляющим люльки, и неподвижными частями орудия.
63
Противооткатные устройства предназначены для торможения отката ствола при выстреле и для возвращения (наката) его в исходное положение после выстрела. Для торможения ствола при откате и накате служит гидравлический тормоз отката и наката.
Рис. 3. 3. Схемы затворов различных типов
Возвращение ствола в исходное положение производит накатник, отдавая энергию, аккумулированную при откате ствола.
Накатник участвует в торможении ствола при откатке (см. гл. 7).
Люлька (см. гл. 8) служит направлением для ствола при откате и накате, в ней крепятся противооткатные устройства. На люльке частично размещаются привода затвора, частично механизм вертикального наведения, а также другие механизмы и устройства. Посредством цапф люлька сопрягается с верхним станком. Различают обойменные и корытные люльки.
Рис. 3. 4. Схема расположения дульного тормоза на стволе'
Ствол с казенником и затвором, противооткатные устройства и люлька вместе составляют качающуюся часть орудия.
Для стрельбы в заданном направлении и для транспортировки качающаяся часть орудия помещается на лафете. Артиллерийский лафет, как боевой станок (основание), обеспечивает при помощи механизмов наведения простое, быстрое, точное выполнение горизонтального и вертикального наведения ствола в требуемых пределах, а также обеспечивает устойчивость орудия при выстреле.
Как повозка, лафет обеспечивает подвижность орудия, и, следовательно, он должен иметь высокую проходимость по дорогам 64
всех типов, плавность хода, прочность и достаточную живучесть по пробегу.
У зенитных орудий крупного калибра имеются автоматические установщики дистанционных взрывателей (АУВ), назначение которых состоит в установке дистанционных взрывателей в соответствии с данными, поступающими от приборов управления стрельбой (ПУС).
Все эти механизмы, полностью или частично, также размещаются на качающейся части орудия.
Верхний станок является несущей опорой качающейся части. С помощью вертикального штыря и опорных устройств верхний станок сопрягается с основанием. На верхнем станке размещаются приводы механизмов наведения, прицельные устройства, щитовое прикрытие, сидения для наводчиков и другие устройства.
Качающаяся часть орудия при помощи цапф люльки соединяется с верхним станком, основное назначение которого — обеспечивать наведение ствола в горизонтальной плоскости. Эту задачу выполняет поворотный механизм, отдельные детали которого закреплены на верхнем станке. Здесь же крепятся подъемный механизм, детали уравновешивающего механизма и т. д.
Нижний станок является основанием для вращающейся части. У полевых орудий нижний станок состоит из лобовой коробки и станин. Станины могут представлять собой однобрус-ный лафет или быть раздвижными.
На задних концах станин, называемых хоботовыми частями, имеются сошники, которые при стрельбе упираются в грунг и тем самым обеспечивают неподвижность орудия в горизонтальной плоскости. У зенитных орудий, имеющих колесный ход, основание обычно называют повозкой, состоящей, как правило, из четырех станин с опорными домкратами и забивными сошниками на концах. Две боковые станины — откидные.
У стационарных систем ходовых частей нет, основание соеди няется с местом установки орудия (бетонным блоком, палубой корабля и т. п.) с помощью специальных крепежных деталей. Основание такого типа называют неподвижным основанием.
Уравновешивающий механизм предназначен для уравновешивания качающейся части относительно оси цапф так, чтобы усилия, прикладываемые к приводу механизма вертикального наведения, были практически одинаковыми на всем диапазоне углов возвышения в обоих направлениях вращения.
Прицельные устройства служат для установки на них исходных данных для стрельбы, а также для непосредственного визирования цели.
Современные полевые орудия в боевом положении имеют четыре опорные точки: два колеса и две хоботовые части' раздвижных станин.
3 2610
65
Три опорные точки (два колеса и одна станина) всегда найдут опору на неровной позиции. Четвертая опорная точка (вторая станина)' может оказаться без опоры. Назначение выравнивающего устройства состоит в том, чтобы автоматически обеспечить опору всем четырем точкам орудия. Выравнивающие устройства не обеспечивают горизонтального положения оси цапф орудия. Горизонтирующие устройства предназначены для ликвидации наклона оси цапф и придания оси вращения верхнего станка вертикального положения. Горизонтирующие устройства применяются преимущественно в зенитных орудиях.
У морских, самоходных и танковых орудий, подверженных качке, может иметь место наклон оси цапф. Для обеспечения точной стрельбы ось цапф к моменту выстрела должна занято горизонтальное положение. Непрерывное горизонтирование оси цапф при стрельбе осуществляется механизмом стабилизации.
Ходовая часть служит для перемещения орудий наземной артиллерии. Основу их составляют оси и колеса, автомобильного типа, приспособленные для боевых условий.
Для предохранения лафета и его механизмов от ударных нагрузок при движении по неровной местности е большими скоростями необходимо подрессоривание.
Подрессоривание представляет собою упругую связь лафета с ходовыми частями.
Кроме названных механизмов и устройств, имеющих в основном боевое назначение, у лафета или станка имеются различные вспомогательные устройства. К ним относится, например, крепление качающейся и вращающейся частей по-походному для предохранения механизмов вертикального и горизонтального наведения от нагрузок при движении орудия. У орудий возимых имеется устройство для соединения с артиллерийским тягачом или 1 автомобилем, называемое шворневой лапой, у полевых имеются устройства для крепления так называемого шанцевого инструмента (лопаты, ломы, топоры и т. д.), необходимого для подготовки позиции*.
3.2. ТИПЫ ОРУДИЙ И ИХ КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ
По баллистическим свойствам, траектории полета снаряда и конструктивным схемам артиллерийские орудия, входящие в ранее разобранные артиллерийские комплексы, подразделяются на следующие типы: пушки, гаубицы, пушки-гаубицы, минометы, безоткатные орудия.
Такое разнообразие типов орудий определяется многообразием целей, которые должны поражаться артиллерийским огнем.
Пушки служат для уничтожения открытых вертикальных целей, а также для стрельбы на большие дальности. Характерная особенность пушек — длинные стволы, большие начальные ско
66
рости снарядов, настильная траектория, высокая скорострельность.
Они превосходят все орудия других типов по дальности и: ударному действию снарядов; последнее весьма важно при стрельбе по бронебойным целям.
Однако при одном и том же калибре пушки являются самыми тяжелыми, так как их длинный и тяжелый ствол и большая сила отдачи при выстреле требуют прочных и массивных лафетов, которыми в зависимости от назначения могут быть самоходные шасси, танки, корабли и т. п.
Гаубицы предназначаются для разрушения оборонительных сооружений и поражения целей, расположенных за укрытиями, поэтому траектория полета гаубичных снарядов крутая, навесная, начальная скорость (сравнительно с пушками) снарядов небольшая. Стволы у гаубиц короткие, снаряды тяжелые, наибольшие углы возвышения ддстигают 65°. Гаубицы имеют переменный заряд, величину которого можно изменить непосредственно перед заряжанием. Число зарядов у гаубицы доходит до 10—12. Этим достигается изменение крутизны траектории и дальности стрельбы при одном и том же угле возвышения. Наличие переменного заряда делает гаубичный выстрел экономичнее. Гаубицы могут быть буксируемые и самоходные.
Скорострельность у гаубиц ниже, чем у пушек. Объясняется это способом заряжания. Пушки, как правило, имеют унитарное заряжание и, следовательно, их заряжание требует меньше времени, так как оно осуществляется в один прием. Раздельное заряжание применяется лишь в крупнокалиберных орудиях. Гаубицы же имеют раздельное заряжание, что необходимо для того, чтобы была возможность изменять величину заряда перед выстрелом. Время для заряжания у них больше, так как осуществляется заряжание в два приема.
Если свойства пушки и гаубицы совмещены в одной конструкции орудия, то его именуют гаубицей-пушкой или пушкой-гаубицей (в зависимости от того какие свойства превалируют).
Артиллерийское орудие с предельно развитыми свойствами гаубицы, где стрельба ведется главным образом только на больших углах возвышения (более 45°), называется мортирой. В настоящее время мортиры вышли из употребления и их роль выполняют минометы.
Минометы — гладкоствольные орудия, стреляющие невра-щающимися оперенными снарядами-минами. Миномет отличается простотой устройства, малой массой, крутой траекторией (угол возвышения от 45° до 85°). Минометы применяются для поражения живой силы и огневых средств противника, расположенных на открытой местности и в укрытиях. Большая крутизна траектории позволяет вести огонь из глубоких укрытий (рвы, овраги, лес) и через голову своих войск. Ценнейшее качества миномета — малая масса при большом могуществе мины.
3*
67
Траектории полета снарядов, выстреленных из пушки /, гаубицы 2 и миномета 3, показаны на рис. 3. 5.
Конструктивная схема пушки, а по существу и гаубицы, рассмотрена в предыдущем разделе.
Миномет представляет собою особый вид артиллерийского орудия, построенного по жесткой схеме, т. е. он не имеет противооткатных устройств, а сила отдачи поглощается грунтом. Крупнокалиберные минометы могут иметь простейшие противооткатные устройства.
Рис. 3. 5. Траектория полета снаряда
В настоящее время существуют две основные схемы минометов:. минометы, стреляющие со станка без колес и заряжающиеся со стороны дульного среза ствола (рис. 3.6), и минометы, стреляющие с колесного хода и заряжающиеся со стороны казенного среза (рис. 3.7).
Миномет по первой схеме включает в себя ствол с казенником и стреляющим механизмом, двуногу с вертлюгом и механизмами наведения, опорную плиту, прицельные устройства.
Миномет по второй схеме имеет следующие основные части: ствол с затвором и казенником, станок со стрелой и механизмами наведения, опорную плиту, прицельные устройства, ходовую часть и подрессоривание.
Безоткатные орудия. Безоткатное, или динамореактивное •орудие также представляет собою особый вид артиллерийского орудия. Безоткатность орудия достигается отводом части пороховых газов через сопловые отверстия в затворе. При этом образуется реактивная сила, направленная вперед. Эта сила уравновешивает силу отдачи, направленную назад. Безоткатные орудия
68
могут стрелять как вращающимся поясковым снарядом (при нарезном канале), так и невращающимея оперенным снарядом (при гладкостенном кана-
ле ствола).
В качестве примера на рис. 3.8 приведена схема устройства одного из безоткатных орудий. Основные части его: ствол с затвором; станок со стрелой и механизмами; прицельные устройства; ходовая часть и подрессоривание.
Ствол — составной по длине и состоит из трубы с гладким каналом, а также каморной части, где размещается снаряд с пороховым зарядом й казен
ником, в котором поме-
щается затвор. На стволе Рис- 36- Миномет’ заряжающийся с дула имеется цапфенная обой-
ма, позволяющая перемещать ствол в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Посредством цапфенной обоймы ствол сопрягается со станком. Для установки прицельного устройства на стволе укреплен кронштейн прицела. В дульной части ствола
Рис. 3. 7. Казнозарядный миномет
69
укреплена шворневая лапа, предназначенная для соединения орудия с тягачом или автомобилем.
Особенность затвора безоткатного орудия составляет наличие сопловых отверстий для выпуска части пороховых газов и механизм блокировки, не позволяющий наводчику произвести выстрел, если заряжающий после заряжания не занял своего места у орудия и не выключил этот механизм.
Рис. 3. 8. Безоткатное орудие
Станок служит основанием для ствола и обеспечивает устойчивость при стрельбе. С помощью стрелы станка увеличивается высота линии огня, что дает возможность производить стрельбу при больших углах возвышения (до 45°). При малых углах возвышения стрельба ведется с колес. Механизм вертикального й горизонтального наведения, прицельные устройства, колесный ход и подрессоривание имеют такое же назначение, что и у ору дия с откатом ствола по оси канала.
Транспортировка орудия на небольшие расстояния (при перемене позиции) производится силами орудийного расчета. На зна-чительные расстояния транспортировка производится посредством прицепления орудия к тягачу или автомобилю.
Специальные виды артиллерии. К ним относится вооружение танков, авиации, военно-морского флота. Основным типом орудия и здесь являются пушки, которые устанавливаются в открытых, полузакрытых и закрытых башнях с полным или частичным бронированием.
70
3. 3. ОСНОВНЫЕ ТАКГГИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОРУДИЙ
Тактико-технические характеристики орудий подразделяются на боевые, конструктивные, служебные или эксплуатационные, производственно-экономические. Тактико-технические характеристики определяются в первую очередь назначением орудия и свойствами поражаемых ими целей.
Боевые характеристики
К боевым характеристикам артсистемы относятся баллистические характеристики и характеристики боевой эффективности, в том числе могущество артсистемы, маневренность, надежность действия, живучесть, физиологические нагрузки на обслуживающий персонал.
Баллистические характеристики и характеристики боевой эффективности включают калибр, массу снаряда, начальную скорость снаряда.
Могущество
К могуществу артсистем относятся следующие свойства: дальнобойность, кучность, меткость, скорострельность, могущество снаряда у цели, производительность.
Дальнобойностью называется свойство артсистем поражать цели, находящиеся на большом расстоянии от орудия. Дальнобойность измеряется наибольшей горизонтальной дальностью стрельбы при нормальных условиях (барометрическое давление 750 мм рт. ст., температура воздуха 15° С, относительная влажность воздуха 50%, скорость ветра 0 на всех высотах). Дальнобойность имеет большое оперативно-тактическое значение, так как современное построение войск отличается большой глубиной рассредоточения.
Увеличение дальнобойности достигается путем увеличения дульной энергии снаряда
где q — масса снаряда, кг;
Vo — начальная скорость снаряда, м/с;
g — 9,81 м/с2.
Увеличение дальнобойности достигается также и за счет уменьшения влияния силы сопротивления воздуха, что достигается увеличением поперечной нагрузки ——, где d — калибр Лб/2/4
Орудия, мм.
71
Правильность полета снаряда достигается приданием снаряду необходимой угловой скорости при вылете из ствола и точ-
ностью изготовления снаряда.
Для получения наибольшей дальности необходимо обеспечить возможность придания стволу определенного угла наибольшей дальности. Например, для сверхдальнобойных орудий, у которых снаряд совершает полет в стратосфере, таким углом будет 53°.
Кучностью боя называется свойство артсистемы сосредотачивать точки падения снарядов возможно ближе к центру рассеивания. Принято считать, что показатели кучности обратны показателям рассеивания. Снаряды, выпущенные из орудия при одних и тех же условиях, образуют пучок траекторий и рассеиваются по ограниченной площади, имеющей форму эллипса.
Снаряды располагаются симметрично относительно главной оси. Чем площадь рассеивания меньше, тем кучность орудия больше.
На практике о кучности судят по отношению срединного вб вв отклонения к дальности стрельбы: —,
X AX
где Вд — срединное отклонение по дальности;
Вб — боковое срединное отклонение;
Вв — срединное отклонение по вертикали *; X — дальность стрельбы.
В существующих артсистемах:
Вб _ 1
X 1500
1 1
----и минометах —
3000 60
вл _ 1 . 1 .
X 250 ’ 400 ’
1 1 1
4------И--------•------
150 150 200
соответ-
ственно.
Чем меньше эти отношения, тем лучше кучность стрельбы орудия. Для поражения бронированных целей (танков, бронетранспортеров) существенное значение приобретает отношение
—. Эти цели танком необходимо поражать за 1—2 выстрела прямой наводкой.
Факторы, влияющие на кучность боя, следующие: точность, изготовления канала ствола, жесткость ствола и лафета, устойчивость орудия при выстреле, однообразие условий заряжания,, наличие (отсутствие) дульного тормоза, однообразие снарядов по массе, форме, положению центра тяжести и. моментов инерции, внешней отделки снаряда, однообразие боевого заряда в отношении массы, состава и качества пороха, его температуры.
* Срединным отклонением называют отклонение, отвечающее следующему условию: при большом числе испытаний половина отклонений по абсолютной величине будет меньше срединного, половина — больше. Это отклонение называют еще вероятным отклонением.
72
Меткостью боя называется степень приближения средней траектории к цели. Меткость зависит от точности прицельных устройств, определения положения цели, от четкости и слаженности работы артиллерийского расчета. Сочетание кучности боя и искусства стреляющего и есть меткость.
Скорострельностью называется способность артиллерийского орудия выпускать наибольшее количество снарядов в единицу времени. Увеличение скорострельности достигается путем общей компоновки орудия; обеспечения наибольшей устойчивости орудия при выстреле; введения в конструкцию орудия специальных механизмов, облегчающих выполнение операций подачи автоматически; слаженности и четкости работы орудийного расчета.
Высокая скорострельность особенно необходима для решения задач борьбы с танками, с зенитными и морскими целями. Здесь повышение скорострельности достигается полной автоматизацией, в полевой артиллерии — механизацией, чем значительно облегчается работа орудийного расчета.
Могуществом снаряда у цели называется та энергия, которую он имеет у цели. Основным фактором, определяющим его эффективность у цели, является масса снаряда, зависящая, в первую очередь, от калибра. Фугасное действие снаряда у цели увеличивается путем увеличения массы зарядов, осколочное действие — путем увеличения количества осколков.
Производительность определяется количеством боеприпасов, выпущенных в единицу времени, с учетом режима и способов ведения огня.
В автоматических установках она зависит от темпа стрельбы, количества стволов на установке, продолжительности очереди. Последнее связано с решением конструктивных вопросов по нагреву стволов и обеспечению подачи снарядов в ствол. Наивысшую производительность можно получить при обеспечении непрерывного питания установки из погребов или специальных устройств в виде бункеров. Тогда потеря времени будет за счет времени переноса огня на новую цель.
Для орудий с ручным заряжанием и при наличии обслуживающего персонала производительность связана и с физиологическими возможностями человека.
Маневренность
Маневренность артиллерийского орудия заключается в возможности быстрого перемещения-орудия (подвижность, проходимость, плавучесть, авиатранспортабельность), быстрого перехода из походного положения в боевое и обратно, быстрого переноса огня с одной цели на другую (маневр траекториями).
Огневая маневренность включает в себя быстроту открытия и гибкость огня. Современное орудие позволяет вести непрерывное слежение за целью и почти непрерывное ведение огня.
73
Время переноса огня с одной цеди на другую зависит от скоростей наведения по горизонту и вертикали, которая достигает для современных орудий 50—60% и автоматических малокалиберных установок — до 90—120%.
Маневренность на местности определяется способностью к быстрым переброскам на большие расстояния, большими скоростями передвижения, быстротой занятия и снятия с огневой позиции.
. Подвижность характеризуется скоростью передвижения артиллерийского орудия, увеличение которой достигается путем использования самоходов, применения механической тяги, рациональной конструкции лафета, как повозки, и уменьшения массы системы.
Проходимость определяется способностью орудия проходить по любой местности ‘(по дорогам и бездорожью). Она зависит от удельного давления колес на грунт и клиренса (наименьшее расстояние от нижней части орудия до грунта). Удельное давление колес на грунт можно, уменьшить путем проведения ряда конструктивных мероприятий (например, увеличением ширины колес, их числа и т. п.).
Требования плавучести и авиатранспортабельности связаны с проблемами массы, габаритов, применением плавающего шас: си или специальных приспособлений, использованием военнотранспортных самолетов.
Надежность
Надежностью называется свойство орудия выполнять заданные функции в определенных условиях эксплуатации в течение определенного (заданного) времени при сохранении значений основных параметров в заранее установленных пределах.
Надёжность действия артиллерийских орудий характеризует свойства и качество орудия и включает обычно важнейшие характеристики образца и готовность его к использованию в любых условиях.
Надёжность обеспечивается конструктивными схемами и эксплуатационными мероприятиями, разрабатываемыми и реализуемыми в процессе проектирования, конструкторской отработкой в лабораторных, стендовых и полигонных условиях, эффективным контролем качества элементов и образца в целом при приёмо-сдаточных испытаниях, подбором износоустойчивых материалов, смазок, применением основных механизмов, различных предохранителей от попадания пыли и грязи и т. д., а также рационально организованной системой эксплуатации в войсках. Сложившаяся система разработки, изготовления и эксплуатации обеспечивает высокий уровень надежности принимаемых и находящихся на вооружении образцов.
74
Под отказом понимается выход из строя отдельных элементов или отклонение каких-либо параметров за допустимые пределы.
Под надежностью принято понимать совокупность свойств, обеспечивающих технически исправное состояние и безотказность при выстреле. Сюда же следует отнести полет снаряда и срабатывание у цели.
Основными критериями надежности являются: критерий технической готовности, критерий надежности срабатывания элементов при выстреле; критерий срабатывания при очереди; критерий действия у цели. Обобщенный критерий надежности есть функция основных критериев. Требования по надежности должны вырабатываться на основе оценки существующего вооружения.
Живучесть
Живучесть имеет два понятия: живучесть всего орудия и баллистическая живучесть ствола.
Под живучестью всего орудия понимается неуязвимость артиллерийской системы при воздействии противника и возможность вести огонь либо в процессе воздействия, либо после прекращения такого воздействия, т. е. сохранение боевых качеств орудия, а также способность противостоять износу при длительной эксплуатации.
Баллистическая живучесть, или долговечность, ствола при нормальных условиях эксплуатации относится к такому состоянию канала ствола, при котором орудие сохраняет свои баллистические качества (дальность, кучность и разброс по скорости). Показателями износа ствола являются падение начальной скорости, уменьшение кучности и увеличение разброса по скорости. Живучесть ствола быстро уменьшается с увеличением калибра и начальной скорости.
Физиологические нагрузки на орудийный расчет
Как уже ранее отмечалось, в современных установках стремятся все операции производства и подготовки выстрела автоматизировать. Однако для многих типов артиллерийскою орудия обслуживание ряда операций еще связано с затратой физической силы личного состава. Сюда относятся полевые орудия, танковые средних и крупных калибров, минометы, гранатометы и др. Для этих видов вооружения необходимо знание возможных физических перегрузок человека: по усилиям, восприятию ими давлений, звука, освещенности, вибрации -и др.
Хотя механические приводы в основном сейчас имеют вспомогательное значение, надо учитывать, что допустимые физические усилия, прикладываемые человеком на маховике меха
75
низма артиллерийского орудия, зависят от расположения маховика, радиуса маховика, числа оборотов маховика. В артиллерийских установках при ручном наведении радиус маховика из конструктивных соображений обычно /?= (0,124-0,15) м„ число оборотов маховика — 1,0—4,5 об/с, усилие на маховике составляет 20—150 Н. При проектировании механизмов артиллерийских установок необходимо учитывать наивыгоднейшее расположение маховиков относительно наводчика, высоту маховика, рабочее место наводчика (чтобы оно было удобно для обслуживания) .
При выборе этих параметров необходимо стремиться к получению наибольшей мощности при наименьшей утомляемости наводчика, а также учитывать инженерную психологию и техническую эстетику.
Допустимая величина избыточного давления на рабочих местах от дульной волны 2-104 Н/м2 и при индивидуальных средствах защиты 5-104 Н/м2.
Уровень шума (особенно это важно для танковых и самоходных систем) не должен превышать 60 дБ. Более точно его можно определить в зависимости от частотного спектра. Предельно допустимый уровень звукового давления при разовом кратковременном воздействии до 2 с — 135 дБ. При превышении уровня над 100 дБ целесоборазно применять средства защиты.
Следующей характеристикой являются допустимые ускорения. При кратковременном воздействии считается допустимым: по вертикали — 2,5 g, по горизонтали -- 1,5 g,. суммарное — 3 g при фиксированном положении человека. Уровень виброскоростей до 0,35 см/с.
Конструктивные характеристики
К конструктивным характеристикам орудий ’ (в зависимости от типа орудия) могут быть отнесены принципиальная схема компоновки (стационарная система, подвижная, буксируемая, самоходная); степень автоматизации процесса перезаряжания (автоматическая, с полуавтоматикой, механизированная); система обслуживания (без людей и с использованием личного состава на орудии). К ним относятся также конструктивные особенности отдельных узлов и механизмов, например, применение нарезных и гладких стволов, применение клинового или поршневого затвора и соответственных казенников, применение шарового основания или вертлюга, уравновешивание специальным механизмом или грузовое уравновешивание и т. п.
Устройства качающейся части, вращающейся части и элементов хода или подкреплений дают представления о конструкции того или иного типа орудия.
76
Основной характеристикой орудия является коэффициент использования металла — отношение дульной энергии к массе орудия в боевом положении
л = -^- (3.2)
Qb
Значение коэффициента в современных орудиях значительно повысилось и достигает (1—2) 103 Н-м/кг и выше.
Эксплуатационные характеристики
Работа со всеми механизмами орудия должна быть простой, удобной и неутомительной. В первую очередь, это достигается механизацией или полной автоматизацией всех процессов. При применении отдельных ручных операций удобство действий сводится к тому, чтобы рукоятки механизмов позволяли свободно развивать достаточные усилия.
Современное артиллерийское орудие должно быть рассчитано на эксплуатацию в условиях широкого колебания температуры (—90-4-+ 50° С), повышенной влажности, резких колебаний барометрического давления, т. е. артиллерийское орудие должно быть таким, чтобы его можно было использовать в различных климатических районах.
Разборка и сборка механизмов артиллерийского орудия должны производиться быстро и легко. В случае же поломки механизма необходимо предусмотреть возможность ее ликвидации и ремонта орудия в нолевых условиях. Необходимо, чтобы каждое действие при обслуживании артиллерийского орудия совершалось свободно, без ударов, толчков или упоров в соседние части системы.
Если заряжание производится вручную, то для его облегчения желательно располагать ось канала ствола на Высоте около 1 м. При боекомплекте массой свыше 20 кг необходимо применение специальных устройств, механизирующих заряжание артиллерийского орудия.
Полезно снабжать артиллерийское орудие краткими надписями, облегчающими личному составу работу, например, указателем, показывающим в каком направлении вращать маховик подъемного механизма для увеличения угла возвышения. На креплении по-походному, на подрессоривании полезно делать надписи «Включено», «Выключено» и т. д.
Так как при сборке могут быть не вполне правильно собраны механизмы, необходимо на них ставить риски, совмещение которых указывало бы, например, на правильность сборки, или предусматривать предохранители, не допускающие производства выстрела, если какой-либо механизм неправильно собран или неправильно соединен с другими частями. Наличием подобного
77
рода предохранителей достигается так называемая взаимная замкнутость: невозможность последующего действия, пока не выполнено предыдущее.
Производственно-экономические характеристики
При создании новейших образцов артиллерийского вооружения прежде всего необходимо исходить из их боевой эффективности, обеспечения выполнения поставленных боевых задач с учетом минимальных экономических затрат. Поэтому удешевлять вооружение нельзя путем снижения боевых свойств •образца и его эксплуатационных качеств. Новые образцы оказываются значительно сложнее предыдущих, а, следовательно, и дороже.
Производственно-экономические характеристики определяются массовостью выпуска материальной части артиллерийских орудий, техническим оснащением производства и минимальной затратой средств, что достигается простотой конструкции и технологии изготовления артиллерийских орудий, применением отечественного сырья, взаимозаменяемостью и стандартизацией деталей, унификацией ряда элементов системы.
При создании новых образцов конструкторы должны стремиться использовать легкодоступные материалы не высшего качества, а те, которые удовлетворяют требованиям прочности и долговечности. Для снижения массы и габаритов рационально внедрять новые материалы (легкие сплавы, полимерные материалы и др.).
Технологи должны использовать совершенные, высокопроизводительные процессы и обеспечивать в процессе проектирования технологичность конструкции.
Взаимозаменяемость деталей и даже целых агрегатов данного орудия имеет свои экономические выгоды при эксплуатации и ремонте. Важна и унификация, т. е. использование в разных образцах одинаковых деталей, узлов и агрегатов. Это снижает затраты на проектирование, разработку технологии, производство и отладку новых образцов.
Стандартизация , также способствует устранению многообразия типоразмеров, марок и позволяет внедрить в производство наиболее совершенные технологические процессы, основанные на современных достижениях науки и техники.
3.4. ЯВЛЕНИЕ ВЫСТРЕЛА В КАНАЛЕ СТВОЛА
При выстреле капсюль-воспламенитель возбуждает горение воспламенительного заряда, который вызывает горение основного заряда. Вследствие интенсивного выделения газа при горении пороха повышается давление в заснарядном пространстве. До тех пор пока давление порохового газа позади снаряда является недостаточным для преодоления сил сопротивления его 78
движению, горение заряда происходит в неизменном объеме. Начиная с некоторого момента, снаряд получает движение вдоль оси канала ствола. Вместе с тем пороховой газ оказывает давление на дно канала ствола. В результате вся система снаряд — заряд — ствол приходит в движение. При этом снаряд и большая часть заряда двигаются по каналу ствола к дульному отверстию, а ствол — в противоположном направлении.
Масса снаряда значительно меньше массы ствола и связанных с ним частей. Поэтому скорость снаряда превосходит скорость отката ствола в десятки раз: скорость ствола достигает
Рис. 3.9. Схема распределения давления в сечениях каморы величин 7-4-15 м/с, а скорость снаряда — и0=600-4-1500 м/с. Снаряд приобретает большую скорость за несколько тысячных секунды, в течение которых он проходит путь в стволе.
Скорость порохового газа у дна снаряда равна скорости снаряда, а у дна канала ствола — скорости отката ствола. Вследствие неодинаковости скоростей газа давление по. длине засна-рядного пространства будет различным и тем больше, чем меньше скорость газа. В частности, давление на дно снаряда Рен меньше, чем давление на дно канала ствола (рис. 3.9).
Поступательное движение снаряда происходит под действием силы
^сн=Лн5—(3.3)
где S — площадь поперечного сечения снаряда, на которую распространяется давление порохового газа;
7?н — сила сопротивления поступательному движению снаряда со стороны стенок канала ствола (сила, равная по величине 7?н, но в обратном направлении, действует на ствол вдоль оси его канала со стороны снаряда).
Приближенно связь между давлениями на дно снаряда и дно канала выражается следующей зависимостью:
РКп=( 1 + v— Ъсн, (3.4)
\ q J
где (о — масса заряда; q — масса снаряда.
Обычно при рассмотрении движения снаряда в канале ствола вводится понятие осредненного давления, которое принимается постоянным по всему объему заснарядного пространства.
7^
Характерная кривая изменения осредненного давления порохового газа в зависимости от пути снаряда изображена на рис. 3.10. Считается, что снаряд трогается с места при некотором давлении равном в среднем (3—5) 107 Н/м2. Сначала, пока скорость снаряда мала, давление в заснарядном пространстве повышается вследствие образования газа при горении пороха и достигает максимального значения рт (до 3-108 Н/м2 и больше). Затем в связи с возрастанием скорости снаряда происходит быстрое увеличение объема заснарядного пространства.
Рис. 3. 10. Кривая изменения давления от пути снаряда
Рис. 3/11. Кривая изменения скорости снаряда от пути снаряда
При этом приток газа от сгорания пороха оказывается недостаточным для того, чтобы поддерживать повышение давления, й оно начинает падать. Практически создаются условия, при которых пороховой заряд сгорает до вылета снаряда из канала ствола. К концу горения заряда давление порохового газа рк еще велико (обычно больше 1-Ю8 Н/м2). В дальнейшем снаряд продолжает движение под действием расширяющегося порохового газа. К моменту вылета снаряда из канала ствола давление порохового газа равно рд и составляет для большинства орудий (5—10) 107 Н/м2.
В течение всего времени движения в стволе снаряд получает положительное приращение скорости (рис. 3.11). Значительные ускорения снаряда обусловливают появление больших сил инерции, действующих на его элементы.
В процессе врезания ведущего пояска в нарезы (форсирования) на нем образуются выступы, соответствующие по форме поперечного сечения нарезам (рис. 3.12). При движении снаряда вдоль оси канала ствола выступы ведущего пояска перемещаются по нарезам, вследствие чего снаряд приобретает вращательное движение. К концу движения в стволе угловая скорость снаряда достигает 600 л рад/с и больше.
Процессы, происходящие в канале ствола во время выстрела, весьма сложные. Изучением их занимается специальная наука — 80
внутренняя баллистика. Пороховой заряд горит в изменяющемся объеме заснарядного пространства. Энергия пороха расходуется на совершение ряда работ. Основная часть энергии затрачивается на сообщение снаряду скорости вдоль оси канала ствола. Вместе с тем производятся второстепенные работы по
приведению во вращательное движение снаряда, перемещение массы заряда и откатных частей, а также по преодолению трения ведущего пояска снаряда о стенки канала ствола. Часть
энергии заряда идет на нагрев ствола, гильзы и снаряда.
За время движения снаряда в стволе расходуется лишь меньшая часть энергии порохового заряда (25—35%). Остальная энергия удаляется из канала ствола после вылета снаряда в атмосферу вместе с истекающим пороховым газом.
После вылета снаряда из ствола пороховой газ; заключенный в канале ствола, вытекает в атмосферу. Истечение газа продолжается до тех пор, пока давление в канале ствола окажется равным давлению окружающего воздуха. Начиная с момента вылета снаряда, действие порохо
Рис. 3. 12. Схема взаимодействия нарезов ствола и ведущего пояска снаряда:
1—ствол; 2—снаряд
вого газа на ствол и снаряд продолжается еще некоторое время. Период взаимодействия истекающего порохового газа со стволом и снарядом принято называть периодом последействия (соответственно на ствол и снаряд).
В результате последействия порохового газа на снаряд скорость последнего увеличивается на сравнительно небольшую величину AV. Таким образом, под действием порохового газа снаряд получит в конечном счете скорость Уо, называемую начальной скоростью снаряда. Эта скорость является одной из основных характеристик орудия. Откат ствола вдоль оси канала в сторону, противоположную направлению движения снаряда, вызывает сила
(3.5)
где Skh — площадь дна канала ствола;
5км — площадь проекции ската каморы на плоскость, перпендикулярную к оси канала ствола;
ркм — давление порохового газа на скат каморы.
81
В большинстве случаев рКм мало отличается от ркн, поэтому можно принять, что
(3.6)
где- S = SKH-SKM. (3.7)
Характер изменения реакции Р1Ш от начала движения снаряда за весь период действия порохового газа на ствол показан на рис. 3.13. Ее наибольшая величина соответствует по времени максимальному давлению в заснарядном пространстве. К моменту взлета снаряда из ствола реакция Лш = Лад>
Рис. 3. 13. График изменения приведенной силы давления пороховых газов на дно канала ствола
а в дальнейшем она асимптотически приближается к нулю. Практически считают, что действие порохового газа на ствол прекращается, когда давление в канале упадет до (1,8—2) 105 Н/м2. При этом продолжительность периода последействия принимает конечное значение t=tb а полное время нагружения ствола реакцией Р равно tK=tA + ti,
Эффективным средством уменьшения действия выстрела, используемым при проектировании орудий, является применение дульного тормоза, ко
торый размещается на дульном конце ствола. Дульный тормоз имеет полость (камеру или камеры), переднее осевое отверстие для выхода снаряда и боковые окна (см. гл. 5). Пороховой газ, истекающий из канала ствола после вылета снаряда, попадает в полость тормоза, а затем вытекает в атмосферу через его осевое отверстие и боковые окна.
Наличие боковых окон уменьшает расход порохового газа через переднее отверстие, а, следовательно, и обусловленную им
осевую реакцию на ствол.
При одинаковых конструктивных размерах канала ствола, массе заряда снаряда и откатных частей кривые изменения полной реакции порохового газа FKH и скорости свободного отката ствола с тормозом и без тормоза совпадают до момента вылета снаряда (/ = ^д).
За период последействия импульс полной реакции порохового газа на ствол без дульного тормоза равно
h
y = J PKSdt.
(3.8)
82
Если есть дульный тормоз, то
Лг
A.T = J^.T^- (3.9)
'л
Отношение импульсов
ХИ=-^. (3.10)
При %т>0 полная реакция Рд.т порохового газа способствует откату ствола. В случае, когда /т = 0, импульс силы Рд.т за период последействия равен нулю. Если /т<0, то реакция Рд.т действует в направлении выстрела, тормозя ствол.
Для оценки эффективности влияния дульного тормоза на откат ствола часто используется энергетическая характеристика
уу2 — U72
г-х "т я Y гл к тк
где l^max — максимальная скорость свободного отката ствола орудия без дульного тормоза;
— скорость свободного отката ствола орудия с дульным тормозом в конце периода последействия;
Qo — масса откатных частей.
В числителе — выражение кинетической энергии откатных частей, поглощаемой дульным тормозом, в знаменателе — кинетической энергии откатных частей без тормоза к концу периода последействия. Обычно эта характеристика устанавливается в процентах:
д£- = [ 100%. (3.12)
Величина ДЕ определяется конструкцией тормоза и баллистическими данными орудия (ДЕ = 254-70%).
Повышение эффективности дульного тормоза обеспечивается увеличением угла наклона боковых окон и суммарной площади поперечного сечения боковых окон, а также выбором формы и размеров его полости, которые затрудняли бы истечение порохового газа через переднее отверстие.
В безоткатных орудиях см. гл. 5 для уменьшения сил, действующих во время выстрела на ствол и лафет, часть порохового газа отводится из заснарядного пространства через сопло в дне канала в сторону, противоположную движению снаряда. Это позволяет почти полностью уравновесить силы, приложенные к стволу в осевом направлении. Благодаря уменьшению нагру
83
зок от выстрела упрощается конструкция орудия и снижается ее масса. Через сопло удаляется из заснарядного пространства с истекающим газом больше половины энергии порохового заряда. Поэтому для получения той же дульной скорости снаряда, что и при стволе с ‘Закрытым дном канала, потребуется увеличить массу заряда и объем каморы в два — три раза.
При стрельбе из безоткатных орудий достигаются сравнительно невысокие скорости снаряда (350—600 м/с). Равенство нулю равнодействующей сил, действующих на ствол в осевом направлении, достигается определенным соотношением площадей наименьшего (критического) сечения сопла и поперечного сечения канала ствола.
3.5. ДЕЙСТВИЕ ВЫСТРЕЛА НА ОРУДИЕ С ОТКАТОМ СТВОЛА
Уравнение движения откатывающегося ствола и связанных с ним частей выглядит следующим образом:
<4^ = РК.Н-/?, (3.13)
at
где А40 — масса откатных частей;
V — скорость отката;
R — сила сопротивления откату.
Левая часть уравнения (3. 13) представляет собою силу инерции откатных частей, приложенную в центре их тяжести и направленную параллельно оси канала . ствола противоположно ускорению отката.
На рис. 3. 14 показана схема сил, действующих на современное орудие, состоящее из откатных частей (ствол и жестко соединенные с ним детали) и жесткого лафета, по направляющим которого происходит откат. На рисунке приняты7 следующие обозначения:
с — точка опоры лафета;
А — точка приложения силы сопротивления откату 7?, действующей на откатные части;
В — точка приложения силы действующей на неподвижную часть лафета и возникающей как реакция от силы R в результате появления сил упругого и гидравлического сопротивления в противооткатных устройствах и сил трения при движении ствола. Возникновение этой силы можно объяснить на основе известного третьего закона механики Ньютона, и так как каждой составляющей равнодействующей R соответствует равная ей и противоположно направленная составляющая равнодействующей то и силы R и R' равны и действуют по одной прямой в противоположном направлении;
о — центр тяжести откатных частей;
е — расстояние от центра тяжести откатных частей до оси канала ствола.
S4
Остальные обозначения ясны из рисунка.
Для упрощения рассуждений действие выстрела рассматриваем при угле возвышения орудия <р = 0° при следующих допущениях:
— все элементы орудия и основание, на котором оно располагается, являются абсолютно жесткими телами;
— основание орудия горизонтально;
?кне
Рис. 3. 14. Схема сил, действующих на орудие
85
— все силы, действующие на орудие, лежат в плоскости его симметрии;
— орудие при выстреле остается в равновесии, т. е. в покое относительно основания, независимо от того, закреплено оно на основании или нет.
Приложим к точке о, параллельно оси канала ствола, две силы, равные силе Ркн и противоположно направленные {рис. 3. 14,6). Силы РКн, перечеркнутые один раз, образуют пару сил с моментом РКн^, именуемым моментом динамической пары, а плечо е соответственно называется плечом динамической пары. Момент динамической пары стремится вращать откатные части, а вместе с ними и все орудие в направлении, указанном стрелкой в плоскости чертежа.
Сила Ркн, перечеркнутая дважды, вызывает поступательное движение откатных частей по направляющим лафета, являющееся, в свою очередь, причиной появления силы инерции откатных частей
J0 = Af0^, (3.14)
at
действующей на откатные части в центре их тяжести о в направлении, противоположном ускорению.
Приложим теперь к точке о параллельно оси канала ствола две силы, равные силе R и взаимно противоположные (рис. 3.14,в). Силы /?, перечеркнутые один раз, образуют пару сил с моментом стремящимся вращать откатные части, а вместе с ними и все орудие в направлении, указанном стрелкой.
Сила /?, перечеркнутая один раз, противодействует откату ствола и вместе с силами РКн и /о является членом уравнения движения откатных частей.
В неподвижной части лафета приложим к точке с параллельно оси канала ствола две силы, равные R и противоположно направленные (рис. 3. 14,г). Силы R' и /?, перечеркнутые один раз,' образуют пару сил /?Л2, стремящуюся вращать орудие в направлении, указанном стрелкой. Сила /?, перечеркнутая дважды, действует на неподвижную часть лафета орудия, стремясь . либо сдвинуть его, либо деформировать узел крепления орудия к основанию.
Суммарный момент, стремящийся опрокинуть орудие в плоскости действия сил, равен
M^P^e^Rh^Rh^P^eA-R-h. (3. 15)
Поскольку линия АВ действия силы сопротивления откату выбрана нами произвольно и величина опрокидывающего момента не зависит от величины плеч h\ и Л2, а только лишь от плеча h между траекторией движения центра тяжести откатных частей
86
и точкой опоры лафета, аналогичный результат может быть получен при любой точке приложения сил /? и
Кроме того, можно заметить, что если к орудию приложить систему внешних задаваемых сил, изображенную на рис. 3. 14,(9, величина момента, опрокидывающего орудие, силы, действующие на откатные части и неподвижные части лафета, останутся такими же, как и при системе сил, изображенной на рис. 3. 14, а.
Это позволяет сделать вывод, что действие выстрела на лафет орудия не зависит от расположения противооткатных устройств и компоновки орудия, и сводится к действию:
Рис. 3. 15. Схема полевого орудия и силы, действую* щие в период отката
— силы приложенной к центру тяжести откатных частей и направлена в сторону отката ствола;
— момента динамической пары РкНе.
Вопросы оценки действия выстрела на орудие в большой степени зависят от конструкции лафета и условий расположения и крепления его на основании.
В качестве примера рассмотрим действие выстрела «на лафег полевого орудия.
Схема орудия и силы, действующие на него при выстреле в период отката, показаны на рис. 3. 15.
При этом приняты следующие допущения:
— детали лафета, связи между ними, а также горизонтальное основание, на котором установлено орудие, являются абсолютно жесткими;
— выстрел производится под некоторым углом возвышения ср;
— все силы, действующие на орудие, лежат в плоскости симметрии орудия;
— сошник препятствует перемещению орудия по основанию.
87
Рассмотрим силы, показанные на рис. 3. 15:
Р1Ш— равнодействующая сил, действующих в канале ствола в период действия пороховых газов. Она приложена ко дну канала и направлена вдоль его оси;
Q6 —масса орудия в боевом положении; приложен к центру тяжести орудия;
Л^лб — вертикальная реакция основания на колеса; приложена к точке А и проходит через ось колеса;
Л^хб, Тхб — соответственно вертикальная и горизонтальная реакции основания на сошник орудия; приложены в точке с, представляющей собой точку пересечения трех плоскостей: вертикальной (проходящей через ось симметрии орудия), горизонтальной (проходящей через центр тяжести опорной поверхности сошника) и вертикальной (проведенной через центры тяжести опорных поверхностей хоботовых листов правой и левой станин).
На рис. 3.15, кроме сил, показаны следующие размеры;
L — расстояние между линией опоры колес и точкой с (или длина лафета);
D — расстояние от центра тяжести орудия до точки с;
Jo — сила инерции откатных частей; приложена в центре тяжести откатных частей и направлена в сторону, обратную их ускорению;
h — расстояние между точкой с и траекторией центра тяжести откатных частей;
е — расстояние между центром тяжести откатных частей и осью канала ствола, называемое хплечом динамической пары.
Сила инерции определяется из уравнения движения откатных частей при откате:
уи0^=ркн-(3.16) at
где Мо — масса откатных частей;
V — скорость откатных частей при откате;
R — равнодействующая сил сопротивления откату.
Из уравнения (3. 16) следует, что при ускоренном откате, когда РкъЖ, сила инерции направлена против движения откатных частей, так, как это показано на рис. 3.15.
В случае замедленного отката (РКн<^?) сила инерции будет направлена в сторону отката.
Предположим, что во время выстрела орудие остается в равновесии, т. е. сохраняет устойчивость и неподвижность.
Под устойчивостью будем понимать такое состояние .орудия во время выстрела, когда колеса все время давят на грунт, а под неподвижностью — отсутствие перемещения лафета по грунту.
88
Применяя к рассматриваемой системе принцип Даламбера, получим следующие уравнения равновесия плоской системы
2 =cos ? - Л cos ? - Лб == 0;
2Fi'==_PKHsintp + /osin?-Q6-Arjl6+^x6 = 0; (3. 17)
2Afc=PKH(A+e)-JoA-Q6£>+^6£=0.
Подставляя в последнюю систему уравнений значение силы инерции, получим следующую систему уравнений:
/?coscp —Гхб = 0,
R sin ?-Сб + ^хб + ДГл6=0, (3.18)
~ QqD + =
из которой находим значения реакций грунта, действующих на лафет:
7\6=/?cos?;
Nii6=Q6D-Rh-PKae . (3 19)
^x6=Q6 + A,sinT-JVj,6-
Очевидно, что устойчивость орудия обеспечена пока колеса давят на грунт, т. е. А/лб>0.
Это значит, что и
Q^D-Rh-PKHe^0, (3.20)
так как L — величина положительная:
Отсюда следует, что для обеспечения устойчивости орудия необходимо, чтобы
Q.D^Rh + P^e. (3.21)
Правая часть неравенства, как уже указывалось, представляет собою момент, опрокидывающий орудие, левая часть — момент веса орудия, стабилизирующий орудие в устойчивом положении.
Необходимо отметить, что плечо D в процессе выстрела уменьшается вследствие перемещения откатных частей:
D = D0--^-Xcos<f, (3.22)
Qe
где Do — плечо силы Qq относительно с перед выстрелом при данном угле возвышения;
X — путь откатных частей;
Qo— масса откатных частей.
89
Тогда условие устойчивости (3.22) перепишется следующим образом:
Q6D0-Q0ArcosT>/?A + PKHe. (3.23)
Из этого выражения видно, что в процессе отката момент, стабилизирующий орудие, уменьшается, и, следовательно, условия устойчивости ухудшаются.
Легче обеспечить условия устойчивости при малых величинах плеча, т. е. на больших углах возвышения.
Напрашивающийся на первый взгляд вывод о неблагоприя!-ном влиянии увеличения массы откатных частей на условия устойчивости не оправдывается на практике, так как при увеличении массы откатных частей удается значительно снизить величину силы что в большей степени благотворно сказывается на устойчивости орудия.
Для уменьшения действия выстрела на лафет нужно уменьшать Р1те и /?, и, следовательно, необходимо, чтобы е по возможности было мало.
Если центр тяжести откатных частей расположен на оси канала орудия, то е = 0 и момент динамической пары также равен нулю. Отсюда целесообразно при проектировании стремиться обеспечить е = 0.
При е = 0
/?coscp —Гхб=0;
- R sin Q6 — АГлб + А^лб=0; (3.24)
Rh + N^L-Q6D=0.
В этом случае действие выстрела сводится только к действию силы R.
Анализ действующих сил с учетом конструкции артиллерийского орудия позволяет сформулировать следующие требования к нагружению орудия при выстреле:
— обеспечение устойчивости при откате;
— обеспечение устойчивости при накате;
— отсутствие задевания за грунт при любых углах возвышения.
Глава 4 АРТИЛЛЕРИЙСКИЕ АВТОМАТЫ
4. 1. КЛАССИФИКАЦИЯ АВТОМАТОВ.
АВТОМАТЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭНЕРГИИ ОТДАЧИ И ОТВОДИМЫХ ПОРОХОВЫХ ГАЗОВ
Артиллерийский автомат — основная, как правило, самостоятельная часть автоматического артиллерийского орудия, осуществляющая автоматическую стрельбу и включающая в себя ствол, затвор и все механизмы, необходимые для автоматического перезаряжания и других операций, подготовляющих орудие к производству следующего выстрела.
Для ведения автоматической стрельбы артиллерийский автомат должен иметь ряд механизмов. Эти механизмы можно разделить на несколько групп в соответствии с теми операциями, которые они осуществляют.
1. Механизмы, непосредственно осуществляющие перезаряжание:
— механизмы отпирания и запирания затвора;
— механизмы открывания или ускорительный механизм затвора;
— механизмы экстракции и удаления стреляной гильзы;
— механизм подачи патрона на линию досылки;
— механизм досылки патрона в канал ствола;
— механизм закрывания затвора.
2. Механизмы производства выстрела:
— спусковые механизмы;
— ударные механизмы.
3. Механизмы поглощения остаточной энергии отдачи:
— противооткатные устройства (тормоз отката, накатник, тормоз наката);
— амортизаторы, рекуператоры и местные буферные устройства.
4. Механизмы блокировки, т. е. все механизмы и приспособления, обеспечивающие надежность срабатывания автомата в целом и отдельных его устройств и обеспечивающие безопасность и удобство эксплуатации.
5. Вспомогательные механизмы:
— механизмы первого заряжания,
91
— механизмы аварийной перезарядки,
— механизмы смены ствола;
— механизмы, облегчающие сборку, разборку и т. д.
Рациональность конструкции автомата заключается в возможно большем совмещении функций различных механизмов, сокращении их количества, в их простоте и надежности. Важной задачей при создании автомата является всемерное повышение его производительности, а также быстродействия всех механизмов при сохранении достаточно высокого уровня эксплуатационной живучести деталей и узлов. Под эксплуатационной живучестью здесь понимается длительность выполнения своих рабочих функций деталями и узлами в условиях нормальной эксплуатации. Выражается живучесть в количестве рабочих циклов. В большинстве случаев эксплуатационная живучесть определяется характером и величинами нагрузок на детали, возникающих при стрельбе, усталостной прочностью и износоустойчивостью деталей и материалов.
При оценке конструкции артиллерийского автомата прйхо-дится учитывать целый ряд боевых и экономических характеристик, которые, как правило, являются определяющими и при создании новых конструкций.
Важнейшие из этих характеристик, следующие:
— баллистические данные — калибр, масса снаряда, начальная скорость;
— прицельная дальность стрельбы (или «потолок» для зенитных автоматов);
— скорострельность;
— кучность стрельбы;
— величина и характер сил, действующих при выстреле со стороны автомата на артиллерийскую установку (или другую конструкцию, на которой установлен автомат);
— надежность действия механизмов (гарантированное максимальное количество отказов в заданных пределах) в усложненных условиях: низкие или очень высокие температуры, повышенная влажность, запыление, загрязнение и т. д.;
— габариты;
— массовые характеристики;
— простота устройства и удобство обслуживания;
— возможность комплексирования (т. е. использования в спаренных, счетверенных и т. д. установках) без значительных переделок;
— экономические показатели конструкции.
По сравнению с обычными артиллерийскими системами никаких новых показателей не добавляется, меняется лишь влияние каждого фактора при оценке орудия и возможности обеспечения того или иного показателя в заданных пределах.
Так например, для автоматических артиллерийских орудий при сохранении важности баллистических характеристик особое
92
значение приобретает такой показатель, как скорострельность, что является главным мерилом степени совершенства конструкции.
Различают теоретическую скорострельность или темп стрельбы и практическую скорострельность или производительность.
Под темпом стрельбы понимают число выстрелов, которое можно произвести из автомата в единицу времени при непрерывной автоматической стрельбе (без учета времени на первое заряжание), исключая возможность перерывов в стрельбе (например, для охлаждения ствола, подзарядки емкостей механизма подачи, для прицеливания или исправления наводки и т. д.).
Темп стрельбы определяется рабочим циклом автомата, т. е. периодом от выстрела до следующего выстрела при срабатывании всех механизмов автомата, осуществляющих перезаряжание, подготовку орудия к следующему выстрелу и сам выстрел. Таким образом, время цикла зависит от продолжительности работы всех механизмов, действующих последовательно один за другим.
Если цикл работы автомата выразить в секундах и обозначить через ^ц, то темп стрельбы, измеряемый обычно количест-вом выстрелов в минуту, будет равен п = выстр/мин.
Темп стрельбы существенно зависит от калибра орудия, размеров и массы патронов. На величину темпа большое влияние сказывает также ипользованная структурная или кинематическая схема автомата, принцип действия и конструктивное оформление отдельных механизмов, узлов и деталей. Возможность увеличения темпа стрельбы может быть обеспечена проведением следующих конструктивных мероприятий:
— сокращением путей движения перемещающихся элементов автомата;
— увеличением скоростей их движения;
— совмещением во времени отдельных операций по перезаряжанию и подготовке орудия к следующему выстрелу.
Первая, из перечисленных групп мероприятий, обычно встречает на своем пути целый ряд конструктивных трудностей и вместе со второй группой ведет к увеличению нагрузок на отдельные элементы автомата и на установку в целом.
Третья группа мероприятий, как правило, сопряжена со значительным усложнением конструкции автомата, сопровождаемым снижением надежности работы.
Разумное преодоление всех трудностей, нахождение оптимального конструкторского решения, обеспечивающего как высокую производительность (в данном случае — темп стрельбы), так и удовлетворительные пределы нагрузок, при заданном уровне надежности является одной из основных задач при создании нового автомата.
93
Под практической скорострельностью понимают то количество выстрелов в единицу времени, которое практически делает автомат с учетом времени на заряжание, вынужденные перерывы при стрельбе во время решения боевой задачи для охлаждения ствола, а также времени для подпитки или смены магазина (или ленты с патронами), для прицеливания или исправления наводки. Практическая,скорострельность рассчитывается исходя из реальной длины непрерывной очереди, количества очередей, выпускаемых во время решения боевой задачи (во время нахождения цели в зоне действительного огня), с учетом длительности интервалов между очередями. Таким образом, практическая скорострельность определяется свойствами орудия в целом в условиях его боевого применения, а также степенью подготовленности личного состава, обслуживающего орудие.
Увеличение практической скорострельности может быть достигнуто:
— повышением темпа стрельбы;
— увеличением длины непрерывной очереди, доведением ее до такого количества выстрелов, которое обеспечивает ведение огня во все время нахождения цели в зоне досягаемости;
— сокращением потерь времени на первое заряжание, на .возобновление стрельбы и на перезаряжание при осечках;
— сокращением или полным исключением перерывов в стрельбе, вызванных необходимостью охлаждения ствола щли исправления наводки;
— путем введения искусственного охлаждения ствола и автоматического прицеливания с непрерывным слежением за целью в процессе стрельбы.
Исходным признаком для классификации может служить вид энергии, идущей на перезаряжание, особенности ее использования и последовательность передачи ее от одного звена -к другому в процессе цикла работы автоматики, независимо от кинематических и конструкторских форм механизмов.
Автоматы, имеющие определенную общность по этому признаку, составляют группу автоматов одной структуры.
Автоматы одной и той же структуры могут иметь различные кинематические схемы или, как их называют, схемы построения. Схемой построения определяются кинематические связи между звеньями автомата, последовательность работы отдельных механизмов.
Автоматы одной и той же схемы построения могут иметь различные конструктивные схемы, определяемые конструктивным решением основных механизмов и узлов.
Взяв в качестве исходных перечисленные положения, можно построить единую систему классификации, не рассматривая ее, однако, как всеобъемлющую.
94
Всё артиллерийские автоматы можно разделить на три структурные группы по виду энергии, используемой на перезаряжание.
К первой, самой многочисленной структурной группе относятся автоматы, использующие энергию пороховых газов, образующихся в канале ствола при выстреле.
Третья группа — группа автоматов, использующих для перезаряжания энергию постороннего источника, например, электрическую энергию. Вторая — промежуточная группа. Автоматы этой группы используют как энергию выстрела, так и энергию постороннего источника с помощью специальных аккумуляторов энергии: пружинных, пневматических и гидропневматических механизмов.
Исторически раньше всех возникла первая структурная труп-' па автоматов, использующих для перезаряжания энергию от выстрела. Естественно, что эта группа и получила особенное развитие, так как принцип использования избыточной энергии выстрела (явление отдачи) наиболее очевиден, прост и экономичен (до тех пор, пока избыточной энергии выстрела хватает на осуществление процесса автоматической перезарядки в заданном темпе). Когда темп стрельбы необходимо повысить настолько, что энергии выстрела становится недостаточно для перемещения звеньев автомата с огромными скоростями, прибегают к посторонним источникам энергии.
Так появились вторая и третья структурные группы автоматов.
Многообразие конструктивных схем автоматов столь большое, что рассмотреть их все не представляется возможным, хотя, по-видимому, каждой конструктивной схеме можно найти определенное место в приведенной классификации.
Рассмотрим более подробно первую структурную группу. Всю структурную группу по способу использования энергии выстрела можно разделить на две подгруппы:
А. Автоматы, использующие кинетическую энергию откатных частей, непосредственно воспринимающих силу отдачи.
Б. Автоматы, использующие энергию пороховых газов, отводимых из канала ствола через газоотводные отверстия.
В свою очередь, автоматы подгруппы А имеют две характерные разновидности схем построения:
1) схемы построения с откатом затвора:
— со свободным затвором;
— с полусвободным затвором;
2) схемы построения с откатом ствола:
— с длинным откатом ствола;
— с коротким откатом ствола.
95
Автоматы структурной подгруппы Б также можно разделить на характерные схемы построения:
— с подвижным коробом,
— с неподвижным коробом.
Не касаясь конструктивных частностей, рассмотрим указанные схемы построения обоих структурных подгрупп в общем виде, выделяя их характерные особенности.
Автоматы со свободным затвором
У этих автоматов ствол неподвижно закреплен в коробе, играющем роль ствольной коробки. Ведущим звеном механизмов автомата служит свободный (инерционный) затвор. Запирание затвора отсутствует. Затвор удерживается в крайнем переднем
а)
Рис. 4. 1. Схема автомата с отдачей затвором
положении только усилием предварительного поджатия возвратной пружины. Движение затвора начинается в тот момент, когда сила давления пороховых газов на дно гильзы становится равной сумме сопротивлений, приложенных к затвору и гильзе. Отбрасываясь назад вместе с гильзой давлением пороховых газов на дно гильзы, затвор сжимает возвратную пружину, аккумулируя энергию для своего возвращения в исходное положение.
Таким образом, экстракция гильзы происходит тогда, когда в стволе еще очень высокое давление. В связи с этим возникает опасность разрыва гильзы. Разрыв гильзы действительно является задержкой, характерной для автоматов со свободным затвором. Во избежание разрыва гильзы требуется замедлить движение затвора на начальном участке, что достигается увеличе
96
нием массы затвора. Поэтому автоматы со свободным затвором обладают относительно более тяжелым затвором, чем автоматы других типов, причем с увеличением калибра масса затвора должна прогрессивно возрастать, что вызывает необходимость применения схем с откатом ствола. Для маломощных орудий небольшого калибра применяется схема' со свободным затвором, из-за ее простоты. Досылка патрона в камору осуществляется затвором, движущимся вперед под действием возвратной пружины, а подающий механизм приводится в действие или от затвора, или от постороннего источника энергии (например, пружиной при магазинном питании).
Схема построения автомата со свободным затвором показана на рис. 4,1: в положении а происходит выстрел, в положении б — начинается досылка.
Схема автомата с полусвободным затвором отличается от описываемой здесь схемы тем, что во избежание разрыва гильз на первом участке отката устанавливается кинематическая связь затвора со стволом. При жестком креплении автомата это резко увеличивает силу отдачи. Для уменьшения Цоследней необходима дополнительная амортизация всего автомата.
Автоматы с длинным откатом ствола
Термин «длинный откат ствола» означает, что при выстреле длина отката ствола превышает длину патрона.
Из схем автоматов с откатом ствола исторически первой появилась именно эта схема, как наиболее очевидная и простая. Ведущими звеньями в такой схеме являются ствол и затвор (рис. 4.2).
При выстреле ствол вместе с затвором, запертым относительно ствола, откатывается назад на полную длину отката, превышающую длину патрона. В крайнем заднем, положении затвор после расцепления со стволом, т. е. после отпирания, задерживается на шептале, а ствол накатывается в первоначальное положение за счет энергии, аккумулированной в накатнике во время отката.
Затвор, сжав возвратную пружину, остается на месте во время наката ствола.
Стреляная гильза, удерживаемая затвором также остается на месте, и таким образом происходит экстракция (извлечение) гильзы из каморы.
Ствол в конце наката приводит в действие механизм подачи, который либо использует энергию пружины магазина, либо, будучи кинематически связанным со стволом, действует за счет энергии накатника. Посылаемый на линию досылки очередной патрон удаляет стреляную гильзу за пределы автомата и освобождает затвор, который, накатываясь под действием возвратной пружины, досылает очередной патрон в камору.
4 2610
97
В конце наката затвора происходит запирание канала ствола, срабатывание ударника, огневой цепи капсюля и воспламенителя.
Рис. 4. 2. Схема автомата с длинным откатом ствола:
а—момент начала отката; /—пружина досылки; 2—затвор; 3—накатник’ 4—ствол; б—момент конца отката; в—момент перезаряжания; ‘ г—цикло-
грамма
Автоматы с длинным откатом ствола отличаются низким темпом стрельбы.
Это получается потому, что все операции по перезаряжанию в цикле работы автоматики последовательны: а) откат ствола
98
с затвором; б) накат ствола; в,) подача патрона; г) досылка патрона; д) запирание затвора; в) срабатывание ударника и огневой цепи.
Графически весь процесс работы автоматики от выстрела до выстрела можно представить очень наглядно, строя так называемую циклограмму работы автоматики. По оси абсцисс откладывается время Л а по оси ординат — перемещения х основных звеньев автомата. Для упрощения мы можем ограничиться перемещениями ствола и затвора.
Из циклограммы видно, что
Аэтк ~Н ^нак ^пол Н- ^дос ~>
где /ц — время цикла работы автоматики;
/отк — время отката ствола;
^нак — время наката ствола;
/под— время подачи патрона на линию досылки;
/дос— время досылки патрона в камору;
?3 — время запирания затвора;
/у — время срабатывания ударного механизма и огневой цепи.
Для обеспечения надежности автомата разброс длин отката должен быть в определенных пределах, ограниченных положением шептала затвора и крайнего заднего положения затвора. При уменьшенных длинах отката затвор не сядет на шептало, а вернется вместе со стволом вперед, не произойдет экстракция и действие автоматики прекратится. Такое положение носит название невзводимости на уменьшенном откате, который может получиться при малых углах возвышения в условиях низких температур.
Стремление повысить темп стрельбы приводит к применению схемы с к о р о т к и м откатом ствола.
Автоматы с коротким откатом ствола
Как и в предыдущей схеме, ведущими звеньями автоматики здесь являются ствол и затвор. Но в даннрм случае расцепление ствола с затвором происходит задолго до прихода ствола в крайнее заднее положение. Длина отката ствола в этой схеме меньше длины патрона, откуда и происходит термин «короткий» откат ствола.
Необходимое для подачи патрона расстояние между стволом и затвором во взведенном положении обеспечивается темч что путь отката затвора превышает путь отката ствола на длину, большую чем длина патрона. Это достигается введением в автомат дополнительного, так называемого «ускорительного», механизма. Ускорительный механизм обеспечивает кинематическую связь ствола с затвором таким образом, что затвор движется значительно быстрее, чем ствол. Ускорение затвора осу
99
ществляется за счет отбора части энергии от движущегося ствола. Последовательность работы основных звеньев автомата иллюстрируется на рис. 4.3.
Рис. 4. 3. Циклограмма автомата с коротким откатом ствола: а—момент выстрела; б—момент перезаряжания; в—циклограмма
Ствол удерживается в переднем положении накатником, а затвор — возвратной (досылающей) пружиной. Полный путь отката затвора (он же путь досылки очередного патрона , в камору) больше суммы длины отката ствола и длины патрона.
Во время срабатывания ударника и движения снаряда по каналу ствола затвор надежно сцеплен со стволом. Под действием давления пороховых газов стЬол вместе с затвором откаты
100
ваются назад до того момента, когда давление в канале снизится до величины, безопасной для открывания затвора и экстракции стреляной гильзы. После этого включается в работу ускорительный механизм, отпирающий и отводящий затвор относительно ствола на расстояние, достаточное для осуществления боковой подачи патрона. Одновременно экстрактируется стреляная гильза. Как только затвор отойдет за фланец очередного патрона может начаться боковая подача патрона на линию досылки и удаления за пределы автомата стреляной гильзы независимо от того, в каком положении находится ствол.
Сразу же после подачи может начаться досылка патрона — движение затвора вперед, после чего происходит запирание затвора, а когда ствол придет в переднее положение, — спуск ударника и очередной выстрел.
Несмотря на усложнение (введение ускорительного механизма) схема автомата с коротким -откатом имеет существенное преимущество перед схемой с длинным откатом в отношении возможностей повышения скорострельности.
Укороченный откат ствола приводит к сокращению цикла отката — наката, а независимость времени начала подачи и досылки от положения ствола позволяет совместить во времени эти операции с циклом отката — наката, что ведет к значительному сокращению цикла работы автоматики.
Необходимо все же отметить, что при данной схеме увеличивается сила отдачи на установку, что связано с сокращением пути торможения ствола и с увеличением скоростей затвора. Несмотря на это, схема с коротким откатом нашла широкое применение из-за. высокой производительности. Примерная циклограмма автомата с коротким откатом ствола показана на рис. 4.3.
Из циклограммы видно, что продолжительность цикла работы автоматики складывается из времени отката и наката ствола, а также времени от конца наката ствола до следующего выстрела, в течение которого заканчиваются операции по перезарядке, запирается затвор, срабатывает ударный механизм jH огневая цепь.
Обозначим этот период через At
ТОГДа ^ц = ^отк~1~4ак“к А2" "Ну
Продолжительность интервала AZ зависит, в первую очередь, от того, насколько полно удается совместить во времени операции по перезарядке с откатом и накатом ствола. Очевидно, что с уменьшением продолжительности всех операций, с возможно более ранним их началом, с сокращением временных интервалов между операциями, а также совмещением во времени отдельных операций между собой, время А/ можно сократить до ^минимума и даже полностью исключить.
101
В последнем случае продолжительность цикла автоматики определяется лишь циклом отката и наката.
Возможен и такой случай, когда весь цикл, работы механизмов автоматики оказывается короче цикла отката — наката. При этом следующий выстрел происходит или когда ствол уже вернулся в крайнее переднее положение, или сразу же по окончании цикла автоматики, когда ствол еще движется вперед, и тогда происходит стрельба с использованием полного или частичного выката.
ТОГДа /ц ^отк~Ь^нак ^вык’
где /вык—время выката.
Цикл выстрела существенно сокращается, т. е. увеличивается темп стрельбы. Наряду с этим и существенно уменьшается усилие отдачи, так как определенная часть энергии выстрела тратится на торможение ствола, двигающегося вперед. Несмотря на эти очевидные преимущества, к созданию автоматов, могущих вести стрельбу с выката, подходят очень осторожно.
Снизить массу установки не удается из-за уменьшения силы отдачи, так как при затяжном выстреле ствол может успеть придти в переднее положение, и на следующем выстреле сила отдачи возрастает до обычной ‘ величины. Такую возможность необходимо учитывать, обеспечивая прочность лафета при любых условиях стрельбы. Кроме того, с точки зрения стабильности режимов работы от выстрела к выстрелу при высоких темпах стрельбы, система оказывается очень неустойчивой и появляются задержки в стрельбе. Применяя схему автомата со стрельбой на выкате, необходимо учитывать все эти обстоятельства, находя приемлемые решения.
Автоматы с отводом пороховых газов из канала ствола
Из всех возможных путей отвода пороховых газов из канала ствола для приведения в действие механизмов автоматики наиболее широко применяются боковые газоотводные отверстия. Через боковое газоотводное отверстие (после прохождения мимо него снаряда) пороховые газы попадают в цилиндр, называемый обычно газовой каморой, и, расширяясь, воздействуют на поршень, движущийся внутри газовой каморы, и соединенный с ведущим звеном автоматики. Движение' от поршня со штоком передается механизмам, которые осуществляют перезаряжание и производят следующий выстрел.
Система отвода газов может иметь самые разнообразные конструктивные формы.
Наиболее распространенная из них состоит из простейшего газового цилиндра и поршня, отбрасываемого назад давлением пороховых газов и передающего энергию затвору путем прямого 102
контакта. В некоторых случаях поршень может перемещаться под давлением пороховых газов не назад, а вперед. Конструкция детали, непосредственно воспринимающей давление пороховых газов, может быть различной: поршень, втулка, планка и т. д.
Методы передачи энергии от поршня к рабочему механизму оружия также разнообразны. Иногда поршень передает энергию затвору не непосредственно, а через специальный рычаг или пружину, благодаря чему смягчается удар и происходит 1 2
и) Дадленае на оно
качала
Рис. 4. 4. Схема автомата с отводом пороховых газов: /—поршень; 2—газовый цилиндр; 3—затвор; -/—газовое отверстие
более рациональное распределение энергии между отдельными звеньями автоматики.
Принцип работы системы с отводом пороховых газов показан на рис. 4.4.
На рис. 4.4, а показан момент непосредственно после воспламенения порохового заряда. Затвор жестко запирает ствол, удерживания дно гильзы от смещения под действием давления пороховых газов, и воспринимает усилие отдачи. Снаряд движется вперед, и, как только его дно пройдет мимо газоотводного отверстия, пороховые газы проникают в газовую камору (рис. 4.4, б,), создавая давление под торцом газового поршня. Характер нарастания этого давления зависит от целого ряда факторов.
Если отверстие достаточно велико, то газы свободно протекают через него, быстро выравнивая давление в газовой каморе с давлением в канале ствола. Если отверстие мало, то оно создает действие, подобное дросселированию, и ограничивает прохождение газа, что замедляет нарастание давления в газовой каморе. И не только размеры, но и форма отверстия существенно влияет на характер истечения газа. Степень нарастания дав-
103
ления в газовом цилиндре зависит также от перепада давлений (ствол — газовая камора), от начального объема газовой каморы, от степени изменения этого объема по мере отхода поршня и т. д. Так как суммарное количество пороховых газов, отводимых из канала ствола для приведения в действие механизмов автоматики, обычно очень мало, процесс газоотведения практически не влияет на начальную скорость снаряда.
На рис. 4.5 представлен примерный график изменения давления пороховых газов в канале ствола. Здесь же показана кривая
Рис. 4.5. График изменения давления пороховых газов в канале ствола и в газовой каморе
изменения давления и в газовой каморе, полученная при допущении, что количество пороховых газов, перетекающих в газовую камору, слишком мало, чтобы оказать какое-то влияние на давление в канале ствола, а размеры отверстия настолько велики, что давление в газовой каморе быстро возрастает до значения, равного давлению в канале ствола, и остается примерно таким же, как и в канале ствола.
Если в газовой каморе нет отсечки газа, то давление в ней становится равным атмосферному одновременно с давлением в канале ствола.
Обычно же газоотводное отверстие относительно мало и вызывает, как уже указывалось выше, дросселирование пороховых газов. При этом давление в газовом цилиндре несколько меньше соответствующего по времени давления в канале ствола.
Поршень газоотводного устройства подвергается воздействию пороховых газов в течение очень короткого промежутка времени.
Поэтому использовать силу давления газов для непосредственного привода механизмов автоматики нецелесообразно, так как затвор должен оставаться запертым в течение значительной части периода действия пороховых газов. Обычно импульс давления пороховых газов используется для сообщения поршню известной скорости, чтобы за счет его кинетической энергии 104
обеспечить выполнение всех операций автоматического цикла даже в тот период, когда давление пороховых газов уже сравнялось с атмосферным.
Величина импульса зависит от размеров площади поперечного сечения поршня, от давления пороховых газов в канале ствола и от времени его действия, а также от размеров и места расположения газоотводного отверстия. Приближая отверстие к казенному срезу ствола и увеличивая его размеры, увеличивают импульс, так как величина давления на поршень и время его действия в газовой каморе будут больше. Величина энергии, аккумулируемой поршнем, зависит, конечно, от его массы и массы всех деталей, с ним жестко связанных.
Как правило, газоотводные устройства снабжаются устройствами и приспособлениями, позволяющими регулировать режим газоотведения. Из всех способов регулировки, наиболее часто встречаются три:
— изменением площади сечения газоотводного отверстия;
— изменением начального объема внутренней полости газовой каморы;
— выпуском части газов из каморы наружу через регулирующий кран.
Автоматы, работающие на принципе отвода пороховых газов, могут иметь самые разнообразные конструкции газоотводных устройств, а тажке могут отличаться и другими конструктивными признаками: типом затвора, типом подачи, устройством амортизационных устройств и т. д.
Все они могут быть объединены в несколько характерных кинематических схем — схем построения автомата, из которых наиболее характерными являются две:
1) схема с подвижным коробом автомата при жестком креплении ствола в коробе;
2) схема с неподвижным коробом и движением ствола в нем.
Автоматы с отводом пороховых газов с подвижным коробом * и жестким креплением ствола в нем
Под действием давления пороховых газов (рис. 4.6) снаряд движется вперед по каналу ствола, а сам ствол вместе с затвором и коробом откатываются назад, сжимая пружину амортизатора (в данном случае ствольную пружину).
Как только снаряд пройдет мимо газоотводного отверстия, пороховые газы устремляются в газовую камору, создавая давление перед поршнем. Поршень вместе со штоком начинает от
* Конструкция короба аналогична конструкции люльки в обычном артиллерийском орудии. В коробе располагаются: ствол, затвор, ствольная коробка (казенник), рама затвора, буферные устройства, механизмы питания и т. д.
105
ходить назад. Ход поршня и связанных с ним деталей рассчитан так, что затвор при откате поршня отпирается не сразу после начала движения поршня, а через некоторое время, необходимое для того, чтобы в момент отпирания снизить давление поро-
Удар затвора о буфер
гу
Рис. 4. 6. Схема автомата на амортизаторе с отводом пороховых газов:
а—перед выстрелом; /—газовый поршень; 2—газовый цилиндр; 3—замок затвора; 4—затвор; 5—возвратная пружина затвора; 6— буфер затыльника; 7—буфер отката системы; 8—неподвижное основание; 9—буфер наката системы; 10—ствольная пружина; б—момент, когда поршень отпирает затвор; в—момент, когда поршень ударяется в затвор; г—момент отражения стреляной гильзы (удар затвора о буфер затыльника и удар короба о буфер отката)
ховых газов в стволе. Обычно отпирание производится через некоторое время после того, как снаряд покинет канал ствола. В большинстве случаев в этот момент давление пороховых газов в канале еще имеет значительную величину и через дно гильзы передает соответствующее усилие затвору. На некотором
106
участке происходит свободный откат затвора, после чего затвор получает дополнительный импульс от поршня газоотводного устройства или от другой связанной с ним детали. При этом происходит экстракция гильзы и отражение ее за пределы автомата. Возвратная пружина затвора сжимается. Избыточная энергия затвора в крайнем заднем положении может быть поглощена специальным буфером. После того как затвор отойдет от ствола на длину, превышающую длину патрона, происходит подача очередного патрона на линию досылки. Энергия на осуществление подачи передается тоже от газового поршня или деталей, кинематически связанных с ним.
Когда после отскока от буфера затвор идет в накат, его скорость увеличивается благодаря возвратной пружине. При движении вперед затвор захватывает очередной патрон, досылает его в камору и запирает канал ствола. Приводится в действие ударный или иной стреляющий механизм и начинается новый цикл авюматики.
Давление пороховых газов на дно канала ствола при запертом затворе создает усилие отдачи, передаваемое на короб автомата.
Кроме этого, на короб передаются усилия от возвратной пружины затвора, от буфера затвора и другие реакции механизмов автоматики. Все это создает большую импульсно-силовую нагрузку на короб, и для того, чтобы эта нагрузка целиком не передавалась на установку, коробу дают свободу перемещения в направлении отдачи, поглощая избыточную энергию либо противооткатными устройствами, либо амортизатором. Для поглощения избыточной энергии при возвращении короба в переднее положение применяется буфер наката.
Отрицательным свойством рассматриваемой схемы автомата является то, что перемещение короба в процессе стрельбы вызывает осложнения в обеспечении непрерывного питания — перемещение «стола подачи», а также определенное влияние перемещений короба на действие механизмов автоматики, размещенных в нем.
При желании устранить этот недостаток прибегают к схеме с неподвижным коробом-люлькой и перемещающимся в нем стволом, производительность которой меньше, чем у предыдущей.
Автоматы с отводом пороховых газов с неподвижным коробом и перемещающимся стволом
Действие механизмов в этой схеме (рис. 4.7) напоминает действие механизмов автомата с коротким откатом ствола. При выстреле сначала ствол откатывается вместе с затвором. После расцепления со стволом (отпирания) затвор начинает ускоренное движение относительно ствола.
107
Ускорительным механизмом в этом случае является газовое устройство, отводящее затвор на расстояние, достаточное для того, чтобы произвести перезаряжание. Ствол после расцепления с затвором откатывается самостоятельно, сжимая пружину накатника. В случае необходимости поглощения избыточной энергии движения ствола применяется буфер или гидравличес-
Рис. 4. 7. Схема автомата с отводом пороховых газов с неподвижным коробом:
1—короб; 2—затвор; 3—накатник; 4—ствол; 5—газоотводное устройство;
6—копир
кий тормоз. Под действием накатника ствол возвращается в исходное положение. На неподвижный короб автомата, жестко закрепляемый в установке, передается не сила давления пороховых газов, как в предыдущей схеме, а лишь силы сопротивления движению ствола, затвора и других звеньев автоматики. В остальном порядок перезаряжания и производства выстрела такой же, как и в схеме с подвижным коробом.
Непрерывное питание автомата патронами в этой схеме упрощается, так как стол подачи остается неподвижным.
Темп стрельбы автоматов, построенных по этой схеме, несколько ниже, чем в предыдущем случае, так как цикл работы автоматики в значительной мере лимитируется циклом отката и наката ствола.
4.2. НЕКОТОРЫЕ ХАРАКТЕРНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ АРТИЛЛЕРИЙСКИХ АВТОМАТОВ
Среди всего многообразия конструктивных схем автоматов, относящихся (согласно принятой классификации) к различным структурным группам и различным кинематическим схемам, можно проследить отдельные группы конструкций, сходных между собой по тем или иным конструктивным признакам.
Наибольший интерес представляет сходство таких конструктивных элементов автомата, которые в значительной мере влияют на его боевые и экономические характеристики.
108
Исходя из этого можно выделить группы автоматов, у которых имеется общность по следующим конструктивным факторам:
а) по типу затвора;
б) по количеству стволов и зарядных камор в одном автомате;
в) по типу механизма досылки патронов в камору;
г) по типу механизма подачи патронов;
д) по типу охлаждения ствола, и т. д.
Рассмотрим некоторые наиболее характерные особенности устройства указанных конструктивных групп и основные задачи, требующие решения при их проектировании.
Автоматы, сходные по типу затвора
По этому признаку можно выделить две конструктивные группы:
— автоматы с поршневым (продольно-скользящим) затвором;
— автоматы с клиновым затвором.
У автоматов с поршневым (продольно-скользящим) затвором запирание осуществляется соединением поршня с казенником или стволом с помощью нарезки или специальных боевых упоров. Поршень должен быть хорошо центрирован в своем гнезде во избежание перекосов и заклинивания. Он должен обладать достаточной прочностью, чтобы выдерживать силу от давления пороховых газов при выстреле, передаваемую через дно гильзы, а также возможные удары при отпирании, запирании и приходе затвора в крайние положения.
Так как в автоматических пушках даже при наличии поршневого затвора применяется гильзовое заряжание (унитарный патрон упрощает процесс автоматизации перезаряжания орудия), поршень должен обладать достаточной продольной жесткостью, чтобы не допускать поперечного разрыва гильз. Для этого же зазор между зеркалом поршня и дном гильзы в положении перед выстрелом не должен превосходить некоторой величины, определяемой из условия деформации гильзы. Запирающее устройство поршневого затвора должно исключать возможность самопроизвольного отпирания, что достигается самотормозящимся сцеплением затвора со стволом (казенником) с обязательной фиксацией поршня в запертом состоянии специальной противоотскокной защелкой или передним шепталом. Важным требованием к поршневому затвору в автоматической пушке является обеспечение минимальных размеров затвора, так как они определяют размеры казенника и короба автоматики, что решающим образом сказывается на габаритах всего автомата.
109
Наиболее существенной из положительных сторон применения поршневых затворов является совпадение направлений движения затвора с направлением отката и наката ствола, а также направлениями досылки очередного патрона в камору и экстракции стреляной гильзы. Это позволяет в значительной степени упростить механизмы автоматики, возложив на затвор не только запирание канала ствола и производства выстрела, но и досылку патрона и экстракцию стреляной гильзы.
В этом случае, остов затвора является корпусом досылателя, а возвратная пружина затвора одновременно является и досы-
Рис. 4. 8. Схема рычажно-копирного ускорителя:
/—ствол; 2—поршень; 3—остов затвора; 4—ускорительный рычаг; 5—копир открывания
лающей; экстрактирующим механизмом также является сам поршень, на переднем срезе которого имеются жесткие захваты, способные извлечь гильзу из канала ствола.
Запирание канала осуществляется поворотом поршня относительно остова затвора благодаря спиральным копирным пазам или выступам между остовом затвора и поршнем при помощи котррых поступательное движение остова вызывает поворот поршня. Это происходит на последнем участке движения вперед остова затвора, когда -поршень упирается в пенек ствола и продолжать движение вперед вместе с остовом не может. При этом происходит расстопоривание поршня с остовом, двигающийся вперед остов через копирные спиральные пазы или выступы воздействует на поршень, заставляя последний разворачиваться. При этом секторы нарезки поршня входят в зацепление с секторами нарезки ствола (казенника). При полном запирании канала ствола ударник, связанный с остовом затвора, завершающим свое движение вперед, производит накол капсюльной втулки. Следует выстрел. Отпирание затвора и экстракция гильзы происходит за счет введения дополнительного, ускорительного механизма, который обеспечивает ускоренное перемещение затвора относительно ствола еще во время отката последнего.
На рис. 4.8 показано, как рычажно-копирный ускоритель, расположенный- на стволе, опираясь роликом на неподвижно
ПО
закрепленный на люльке (коробе) копир, своим длинным плечом давит на опорную площадку остова затвора, сообщает ему перемещение относительно ствола. Поршень, находящийся в за^ цеплении со стволом (из-за чего он не может поступательно перемещаться относительно ствола), под действием спиральных копирных пазов или выступов остова затвора начинает поворачиваться. Его нарезка выходит из зацепления с нарезкой ствола (казенника). При этом, благодаря небольшому углу подъема нарезки поршня и ствола, может быть произведен предварительный отжим гильзы жесткими захватами, расположенными, как уже указывалось, на поршне. После полного выхода нарезки из зацепления поршень начинает поступательно перемещаться назад вместе с остовом затвора под действием ускорителя.
Одновременно с этим гильза извлекается из канала ствола, т. е. происходит экстракция.
Аналогично, но может быть несколько проще, происходит запирание с помощью продольно-скользящего затвора, сцепляющегося со стволом не нарезкой, а боевыми выступами. Чаще всего запирание затвора в этом случае производят путем перекоса затвора так, как это показано на рис. 4.9 и 4.101. Отпирание и отвод затвора осуществляется либо газовым поршнем, передающим движение через раму затвора, либо перемещением остова затвора относительно ствола в схемах с откатом ствола.
Интересно отметить, что указанные ранее достоинства поршневых (продольно-скользящих) затворов превращаются в недостатки, когда встает вопрос о существенном повышении скорострельности автомата калибром 57 мм и выше. Тот факт, что затвор довольно большой массы перемещается вдоль оси ствола на расстояния, превышающие длину патрона, а также необходимость резких остановок в крайних положениях в значительной степени ограничивают возможности увеличения темпа стрельбы за счет увеличения скоростей перемещения подвижных звеньев. Обычно нагрузки на элементы автомата достигают предельных значений с точки зрения живучести деталей при сравнительно, невысоких темпах стрельбы. Дальнейшие конструктивные мероприятия, направленные на увеличение производительности схемы, как правило, включают в себя уменьшение продольно перемещающихся масс автоматики, сокращение путей звеньев, лимитирующих цикл стрельбы. Тогда переходят на схемы с клиновым затвором или используют револьверную схему автоматизации.
Характерным отличием клинового затвора от поршневого в отношении использования их в автоматических пушках является перемещение клина при перезаряжании не на величину длины патрона, а на величину ширины его, что дает определённый выигрыш во времени. Для открывания и закрывания затвора достаточно только одного движения, одного такта. Существенным преимуществом клинового затвора является также сни
111
жение продольных нагрузок и ударов в направлении отдачи в моменты начала и конца движения клина.
Конструктивно схемы автомата с клиновым затвором несколько сложнее, так как, кроме приводов открывания и закры-
тие. 4.9. Схема отпирания затвора газовым поршнем:
а—начало выстрела; /—затвор; 2—газовый поршень; 3—шток; 4—стволь ная коробка; б—отпирание затвора; 5—запирающие вырезы; 6—ударник; 7—отпирающее звено; в—отвод затвора; 8—стреляная гильза;
9—боевые упоры на затворе
вания клина (чаще всего — это разные механизмы), добавляются еще механизмы экстракции гильзы и досылки патрона в камору; более сложен -и стреляющий механизм.
112
Рис. 4. 10. Схема отпирания затвора при откате ствола:
а—затвор в запертом положении (вид сверху); б—отпирание затвора; /—ствол;' 2—ствольная коробка; 3— сапожок запирания затвора; 4—затвор в запертом положении; 5—шток; в—отвод затвора; 6—стреляная гильза; 7—боевой упор в ствольной коробке; 8—затвор полностью отперт; г—затвор отперт (вид сверху); 9—сапожок на штоке затвора
113
4.3. МНОГОКАМОРНЫЕ И МНОГОСТВОЛЬНЫЕ АВТОМАТЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭНЕРГИИ- ПОРОХОВЫХ ГАЗОВ
И ОТ ПОСТОРОННИХ источников
Стремление повысить скорострельность автоматов привело наряду с комплексированием (конструированием спаренных, строенных, счетверенных и т. д. установок) к созданию автоматов, имеющих в единой конструкции несколько камор или несколько стволов.
Можно выделить характерные труппы конструкций автоматов с несколькими каморами и стволами:
— автоматы одноствольные, многокаморные (револьверного (типа);
— автоматы многоствольные, многокаморные;
— автоматы, органически спаренные (на один автомат — два ствола, каждый со своей каморой).
Автоматы одноствольные, многокаморные
Конструктивным путем можно вынести за пределы цикла выстрела часть цикла работы механизмов автоматики. Для этого необходимо, вместо последовательного проведения операций открывания затвора, экстракции стреляной гильзы, досылки патрона и закрывания затвора — в промежутке между двумя выстрелами провести только одну операцию,— сменить камору со стрелянной гильзой на камору, заряженную очередным патроном. По продолжительности эта операция может быть равноценна операции открывания или закрывания затвора. Остальные операции— освобождение камеры от стреляной гильзы и заряжание следующей каморы очередным патроном — должны происходить за пределами цикла выстрела.
В этом заключается принцип действия многокаморного оружия.
Из всех возможных конструктивных схем многокаморных орудий следует выделить схему, построенную на револьверном принципе. Каморы располагаются во вращающемся барабане, ось вращения которого параллельна, но эксцентрично расположена относительно канала ствола.
При фиксированном положении барабана одна из камор располагается соосно с каналом ствола. В ней находится заряженный патрон и производится выстрел. Количество камор в барабане выбирается конструктивно из условий обеспечения минимальной массы и габаритов пушки, максимальной производительности и минимальных нагрузок. Гак, например, если в барабане имеется всего две каморы, то за цикл выстрела в другой каморе должны произойти экстракция гильзы и досылка очередного патрона. Если имеются три каморы, то за цикл выстрела можно из второй каморы произвести экстракцию гильзы, а в третью — дослать очередной патрон. Очевидно, что экстракция 114
и досылка во втором случае могут пройти за большее время, т. е. с меньшими скоростями, и нагрузки как в механизмах автоматики, так и на установку в целом будут меньше. Наличие четырех камор в барабане позволит в одной из них во время цикла выстрела произвести еще одну дополнительную операцию, например, искусственное охлаждение каморы и т. п.
Для разворота барабана используется обычно энергия выстрела. В схемах с откатом ствола барабан откатывается вместе со стволом относительно короба (люльки). Вращательное движение барабан совершает за счет взаимодействия конирных пазов на наружной поверхности барабана с неподвижным роликом на коробе. При этом часть кинетической энергии откатных частей в их поступательном движении будет переходить в кинетическую энергию барабана при его вращательном движении относительно газового поршня. Связь с барабаном также осуществляется через копирные' пазы. Одна из разновидностей конструктивного варианта связи храповой механизм с роликом на барабане и копирным пазом на раме, связанной с газовым поршнем так как это показано на рис. 4.11, где представлена обычная конструктивная схема автомата, построенного по револьверной схеме. На рис. 4.11, а показано положение деталей в момент выстрела, а на рис. 4.11, б — при заднем положении ползуна автоматики, жестко связанного с газовым поршнем. Цикл автоматики состоит из следующих операций. В начале цикла патрон находится в каморе барабана, расположенной в вертикальной плоскости симметрии барабана внизу (примем, что это положение под углом 180°). Поскольку барабан рассматриваемого оружия имеет восемь гнезд, при первом выстреле патроны находятся в каморах, расположенных под углом 0°, 45°, 90°, 135° и 180°. Все каморы, расположенные слева от плоскости симметрии, не заряжены. При выстреле, как только снаряд пройдет мимо газового отверстия, пороховые газы Отводятся в газовый цилиндр и воздействуют на поршень. Последний жестко связан с ползуном, имеющим копирные профили для поворота барабана и для производства подачи ленты с патронами. Копирный паз на ползуне рассчитан таким образом, чтобы барабан начинал поворот не в момент начала движения поршня, а только через некоторый промежуток времени, в течение которого давление в канале ствола понизится до некоторой допустимой величины. При отходе ползуна назад ролик, скользящий по копирному пазу ползуна, предназначенному для поворота барабана, смещается вправо. При этом ведущий палец храпового механизма западает в соответствующий вырез на барабане и поворачивает его. Этого поворота достаточно для того, чтобы очередная заряженная камора оказалась в положении выстрела. Откат ползуна обеспечивает экстракцию стреляной гильзы из предыдущей каморы, т. е. находившейся в момент выстрела в положении 225°, а также через второй копирный профиль —
115
Рис. 4.11. Револьверная схема автомата
116
подвод движка подачи с патронной лентой для подачи очередного патрона на линию досылки. При накате поршня с ползуном (рис. 4.11, в) толкатель выталкивает очередной патрон из звена в пустую камору, находящуюся в этот момент в нулевом положении (крайнее верхнее положение). Таким образом происходит досылка. Одновременно движок подачи приходит в исходное положение, а палец храпового механизма смещается обратно и останавливается напротив очередного выреза на храповом кольце барабана. При этом цикл автоматики заканчивается, и новый цикл начинается с выстрела патроном, находящимся в каморе, занимающей крайнее нижнее положение. Цикл автоматики как будто совпадает с циклом выстрела. На самом деле часть циюта автоматики — подача патрона и его досылка в камору — произошли накануне выстрела, а другая часть — экстракция стреляной гильзы — происходит уже после совершения следующего выстрела. Для перезаряжания орудия между выстрелами осталась только одна операция — смена заряженной каморы, операция в один такт, простая, а потому и занимающая мало времени. Это обстоятельство позволяет получить очень высокие темпы стрельбы автоматических пушек револьверного типа, чем и объясняется их довольно широкое распространение, особенно в авиационных пушках.
Автоматы револьверного типа не лищены целого ряда недостатков. Создание подобных орудий сопровождается обычно необходимостью преодоления определенных трудностей. Внутренняя полость камор должна обеспечить размещение в них патронов, а стенки их должны быть достаточно прочными, чтобы выдержать давление пороховых газов.
Ствол орудия неподвижно скрепляется с жесткой рамой, которая должна строго удерживать в фиксированном положении камору в тот момент, когда ее ось совмещается с осью ствола. Необходимо предусмотреть надежную работу механизма для последовательного перемещения камор в положение выстрела и механизма для воспламенения порохового заряда.
Одной из самых трудных является проблема обеспечения стабильности каморы в положении выстрела. Камора должна устанавливаться строго соосйо и жестко удерживаться в этом положении при выстреле. Если внутренняя полость каморы и канал ствола несоосны в момент прохождения 'снаряда через стык каморы и ствола, то снаряд уткнется в стенку ствола, что крайне нежелательно.
Проблема обеспечения соосности каморы и канала ствола в момент выстрела также является одной из труднейших. Простое совпадение отклонения размерных допусков в неблагоприятную сторону создает очень трудное положение с точки зрения технологии. Гнезда в барабане должны рассверливаться строго параллельно друг другу на равном расстоянии от центра бара
117
в положение, при котором самым задержку стрельбы.
Рис. 4. 12. Схема обтюрации при помощи медного кольца, /—ствол; 2— медное кольцо,
3— барабан
бана. Угловое размещение гнезд по окружности должно выдерживаться особенно строго.
Следующим важным моментом при создании автоматической пушки револьверного типа является обеспечение надлежащего зазора между затворной плоскостью рамы орудия и основанием патрона в тот момент, когда патрон полностью дослан в патронную камору. Если дно патрона слишком далеко выходит за срез каморы, то оно может мешать продвижению последней происходит выстрел, вызывая тем Если зазор между основанием и затворной плоскостью рамы слишком велик, то это может привести к поперечному разрыву гильзы.
Очень важным вопросом является вопрос обеспечения плотного прилегания торца каморы к казенному срезу ствола. Вращение барабана возможно только при наличии соответствующего зазора между казенным срезом ствола и торцом каморы. Во время выстрела, когда снаряд проходит зону зазора, давление пороховых газов в канале ствола оченъ велико — порою оно достигает своей максимальной величины. Для обеспечения обтюрации зазора между торцами ствола и барабана конструкторам приходится проводить специальные мероприятия. Возможны три способа обтюрации.
Первый способ обтюрации заключается, в выжимании барабана 5 при помощи специального клина или кулачка вперед и применении медного обтюрирующего кольца 2 (рис. 4.12). Недостатком этого способа обтюрации является усложнение крепления барабана из-за необходимости обеспечения его поступательного перемещения. Подача барабана вперед должна происходить до выстрела, а отвод назад — после спада давления в канале ствола. Это связано со значительными потерями времени.
Второй способ обтюрации — при помощи гильзы патрона, досылаемого вперед до тех пор, пока дульце гильзы не войдет в канал’ствола. Дульце гильзы полностью закрывает снаряд. При нахождении патрона в каморе дульце гильзы выходят немного за торец барабана. После того как камора перед выстрелом занимает свое место по оси канала ствола, весь барабан продвигается вперед, выбирая зазор между торцом ствола и торцом барабана, причем входящий наружу конец патрона заходит в канал ствола. Таким образом, дульце гильзы перекрывает небольшой просвет, который оставался на месте ранее существовавшего зазора. При выстреле давление пороховых газов рас-
118
ширяет дульце, которое плотно прижимается к стенкам канала ствола и барабана. Допустимая ширина зазора при этом всецело зависит от толщины гильзы. Такой способ обтюрации также требует принудительного перемещения барабана, что усложняет механизм пушки и может вызвать снижение темпа стрельбы. Кроме того, известные трудности связаны с изготовлением боеприпасов, особенно большого калибра, когда снаряды долж-
ны иметь ведущие пояски и весь снаряд целиком должен находиться внутри гильзы.
Третий способ обтюрации—при помощи обтюрирующих поршней или втулок, размещенных в гнездах камор в передней части барабана (рис. 4.13). Внутренний диаметр втулки не препятствует проходу снаряда. Как только ведущий поясок снаряда минует задний срез обтюрирующей втулки, пороховые газы проникают ь зазор между "задним торцом втулки и гнездом каморы и смещают втулку вперед,
Рис. 4. 13. Схема обтюрации при помощи втулок:
а—момент до выстрела; б—момент выстрела; /—ствол; 2—рама; 3—обтюрирующая втулка; 4—барабан
прижимая ее к торцу ствола прежде, чем задняя часть снаряда войдет в канал ствола. При прохождении по каналу ствола давление пороховых газов, действующее
на задний кольцевой торец втулки, обеспечивает плотную обтю-
рацию зазора, а кольцевые проточки на наружной поверхности
втулки предупреждают возможность прорыва газов по наружной поверхности втулки. Как только давление в канале ствола падает, сила, прижимающая втулку к торцу ствола, исчезает, и барабан имеет возможность повернуться, подавая камору с очередным патроном в положение выстрела. Этот метод обтюрации конструктивно прост и довольно надежен, однако и его применение требует решения определенных вопросов и преодоления некоторых трудностей. Так же, как и при первом способе обтюрации, прорыв газов надежно исключается только при хорошем состоянии контактных поверхностей. Если на контактной поверхности появляется дефект, то прорвавшиеся газы быстро размывают поверхность ствола или втулки, и обтюрация становится неполноценной. Важным моментом также является обеспечение прочности и живучести самой обтюрирующей втулки, так как усилия, действующие на нее, скорость ее перемещения
119
и удар о торец ствола очень велики, что может вызвать наклеп и нарушение прочности. Кроме того, втулка очень быстро’ разогревается, что ухудшает характеристики ее материала.
Недостатками конструкции с обтюрирующими втулками являются также увеличение продольной нагрузки на раму вследствие увеличения площади, на которую давят пороховые газы, в зазоре между задним торцем гнезда и необходимость некоторого увеличения диаметра барабана из-за того, что гнезда под втулку несколько больше диаметра каморы, и во избежание их взаимного пересечения каморы необходимо разнести.
Следующая важная проблема при создании револьверной автоматической пушки возникает из-за нагрева блока камор (барабана). Даже при небольших очередях с перерывами в стрельбе температура растет очень быстро. Как только температура барабана достигает 300—450° С, может самовоспламениться пороховой заряд.
Еще одна важная проблема при создании автоматической пушки револьверного типа связана со свободным ходом снаряда до момента входа его в нарезную часть ствола. Этот свободный ход в револьверной пушке должен быть примерно равен длине снаряда. До момента врезания ведущего пояска в нарезы снаряд приобретает значительную скорость, но еще не вращается. Следовательно, необходимо применять прогрессивную нарезку.
Автоматы многоствольные, многокаморные
Конструктивный недостаток одноствольных многокаморных пушек, заключающийся в малой надежности обтюрации пороховых газов в стыке ствола и барабана, повышенный износ в стыках и связанная с ним низкая живучесть системы в целом привели к поискам конструктивного решения, связанного с ликвидацией стыка между стволом и каморой. Многокаморная схема, таким образом, превращается в многоствольную.
Вращающиеся массы автомата значительно увеличиваются, что в большинстве случаев приводит к нехватке энергии выстрела для осуществления операций автоматического перезаряжания. Для этой цели приходится прибегать к помощи постороннего источника энергии, ч.аще всего к использованию электропривода. С помощью моторного электропривода вращается блок стволов, как основное ведущее звено автоматики, а от него, в свою очередь, получают движение кинематически связанные с ним остальные звенья автоматики.
На рис. 4.14 приведена одна из возможных схем многоствольной револьверной пушки. Четыре ствола связаны в единый блок, вращающийся внутри неподвижного короба с помощью электропривода. Блок стволов не имеет поступательного перемещения относительно короба. Короб 3 опирается на установку с помощью системы амортизации, не показанной на рисунке.
120
Внутри вращающегося блока 4 стволы 5 имеют возможность перемещаться поступательно вперед и назад под действием соответствующего копирного паза 1 на неподвижном коробе 3, в который входит кулачок ствола 2. Патрон находится в нерассыпной ленте, подхватываемой блоком 4 стволов при вращении. Очередной ствол 5, на линию досылки которого должен быть
Рис. 4- 14. Схема многоствольной револьверной пушки:
а—момент выстрела; б—момент между выстрелами; в—следующий выстрел;
копирный паз; 2—кулачок ствола; 3—короб; 4— блок СТВОЛОВ; 5—СТВОЛ
подан патрон, находится в переднем положении. Он выдвинут туда с помощью упомянутого выше копирного паза. После того, как патрон вращением блока стволов подан на линию досылки (шаг нерассыпной ленты должен быть равен расстоянию по хорде между осями соседних стволов), происходит дальнейшее вращение блока вместе с поворотом и подтягиванием ленты перемещенного ствола назад благодаря' взаимодействию кулачка ствола с копирным пазом на коробе. Камора ствола находит на патрон, синхронно поворачивающийся вместе со стволом и, таким образом, находящийся все время в таком положении, что оси ствола и патрона совпадают. Фланец патрона опирается на зат
121
ворную плоскость блока, ствол надвигается на патрон до тех пор, пока торец ствола не дойдет до затворной плоскости блока и патрон полностью не войдет в камору, т. е. пока не произойдет досылка патрона в каМору. В этом момент вращением блока ствол перемещается в верхнее положение — положение выстрела. Выстрел производится с помощью ударного стреляющего механизма, взводимого при вращении болка с помощью специального кулачка. Отдача от выстрела через блок стволов и короб передается на амортизационные устройства и далее —на установку. Момент выстрела совпадает с моментом вывода следующего патрона на линию досылки следующего ствола. Последующее вращение блока стволов вызывает надвигание этого ствола на патрон (как описано ранее), а ствол, из которого произведен выстрел, взаимодействуя своим кулачком с копирным пазом на коробе, движется вперед. Стреляная гильза останется на месте, захваченная фланцем в жесткой нерассыпной ленте, проходящей по своим направляющим только в поперечном направлении. Таким образом, происходит экстракция гильзы из каморы. Дальнейшее удаление гильзы за пределы автомата происходит вместе с выходящей лентой.
Описанный цикл выстрела повторяется четырежды за один оборот блока стволов. Это означает, что темп стрельбы определяется угловой скоростью блока стволов, на которую, в свою очередь, оказывают влияние нагрузки, возникающие в звеньях автоматики при движении, и мощность привода, зависящая от движущихся масс и разбиваемых ускорений. Одно из положительных качеств приведенной схемы — полное решение вопроса обтюрации пороховых газов в стволе и несомненная конструктивная простота.
Недостатками схемы являются повышенный расход энергии и возникновение больших продольных усилий в механизме автомата. Кроме того, что в револьверной- схеме с вращающимся блоком стволов вообще расход энергии на перезаряжание значительно выше, чем в других схемах автоматики, в данной конструктивной схеме имеются еще и дополнительные затраты энергии, вызываемые необходимостью возвратно-поступательного движения ствола на длину патрона за цикл выстрела. Практически досылка осуществляется не движением патрона в ствол, как в обычной схеме, а движением к патрону ствола, масса которого значительно выше, на то же расстояние, за то же время, что и в обычной схеме.
Возникающие при этом огромные инерционные усилия требуют значительного повышения мощности источника энергии. Аналогичные явления происходят и при экстракции гильзы из каморы. Возникновение больших инерционных усилий в продольном направлении само по себе является крупным недостатком схемы автоматики, влияющим на условия работы установки и на величину усилия отдачи, а также на условия прочности де-122
талей автоматики, непосредственно воспринимающих эти условия.
Примером схемы автомата с вращающимся блоком стволов, в которой в какой-то степени учтены указанные выше недостатки, является схема на рис. 4.15.
Блок 2 из девяти стволов 1, скрепленных ствольными муфтами, вращается вокруг своей оси внутри короба 4 с помощью электропривода 6. Каждому стволу соответствует свой продольно-скользящий затвор 5, имеющий возможность возвратно-пос-
Рис. 4. 15. Схема автомата с вращающимся блоком стволов
2—разрез; б—блок стволов с приводом
тупательно двигаться по направляющим блока стволов, вращаясь вместе со стволами. Возвратно-поступательное движение затворов вызвано взаимодействием кулачков затворов с копирным пазом 3 на внутренней поверхности неподвижного казенника. При движении затвора вперед он является досылателем, толкая впет реди себя патрон, а при движении назад — экстрактором, извлекая стреляную гильзу из каморы. Участок копирного паза, соответствующий крайнему переднему положению затвора, является запирающей поверхностью, в которую упирается боевой упор затвора. Стреляющий механизм — пружинного типа. Взведение ударника осуществляется с помощью специального Т-образного копирного паза, в который входит головка ударника. При движении затвора вперед вместе с поворотом блока стволов с помощью Т-образного паза ударник удерживается в заднем положении. Когда ствол с затвором приходят в положение выстрела и затвор надежно заперт, головка ударника выходит из Т-образного паза. Под действием сжатой боевой пружины ударник движется вперед и производит накол капсюльной втулки. Подача
123
патронов производится из бункера по направляющему желобу. Очередной патрон подхватывается двигающимся вперед затвором и досылается в камору. За один оборот блока стволов орудие производит девять выстрелов. Соответственно и цикл автоматики распределяется на девять циклов выстрела. Массы, перемещающиеся в продольном направлении, сравнительно невелики, основной расход энергии — на вращение блока стволов. Как и в предыдущей схеме, темп стрельбы определяется угловой скоростью вращения блока стволов, который является основным ведущим звеном автоматики, а остальные звенья связаны с ним кинематически, т. е. их скорости пропорциональны угловой скорости блока. Важным моментом заслуживающим внимания при создании автоматов, цикл работы которых определяется угловой скоростью моторного привода, является проблема затяжного выстрела или осечки. На проведение выстрела отводится определенное время', не зависящее от времени срабатывания огневой цепи (капсюльная втулка — заряд). Как правило, выстрел происходит, снаряд покидает ствол и давление снижается до'безопасной величины, пока боевой упор затвора не сойдет с запирающей поверхности казенника. Но в случае затяжного выстрела, возникающего по случайным причинам (брак в заряде или капсюльной втулке, неблагоприятные условия хранения, механические дефекты в боеприпасах и т. д.), выстрел может произойти или при не вполне запертом затворе, или уже при частично отведенном назад патроне, или в патроне, полностью отведенном за пределы автомата. Если третий случай сравнительно неопасен при условии отведения стреляных гильз (вместе с которыми отводится и патрон, давший осечку или затяжной выстрел) в специальный закрытый бункер, то первые два случая могут привести к аварии и опасны для обслуживающего личного состава. С этим обстоятельством приходится считаться, и оно является серьезным препятствием на пути широкого распространения автоматических пушек, работающих от моторного привода. Но все же, несмотря на это, благодаря своей высокой производительности, схемы с вращающимся блоком стволов находят применение в авиации и в артиллерии противовоздушной обороны. Примером служит американская автоматическая пушка «Вулкан», построенная по этой схеме.
Органически спаренные автоматы
Стремление использовать преимущества многоствольных схем для увеличения скорострельности автомата, освободившись от недостатков револьверных схем, привело, в частности, к созданию органически спаренных автоматов.
Высокая скорострельность таких автоматов, как и в револьверных пушках, обеспечивается возможностью вынести часть операции цикла автоматики за цикл выстрела. В данном случае цикл автоматики равен двум циклам выстрела.
124
Выполнение ствола с каморой, как единого целого, и отсутствие вращающегося барабана позволяет освободиться от недостатков, свойственных многокаморным пушкам, а отсутствие необходимости вращения блока стволов позволяет отказаться от постороннего источника энергии и всех недостатков, связанных с ним. На перезаряжание используется исключительно энергия выстрела. В качестве основных ведущих звеньев автоматики в схеме, показанной на рис. 4.16, используются возвратно-поступательно двигающиеся стволы. Два продольно-скользящих затвора 4 кинематически связаны между собою соединительным двухплечим рычагом 2 ускорительного механизма. Ось вращения соединительного рычага закреплена в коробе 1 автоматики. При откате ствола 6 жестко связанный со стволом упор-ускоритель 3 отводит назад соответствующее плечо соединительного рычага, упираясь в него недалеко от оси вращения. Затвор, связанный с соединительным рычагом через кулисный паз на конце рычага, благодаря разности плеч получает значительно большие скорости, чем ствол. Отпирание затвора осуществляется поворотом крановых боевых упоров 5, расположенных на затворе и взаимодействующих с жесткими кулачками на стволе. Эта операция предшествует отводу назад затвора вместе с эк-страктируемой гильзой. Поворот соединительного рычага, вызванный воздействием упора-ускорителя выстрелившего ствола, приводит не только к отпиранию затвора после выстрела, экстракции гильзы и отводу затвора для захвата очередного подаваемого патрона, но и к движению вперед затвора другого ствола. Таким образом/первая половина автоматического цикла перезаряжания одного ствола совпадает по времени со второй половиной автоматического цикла перезаряжания другого ствола, так как одновременно с движением вперед затвора происходит досылание патрона в камору, затем запирание затвора и выстрел. Операции подачи патрона на линию досылки и отражения экстрактированной гильзы за пределы автомата производятся по времени в конце первой половины и в начале второй половины автоматического цикла. Привод на осуществление этих операций, как правило, кинематически связан с соединительным рычагом. При этом может быть использовано промежуточное, аккумулирующее энергию звено, например подающая пружина. Темп стрельбы здесь выше удвоенного темпа одноствольной автоматической пушки с коротким откатом ствола, так как время наката равно времени отката соседнего ствола.
Большим достоинством этой схемы автомата является уменьшение габаритов и массы.
Преимуществом органически спаренной системы перед комп-лексированной является возможность получения лучшей импульсно-силовой диаграммы нагрузки на установку при стрельбе, что очень существенно с точки зрения снижения нагрузок на установку и снижения массы установки в целом.
125
Здесь нагрузки от выстрела из каждого ствола сдвинуты относительно друг друга во времени, и максимальное значение силы отдачи не превосходит величины ее при одном выстреле.
Рис. 4. 16. Схема автомата, органически спаренного: а—момент до выстрела; б—момент выстрела; в—момент после выстрела; /—короб; 2—соединительный рычаг; 3—упор-ускоритель; 4—затвор; 5—крановый боевой упор; 6— ствол
В комплексированном же автомате часто совпадают во времени выстрелы из двух стволов, и суммарная сила отдачи при этом получается вдвое больше, чем у одинарной установки.
Глава 5
СТВОЛЫ И КАЗЕННИКИ
5. 1. НАЗНАЧЕНИЕ СТВОЛОВ И ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ. КЛАССИФИКАЦИЯ СТВОЛОВ
Ствол представляет собой основную часть артиллерийского орудия, предназначенную для метания снаряда в определенном направлении и с заданной начальной скоростью.
В общем случае ствол состоит из следующих основных частей:
— трубы (моноблока, лейнера, свободной трубы);
— кожуха (оболочки);
— казенника;
— захватов, или обойм;
— дульных устройств дульного тормоза;
— механизма продувания.
Труба — основная часть ствола, выполняющая главное его назначение — направлять движение снаряда с обеспечением ему заданной начальной скорости.
Кожух, или оболочка, — часть ствола артиллерийского орудия, предназначенная для увеличения поперечной прочности его стенок и выполнения других вспомогательных функций — увеличения массы откатных частей для уменьшения силы сопротивления откату и, следовательно, для повышения устойчивости орудия при выстреле; соединения ствола с противооткатными устройствами; направления движения откатных частей при откате — накате и др.
Казенник — часть ствола, предназначенная для размещения в ней затвора, запирающего канал ствола во время выстрела для обеспечения необходимой массы откатных частей и надлежащего положения центра тяжести ствола. Кроме того, он может служить для соединения ствола с противооткатными устройствами и направления движения ствола при стрельбе.
Захваты (обоймы) служат для направления движения откат-' ных частей и для соединения ствола с противооткатными устройствами.
Дульный тормоз предназначен для поглощения части энергии движения откатных частей при выстреле с целью уменьшения действия выстрела на систему. При этом обеспечивается
127
большая -устойчивость системы при одновременном уменьшении ее массы, увеличении подвижности и маневренности орудия.
Пламегасители служат для уменьшения температуры пороховых газов при истечении их из канала ствола и для гашения пламени вблизи дульного среза, а также в случае необходимости— для некоторого увеличения скорости откатных частей в автоматических системах.
Механизм продувания предназначен для быстрого удаления пороховых газов из канала ствола с целью предотвращения задымления помещения, в котором расположено орудие.
К артиллерийскому стволу предъявляются специальные требования, важнейшими из которых являются: прочность, жесткость, высокая живучесть, необходимая масса, надлежащее положение центра тяжести.
Прочность. Ствол должен быть надежно прочным. Возникающие в стенке ствола напряжения не должны достигать предела упругости металла с учетом возможного изменения его механических характеристик при стрельбе. Обеспечивается это требование выбором соответствующей категории прочности стали для ствола и правильным назначением запасов прочности.
Жесткость. Ствол должен иметь достаточную жесткость во избежание чрезмерного прогиба под ‘Действием собственной массы, вызывающего ухудшения кучности боя. Это требование обеспечивается правильным выбором контуров ствола.
Уменьшение наружного диаметра от казенного среза к дульному должно быть плавным, без резких переходов.
Высокая живучесть необходима для обеспечения нужного количества выстрелов до потери баллистических качеств (начальной скорости снаряда и кучности стрельбы, заданных тактико-техническими условиями). Это обеспечивается правильной конструкцией канала ствола и ведущих частей снаряда, применением «холодных» порохов, соблюдением режима стрельбы, охлаждением стволов, выбором специальных вязких сталей, надежно сохраняющих свои механические свойства, чистотой обработки поверхности кнала, рациональными условиями эксплуатации орудия и другими мероприятиями.
Необходимая масса ствола определяется как из соображений прочности, так и из условия влияния массы откатных частей на действие выстрела на орудие, учитывая, что масса ствола является определяющим фактором для откатных частей.
Надлежащее положение центра тяжести — это то положение, когда центр тяжести находится по возможности ближе к казенному срезу для обеспечения рационального уравновешивания качающейся части орудия. Это достигается правильным распределением .масс металла ствола по всей его длине. Часто для обеспечения этого требования примейяются казенники увеличенной массы.
128
Для выполнения большинства перечисленных требований стволы должны быть изготовлены из сталей, обладающих высокими упругими свойствами; высокой вязкостью; большой твердостью для обеспечения стойкости в отношении механического износа от ударов при заряжании и при прохождении снаряда по каналу ствола; химической стойкостью при воздействии продуктов взрывчатого разложения пороха; способностью сохранения механических характеристик при высоких и низких температурах (—50ч-+400° С). Современные орудийные стали содержат так называемые легирующие добавки, улучшающие основные свойства применяемых сталей. В качестве легирующих добавок применяют в основном никель, хром, молибден, ванадий; вольфрам, марганец.
Классификация стволов обычно производится по конструкции стенки ствола и по устройству ведущей части канала.
По конструкции стенки ствола различают однослойные стволы-моноблоки, скрепленные, лейнированные, разборные и составные по длине, а по устройству ведущей части канала ствола — с нарезным каналом и с гладким каналом, причем и те и другие могут быть цилиндрические и конические по длине, а также цилиндро-конические.
5.2. КОНСТРУКТИВНЫЕ РАЗНОВИДНОСТИ СТВОЛОВ
Однослойные стволы — моноблоки (рис. 5.1) представляют собой, как правило, трубу с нарезным либо гладким каналом и каморой.
Толщина стенок ствола делается различной по его длине: в казенной части, где действуют наибольшие давления пороховых газов, стенки самые толстые, по мере уменьшения давления в канале ствола в направлении к дульному срезу стенки делаются тоньше. Перед дульным срезом на протяжении 1,5—2 калибров толщина стенок ствола несколько увеличивается (дульное утолщение), что вызывается необходимостью увеличения прочности ствола на этом участке.
Рис. 5. 1. Схема однослойного ствола 1 (моноблока) с графиком распределения давления по длине:
2—кривая желаемых сопротивлений; 3—кривая давлений
Однослойные стволы-моноблоки
В настоящее время ствол-моноблок является наиболее распространенным из-за простоты его изготовления и значительных успехов металлургии по созданию легированных ору
5 2610 129
дийных сталей с весьма высокими механическими качествами, обеспечивающими надежное сопротивление большим давлениям в канале ствола.
Напряжения и деформации в стенке трубы
Прочность ствола зависит от величины и характера распределения напряжений и деформаций в его стенке при выстреле.
В общем случае стенка трубы может быть подвергнута давлениям: изнутри, снаружи и вдоль оси (рис. 5.2).
Эта задача носит название задачи Ляме-Гадолина.
Рис. 5. 2. Схема усилий, действующих на трубу
На основании исследования условия равновесия цилиндрической трубы под действием указанных давлений Ляме и Гадоли-ным получены зависимости между нормальными напряжениями и давлениями для любой точки стенки трубы:
а) для нормальных тангенциальных напряжений
б) для нормальных радиальных напряжений
4~г! -pj-r,~r". г2 Л_ >г2 2 r2 2_J!
г2 '1 '2 — Г1
Если считать, что стг= —Р, то
(5.2)
(5.3)
в) для нормальных осевых напряжений
Г2 - Г2
*2 Г1
(5-4)
130
На основании закона Гука, устанавливающего связь между относительными деформациями и нормальными напряжениями в трех взаимноперпендикулярных направлениях, можно написать:
а) для относительных тангенциальных деформаций
^); (5.5)
с.
б) для относительных радиальных деформаций
ел=4-(°г—Iх0/—(5-6) Е
в) для осевых деформаций
ez = 4-(3z —1х3/)» (5.7)
Г,
где Е — модуль упругости; для орудийных сталей принимаем £ = 2,956 1011 Н/м2;
ц— коэффициент Пуассона; для стали принимаем ц = 7з.
Подставив в последние выражения значения нормальных напряжений из (5.1) — (5.4) и имея ввиду, что произведение Ее (модуля упругости на относительную деформацию) носит название приведенного напряжения, получим:
а) для приведенных тангенциальных напряжений
Р _ 2 р 4 2^ + г2_____2 п 4 r2+2rf_____1_
3 1 г2 2_ 2 3 2 г2 2_ 2 3
б) для приведенных радиальных напряжений о г? 2г%— г2 2 г<2 — 2'? 1
= —— Р, —-----2-------—Р.—----------- — —
3 г2 г2_г2 3 г2 г2_г2 з
(5-8)
(5-9)
в) для приведенных осевых напряжений
Как известно, наличие осевого растяжения увеличивает поперечную прочность цилиндра, вследствие чего на практике обычно осевые напряжения (oz) не учитываются в расчетах, так как это идет в запас прочности и упрощает расчеты.
Из анализа зависимостей для нормальных и приведенных напряжений следует, что наибольшие напряжения будут всегда на внутренней поверхности трубы при r=ri и наибольшими по величине напряжениями в цилиндре моноблока или в слое, когда давление действует изнутри, будет тангенциальные.
5* 131
Распределения напряжений в стенке трубы приводятся на диаграммах (рис. 5.3):
а) общий случай, когда действуют давления изнутри и снаружи, т. е. Л>0; Р2>0 (для расчета напряжений принято Р\ — = 3,136 • 108 Н/м2; Р2=7,8- 107 Н/м2, что соответствует нагружению скрепленного ствола во время выстрела);
б) при выстреле из моноблока, когда Pi>0; Р2 = 0;
в) при давлении снаружи, когда Pi = 0; Р2>0, что соответствует состоянию внутреннего слоя скрепленного ствола до выстрела.
Рис. 5. 3. Эпюры напряжений в стенке трубы
До настоящего времени критерием прочности при расчете орудийных стволов является предел упругости. Что касается расчетных формул, то они, как известно, зависят от той гипотезы прочности (теории прочности), которая положена в основу определения поведения материала при сложно-напряженном состоянии его, если известно поведение материала при простом растяжении или сжатии. Наиболее распространенной теорией прочности при расчете стволов до сих пор являлась теория наибольших относительных деформаций (вторая теория прочности). Это объясняется тем, что для этой теории прочности на основании долголетнего опыта накоплены статистические данные, позволяющие выбрать такие запасы прочности, которые вполне обеспечивают надежную работу артиллерийского ствола.
Рекомендуемые запасы прочности в отношении огибающей кривой давлений, т. е. с учетом температуры заряда ±40° С, для различных сечений, следующие:
— в сечениях по каморе ;
— в сечениях от начала нарезов до наибольших давлений в канале ствола ... п= 1,14-1,2;
— ё сечениях, близких к дульному срезу ... п = 2,24-2,4.
В последнее время наметился переход к расчету прочности стволов по 4-й (энергетической) теории прочности, наиболее точно отражающей реальные картины напряженного состояния ствола.
132
Необходимо отметить, что в теории проектирования стволов принято считать, что запас прочности — это отношение наибольшего допустимого давления к действительному давлению в ка-пред _
нале ствола при выстреле, т. е. п = —5--. Так как критерием
Г ин
прочности является предел упругости металла пе, то наибольшим допустимым давлением или пределом упругого сопротивления называется такое давление в канале ствола, при котором металл на внутренней поверхности канала напряжен до предела упругости. Величина последнего для моноблока определится, если в формулу напряжений (5-8) при oz = 0;,Р2 = 0 подставить E&t = oei тогда
3 г2 - г2
Р1пред=— —Т“по 2'й теоРии прочности (5. И)
2 2г2 + Г2
г2 —г2
или ^inpefl = —2- - --- по 4-й теории прочности.
Отсюда по известным поперечным размерам (радиусам) ствола и принятому металлу можно определить пределы упругого сопротивления и запасы прочности в различных сечениях ствола или, задаваясь соответствующими запасами прочности в различных сечениях по длине ствола и пределом упругости металла, можно определить наружные диаметры ствола по всей длине.
На основании долголетней практики при проектировании стволов можно рекомендовать следующие отношения наружных размеров ствола к внутренним (в районе начала нарезов и наибольших давлений в канале ствола) в зависимости от тактического назначения системы:
-^- = 2,5—-2,8—для гаубиц и автоматических систем неболь-Гвн шой мощности;
2,8 — 3,0—для стволов средней мощности, танковой са-Гвн моходнбй артиллерии;
-—-— = 3,0 —3,2 — для стволов мощной крупнокалиберной артил-Гвн лерии.
Толщина стенки моноблока не должна превышать 120— 130 мм для обеспечения одинаковых механических характеристик металла ствола по всей длине и по толщине стенки.
Из формулы (5.11) видно, что для обеспечения большей прочности ствола-моноблока, изготовленного из принятого металла, необходимо применять более толстые стенки, а при термической обработке это затрудняет получение одинаковых механических свойств металла в стенке ствола и утяжеляет орудие. Кроме того, такое мероприятие не всегда достигает желаемой цели: увеличение прочности моноблока путем утолщения стенки его происходит только до определенного предела; это видно из
133
рис. 5.4. Увеличение толщины стенок больше одного калибра нецелесообразно, так как при этом толщина ствола, а, следовательно, и масса его, сильно увеличиваются при незначительном возрастании прочности. Таким образом, основными недостатками ствола-моноблока являются неравномерное участие металла
QCT6
1,0 7,4 7,8 2,2 2,6 3,0 3,1 оо 7J
Г1
Рис. 5. 4. Графики возрастания прочности и массы ствола при увеличении толщины его стенок: /—кривая прочности; 2—кривая массы
стенки по толщине в сопротивлении давлению и возникновение предельных напряжений (равных пределу упругости металла) на внутренней поверхности ствола при относительно небольших давлениях в канале.
В настоящее время стволы-моноблоки применяются, как правило, до калибра 100 мм включительно (в отдельных случаях до 130 мм) и для орудий с незначительными давлениями и небольшим темпом стрельбы (без охлаждающих устройств).
Скрепленные стволы
Скрепленным называется ствол, состоящий из нескольких цилиндров (слоев), надетых друг на друга с определенным натягом, благодаря чему уменьшаются общие напряжения в первом (внутреннем) слое при выстреле и увеличивается общая прочность ствола.
Скрепление стволов, как правило, производится в горячем состоянии в специальных печах. Схема сопряжений скрепляемых цилиндров для создания надлежащего натяга между ними приведена на рис. 5.5- Диаметральная разность 2гн—2гвн = ^ называется абсолютным натягом между слоями. На практике обыч-
„ о
но пользуются величиной относительного натяга у =—-—*
2гвн
Чтобы на внутренний слой надеть наружный, необходимо последний нагреть до такой температуры, при которой будет обеспечено условие 2гвн>2гн, причем эта температура должна быть
134
меньше температуры отпуска стали после закалки (во избежание образования структурных изменений металла).
Обычно нагревание наружных слоев для скрепления производится до температуры / = 4004-450° С. При этом наибольшее относительное термическое расширение наружного слоя
А/772, — Cl/,
(5.12)
где а—коэффициент линейного расширения при нагреве; t — температура нагрева.
Необходимо, чтобы для свободного надевания наружного слоя. В практике скрепления принимают у<0,002. После
окончательного остывания наружного слоя сопряжение слоев будет происходить по цилиндрическим поверхностям с общим радиусом q, т. е. внутренний
Рис. 5.6. Эпюры напряжений в стенках слоев скрепленного ствола
Рис. 5.5. Схема сопряжений скрепляемых цилиндров для создания натяга между ними: 1—внутренний слой; 2—наружный слой
слой сожмется на величину бгн, а наружный слой — растянется на величину бгвн (рис. 5.5). Между слоями возникнут давления Pi — произведенные скреплением, которые вызывают во внутреннем слое • тангенциальные напряжения сжатия, а в наружном — напряжения растяжения E&t. Эпюры напряжения можно получить из формулы (5.8) при crz = O — для внутреннего (1-го) слоя при Р1=0; Р 2 —Р% и при изменении радиусов (г) от г\ до /2(р), а для наружного (2-го) слоя — при Р2 = 0; Р\ = Р% и изме* нении радиусов (г) от г2 до Гз- Очевидно, что суммарные (действительные) напряжения Ezt в стенках скрепленного ствола при выстреле будут складываться (с учетом знака) из произведенных скреплений — Ее/ и от выстрела (дополнительных) — Еъ".
Рис. 5.6 наглядно показывает преимущество скрепления: оно приводит к снижению величин напряжений на внутренней поверхности канала ствола и, следовательно, к увеличению прочности последнего. Очевидно, оно позволяет применять в случае необходимости повышенные по сравнению со стволом-моноблоком давления в канале ствола.
135
Идея скрепления стволов была выдвинута и разработана ученым-артиллеристом А. В. Гадолиным и впервые осуществлена в 60-х годах прошлого столетия в России. Скрепленные цилиндрами стволы могут быть в виде внутренней трубы, скрепленной с кожухом по всей длине или, что чаще встречается, скрепленной в казенной части кожухом, покрывающим трубу на поло-
Рис. 5.7. Схема ствола, скрепленного цилиндрами: /—казенник; 2—наружные слои; 4—внутренняя труба
вину ее длины или несколько больше. Кожух, в свою очередь, может быть однослойный или скрепленный из нескольких слоев (рис. 5.7).
Затворное гнездо может быть помещено в кожухе, во внутренней трубе или в съемном казеннике, наибольшее распространение получила последняя конструкция.
Скрепляющие цилиндры удерживаются от продольного смещения с помощью разрезных колец, кольцевого термического уступа или замка, сил трения (у многослойных стволов морских систем), с помощью навинтной гайки или муфты при скреплении коротким кожухом, а также с помощью упора цилиндров в кольцевые уступы внутренних слоев, как показано на рис. 5.7.
Рис. 5. 8. Схема скрепленного ствола, где кожух, в котором размещен затвор, удерживается гайкой
На рцс. 5.8 показан продольный разрез ствола, в котором кожух удерживается гайкой, а затвор помещен в кожухе. На внутреннюю трубу 3 с натяжением надет кожух 2. Для предотвращения выдвигания трубы из кожуха она соединяется с ним тайкой 1. В связи с тем, что затвор помещен в кожухе, внутренняя труба в поперечном сопротивлении отрыву казенной части не участвует.
136
Удерживание слоев от продольного перемещения с помощью разрезного кольца и с помощью термического уступа схематически показана на рис. 5.9.
При проектировании и расчете запаса прочности скрепленных стволов, как и было указано ранее, руководствуются критерием прочности предельно допустимым давлением в канале ствола, называемым пределом возможного сопротивления, который представляет собой давление в канале ствола с заданными на-
Рис. 5. 9. Схема приспособлений для удерживания слоев скрепленного ствола от продольного смещения:
/—разрезное кольцо; 2—термический уступ
тяжениями между слоями, при котором металл ствола на внутренней поверхности первого слоя (трубы) напряжен до предела упругости и выражается формулами:
а) по второй теории прочности (по тангенциальной деформации)
L 2 2
_ г*
н
pi — 3
1пред 2
2^ + rf
‘б) по второй теории прочности (по радиальной деформации) 2 2
——(
2г2 — г2 /ГН Г1
Р1 = 1пред
ИЛИ z \ °
в) по четвертой теории прочности pi _ Г1(3гн + ^)(^~
1пред
2 2
к~г1
-1_ г-4
(5.13')
(5.13)
2(3г^ + г
Д\2
3'1
(5.14)
2г2
где 7\ = — = Р'2------ — тангенциальное сжатие на внут-
Л-Л
ренней поверхности первого слоя; гн — наружный радиус ствола. Наружные поперечные размеры ствола устанавливают по заданному запасу прочности для сечений в районе наибольших
137
давлений в канале ствола, руководствуясь рекомендациями по установлению толщины стенок, изложенными при рассмотрении конструкции ствола-моноблока. Так как необходимо обеспечить одинаковые механические качества металла по всей толщине стенки, то толщина отдельного слоя не должна превышать 100 — 120 мм. Толщина передних торцев слоев обычно бывает 12— 25 мм, толщина внутренней трубы у дульного среза должна быть не менее 10—12 мм.
Автоскрепленные стволы
напря-
авто-
Эпюры
стенке
Рис. 5. 10. жений в скрепленного ствола
Если в канале ствола
Автоскрепление, как и скрепление цилиндрами, заключается в создании в стенке ртвола еще до выстрела больших предварительных напряжений. /Может быть осуществлено различными способами:
— с помощью гидравлического давления;
— с помощью дорнирования — прогонки через канал пуансонов с диаметрами несколько больше, чем диаметр канала ствола;
— стрельбой с увеличенным давлением в канале ствола.
Наиболее известным является способ автоскрепления с помощью гидравлического давления. Сущность метода заключается в том, что в канал заготовки с зазором в 2—4 мм вставляется стержень. В зазор подается жидкость под давлением, превосходящим предел упругого сопротивления ствола. После некоторой выдержки давление снимается.
создать давление Pi1, которое больше
предела упругого сопротивления Pi пред, то в стенке ствола возникнут остаточные деформации, различные по величине в толще стенки — наибольшие на внутренней поверхности канала и близко к ней и меньшие — к наружной поверхности. Очевидно, что после снятия давления внутренние слои не могут возвратиться в исходное положение и держат наружные в растянутом состоянии, так как они сжаты последними. Таким образом, в стенке цилиндра возникнут предварительные напряжения, как показано на рис. 5.10.
Тангенциальные напряжения от автоскрепления Ре/ характеризуются плавным переходом от сжатия на внутренней поверхности стенки ствола к растяжению на наружных поверхностях. При выстреле дополнительные деформации (приведенные напряжения Ре/') будут такими же, как в обычном моноблоке.
138
Действительные (суммарные) напряжения E&t характеризуются приближением наибольших напряжений в сечении стенки к одинаковым средним напряжениям.
Увеличение прочности автоскрепленного ствола происходит не только путем создания предварительных напряжений, но и упрочнением металла, т. е. путем искусственного повышения предела упругости металла (ое).
В зависимости от того, насколько давление автоскрепления Pi1 превосходит предел упругого сопротивления трубы Pi пред»
Рис. 5.11. Различные случаи автоскрепления по толщине стенки ствола
металл будет соответственно приведен в пластическое состояние. Сначала остаточные деформации появятся только на внутренней поверхности, а потом по мере увеличения давления они будут распространяться в толщину стенки к наружной поверхности ствола. На рис. 5.11 показаны два случая автоскрепления трубы:
I случай называется полуупругим периодом, который состоит из двух зон: —зоны остаточных и упругих деформаций (внутренняя), зоны упругих деформаций (наружная).
II случай называется периодом полной перегрузки, который состоит из одной зоны — остаточных и упругих деформаций.
Прочность автоскрепленного ствола принято рассчитывать по третьей теории прочности (наибольших касательных напряжений). Прочность в первом случае (полуупругом периоде) определяется по формуле
(5.15)
а прочность во втором случае (периоде полной перегрузки) —по формуле
Рп = ^01па, (5.16)
R где у~------отношение наружного радиуса зоны остаточных и
гГ1 упругих деформаций к внутреннему радиусу; а=—------отношение наружного радиуса цилиндра к внут-
Г1 реннему.
Идея автоскрепления стволов была впервые изложена А. В. Гадо-линым в работе «Описание подвижной звездки Витворта», из
139
данной им в 1968 г., а осуществлена была несколько позже А. С. Лавровым.
Современная теория автоскрепления была разработана профессором Н. Ф. Дроздовым.
Преимущества автоскрепленных стволов; помимо увеличения прочности, заключаются еще в экономии высоколегированных сталей (может применяться металл с низкими механическими свойствами), в снижении трудоемкости механической обработки по сравнению с обычным скреплением и в возможности раннего обнаружения скрытых дефектов в материале.
Лейнированные стволы
Появление лейнированных стволов было вызвано необходимостью обновления ствола или внутренней трубы скрепленного многослойного ствола в связи с разгаром и износом канала ствола. Под внутренней трубой понимают цилиндр, в котором расположен канал ствола — камора и нарезная часть.
Рис. 5. 12. Схемы стволов с лейнером (а) и со свободной трубой (б): 1—лейнер; 2—оболочка; 3—казенник; 4—затвор; 5—свободная труба
Сущность лейнирования (рис. 5. 12) заключается в том, что внутренняя труба вставляется в оболочку (наружную трубу) с определенным зазором и что она может быть заменена в случае потери ею баллистических качеств. Сменная внутренняя труба может представлять собой лейнер или свободную трубу,
Лейнером называют трубу, вставляемую в оболочку с зазором и покрываемую оболочкой по всей своей длине — до дульного среза. Лейнер обычно имеет толщину 0,08—0,20 калибра.
Свободной трубой называется внутренняя труба, вставляемая в оболочку также с зазором, но покрываемая оболочкой лишь на некоторой части длины. Толщина свободной трубы обычно составляет 0,3—0,5 калибра.
Для облегчения замены изношенных лейнеров или свободной трубы соприкасающиеся поверхности цилиндров делаются коническими — с конусностью 0,0025—0,0040.
Различают максимальный и минимальный гарантированные зазоры. Максимальный зазор обусловлен требованиями обеспечения необходимой прочности ствола и рациональными допусками на изготовление соприкасающихся поверхностей лейнера и
ИО
оболочки и составляет обычно 0,1—0,3 мм. Минимальный зазор выбирается из условия облегчения смены изношенного лейнера и обычно составляет 0,03—0,05 мм.
Для предотвращения от продвижения лейнера (свободной трубы) вперед под действием на него осевых сил, от выпадения назад при соответствующих углах возвышения, а также от проворота вокруг своей оси под действием составляющей силы давления ведущего пояска на нарезы при прохождении снаряда по каналу ствола применяются определенные конструктивные элементы и способы крепления.
Для предотвращения продвижения лейнера (свободной трубы) вперед в казенной части обычно предусматривается круговой бурт. Последний располагается до начала нарезов, и их может быть даже несколько для уменьшения наружного диаметра лейнера в дульной части. Очевидно, при этом упор должен представлять собой один уступ, для чего у остальных уступов после вставки лейнера должны оставаться небольшие, так называемые температурные зазоры.
Сдвиг на* казну предотвращается большей частью упором в казенник, упором во вкладыш или в кольцо, или дульной гайкой и др. Правда, от дульной гайки в последнее время стали отказываться из-за того, что при стрельбе лейнер быстрее нагревается в дульной части, где стенка его наиболее тонка, и вследствие Зтого там быстрее выбирается зазор между лейнером и оболочкой. В результате лейнер, не имея возможности удлиняться в сторону дульного среза, вытягивается в направлении казны, что может привести к появлению осевых остаточных деформаций в лейнере и препятствовать закрыванию затвора. Для предотвращения проворота относительно оболочки (кожуха) предусмотрены различные шпонки, шпильки, секторы, стопорные валики и другие приспособления.
Напряжения в элементах лейнированного ствола и, следовательно, прочность такого ствола могут быть установлены исходя из того соображения, что вначале, до выбора зазора между элементами, оболочка не участвует в сопротивлении внутреннему давлению и лейнер сопротивляется, как моноблок с внутренним радиусом Г[ и наружным р. После выбора зазора лейнер вместе с оболочкой составляет моноблок с внутренним радиусом и и наружным гз (наружный радиус оболочки).
Таким образом, напряжения *в лейнере до выбора зазора определяются по формуле (5.8) при F=0; Р2=0; r2=Q', Р\ = Р, т. е.
1 3 г2 е2_г2
(5.17)
Здесь радиус изменяется от г\ до р, а Р — давление, выбирающее зазор. Напряжения в лейнере и в оболочке, возникающие после
141
выбора зазора, будут также определены по формуле (5.8) из условия, что F = 0; А = 0; Р1 = Ркн—Р*
2 г?
=—(Ркя-Р) —
ГII V кн ' г2
2г} + г2 - /2
(5. 18)
Здесь текущий радиус изменяется от и до г3.
Действительные напряжения в лейнере будут представлять
собой сумму напряжений до и после выбора зазора, как видно
на диаграмме напряжений в лейни-рованном стволе (рис. 5.13). Прочность лейнированного ствола определяется по пределу возможного сопротивления лейнированного ствола, представляющему собой давление в канале ствола, при котором на внутренней поверхности лейнера возникают напряжения, равные пределу упругости металла лейнера, т. е.
Рис. 5. 13. Эпюры напряжений в стенках лейнированного ствола
ИЛИ Р?пред = |^о-^0-------------
3 [ г? — q2 \ г. — г?
Plnpea=V ----J" Т5-----Г-П° ВТ°Р0Й Te0P™ ПР°4'
\ Г3 ~ Г1 / 2г3 + Г1
ности... (5. 19)
' I 1 /*3о< + Г? \ .-2 — q2 — г?
L——|_£Ло _5L__L_ — 3rl + r\ 2rj
по четвертой теории прочности, 2г
где t]q =----относительный диаметральный зазор;
2q
2е — абсолютный диаметральный зазор;
2р— наружный диаметр лейнера (внутренний диаметр оболочки).
Рл
Запас прочности ствола по лейнеру п =—--пр—
Р КН
В лейнированном стволе некоторые элементы рассчитываются на продольную прочность по отношению к действию осевых сил— инерции лейнера при откате ствола, осевой силы (вследствие разности диаметров по дну каморы и по нарезной части канала), осевой составляющей силы нормального давления ведущего пояска на боевые грани нарезов. На эти силы проверяется проч-142
ность буртов или уступов, предусмотренных для предотвращения продвижения лейнера вперед.
Общая толщина стенки лейнированного ствола (лейнера и оболочки) устанавливается из тех же соображений, что и толщина моноблока и скрепленного ствола.
Разборные стволы
Разборные .стволы применяются для облегчения транспортировки, в первую очередь это относится к горным пушкам. Они состоят из небольших по размерам и по массе частей. На рис. 5.14,а показана конструкция разборного ствола, состоящего по длине из двух частей. Казенная часть 1 скреплена кожухом, дульная часть 2 скрепления не имеет. Соединяемые части на тор-
Рис. 5. 14. Схемы разборных стволов
цах имеют конические кольцевые выступы, чередующиеся с пазами, которые при соединении обеих частей входят один в другой, чем устраняется прорыв пороховых газов по месту соединения. Прочное и плотное соединение обеих частей достигается стяжным кольцом 3. Стяжное кольцо установлено на дульной части так, что может вращаться с помощью улитки 4 без продольного перемещения, а поэтому при его вращении обе части плотно притягиваются одна к другой.
На рис. 5.14,6 изображен разборный ствол, состоящий из трех частей — трубы 1, казенника 2 и муфты 3.
Казенник и муфта надеваются на трубу и соединяются между собой двумя ^нарезными секторами, между которыми имеются два гладких сектора. Труба, таким образом, зажата между кожухом и муфтой и не имеет продольного перемещения. Шпонки, находящиеся в казеннике и врезанные в трубу,’ предотвращают поворот муфты относительно казенника. Для того, чтобы не было поворота трубы вместе с казенником относительно муфты при сборке и разборке, предусмотрены два зуба, расположенные на трубе диаметрально один относительно другого.
143
Составные по длине стволы
Составные по длине стволы появились во время и после второй мировой войны вначале в зенитной, а потом в танковой й противотанковой артиллерии.
Составные по длине стволы могут обеспечивать большие начальные скорости снаряда путем увеличения длины ствола, а также дают возможность заменить часть трубы, подвергшуюся наибольшему разгару. Отдельные элементы составной по длине трубы или лейнера могут изготовляться из различных сортов стали (в соответствии с величинами давлений на отдельных участках по длине ствола).
Рис. 5. 15. Схема составного по длине ствола
(цельнонарезного)
Такие стволы обладают и другими преимуществами: они обеспечивают однородность металла по длине ствола, а также экономию на спецоборудовании и механической обработке. Составные по длине стволы выполняются в виде цельнонарезного ствола (нарезы на всех составных участках) и в виде ствола с нарезным участком (казенная часть) и гладкой дульной насадкой.
Цельнонарезные по длине стволы в общем случае могут состоять из двух, трех и более частей, а также из одного, двух и более слоев.
Такой ствол (рис. 5.15) включает в себя казенник 1, кожух 2, промежуточную трубу 3 и внутреннюю трубу (из трех частей — казенной 4, средней 5 и дульной 6), кольцевую гайку 7, муфту 8, заднюю муфту 9, переднюю муфту 10 и шпонки 12, 13, 14. Дульная часть внутренней трубы упирается своим буртом в торец промежуточной трубы и зажимается передней муфтой, а от проворачивания удерживается двумя вкладными шпонками 14, которые входят в нарезы переднего торца промежуточной трубы. Средняя часть трубы от поворота относительно дульной части удерживается шпонкой 13, которая вкладывается в гнездо в средней части трубы и входит в вырез на торце дульной части. Шпонка 12 служит для координации казенной части внутренней трубы относительно промежуточной, части внутренней трубы поджимаются друг к другу при помощи специального гидравлического приспособления и удерживаются кольцевой гайкой. Ко
144
жух скрепляется с промежуточной трубой муфтой при помощи сухарного замка. На кожух надевается казенник и закрепляется задней муфтой. Имеются различные схемы сопряжения соединяемых частей внутренней трубы и лабиринтных уплотнений от прорыва пороховых газов, один из которых приведен на рис. 5.16. При сборке ствола в кольцевую выточку в торцах казенной и дульной частей входит медное уплотнительное кольцо, которое раздавливаясь, прижимается при этом к скосам выточек. Этим обеспечивается большая площадь прилегания торцов и надежное уплотнение. Так как ствол является цельнонарезным и части внут-
Рис. 5. 16. Схемы сопряжений частей внутренней трубы
А—общий вид сопряжения; Б, /—казенная часть трубы: В— дульная часть трубы; 2—медное уплотнительное кольцо; 5—торец дульной части трубы
ренней трубы соединяются между собой, будучи уже полностью обработанными, необходимо обеспечить точное совпадение полей и нарезов в соединяемых частях. Важно также отсутствие уступов по диаметрам на стыке участков.. Для этой цели ширина поля дульной части трубы делается меньше, а ширина нареза соответственно больше, чем их ширина в казенной части.
Как видно, изготовление такого ствола связано со значительными технологическими трудностями и не гарантирует от образования уступов по нарезной части и по боевым граням вследствие возможного проворота одной из частей трубы и прогиба ствола под действием собственного веса.
Составные стволы с гладкой дульной насадкой применяются так же, как и цельнонарезные, для получения больших начальных скоростей путем удлинения ствола. Они состоят из нарезной казенной части и гладкой дульной насадки (рис. 5.17).
Гладкая дульная насадка навинчивается на переднюю часть обычной нарезной трубы и центрируется опорными поверхностями. Стык казенной части ствола и дульной насадки образуется двумя конусами с наклоном производящей в 30°, предназначенными для создания более надежной обтюрации, поскольку давление пороховых газов в канале, прижимая конусные поверхности друг к другу, будет способствовать уплотнению стыка.
145
Для предотвращения самоотвинчивания торец дульной насадки приваривается к казенной части трубы.
Очевидно, что такая конструкция обладает преимуществами перед составным цельнонарезным стволом: она проста в производстве и обеспечивает полную взаимозаменяемость частей ствола.
Рис. 5. 17. Схемы составного по длине ствола с гладкой дульной насадкой: /—ствол; 2—насадка
Стволы артиллерийских автоматов часто выполняются за одно целое с казенником.
Уширение каморы % у стволов автоматических пушек бывает больше, чем у обычных, для уменьшения длины каморы при заданной массе, заряда и уменьшения длины хода досылателя, а, следовательно, для увеличения скорострельности системы.
Для сохранения живучести такие стволы должны быть снабжены охлаждающими устройствами.
Рис. 5. 18. Схемы стволов безоткатных орудий
Ствол безоткатного орудия (рис. 5.18) состоит из трубы 1, каморы и казенника 3 с затвором 4. Труба предназначена для направления полета мины 2 при выстреле и представляет собой тонкостенный моноблок, имеющий гладкий цилиндрический канал, переходящий в казенной части в камору, где размещается зарядное устройство с зарядом. На казенной части каморы крепится казенник, в котором расположен затвор. Обычно в затворе 146
имеются два сопловых отверстия. Ствол с каморой выполнен за одно целое.
Ствол миномета представляет собой тонкостенную трубу, соединенную с казенником.
Конструктивное оформление казенной части ствола зависит от способа заряжания.
Ствол миномета, заряжаемого с дула (рис. 5.19,а), состоит из трубы 4 и казенника 1, соединенных между собой резьбой.
Рис. 5. 19. Схемы ствола миномета
Труба имеет гладкий цилиндрический канал, имеющий в конце дульной части коническую расточку для предотвращения удара мины при выходе ее из канала.
Для обтюрации пороховых газов во время выстрела в дно казенника вставляется медное обтюрирующее кольцо 2, к которому своими кольцевыми уступами плотно прилегает казенный торец трубы. Шаровая пята казенника во время выстрела вставляется в опорную чашу плиты.
Ствол при заряжании со стороны казны в казнозарядном миномете (рис. 5.19,6) состоит из трубы 1 и ствольного кольца 2, навинченного на казенную часть трубы предназначенного для крепления в нем затвора и соединения ствола с казенником.
Ствол представляет собой тонкостенную трубу, закрепленную в цапфенную обойму, шарнирно соединенную с амортизатором. Ствол с* казенной части закрывается затвором, снабженным пластическим обтюратором.
Казенник имеет шаровую пяту, с помощью которой он соединяется с опорной плитой. Казенник служит опорой ствола при выстреле.
147
5.3. КАНАЛ СТВОЛА —ЗАРЯДНАЯ КАМОРА, НАПРАВЛЯЮЩАЯ ЧАСТЬ КАНАЛА, НАРЕЗЫ
Канал ствола состоит из двух частей: ведущей (нарезной или гладкой) и зарядной каморы, соединяющихся между собой одним или двумя соединительными конусами.
Устройство камор
1/60. J/ПО
/////////Аг/////
77777777777777 h
1/5-.1/7
/j.
Рис. 5.20. Схема каморы под унитарный патрон
длина ствола, а также ухудшаются
к
По способу заряжения каморы подразделяются на следующие типы:
— под унитарный патрон;
— под раздельно-гильзовое заряжание;
— под кар7узное (безгильзовое) заряжание.
На рис. 5. 20 приведена схема каморы под унитарный патрон, которая обычно применяется для калибров до 100—122 мм.
Камора состоит из следующих частей: основного конуса, соединительного или переходного конуса, цилиндрического участка под дульце гильзы и опорного конуса для облегчения врезания ведущего пояска.
Конусность основного конуса обычно составляет 1/60—1/120.
Такая конусность оправдала себя на практике, так как при меньшей конусности увеличивается длина каморы, а, следовательно, и общая условия извлечения из ка-
моры стрелянной гильзы. Большая конусность хотя и уменьшает длину каморы и ствола, зато приводит к утолщению ствола по месту каморы и вызывает большую нагрузку на затвор.
Конусность соединительного конуса (переходного) составляет 1/5—1/7. Ее наибольшая величина определяется технологическими возможностями холодной протяжки гильзы при ее изготовлении, а также величиной принятого уширения каморы.
Конусность опорного конуса обычно составляет 1/10—1/12. Увеличение этой конусности может привести к ухудшению условий заряжания и врезания снаряда в нарезы (отскоку снаряда при досылке и затруднению врезания ведущего пояска снаряда в нарезы), а уменьшение конусности опорного конуса затрудняет фиксацию положения снарядов при досылке и создание постоянного свободного объема каморы, что вызывает ухудше-148
ние кучности стрельбы. Принимается, что диаметр цилиндрической части каморы под дульце
</ц=4,.п+(0,3-5-0,6),
где б/в.п — диаметр ведущего пояска снаряда, мм.
Промежуточный диаметр d' определяется исходя из конусностей смежных частей каморы. Цилиндрическая часть каморы делается длиннее дульца гильзы таким образом, чтобы между началом нарезов и передним срезом дульца помещались ведущие пояски снаряда. В существующих орудиях эта длина
/ц=(0,6-ь 1,0)^,
где d\ —диаметр по полям канала ствола.
Принимается обычно, что длина соединительного конуса ^0,8 rfi.
Длина опорного конуса образуется из условия конусности:
/3=Ю4-12^ц-^)
и обычно бывает порядка (0,3—0,4) d\. Длина основного конуса /1 устанавливается исходя из необходимого свободного объема каморы VTo, определяемого в результате решения основной задачи внутренней баллистики из уравнения
1,1ОГо = Г1 + Г2 + и/3-Гсн, (5. 20)
IFi — объем основного конуса каморы;
IF2 — обьём соединительного конуса;
Ц73 — объем цилиндрической части под дульце;
№сн — объем пояска и запоясковой части снаряда.
Объем каморы должен быть увеличен до 10% для размещения металла гильзы.
Для этого вида заряжания уширение каморы djd\= 1,14-1,4, а в некоторых автоматических системах до 2. Меньшее уширение удлиняет камору, а, следовательно, удлиняет ствол, а большее уширение приводит к увеличению нагрузки на затвор. Большое уширение каморы у автоматических пушек вызывается, как уже указывалось ранее, необходимостью уменьшения длины патрона. Для обеспечения легкости заряжания и экстракции гильзы, а также надежности обтюрации и сохранения упругих свойств металла гильзы для повторного ее использования имеются эазоры между внутренней поверхностью каморы и наружной поверхностью гильзы.
Раздельно-гильзовое заряжание (рис. 5.21) обычно применяется для калибров 120— 152 мм. Эта камора может состоять из двух участков — основного конуса и опорного конуса. Послед
149
ний предназначен для надежного врезания ведущего пояска в нарезы при заряжании и сохранения постоянства объема каморы. Уширение каморы -^- = 1,12н- 1,20.
Конусность основного конуса составляет 1/40—1/80, а конусность опорного конуса — 1/10—1/12.
Схема каморы под картузное (безгильзовое) заряжание (рис. 5.22) применяется для калибров свыше 152 мм.
Рис. 5.21. Схема каморы под раздельно-гильзовое заряжание
Для такой конструкции каморы чаще применяется поршневой затвор с пластическим обтюратором.
Камора состоит из трех или четырех участков:
— обтюраторного конуса, на поверхность которого опирается обтюраторная подушка, предохраняющая от прорыва газов в затворное гнездо;
— цилиндрической части каморы для размещения заряда и создания необходимого объема каморы;
Рис. 5. 22. Схема каморы под картузное (безгильзовое) заряжание
— опорного конуса для сохранения постоянства объема каморы;
— снарядного конуса для облегчения врезания ведущего пояска снаряда в нарезы.
В маломощных системах снарядный конус может отсутствовать.
150
В существующих орудиях размеры отдельных участков такой каморы следующие:
/1= (0,254-0,30)^1— выступающая часть грибовидного стержня обтюратора;'
/2= (0,304-0„40)di— длина свободной части обтюраторного конуса;
/4= (0,354-0,40) 1 — исходя из конусности опорного конуса и буты лочности;
/ц— размер устанавливается исходя из необходимого свободного объема каморы, как показано выше.
Уширение каморы —-------1,144-1,20, наименьшее — для мощ-
d
ных систем, чтобы увеличить прочность ствола. С этой же целью при большей бутылочности и значительных скоростях досылки применяются некоторые другие конструктивные схемы камор под картузное заряжание.
Гильзовое заряжание обладает целым рядом преимуществ по сравнению с безгильзовым, главными из которых являются:
— возможность осуществления как при клиновом, так и при поршневом затворе;
— создание благоприятных условий для хранения боевого заряда (гильза служит футляром для заряда);
— исключение возможности воспламенения заряда от горящих или тлеющих частиц пороха предыдущего выстрела;
— упрощение конструкций затвора (отсутствует обтюратор);
— возможность увеличения скорострельности орудия за счет сокращения числа досылок (одноходовая досылка при унитарном патроне).
К недостаткам гильзового заряжения необходимо отнести:
— задымление боевого помещения пороховыми газами, остающимися в гильзах;
— необходимость дополнительных механизмов для удаления стреляных гильз из боевого отделения башни, что особенно важно для корабельной и танковой артиллерии.
Устройство нарезной части
Поверхность канала состоит из нарезов и полей с гранями (рис. 5.23).
Нарезы — это углубления на внутренней поверхности канала ствола, поля — выступы между нарезами. Нарезная часть служит для придания снаряду необходимого направления и вращательного движения. Поля нарезов ствола, вдавливаясь в ведущий поясок снаряда, образуют на нем выступы. Последние, двигаясь по нарезам, вращают снаряд при его движении по каналу под действием пороховых газов.
Нарезы канала ствола имеют постоянную или прогрессивную крутизну (рис. 5.24).
151
Постоянная крутизна нареза характеризуется постоянным по всей длине канала углом наклона нарезов к оси ствола. Средняя линия нареза при развертке канала ствола на плоскость представляет собой прямую линию А; ао = ад.
Прогрессивная нарезка характеризуется переменным по длине ствола углом наклона к оси ствола: в начале нареза угол •наклона мал порядка 3—4° или даже равен нулю, а к дулу по
Рис. 5.23. Схема полей и нарезов на внутренней поверхности канала ствола
Рис. 5.24. Схема развертки внутренней поверхности нарезной части ствола
степенно возрастает (ао<«д). На развертке поверхности канала нарез прогрессивной крутизны представляет кривую линию, чаще параболу второго порядка (кривая Б). Бывают нарезы смешанной крутизны, когда на -одном участке канала нарезы имеют прогрессивную крутизну, а на другом — постоянную (кривая В).
Мерой крутизны нарезов является угол найлона нарезов к производящей канала ствола (измеренной в градусах), а также отношение шага к калибру — т], именуемое длиной хода нарезов (измеренной в калибрах).
Важное значение имеет величина угла наклона нарезов в дульной части ствола, так как ею определяется гироскопическая устойчивость снаряда на траектории и, следовательно, кучность стрельбы. От крутизны нарезки зависит также живучесть канала ствола и условия функционирования ведущего пояска снаряда.
Угол наклона нарезов принимается, исходя из внешнебаллистических расчетов. Обычно при постоянной крутизне угол наклона нарезов бывает равен 7°—9°, что примерно соответствует длине хода нарезов в 25—35 калибров.
Уменьшение угла наклона нарезов . вызывает уменьшение угловой скорости вращательного движения снаряда и не обес-152
печивает устойчивости снаряда на траектории; увеличение угла наклона вызывает увеличение давления на боевые грани полей и выступа ведущего пояска и, следовательно, увеличение износа канала ствола и ухудшение ведения снаряда по каналу. При этом, как показали опыты, кучность стрельбы не увеличивается.
Прогрессивная нарезка применяется для уменьшения давления на боевые грани полей со стороны ведущего пояска в районе наибольших давлений пороховых газов в канале ствола, а также для обеспечения снаряду необходимого числа оборотов в канале ствола при незначительной длине последнего.
В отечественной артиллерии применяется постоянная крутизна нарезов. Нарезы, канала ствола, как правило, имеют так называемый прямоугольный профиль (см. рис. 5.23).
При выборе глубины нарезов приходится сталкиваться с трудно совместимыми требованиями: с одной стороны, для уменьшения давления врезания пояска в нарезы и уменьшения расхода меди на ведущий поясок, а также для уменьшение сопротивления воздуха снаряду на полете целесообразно иметь мелкие нарезы, но, с другой стороны, для уменьшения ведения снаряда по нарезам и уменьшения чувствительности к износу выгодно иметь более глубокие нарезы. Это противоречие разрешено практикой. В настоящее время принимается, что глубина нарезов для разных систем t— (0,014-0,02) d\.
Обычно Z = 0,01rfi—для гаубиц; / = 0,015^1 — для зенитных и танковых пушек с унитарным заряжанием; / = 0,02di—для мощных систем. Здесь d\ — калибр орудия.
Глубина нарезов, как правило, принимается постоянной по всей длине канала.
Выбор числа нарезов представляет определенные трудности: при относительно большом числе нарезов уменьшается ширина поля и выступа ведущего пояска, а это способствует их быстрому выкрашиванию и вызывает потерю живучести ствола; при малом числе нарезов создаются • неблагоприятные условия для ведения снаряда по каналу вследствие большого усилия, приходящегося на каждый выступ, что также приводит к уменьшению живучести из-за возможности быстрого срезания ведущего пояска.
На практике установлены зависимости для выбора числа нарезов, наиболее распространенной из которых является
п= (3,5-4-4)rfi,
где п — число нарезов;
d\ — калибр, см.
Полученное число нарезов из технологических соображений обычно округляется до числа, кратного восьми, чтобы иметь возможность нарезать одновременно восемь нарезов.
153
Между числом нарезов п, калибром ствола rfi, шириной поля Ъ и шириной нареза а существует следующая зависимость:
(5. 21) а b
Обозначив получим
/г=—. (5.22)
(1 + ?р
По принятому числу нарезов из формулы (5.21) можно получить ширину поля и нареза, т. е. (а + b) =
Ширина поля и ширина нареза, в свою очередь, выбираются из условия обеспечения одинаковой прочности медного пояска снаряда и стального поля нареза ствола, а также из условия живучести ведущих элементов.
Во всех случаях а^>Ь и, следовательно, 0>1. Обычно
₽= 1,14-1,7. (5.23)
Для систем с начальной скоростью порядка 14=9004-1000 м/с §= 1,54-1,7; для более мощных пушек при Vo> 1000 м/с, Р= 1,14-1,4.
Во всех случаях ширина поля должна удовлетворять неравенству b^> 1,5 t и должна быть более 3 мм.
Известны стволы с переменными глубиной или шириной нареза, что делается для уменьшения влияния износа на ведение снаряда (предотвращает прорыв пороховых газов вперед через образуемые зазоры между ведущими элементами снаряда и ствола).
Имеются стволы с гладким (ненарезным) каналом. Такие стволы в первую очередь применяются в безоткатных орудиях, получивших большое распространение в последнее время, а также в минометах. Кроме цилиндрических стволов с гладким каналом, известны стволы с коническим каналом, уменьшающимся по диаметру к дульному срезу, что повышает начальную скорость снаряда.
5 4. ЖИВУЧЕСТЬ ОРУДИЙНЫХ СТВОЛОВ И МЕРЫ ЕЕ ПОВЫШЕНИЯ
Живучесть ствола определяется количеством выстрелов, которое можно сделать из ствола до момента потери стволом заданных баллистических характеристик. В процессе стрельбы, происходит износ ствола, характеризующийся увеличением диаметра канала и возникающий из-за выноса металла раскаленными газами при их вытекании из канала с большими скоростями, механического истирания поверхности канала при прохожде
154
нии ведущего пояска снаряда, а также под влиянием химического воздействия пороховых газов на нарезы и т. д.
Установлено, что наиболее сильному износу подвергаются участки в области начала нарезов и у дульного среза. Примерная картина износа ствола по его длине показана на рис. 5.25. Участок I имеет наибольший износ (от начала нарезов примерно до места наибольшего давления); на участке II (от района
Камора
Увеличение диаметра, мм
J8
в 4 2
5000 4000 3000 2000 1000 О
Длина нарезной части, мм нарезов
б)
Рис. 5.25. Распределение износа нарезрой части по длине ствола:
а—схема износа; б—график распределения износа морского орудия
наибольшего давления на протяжении 4—5 калибров к дулу) происходит понижение степени износа до некоторой относительно незначительной величины, которая остается постоянной на всем участке III. Перед дульным срезом на протяжении 1,5—2 калибров, представляющем собой участок IV, износ вновь возрастает. Характер износа и разгара зависит от мощности орудия, от длины канала и от других факторов, которые будут рассмотрены ниже. На рис. 5.25,6 приводится картина распределения износа канала ствола 130 мм морского орудия после 964 выстрелов.
О причинах износа ствола существует ряд гипотез.
Широкой известностью пользуется теория Д. К. Чернова, в которой главная роль отводится термическому и механическому
155
воздействиям пороховых газов на поверхность канала. Тонкий слой поверхности канала под влиянием высокой температуры пороховых газов, достигающей 2500—3000° С, быстро нагревается при выстреле, а затем, омываясь холодной струей воздуха, быстро охлаждается. При этом происходит попеременное поперечное расширение и сжатие тонкого слоя металла на внутренней поверхности канала, что приводит к появлению трещин. Газовая струя, проходящая по каналу ствола с большой скоростью, проникает в трещины, вырывает частицы металла и выносит их с собой из канала ствола.
Для повышения живучести орудийных стволов принимаются различные меры, главными из которых являются:
— применение флегйатизатора. Его действие заключается, как уже говорилось, в образовании теплоизолирующего слоя между каналом и пороховыми газами; однако существует и другая гипотеза о снижении температуры горения пороховых газов;
— применение порохов с меньшей калорийностью;
— увеличение глубины нарезов и выбор рациональной крутизны нарезов;
— применение ведущего пояска с буртиком; при этом улучшается обтюрация газов и сохраняется постоянство объема каморы при износе каморы ствола;
— применение лейнированных и составных по длине стволов для возможности замены изношенной трубы или части ее;
— применение охлаждающих устройств, что особенно эффективно для автоматических пушек со значительной скорострельностью, стволы которых сильно нагреваются при стрельбе.
5.5. ОХЛАЖДЕНИЕ СТВОЛОВ
В последнее время, в связи с увеличением скорострельности и темпа стрельбы, вопрос охлаждения стволов для сохранения их живучести и увеличения прочности приобрел особое значение. Разогрев ствола при стрельбе вызывает отрицательные явления, которые ухудшают боевые и эксплуатационные качества орудий:
— ускоренный износ нарезной части;
— нарушение функционирования ведущих частей снаряда при его движении вследствие расширения канала ствола, что приводит к снижению кучности стрельбы;
— возможность преждевременного выстрела из-за самовоспламенения заряда в разогретом стволе;
— изменение механических характеристик металла ствола и зазоров между лейнером и оболочкой, что приводит к изменению прочности ствола по сравнению с прочностью «холодного» ствола (без учета нагрева).
Для уменьшения вредных последствий нагрева ствола на боевые, эксплуатационные и прочностные качества артиллерийских орудий применяются различные виды и системы охлаждения.
156
Различают воздушное и жидкостное охлаждение. Воздушное охлаждение достигается путем увеличения поверхности охлаждения— наружной поверхности ствола. Для этого применяются стволы с продольными и поперечными ребрами, а иногда для более интенсивного охлаждения прибегают к надеванию на стволы радиаторов.
. Воздушное охлаждение, однако, не дает достаточно эффективных результатов. Наиболее эффективной системой является жидкостное охлаждение стволов, которое может осуществляться снаружи, изнутри и между слоями.
Наружное охлаждение носит непрерывный характер и осуществляется путем омывания жидкостью наружной поверхности ствола, для чего поверх трубы с кольцевым зазором (3—5 мм на радиус) надевается кожух. В зазоре между трубой и кожухом происходит циркуляция жидкости. Для осуществления различных схем циркуляции жидкости на внутреннюю поверхность кожуха могут быть поставлены ребра небольшой ширины, делящие кольцевой зазор на секторы, по которым жидкость течет в одном или другом направлениях. Для уменьшения поперечных габаритов кожуха на наружных поверхностях трубы иногда делают продольные или спиральные винтовые канавки — это также приближает охлаждающую жидкость к внутренней, наиболее нагретой поверхности ствола. Возможно наружное охлаждение в виде орошения, но такое охлаждение осуществляется неравномерно по длине, и требуется отвод воды и пара, что усложняет конструкцию ствола.
Этот вид охлаждения является, однако, наименее эффективным, так как при нем снимается тепло с наружной, наименее 'нагретой поверхности ствола. Наиболее рационально этот вид охлаждения применять для автоматического стрелкового оружия и орудий малого калибра до 57 мм; он приемлем для охлаждения тонких частей ствола у дульного среза.
Внутреннее охлаждение носит периодический характер и осуществляется путем прогонки жидкости через канал ствола или путем впрыскивания в канал жидкости, которая быстро испаряется и охлаждает канал.
Этот вид охлаждения может применяться в процессе стрельбы — между выстрелами и после очереди выстрелов. Охлаждение после каждого выстрела производится с помощью форсунок, через которые впрыскивается распыленная жидкость. Для лучшего омывания канала по длине и по периметру форсунки ставятся в нескольких сечениях под углом в 10°—15°.
Число форсунок в каждом сечении определяется их производительностью и эффективностью орошения всего канала. Для предотвращения прорыва пороховых газов в водяную магистраль в момент выстрела имеется клапанное устройство. Охлаждение после очереди выстрелов можно производить водяной пылью через форсунки с помощью сжатого воздуха, струйчатым ороше
157
нием, прогонкой воды в виде циркуляции, заполнением канала из бачка и др.
Наряду с большими преимуществами, заключающимися в приближении охлаждающего агента к наиболее нагретой внутренней поверхности канала, у этого вида охлаждения есть и существенные недостатки: периодичность охлаждения приводит к понижению скорострельности; неравномерность охлаждения по периметру и по длине влечет за собой деформацию ствола; многократное резкое изменение температуры поверхностного слоя канала ствола увеличивает износ ствола;
Рис. 5. 26. Схемы межслойного охлаждения ствола: /—наружный слой, 2—канавка; 3— внутренний слой
Этот вид охлаждения часто применяется в сочетании с другими видами (комбинированное охлаждение).
Межслойное охлаждение получило в последнее время наибольшее распространение, так как оно сочетает в себе преимущества внутреннего охлаждения (приближение охлаждающей жидкости к внутренней наиболее нагретой поверхности ствола) и наружного охлаждения (непрерывность действия). Жидкость прогоняется между слоями (надетыми друг на друга с натягом или с зазором) по продольным канавкам, расположенным на внутренней поверхности оболочки (кожуха) или на наружной поверхности лейнера (внутренней трубы). Возможно расположение канавок частично на внутренней поверхности -оболочки и частично на наружной поверхности лейнера друг против друга (рис. 5.26). Межслойное охлаждение применяется в стволе 57-мм автоматической зенитной пушки «Бофоре». Ствол состоит из лейнера и относительно тонкой оболочки.
Комбинированное охлаждение представляет собой сочетание межслойного охлаждения казенной и средней частей ствола с наружным охлаждением дульной части, как наиболее тонкой части ствола, или сочетание межслойного охлаждения с внутренним форсуночным для увеличения эффективности охлаждения ствола.
158
5.6. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПРОДУВАНИЯ КАНАЛА СТВОЛА
При стрельбе из артиллерийского орудия, находящегося в башне (танка, самоходной установки, корабля, каземата и др.), происходит задымление башни пороховыми газами, остающимися в экстрактированных гильзах, а также газами, частично вытекающими назад при открывании затвора. Это вызывает вредное воздействие на обслуживающий персонал (газы содержат до 40% окиси углерода).
Очевидно, что наряду с другими мероприятиями по очистке боевого отделения танка, самохода или корабля должны быть предусмотрены мероприятия по надежному и быстрому удалению пороховых газов из канала ствола. С этой целью применяются различные специальные механизмы и устройства для продувания канала ствола. Часто применяется механизм продувания сжатым воздухом. Работа этого механизма заключается в том, что после открывания затвора или экстрактирования гильзы в канал ствола через сопла, расположенные в казеннике, подается воздух под давлением 9,8* 1054-3,92-106 Н/м2, который, протекая с большой скоростью через канал ствола, увлекает за собой оставшиеся пороховые газы и несгоревшие частицы пороха. Это предотвращает и появление обратного пламени. При этом способе продувания необходимо иметь баллоны со сжатым воздухом или компрессорные установки. ’Расход воздуха на каждое продувание составляет 0,2—0,4 от объема канала ствола.
Более современным и наиболее распространенным способом продувания является применение принципа использования давления самых пороховых газов. Этот способ наиболее полно отвечает всем требованиям, предъявляемым к механизмам продувания, которые включают в себя: полное продувание канала; автоматическое действие после каждого выстрела; сохранение скорострельности орудия; простота устройства и безопасность работы его.
Механизм продувания показан на рис. 5.27. Устройство механизма заключается в том, что на небольшой участок наружной поверхности ствола 1 невдалеке ( ^6—10 клб) от дульного среза наглухо надевается (приваривается) цилиндр 2 соответствующей длины так, что между внутренней поверхностью последнего и наружной поверхностью ствола образуется резервуар 3, объем которого определяется заранее расчетом.
Принцип действия этого механизма продувания заключается в следующем. Во время выстрела после того, как снаряд пройдет участок механизма, часть пороговых газов через отверстия (сопла) 4 попадает в резервуар и удерживается там под определенным давлением до необходимого момента. Когда давление в канале ствола и резервуаре выравнивается, прекращается дальнейшее перетекание газов из канала в резервуар (в период последействия). При дальнейшем снижении давления в канале
159
ствола начнется обратное перетекание газов из резервуара в канал по направлению к дульной части, так как отверстия имеют наклон а в сторону дульного среза.
При этом пороховые газы, находящиеся в казенной части ствола, а также воздух, проникающий в канал при открывании
Рис. 5.27. Схема механизма продувания ствола
затвора, будут эжектироваться с определенной скоростью в сторону дульного среза и продувать канал ствола.
Время истечения пороховых газов из резервуара должно быть больше периода последействия и больше времени открывания затвора й экстрактирования гильзы.
Расчет механизма продувания обычно заключается в установлении количества сопел, их направления и наименьшего диаметра, объема резервуара и времени действия механизма, необходимого для надежного продувания канала ствола.
5.7. КОНСТРУКЦИЯ ДУЛЬНЫХ ТОРМОЗОВ
Дульным тормозом называется устройство в дульной части ствола, которое изменяет направление вытекающих из канала газов и тем самым уменьшает скорость отката и нагрузку на лафет.
Конструктивно дульный тормоз может быть выполнен как одно целое со стволом или как отдельная деталь, навинчиваемая на дульную часть ствола.
Сущность действия дульного тормоза любой конструкции сводится к тому, что при истечении пороховых газов через боковые отверстия дульного тормоза уменьшается расход газа в направлении оси канала, что уменьшает реактивную силу в направлении движения ствола; кроме того, в случае поворота струи газов в дульном тормозе и удара струи о переднюю стенку тормоза возникает реактивная сила, действующая в направлении, обратном откату, и уменьшающая энергию отката. Последним и оценивается эффективность дульного тормоза.
В некоторых современных мощных системах дульные тормоза поглощают до 60—70% энергии отката.
160
На рис. 5.28 приводятся некоторые схемы дульных тормозов. Существует большое разнообразие конструктивных разновидностей дульных тормозов и по некоторым конструктивным особенностям их подразделяют на три класса — бескаморные, однокамерные, многокаморные и нц два подкласа — без диафрагмы и с диафрагмой.
Рис. 5. 28. Схемы дульных тормозов
В зависимости от расположения боковых каналов различают однорядные или многорядные дульные тормоза, а по типу боко< вых каналов делят на четыре подгруппы — поперечно-щелевые, продольно-щелевые, сетчатые и оконные.
Так, например, на рис. 5.28, д представлен однокаморный без-диафрагменный, многорядный, поперечно-щелевой дульный тормоз, а на рис. 5.28,6 — двухкаморный диафрагменный, однорядный, оконный дульный тормоз на рис. 5.28, а, 5.28, в и 5.28, а — однокаморный диафрагменный, однокаморный сетчатый и ствольный соответственно.
Достоинство дульного тормоза еще заключается в том, что применение его позволяет выполнять единый лафет для стволов разного калибра и разного могущества.
Наряду с большим преимуществом (уменьшает скорость отката и нагрузку на лафет) дульные тормоза имеют существенные недостатки: демаскирование огневых позиций, ухудшение условий уравновешивания качающейся части и создание повьь шенных давлений в зоне работы обслуживающего персонала.
Дульные пламягасители обычно применяются в автоматическом оружии небольшого калибра и служат для уменьшения температуры пороховых газов при их истечении из канала ствола
6 2610
161
ческого расходящегося насадка z,
7 2
Рис. 5.29. Схема дульных пламегасителей
и для гашения пламени вблизи дульного среза, а также для некоторого увеличения скорости откатных частей с целью увеличения скорострельности орудия.
Пламягасители (рис. 5.29) выполняются обычно в виде кони-в котором пороховые газы, расширяясь, охлаждаются, но приобретают при этом дополнительную скорость и, следовательно, оказывают на ствол 1 дополнительное силовое воздействие.
Существуют и другие типы надульных газораспределительных устройств: стабилизаторы отдачи, которые
благодаря несимметричному расположению боковых каналов создают момент, действующий на ствол в определенной плоскости и способствущий повышению устойчивости орудия; газовые локализаторы, предназначенные для формирования определенным образом истекающих из канала струй газов с целью предотвращения воздействия их на находящиеся вблизи предметы; усилители отдачи в автоматическом оружии и глушители звука.
5.8. КАЗЕННИКИ. ТИПЫ КАЗЕННИКОВ. СОЕДИНЕНИЯ СТВОЛА С КАЗЕННИКОМ
Казенником называется деталь, предназначенная для размещения и закрепления в ней частей затвора, запирающих канал ствола во время выстрела; соединения ствола с противооткатными устройствами; обеспечения надлежащей массы откатных частей и положения центра тяжести качающейся части; выполнения некоторых других функций в зависимости от типа казенника и назначения системы.
Казенники можно классифицировать по следующим признакам:
— по типу запирающего устройства;
— по конструкции соединения со стволом;
— по характеру восприятия усилия пороховых газов.
По типу запирающего устройства различают казенники: под клиновой затвор и под поршневой затвор.
Казенник под клиновой затвор обычно применяется при гильзовом заряжании. В передней его части имеются нарезы для надевания на ствол, а сзади в корпусе — две щеки, образующие гнездо для клина затвора, который при своем перемещении на1 правляется выступами на внутренней поверхности гнезда казенника. В различных конструкциях систем в зависимости от их назначения и других требований казенники обеспечивают горизон
162
тальное или вертикальное перемещения клина. Клиновые казенники бывают различных конструкций:
— с открытыми щеками (рис. 5.30,а);
— со щеками, соединенными перемычкой (рис. 5.30,6);
— закрытый казенник, корпус которого представляет замкнутый контур (рис. 5.30,в).
Казенник под поршневой затвор может применяться как при гильзовом, так и при безгильзовом заряжании. Передней частью, снабженной нарезами, казенник надевается на ствол /; в задней
части казенника 2 имеется поршневое гнездо, в котором помещается поршень 3 затвора. Поршневое гнездо имеет гладкие и нарезные секторы, с помощью которых скрепляется с нарезными секторами поршня затвора (рис. 5.31).
По конструкции соединения казенника со стволом различают: — казенник 1, навинчиваемый непосредственно на ствол 2.
на кожух или на трубу ствола (рис. 5.32,а):
— казенник, навинчиваемый на ствол' с помощью муфты. В этом случае казенник 1 натягивается на ствол 3 вращением муфты 2, которая потом закрепляется стопором от дальнейшего поворота (рис. 5.32,6).
Преимущество подобной конструкции заключается в том, что в случае разборки нет надобности оттягивать ствол назад для разъединения с противооткатными устройствами. Эта конструкция имеет широкое распространение.
Казенник, соединяемый со стволом стяжной муфтой, показан на рис. 5.33. Стяжная муфта 2 имеет на обоих концах внутри нарезку для соединения как с нарезкой передней части казенника, так и с нарезкой в казенной части трубы.
Для соединения казенника со стволом посредством навинчивания применяется упорная резьба, при которой не получается
6*
163
значительных радиальных сил, стремящихся разорвать казенник. По характеру восприятия усилия пороховых газов бывают: — силовые казенники, и непосредственно воспринимающие усилия пороховых газов;
— грузовые, не воспринимающие усилия пороховых газов.
Рис. 5.32. Схемы соединения казенника со стволом: а—казенник непосредственно навинчивается на ствол; б—с помощью муфты
Рис. 5.31. Схема казенника под поршневой затвор
Последние применяются для увеличения массы откатных частей и для обеспечения необходимого положения центра тяжести качающейся части.
Для проверки казенников на прочность предварительно устанавливаются сечения данного типа казенника, которые проверяются на прочность по известным формулам сопротивления материалов.
Запасы прочности должны быть не менее 3—4 из-за сложности конфигураций казенников и применения приближенных методов расчета. При выборе запаса 7 2 прочности учитывается также
\ \ ослабление казенника различны-
ми вырезами для деталей затвора и возможность внецентренного приложения нагрузки относительно расчетного сечения.
Резьбовое соединение казенника со стволом (с кожухом или с муфтой) проверяется на срез, смятие и изгиб при запасе прочности не менее 2.
Резьбовое соединение с поршнем затвора (в случае поршневого затвора) также проверяется на срез, смятие и изгиб. Щеки затворного гнезда для клинового затвора проверяются на поперечный разрыв, на смятие по площадям опоры клина и на изгиб.
Рис. 5.33. Схема соединения казенника со стволом стяжной муфтой
Глава 6
МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕЗАРЯЖАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА ВЫСТРЕЛА
6. 1 УЗЕЛ ЗАПИРАНИЯ КАНАЛА СТВОЛА И ЕГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ГИЛЬЗОЙ ПРИ ВЫСТРЕЛЕ
Узлом запирания называется совокупность деталей, воспринимающих силу давления пороховых газов на дно канала стволу во время выстрела.
Обычно конструкция узла запирания (рис. 6.1, в) включает, ствол 7, казенник или ствольную коробку 5, затвор 3 и муфту 4.
В зависимости от характера связи между этими деталями можно выделить три типа узлов запирания:
— незамкнутый узел запирания, или «свободный затвор»;
— полузамкнутый узел запирания, или «полусвободный за твор»;
— замкнутый узел запирания.
Незамкнутый узел запирания — узел запирания, у которого ствол и затвор во время выстрела не имеют друг с другом никакой связи, т. е. детали узла запиранйя образуют незамкнутый контур (рис. 6. 1, а).
Полузамкнутый узел запирания — узел запирания, в котором кинематическая связь между стволом и затвором автоматически нарушается в процессе выстрела (рис. 6.1,6). Подобные узлы запирания встречаются только в образцах стрелкового оружия.
В артиллерийских орудиях наиболее широкое применение имеет замкнутый узел запирания (рис. 6. 1,в).
В зависимости от способа сцепления затвора и ствола Можно выделить следующие узлы запирания:
а) узел запирания, в котором сцепление затвора и ствола производится поворотом запирающей детали вокруг оси, параллельной или перпендикулярной ‘оси канала ствола, — это' узел запирания с поршневым или качающимся затвором;
5) узел запирания, в котором сцепления затвора и ствола производится перемещением запирающей детали в направлении, перпендикулярном оси канала ствола, — это узел запирания с клиновым затвором;
в) узел запирания, в котором сцепление затвора и ствола. осуществляется перемещением специальных упоров или защелок, находящихся на затворе;
165
г) узел запирания, в котором сцепление ствола и затвора про изводится кривошипно-шатунным механизмом.
Основным требованием, которое предъявляется к любому типу узла запирания, является обеспечение прочного и надежного запирания канала ствола во время выстрела. Это требование обеспечивается прежде всего прочностью элементов узла запирания, а в оружии с гильзовым заряжанием — и прочностью гильзы.
Рис. 6. 1. Схемы типовых узлов запирания
Из-за жестких требований, предъявляемых к оружию, особенно к оружию автоматическому (с точки зрения его массы и габаритов), детали узла запирания также должны иметь минимальные массы и размеры. При этом, несмотря на большую силу давления пороховых газов, узел запирания должен иметь только упругие деформации, величина которых часто ограничивается, исходя из условия прочности гильзы.
Прочность гильзы при выстреле зависит не только от ее конструкции, но также и от жесткости узла запирания. Рассмотрим взаимодействие при выстреле гильзы и замкнутого узла запирания.
После досылки патрона в камору между наружной поверхностью корпуса гильзы 1 и стенками патронника 3 (каморы) имеется начальный диаметральный зазор т]0 (рис. 6. 2, а). Независимо от конструкции затвора между дном гильзы и зеркалом 166
затвора 2, как правило, также имеется начальный осевой зазор T]Oz. Для орудий среднего калибра Цо-" 0,15 + 0,4 мм (0,00015— 0,0004 м) -рог = 0,4-4-1,5 мм (0,0004—0,0015 м). Плотного прижатия клиновым затвором фланца гильзы не может быть вследствие необходимости точной установки бойка ударного механизма, расположенного в клине, строго на оси канала ствола. Плотного прижатия гильзы поршневым затвором не может быть вследствие того, что пошень поворачивается не на произвольный, а на строго определенный угол для обеспечения полного сцепления боевых выступов поршня с нарезными секторами гнезда затвора в казеннике. Эти необходимые ограничения движения запирающей детали (клина или поршня) приводят к неизбежному образованию зазора между дном гильзы и зеркалом закрытого затвора.
Указанный зазор необходим также для обеспечения быстрого и надежного заряжания орудия при тяжелых условиях эксплуатации оружия, когда в камору на гильзу и затвор может попасть некоторое количество пыли, песка и т. п.
При выстреле (до начала смещения снаряда относительно дульца гильзы) гильзу можно рассматривать как замкнутую тонкостенную оболочку, деформирующуюся сначала упруго, а затем и пластически. Наибольшие деформации распространяются на скат и переднюю часть корпуса гильзы, где стенки имеют наименьшую толщину и более низкий предел упругою сопротивления.
К моменту давления форсирования (19,6 • 106—39,2- 106 Н/м2) начальный радиальный зазор т]0, как правило, выбирается всей гильзой за исключением придонного участка и дульца гильзы. С момента смещения снаряда из дульца гильза становится незамкнутой оболочкой, в результате чего под действием силы давления пороховых газов на дно гильзы гильза может смещаться в сторону затвора. Усилие, удерживающее гильзу от этого смещения, определяется силой сопротивления, возникающей на скате гильзы, и силой трения на корпусе гильзы. В зависимости от соотношения указанных осевых сил наступает момент, когда дно гильзы прижимается к зеркалу затвора. В зависимости от этого же соотношения сил, а также от величины начального осевого зазора в стенках нижней части корпуса гильзы, возникают осевые растягивающие напряжения.
По мере роста давления увеличиваются радиальные и осевые деформации гильзы за счет увеличения упругих радиальных деформаций стенок каморы и упругих осевых деформаций деталей узла запирания.
К моменту максимального давления пороховых газов вся поверхность гильзы (за исключением незначительных участков, прилегающих ко дну и срезу дульца) оказывается плотно прижатой к стенкам патронника (рис. 6.2,6). Усилие, препятствующее смещению гильзы в сторону затвора, к этому моменту зна
167
чительно возрастает, передняя часть гильзы не может смещаться; т. е. гильза заклинивается. Так как при этом увеличивается из-за упругих осевых деформаций узла запирания также и смещение зеркала затвора относительно казенного среза ствола, то при недостаточной прочности стенок гильзы и при больших осевых деформациях может произойти поперечный разрыв гильзы.
Осевое смещение дна гильзы, как и за счет выбора начального^ осевого зазора, так и из-за осевой упругой деформации узла запирания, приводит также к увеличению радиальных пластических деформаций особенно ' нижней части корпуса гильзы. Это объясняется тем, что даже так называемые «цилиндрические гильзы» имеют некоторую конусность, которой соответствует и поверхность каморы. .
При спаде давления пороховых газов и уменьшении упругих радиальных деформаций каморы и упругих осевых щефортиаций деталей узла запирания конусная гильза, получившая пластические радиальные и осевые деформации, зеркалом затвора продвигается вперед в конусную камору, в результате чего конечный радиальный зазор между каморой и гильзой уменьшается, а в отдельных случаях между гильзой и каморой образуется натяг, особенно в задней части корпуса гильзы.
В результате того, что после выстрела зеркало затвора не возвращается в исходное положение, не только защемляется гильза в каморе, но получается и натяг между зеркалом затвора и дном гильзы, между опорными поверхностями затвора и казенника.
Появление указанного натяга приводит, с одной стороны, к увеличению энергии, потребной для открывания затвора после выстрела, а, с другой стороны, к необходимости придавать клину или поршню такую форму, чтобы в начале их движения при открывании осуществлялся отход зеркала затвора от дна стрелянной гильзы. Защемление гильзы в каморе приводит к ухудшению условий экстракции гильзы, к необходимости предварительного страгивания гильзы относительно каморы в начале процесса экстрактирования гильзы.
6. 2. ЗАТВОРЫ
Затвором артиллерийского орудия называется деталь, запирающая канал ствола, и механизмы, осуществляющие перемещение затвора относительно ствола.
По существу, затвор является подвижным дном ствола, ускоряющим процесс перезаряжания орудия.
Так как при выстреле на дно ствола действует большая сила давления пороховых газов, то затвор прежде всего предназначается для прочного запирания канала ствола. Однако, для упрощения конструкции орудия в целом на затвор обычно возлагается выполнение также таких операций, как приведение в дей
168
ствие средств воспламенения порохового заряда, обеспечение обтюрации газов при безгильзовом заряжании, экстрактирование стреляной гильзы, а иногда и досылка очередного патрона.
В соответствии с выполняемыми дополнительными операциями затвор имеет ударный механизм, спусковой механизм, упруго-пластический обтюратор при безгильзовом заряжании, экстрактирующий механизм при гильзовой обтюрации, предохранительные устройства и другие механизмы.
Конструкция затвора должна удовлетворять следующим основным требованиям:
1) она должна быть прочной, т. е. работать только в зоне упругих деформаций;
2) должны обладать достаточной жесткостью, т. е. иметь „упругие деформации, не приводящие к поперечному разрыву гильзы;
3) не должна допускать самопроизвольного открывания затвора при выстреле, т. е. должен быть замыкающий механизм;
4) не должна допускать производства выстрела при недоза-крытом затворе;
5) открывание и закрывание должно производиться быстро и с наименьшей затратой энергии,
6) она должна иметь блокировку с противооткатными устройствами, если откатные части оттягиваются назад при приведении в походное положение;
7) должна производить надежную экстракцию стрелянной гильзы или патрона в случае осечки;
8) разборка и сборка затвора должны производиться быстро и без применения специального инструмента.
Конструкции затворов классифицируются по форме запирающей детали и по виду энергии, которая используется для приведения в действие привода запирающей детали.
По форме запирающей детали затворы делятся на затворы клиновые и затворы поршневые.
Клиновые затворы, в свою очередь, условно * делятся на затворы, перемещающиеся в вертикальной плоскости, и затворы, перемещающиеся в горизонтальной плоскости.
В зависимости от вида движения, которое поршневые затворы совершают при открывании—закрывании, они делятся на затворы, открывающиеся в сторону, и затворы, перемещающиеся вдоль оси ствола, т. е. продольно-скользящие затворы.
Поршневые затворы, открывающиеся в сторону, в зависимости от количества и расположения нарезных секторов делятся на одноступенчатые, двухступенчатые и трехступенчатые.
* Имеется в виду, что ствол находится при угле возвышения, равном нулю.
169
В зависимости от количества элементов движения, которые поршень совершает при действии затвора, поршневые затворы делятся на однотактные, двухтактные и трехтактные, а в зависимости от вида заряжания, которое применено в орудии, — на за творы* для гильзового и безгильзового (картузного) заряжания.
Приводом затвора называется совокупность деталей и устройств, предназначенных для передачи движения от источника энергии к запирающей детали на ее открывание и закрывание. По виду энергии, которая используется для приведения в действие привода, затворы делятся на: неавтоматические (ручного действия) и автоматические, использующие энергию порохового заряда.
Клиновые затворы
Клиновый затвор является изобретением русских оружейников XVII века. Запирающей деталью клинового затвора является клин, представляющий собою стальную деталь призматической формы (рис. 6.3). Передняя грань клина 4, на которую опирается дно гильзы во время выстрела, называется зеркалом затвора. Зеркало закрытого затвора всегда располагается перпендикулярно оси канала ствола, что необходимо для обеспечения прочности гильзы.
В центре зеркала располагается осевое отверстие 3 для выхода бойка ударного механизма. Выше зеркала изготавливается специальный скос 2, служащий в отдельных случаях для окончательной досылки патрона (гильзы).
Задняя, опорная грань клина по отношению к зеркалу затвора выполняется под углом 0,018—0,026 рад. Под этим же углом выполнены и направляющие клина в казеннике. Такой угол наклона служит для быстрого и легкого открывания затвора после выстрела, так как при такой форме открываемый клин перемещается не только перпендикулярно, но и параллельно оси ствола. Небольшое смещение клина назад от казенного среза ствола приводит к быстрой ликвидации натяга, как между дном гильзы и зеркалом клина, так и между опорными поверхностями клина и казенника. При больших значениях угла клин становится несамотормозящимся и, если не принять дополнительных мер, самопроизвольно открывается при выстреле.
Сверху клин имеет продольную желобообразную выемку 7, так называемый лотковый вырез, который при открытом затворе способствует направлению досылаемого патрона в патронник, а также позволяет увеличить длину боковых направляющих поверхностей клина без существенного увеличения его массы.
Открывание и закрывание клина клинового затвора обычно производится приводом, воздействующим на клин, звеном которого является кривошип 1 (рис. 6.4).
170
По количеству и способу расположения кривошипов приводы делятся на приводы с одним боковым кривошипом (рис. 6.4,а), на приводы с двумя боковыми кривошипами и приводы с одним центральным кривошипом (рис. 6.4,6).
По расположению оси кривошипа относительно клина различают приводы с задним расположением оси кривошипа и приводы с передним расположением оси кривошипа (рис. 6.4).
При любом расположении кривошипа 1 и его оси 2 относительно клина действие кривошипного механизма заключается в следующем: вращение оси кривошипа, с которой он жестко
Рис. 6.3. Схема клинового затвора
соединен при помощи шлицов, приводит к вращению самого кривошипа, ролик или камень (ползун), находящийся на конце кривошипа, воздействует на одну из стенок паза а, выполненного в теле клина 3, и тем самым приводит его в движение в том или ином направлении. При закрытом положении клина кривошип встает в так называемое «мертвое» (замкнутое) положение, т. е. кривошип препятствует движению клина для самооткрьь вания, которое может быть вызвано действием составляющей силы давления пороховых газов на дно канала ствола, а также в результате отскока клина при ударе о деталь, ограничивающую его движение. Для посадки клина на эту деталь сбоку вверху на нем выполняется специальный уступ д (см. рис. 6.3).
Наиболее рациональной конструкцией кривошипного механизма следует считать механизм с одним центральным кривошипом (рис. 6.4,6), обеспечивающий наименьший перекос клина в затворном гнезде казенника.
Следует также отдать предпочтение переднему расположению оси кривошипа по отношению к клину (рис. 6.4,6). В этом случае при откате откатных частей сила инерции самого кривошипа относительно его оси вращения создает момент, способствующий удержанию клина в закрытом и замкнутом положении.
171
При заднем же расположении оси кривошипа указанный момент действует в противоположном направлении.
Вращение оси кривошипа на открывание клина осуществляется либо ручным приводом (рис. 6.5), состоящим из рукоятки затвора 2 с защелкой 8 и задвижкой /, оси кривошипа 9 и кривошипа, либо автоматическим приводом.
Рис. 6.5. Схема открывающего механизма копирного типа
Вращение оси кривошипа для закрывания клина осуществляется в обоих случаях специальной закрывающей пружиной 3, узел которой вместе с осью кривошипа и кривошипом образует механизм закрывания затвора.
Наиболее распространенными открывающими механизмами клиновых затворов являются привода копирного, скалочного и пружинного типов.
Открывающий механизм копирного типа (см. рис. 6.5), использующий для своей работы энергию наката откатных частей, состоит из подпружиненного копира 6, ось вращения которого (00) расположена на кронштейне люльки, кулачка 5 с осью 4, расположенной на казеннике, тяги 7, шарнирно соединенной с серьгой /0, сидящей на шлицах оси кривошипа 9 и кривошипа. При выстреле откатные части орудия (ствол, затвор, казенник и жесткосоединенные с ними детали) идут в откат и скошенная поверхность кулачка 5 поворачивает копир 6 на оси 00. По прохождении кулачком 5 копира 6, последний (под действием пружины) возвращается в исходное положение.
При накате кулачок 5 упирается в задний торец копира 6, а так как его ось 4 продолжает движение наката с казенником, то кулачок 5 поворачивается по часовой стрелке, приводя через
172
тягу 7 во вращательное движение серьгу 10 и ось с кривошипом — клин открывается. В открытом положении клин удерживается выбрасывателями до тех пор, пока очередная досылаемая гильза своей закраиной не повернет выбрасыватели и не освободит затвор.
Открывающий механизм копирного типа прост по конструкции, нечувствителен к загрязнению и не требует значительной регулировки в процессе службы. Однако привод имеет тот недостаток, что скорость экстракции гильзы зависит от скорости наката откатных частей. Практикой установлено, что скорость
7 6 8
1 ? 4 j д
Рис. 6. 6. Схема открывающего механизма скалочного типа
наката при встрече кулачка с копиром должна быть не менее 0,9 м/с, что влечет за собой опасность наброса «клевка» орудия при торможении интенсивного наката.
Приводы' копирного типа по характеру действия на клин делятся на приводы плавного и ударного действия. Плавность (безударность) воздействия привода на клин обеспечивается как профилем копира, так и профилем паза на клине. Однако, в силу неточностей в установке копира и допусков на изготовление деталей, работа привода всегда сопровождается ударами.
Открывающий механизм скалочного типа (рис. 6.6) состоит из кулачка 1, сидящего на шлицах оси кривошипа, скалки 2, свободно перемещающейся в подшипниках скольжения 3, которые жестко соединены с казенником, возвратной пружины скалки 4, линейки 5 со скосом, подпружиненной собачки 6 с роликом 7, сидящей на оси 3, которая закреплена в люльке. В передний конец скалки вставлен упор 9, легко заменяемый при износе.
При откате откатных частей, как только упор 9 скалки 2 пройдет собачку 6, собачка под действием своей пружины встанет на пути движения торца скалки при накате.
При накате упор 9 скалки упирается в торец собачки 6 и скалка 2 останавливается. Но, так как ось кулачка 1 продолжает движение наката, а кулачек 1 опирается на головку скалки, то происходит поворот кулачка 1 и кривошипа по часовой стрелке — затвор открывается, а пружина 4 скалки 2 сжимается.
173
В конце открывания затвора линейка 5, накатывающаяся вместе с казенником, своим передним скосом воздействует на ролик 7 собачки 6 и поднимает ее, освобождая скалку 2. Скалка 2 под действием своей пружины 4 возвращается в исходное положение.
Уменьшение ударности действия данного привода обычно достигается постановкой сильной пружины между скалкой 2 и ее упором 9 (упругая скалка), что уменьшает величину нагрузок на детали до 50% и, кроме того, привод становится менее чувствительным к изменению скорости наката. Привод скалочного типа широко применяется в танковых орудиях, имеющих массу клина до 50 кг.
Рис. 6. 7. Открывающий механизм пружинного типа
Открывающий механизм пружинного типа, кроме кривошипа и его оси, имеет (рис. 6.7) кулачок сидящий на шлицах оси кривошипа и шарнирносоединенный с раздвижной головкой 2 и скалки 3.
В раздвижной головке 2 размещается подпружиненная защелка 4, а на скалке 3 — открывающая пружина 5, работающая на сжатие. Скалка 3 шарнирно соединена с рычагом 6 с осью вращения 7.
Эти детали привода размещены на откатных частях орудия, а на люльке устанавливается подпружиненный упор (копир) 5. При выстреле во время отката откатных частей упор 8 пропускает верхний конец рычага 6. При накате под действием упора 8 рычаг 6 поворачивается на оси 7 и вытягивает скачку 3 вправо, сжимая закрывающую пружину 5. В конце хода скалки вправо защелка 4 заскакивает за ее левый торец. Рычаг 6 после этого расцепляется с упором 8. Скалка 3 под действием сжатой пружины 5 идет вправо и через защелку 4 и головку 2 вращает кулачок 1 — происходит вращение кривошипа по часовой стрелке и клин открывается.
В конце поворота кулачок 1 своим отростком а нажимает на левое плечо защелки 4 и восстанавливает ее первоначальное положение. Достоинством привода пружинного типа является то,
174
что надежность и стабильность его работы не зависят от скорости наката откатных частей, а также то, что он действует более плавно, чем привод копирного типа.
Недостатком механизма является некоторая сложность конструкции, а также увеличение его габаритов.
Следует отметить, что клиновые затворы достаточно просты по конструкции, просты в изготовлении и легко поддаются автоматизации.
Поршневые затворы
Запирающей деталью поршневого затвора (рис. 6.8) является поршень 8, представляющий собою стальную деталь цилиндрической формы с боевыми выступами 11 на наружной поверхности, выполненными по винтовой линии. Изготовление боевых выступов поршневого затвора по винтовой линии необ-
Рис. 6.. 8. Схема поршневого затвора с приводом реечношестеренчатого типа, открывающийся в сторону:
а—вид сверху; б—привод затвора; /—казенник; 2—гильза; 3— ось открывающего рычага; 4—открывающий рычаг; 5—стопор рейки; 6—рукоятка; 7—рама затвора; 8—поршень; 9—сектор поршня; 10—рейка; //—боевые выступы
ходимо для обеспечения легкости открывания затвора после выстрела. При таком выполнении боевых выступов поворот поршня для открывания сопровождается его осевым смещением от казенного среза ствола, что резко уменьшает величину натяга между передним торцем поршня и дном стреляной гильзы, а также между опорными поверхностями поршня и казенника.
Передняя торцевая поверхность поршня, на которую опирается дно гильзы во время выстрела, называется зеркалом затвора.
Зеркало поршневого затвора при его закрытом положении располагается перпендикулярно оси канала ствола. В центре зеркала изготавливается отверстие для выхода бойка ударного механизма.
В случае картузного заряжания орудия впереди поршня располагается специальное обтюрирующее устройство, предот
175
вращающее прорыв пороховых газов через казенный срез ствола (см. рис. 6. 10).
Первые образцы поршней по конструкции представляли собою нарезные пробки, ввинчивающиеся в нарезное дно ствола.
Для повышения быстродействия поршневого затвора (путем уменьшения угла поворота поршня) нарезка на поршне изготавливается секторами. Нарезной и гладкий секторы поршня образуют секцию. Соответствующий профиль поперечного сечения имеет и затворное гнездо в казеннике (рис. 6.9,а). При таком устройстве поршня и затворного гнезда для запирания ствола
Рис. 6. 9. Схемы двухсекционных поршневых затворов: а—одноступенчатый затвор; б—двухступенчатый затвор; /—боевые выступы
достаточно поршень ввести в затворное гнездо на полную глубину и повернуть на некоторый угол. Угол поворота поршня равняется 2л/п рад, где п — общее количество нарезных и гладких секторов. Наиболее распространены поршневые затворы двухсекционные, т. е. с двумя нарезными и двумя гладкими секторами и четырехсекционные, т. е. с четырьмя нарезными и четырьмя гладкими секторами. Однако при любом количестве секторов прочность сцепления поршня со стволом остается в данном случае практически одинаковой, так как для сцепления используется лишь 50% наружной поверхности поршня. Такие затворы получили название одноступенчатых, т. е. в одной секции на гладкий сектор приходится лишь один нарезной, образующий одну ступень над гладким, сектором. Для повышения прочности сцепления поршня со стволом без увеличения его длины применяют так называемые двух- и трехступенчатые конструкции поршней, т. е. на один гладкий поршень приходится два или три нарезных сектора (рис. 6.9,6)..
Однако без крайней необходимости ^применять конструкцию многоступенчатого затвора не следует, так как такие затворы более трудоемки при изготовлении.
Увеличивать количество ступеней (нарезных секторов в секции) не следует также из-за того, что явление самооткрывания
176
(самоотвинчивания) поршня под действием силы давления пороховых газов на дно ствола недопустимо. Так как в многоступенчатом затворе шаг винтовых линий боевых выступов на нарезных секторах одинаков, а выполняются они на цилиндрических поверхностях разного диаметра, то угол наклона винтовых линий различен. Это обстоятельство может привести к тому, что угол наклона винтовой линии боевых выступов секторов, расположенных по наименьшему радиусу, будет уже не самотормозя-щимся (более 0,026 рад.).
Для повышения надежности запирания ствола в любом случае, несмотря на малую величину угла наклона винтовой линии боевых выступов, рекомендуется после сцепления поршня со стволом дополнительно фиксировать (замыкать) поршень в закрытом положении. Фиксацию закрытого положения поршня обычно производят приводами, которые по виду последней пары делятся на приводы реечно-шестеренчатого типа и приводы ко-пирного типа.
Привод затвора реечно-шестеренчатого типа (см. рис. 6.8) состоит из зубчатой рейки (гребенки) 10, расположенной в затворной раме 7 и действующей от рукоятки затвора 6, и находящегося с ней в зацеплении зубчатого сектора 9, выполненного на заднем торце, поршня 8. При закрывании затвора поворотом за рукоятку затворной рамы относительно оси 3, поршень 8 вводится в затворное гнездо казенника 1. Повернуться относительно своей продольной оси поршень" 8 в это время не может, так как рейка 10 застопорена специальным стопором 5. В конце поворота рамы 7, стопор 5, упираясь в казенник, освобождает зубчатую рейку 10. При дальнейшем повороте рукоятки 6 относительно неподвижной рамы 7 происходит перемещение рейки 10 и поворот поршня в затворном гнезде. Процесс открывания затвора происходит в обратной последовательности.
Для поворота поршня в подобных затворах можно также использовать взаимодействие выступа рейки (без зубьев) с ко-пирным пазом поршня, выполненным на заднем торце поршня. Применение механизма копирного типа в таком виде для поворота поршня целесообразно при картузном заряжании орудия. В этом случае выбором формы копирного фаза легче обеспечить в конце поворота поршня предварительное поджатие упруго-пластического обтюратора, необходимое для надежной обтюрации газов при малых давлениях.
Устройство и действие упруго-пластического обтюратора сводится к следующему (рис. 6. 10): через поршень затвора 1 пропускается грибовидный стержень 2. Между грибовидным стержнем и передним торцем поршня располагается обтюрирующее кольцо (подушка) 3, изготавливаемое из специальной резины. По краям обтюрирующего кольца ставятся косоразрезанные стальные кольца 4, предотвращающие при выстреле затекание
177
резины в зазоры между стенками каморы и поршня, каморы и грибовидного стержня.
При выстреле осевая сила давления пороховых газов в каморе, воспринимаемая головкой грибовидного стержня, передается на поршень только через обтюрирующее кольцо. Так как площадь поперечного сечения обтюрирующего кольца меньше, чем площадь поперечного сечения головки грибовидного стержня, то в обтюрирую
Рис. 6. 10. Схема поршневого затвора с упруго-пластическим обтюратором
лишь для того, чтобы можно было
щем кольце возникает удельное давление больше, чем давление пороховых газов в каморе. Этим давлением обтюрирующее кольцо и прижимается к поверхности обтюрирующего конуса каморы. В практике проектирования затворов диаметр стержня берется равным 1/3 от диаметра каморы, что обеспечивает прижатие обтюрирующего кольца к поверхности конуса давлением, равным 9/8 от давления пороховых газов в каморе.
Конусность обтюрирующей подушки необходима вывести подушку из каморы
вращательным движением относительно оси рамы затвора.
При большой длине поршня его вывод из затворного гнезда целесообразнее осуществлять поступательным движением. В этом случае затвор ,становится трехтактным. В трехтактном поршневом затворе поршень совершает - следующие три движения, а) расцепление с затворным гнездом (вращением относительно продольной оси); б) вывод из затворного гнезда (поступательным движением относительно затворной рамы); в) отведение от казенника (вращением вместе с рамой относительно ее оси).
Достоинством трехтактных поршневых затворов является простота конструкции и изготовления поршня и затворного гнезда, недостатком — сложность устройства привода (рис. 6. И). Привод состоит из рукоятки затвора /, вала 2, червяка 3, червячного колеса 4, на валу которого находится шестеренка 5, имеющая сектор (а) с косыми зубьями и сектор (в) с прямыми зубьями. На образующей поршня 6 также имеется сектор с косыми зубьями (б) и рейка (г) с прямыми зубьями. При вращении рукоятки 1 вращательное движение через вал 2 червяк 3 и червячное колесо 4 передается на шестеренку 5. Косозубый сектор а, воздействуя на косозубый сектор б поршня, поворачи-
178
в-ает поршень относительно продольной оси до расцепления его с казенником (на рисунке показано расцепленное положение поршня). При дальнейшем вращении рукоятки затвора и шестеренки 5 во взаимодействие вступает прямозубый сектор «в» с рейкой «г» поршня, в результате чего поршень, совершая поступательное движение, выводится из затворного гнезда. Рама затвора в это время вращаться относительно своей оси не
может, так как она зафиксирована специальным стопором. В конце поступательного движения поршня этот стопор выключается и рама вместе с выдвинутым поршнем поворачивается относительно своей оси, совпадающей с осью вращения червячного колеса 4 и шестеренки 5.
Обратное вращение рукоятки затвора обеспечивает обратную последовательность движения поршня.
Замыкание (фиксация) .закрытого положения поршня в затворах, открывающихся в сторону, осуществляется специальной защелкой рукоятки затвора.
При большой массе поршневого (а также и клинового) затвора для получения возможонсти действовать таким затвором вручную в конструкцию затвора вводится уравновешивающий механизм.
Автоматический привод открывания продольно-скользящего поршневого затвора состоит из ускорительного механизма за
179
твора, сообщающего поступательное движение остову затвора, и механизма поворота поршня, сообщающего вращательное движение поршню на открывание.
Так как устройство и действие ускорительных механизмов рассмотрено в разделе 7. 6, то рассмотрим здесь лишь механизм поворота поршня копирного типа (рис. 6. 12).
На поршне 1 предусмотрен специальный копирный паз 2, в который входит палец (штырь) 3 остова затвора 4. При поступательном движении остова затвора назад (вращаться он не мо-
Рис. 6. 12. Схема поршневого затвора с приводом копирного типа (продольно-скользящий)
жет) его палец воздействует на стенки копирного паза и заставляет поршень повернуться относительно своей продольной оси и расцепиться с'затворным гнездом
В конце поворота поршня остов затвора’4 пальцем 3 подхватывает поршень и сообщает ему поступательное движение. При совместном движении остова и поршня назад происходит сжатие возвратной пружины затвора 5 и западание специальной фиксирующей защёлки 6 между поршнем и остовом. Привод закрывания продольно-скользящих затворов состоит из возвратной пружины затвора 5 и механизма поворота поршня.
Для исключения несвоевременного поворота поршня при ведении его остовом затвора в переднее положение передача усилия возвратной пружины 5 поршню 1 осуществляется не через палец 3, а через защелку 6, торец правого плеча которой стоит на пути движения остова.
В крайнем переднем положении, когда поршень полностью войдет в затворное гнездо, защелка 6 набегает левым плечом на скос казенника «а» и выключается, а остов затвора 4, продолжая движение вперед, воздействует пальцем 3 на нижнюю стенку паза поршня и поворачивает его до сцепления с казенником.
Замыкание (фиксация) закрытого положения поршня обеспечивается тем, что после поворота палец остова затвора входит в продольный передний участок копирного паза.
180
Показанные на рис. 6.8, 6.12 поршневые затворы являются затворами двухтактными, так как их поршни при действии затвора совершают два,элемента движения: расцепление с затворным гнездом (вращением относительно продольной оси) и вывод из затворного гнезда (поступательным движением или вращением относительно оси рамы).
Примером однотактного поршневого затвора может служить поршневой затвор эксцентрикового типа (рис. 6. 13)-.
Поршень 1 затвора имеет сплошную винтовую нарезку, которой он прочна, сцеплен со стволом 2. Ось поршня 00 смещена
относительно оси ствола на величину, примерно равную радиусу дна каморы. В поршне сделан сквозной канал (а), через который может пройти фланец досылаемой гильзы. При повороте поршня на л рад ка нал (а) становится на продолжении каморы — затвор открыт для заряжания. При обратном повороте поршня на л рад против каморы оказывается сплошная часть поршня, в которой расположен ударный механизм — затвор закрыт.
Подобный затвор впервые был применен в старой 75-мм французской пушке. Достоинством одно-
Рис. 6. 13. Схема поршневого затвора эксцентрикового типа
тактных затворов является их быстродействие, недостатком — увеличение габаритов казенной части ствола.
Наибольшее распространение получили двухтактные поршневые затворы, так как они обеспечивают требуемые габариты затвора и казенника при приемлемой их сложности конструкции и изготовления. В орудиях малого калибра, особенно в авиационных и зенитных пушках, широкое распространение получили продольно-скользящие двухтактный затворы, а в орудиях среднего и крупного калибра — поршневые затворы, открывающиеся в сторону.
Следует также отметить, что продольно-скользящие затворы являются также затворами автоматическими. Что же касается поршневых затворов, открывающихся в сторону, то они плохо поддаются автоматизации и потому являются в основном затворами неавтоматического, ручного, действия.
6 3. ЭКСТРАКТИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
Экстрактирующие устройства предназначаются для извлечения стреляной гильзы из патронника (каморы) ствола и отражения (удаления) ее за пределы орудия.
181
В соответствии с назначением экстрактирующих устройсгв их работа в общем случае совершается в два этапа:
1) извлечение (экстракция) стреляной гильзы из патронника;
2) отражение (удаление) стреляной гильзы за пределы орудия.
Первый этап работы экстрактирующих устройств — собст венно экстракция — заключается в сообщении стреляной гильзе поступательного движения, параллельного оси канала ствола. Экстракция производится с помощью специальных деталей, называемых экстракторами или выбрасывателями. Экстрактирова-ние гильзы начинается, как правило, в конце открывания затвора.
Второй этап работы экстрактирующих устройств — отражение (удаление) — заключается в изменении направления первоначально приданного при экстракции поступательного движения стреляной гильзе. В автоматических орудиях с клиновым затвором отражение осуществляется с помощью специальных деталей, называемых отражателями, а в орудиях с поршневым продольно-скользящим затвором — с помощью очередного патрона, подаваемого на линию досылки.
В неавтоматических и полуавтоматических орудиях второй этап работы экстрактирующих устройств осуществляется без применения специальных деталей или патрона, так как в этом случае направление движения гильзы при ее экстракции и удалении совпадают. .
Основные требования, которым должна удовлетворять конструкция экстрактирующего механизма, следующие:
— отсутствие перекоса гильзы при ее вытягивании из патронника;
— исключение возможности среза, изгиба и смятия закраины гильзы при ее экстрактировании;
— возможность плавного страгивания экстрактируемой гильзы относительно патронника;
— надежное и строго направленное удаление гильзы на требуемое расстояние от орудия;
— безопасность производства удаления стреляной гильзы за пределы орудия.
Удаление (отражение) стреляной гильзы за пределы орудия осуществляется по простым гильзоотводам или очередным патроном, поэтому рассмотрим лишь устройство и действие экстракторов (выбрасывателей).
Экстракторы классифицируются по виду движения, совершаемого при действии на стреляную гильзу, и по характеру действия на гильзу. По виду движения экстракторы делятся на экстракторы вращательного движения (рис. 6.14, 6.15, 6.16) и экстракторы поступательного движения (рис. 6.12, 6.17). Экстракторы, совершающие вращательное движение, по кон
182
структивному признаку делятся на два типа: экстракторы рычажного типа (рис. 6. 14, 6. 15) и экстракторы кулачкового типа (рис. 6. 16).
По характеру действия на экстрактируемую гильзу экстракторы делятся на экстракторы ударного действия и экстракторы плавного действия. Следует заметить, что экстракторы рычажного типа являются также экстракторами ударного действия, а экстракторы кулачкового типа — экстракторами плавного действия.
Экстракторы рычажного типа (рис. 6.14)
Рис. 6. 14. Схема экстрактора рычажного типа клинового затвора
Экстрактор 1 представляет собой двухплечий рычаг, на конце длинного плеча которого имеется специальный выступ (зуб) а, входящий в контакт с фланцем гильзы, и зацеп б, удерживающий затвор в открытом положении. Короткое плечо рычага в 5— 6 раз меньше длинного и взаимодействует со специальным выступом (вкладышем) 2 на затворе 3. Ось вращения 4 располагается в казеннике орудия впереди затвора. После выстрела в конце открывания затвора 3, когда клин переместится на величину, равную диаметру фланца гильзы, его вкладыш 2 резко ударяет по концу короткого плеча экстрактора и быстро поворачивает его на оси 4. Зуб а экстрактора, находящийся впереди фланца гильзы (для этого на казенном срезе ствола имеются специальные выемки), воздействует на фланец гильзы, вытягивая ее из патронника (каморы) и сообщая ей определенную скорость. Путь, на котором экстрактор воздействует на гильзу, обычно равен а скорость — нескольким метрам в секунду. При наличии в кон-,струкции орудия клинового затвора применяют два экстрактора,-располагающихся по обе стороны клина, что обеспечивает надежность действия механизма и отсутствие перекоса экстрак-тируемой гильзы. При наличии поршневого затвора, открывающегося в сторону, применяют обычно один экстрактор 2 (рис. 6. 15), так как постановка второго экстрактора с противоположной стороны каморы приводит к резкому усложнению конструкции механизма.
При открывании затвора в конце поворота рама 3 вместе с поршнем 7, втулкой 4, пружиной 5 и казенником б, воздействуя на короткое плечо экстрактора,2, вращает его на оси 1 и
нескольким сантиметрам,
183
длинным плечом экстрактор рость экстракции. Достоинством
7 6
Рис. 6. 15. Схема экстрактора рычажного типа поршневого затвора
сообщает гильзе необходимую ско-экстракторов рычажного типа является простота их конструкции, недостатком — ударность действия, что отрицательно сказывается как на прочности самих экстракторов, так и на прочности фланца гильзы. При-_—* менять экстракторы рычажного типа ударного действия рекомендуется в том случае, когда гильза после выстрела не имеет большого защемления в патроннике, т. е. в случае ког^а давление пороховых газов не превосходит (244 ИО6 Н/м2)„
Экстракторы кулачкового типа (рис. 6.16)
Экстрактор кулачкового типа представляет собой пло-
скую деталь с фигурной передней поверхностью, которая в точке (с) контактирует с плоскостью казенного среза ствола. Выше фигурной поверхности располагается зуб (а) экстрактора, кош тактирующий с фланцев гильзы, ниже — две цапфы. Внутренняя
цапфа (б) находится в фигурном пазе (в) клина, а наружная цапфа (г) — в дугообразном- пазе (б) щеки казенника, удерживая экстрактор от выпадания из казенника. При открывании затвора задняя стенка паза клина воздействует на внутреннюю цапфу (б) экстрактора и сдвигает ее к казенному срезу ствола. Наружная цапфа экстрактора при этом перемещается по дугообразному пазу казенника. Так как при смещении цапф к казенному срезу ствола передняя фигурная поверхность экстрактора опирается на плоскость казенного среза ствола,то про-
Рис. '6. 16. Схема экстрактора
кулачкового типа
исходит поворот экстрактора, вследствие чего зуб экстрактора отходит назад, экстрактируя стреляную гильзу.
Фигурная поверхность кулачкового экстрактора выполняется таким образом, что в начале его работы линия ее контакта с ка
184
зенным срезом ствола располагается значительно ближе к зубу экстрактора, т. е. расстояние а значительно меньше расстояния в. В процессе поворота кулачка (качения по казенному срезу ствола) указанная линия контакта смещается ближе к цапфам, т. е. расстояние а становится значительно большим, чем в. Такое устройство экстрактора позволяет вначале приложить к гильзе большое усилие и плавно с небольшой скоростью стронуть ее относительно патронника, освобождая от усилия защемления. По мере поворота экстрактора и указанного изменения соотношения его плеч происходит плавное увеличение скорости свободно лежащей в патроннике гильзы до требуемой величины. В конце открывания клина внутреняя цапфа экстрактора оказывается в таком положении, что при движении клина на закрывание он площадкой (е) упирается в соответствующую лыску на цапфе (б) и остается в открытом положении. Вывод экстрактора из этого («мертвого») положения осуществляется фланцем досылаемой гильзы. Однако при досылке очередной гильзы зуб экстрактора не сможет сразу подойти к казенному срезу ствола, так как фигурная поверхность экстрактора опирается на казенный срез ствола, а его внутренняя цапфа, выйдя из «мертвого» положения, упирается в заднюю стенку фигурного паза клина (в). Это приводит к тому, что фланец досылаемой гильзы остановится на зубе экстрактора, не дойдя до казенного среза ствола. Для окончательной досылки очередной гильзы у клиновых затворов, имеющих экстрактор кулачкового типа, выше зеркала затвора предусмотрен специальный скос (ж) значительной величины. В этом случае по мере движения клина на закрывание и поворота экстрактора происходит досылка гильзы скосом клина в камору.
Достоинством экстракторов кулачкового типа является плавность их воздействия на экстрактируемую гильзу при приложении к ней большего усилия в период страгивания относительно патронника. Недостатками экстракторов данного типа являются большая сложность изготовления, а также необходимость некоторого увеличения хода клина (на высоту досылающего скоса (ж) клина). Применение экстракторов кулачкового типа целесообразно в случаях, когда максимальное давление пороховых газов в стволе достигает 294,3-106 Н/м2 и более, т. е. в орудиях с мощной баллистикой.
Экстракторы поступательного движения
Экстракторы поступательного движения характерны для продольно-скользящих поршневых затворов. Обычно ’ на поршне имеются два жестких экстрактора (зацепа), выполненные как от,но целое с поршнем (см. рис. 6. 12). В отдельных случаях эти экстракторы могут выполняться сменными или подпружиненными. После отпирания канала ствола, когда поршень затвора
185
смещается назад, он экстракторами вытягивает стрелянную гильзу из патронника. Достоинствами этих экстракторов являются простота конструкции и изготовления, недостатком — резкость действия на гильзу, что объясняется ударным присо-
единением массы поршня, а, следовательно, и массы гильзы к массе остова затвора, а также трудностью обеспечения предварительного страгивания защемленной гильзы относительно
патронника.
Экстракторы поступательного движения клиновых затворов (рис. 6. 17) обычно' обеспечивают предварительный сдвиг гильзы в патроннике путем воздействия на них фигурных выступов или стенок паза (а) клина. Однако они не имеют никаких преимуществ перед экстракторами вращательного движения кулачкового типа.
В ' высокотемпных барабанных Рис. 6.17. Схема экстрак- пушках применяется так называе-тора поступательного дви- мая «газовая экстракция», 'заклю-жения чающаяся в том, что специальным
клином, действующим на фланец, гильза смещается на 3—5 мм относительно патронника (освобождается от усилия защемления), а затем пороховыми газами, образующимися при следующем выстреле удаляется (выдувается) из патронника барабана. «Газовая экстракция» наряду с малой массой и габаритами устройствами обеспечивает возможность экстрактирования гильзы с очень высокой скоростью (до 50 м/с). Недостатком этого вида экстракции является необходимость устройства газоотвода и применение сжатого воздуха для удаления патрона, давшего осечку.
6.4. МЕХАНИЗМЫ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСТРЕЛА
Механизмом производства выстрела (стреляющим механизмом) называется совокупность деталей и устройств, обеспечивающих приведение в действие средства воспламенения порохового заряда в требуемый момент времени, т. е. обеспечивающих непосредственное производство выстрела.
В зависимости от вида энергии, сообщаемой средству воспла- • менения в качестве начального импульса (удар или нагрев), механизмы производства выстрела делятся на механизмы механического действия, электрического действия и двойного, электромеханического действия.
Механизмы производства выстрела механического действия обычно делят на два самостоятельных механизма: ударный и спусковой. В свою очередь, ударные механизмы в зависимости от вида движения детали, непосредственно получающей энергию
186
от боевой пружины, подразделяются на механизмы ударнико-вого типа и механизмы куркового типа.
Спусковые механизмы обычно делятся в зависимости от устройства их кинематической цепи на спусковые механизмы механического действия и спусковые механизмы электрического действия.
Конструкция механизма производства выстрела должна обеспечивать быструю и легкую передачу усилия, стреляющего от спусковой рукоятки (4-9,81Н) или от педали (8*9,81Н), к спусковому рычагу при их ходе не более 0,05 м. При этом должно обеспечиваться надежное воспламенение порохового заряда при отсутствии сквозного пробития средства воспламенения. Механизм должен также обладать достаточной живучестью и обеспечивать возможность его быстрой разборки и сборки без. применения специального инструмента, в частности, замену бойка или электроконтакта в полевых условиях.
Рассмотрим устройство и действие механизмов производства выстрела каждого типа.
Механизмы производства выстрела механического действия
Ударные механизмы
Ударные механизмы педназначаются для приведения в действие средства воспламенения порохового заряда путем удара по нему.
Принцип устройства и действия ударных механизмов заключается в том, что перед выстрелом тем или иным образом сжимается довольно сильная, так называемая боевая, пружина, т. е. в ней 'аккумулируется определенный запас потенциальной энергии. После освобождения пружины ее энергия преобразуется в кинетическую энергию движения деталей ударного механизма и используется для внедрения бойка в тело капсюльной втулки. Обычно боек, как деталь, имеющая малые массу и габариты, жестко соединяется или как одно целое изготовляется с более массивной деталью. Если эта деталь совершает поступательное движение, она называется ударником, если вращательное — курком. В зависимости от этого ударные механизмы подразделяют на ударные механизмы ударникового типа и ударные механизмы куркового типа. Механизмы ударникового типа (рис. 6.18) состоят из ударника /, бойка 2 и боевой пружины 3. Во взведенном положении ударник или курок удерживаются деталью спускового механизма — спусковым рычагом 4 (шепталом).
Наиболее широкое распространение в артиллерийских системах получили ударные механизмы ударникового типа.
Ударный механизм куркового (молоткового) типа находит применение в орудиях с поршневым затвором с пластическим обтюратором.
187
Энергия боевой пружины должна быть такова, чтобы не было осечек при стрельбе в ухудшенных условиях эксплуатации оружия (застывшая смазка, пыль, песок и т. д.). Выход бойка за зеркало затвора должен быть таким, чтобы не было ни осечек из-за малого его выхода, ни пробития капсюльной втулки вследствие его большого выхода, т. е. в пределах (1,8—2,0 мм или 0,0018—0,002 м). Наиболее распространенной формой конца бойка является сфера радиусом 0,0015—0,002 м. Так как после
Рис. 6. 18. Схема ударного механизма ударни-кового типа
срабатывания ударного механизма боек остается внедренным в капсюльную втулку, то, чтобы не сломать его, необходимо перед открыванием затвора отводить боек за зеркало затвора. Обычно это осуществляется^
1) специальной возвратной пружиной 6, отводящей ударник 1 с бойком 2 после выключения боевой пружины 3 ограничительной шайбой-вилкой 5;
2) кривошипом 1 привода затвора (см. рис. 6.4/а), который при вращении на фигурном участке паза (а) клина воздействует на рычаг взвода 4 и отводит ударник с бойком;
3) специальной кинематической связью между деталями ударного механизма (см. рис. 6.45), обеспечивающей при взведении ударного механизма двухстороннее сжатие боевой пружины между опорной муфтой 6 и трубкой 4, отводящей ударник 5 назад после удара. Необходимость отведения бойка за зеркало поршневого затвора объясняется не только необходимостью сбережения бойка от поломок, но и требованиями техники безопасности: если бы боек не убирался за зеркало затвора, то при закрывании затвора мог бы произойти удар бойка по капсюльной втулке.
188
Общими недостатками ударных механизмов ударного действия являются сравнительно большое время их срабатывания (0,005—0,01 с), большие габариты и большая масса устройства.
Спусковые механизмы
Спусковые механизмы предназначаются для приведения в действие ударного механизма в требуемый момент времени.
В соответствии с устройством кинематической цепи спусковые механизмы делятся на спусковые механизмы механического действия и спусковые механизмы электромеханического действия.
Спусковые механизмы механического действия представляют собой кинематическую цепь деталей, передающих усилие стреляющего от спусковой детали или рукоятки к спусковому рычагу. Например, на рис. 6. 18 показан спусковой механизм неавтоматического орудия, состоящий из рукоятки огня 7, толкателя 8 с пружиной 9 и подпружиненного шептала 4. При воздействии на рукоятку 7 ударник 1 освобождается от шептала 4.
Спусковой механизм артиллерийских автоматов состоит нс только из механизма ручного спуска, но и механизма автоматического спуска. Механизм автоматического спуска представляет собой также кинематическую цепь деталей, заканчивающуюся автоматическим спусковым рычагом (автошепталом), удерживающим ударный механизм от срабатывания до тех пор, пока не произойдет необходимое срабатывание механизмов автоматики орудия. , ' .
Наличие в автоматической пушке двух спусковых рычагов приводит к необходимости согласования их работы.
Автошептало 1 выполняется более длинным, чем ручное шептало 2, т. е., если деталь с бойком (ударник, затвор) остановлена автошепталом /, то между ее боевым взводом и ручным шепталом имеется гарантированный зазор порядка 1 мм (рис. 6.19). Этот зазор необходим для безопасности эксплуатации автомата при необходимости устранения задержки (не простым перезаряжанием). Стреляющий, видя задержку, отпускает ручное шептало и она (благодаря указанному зазору) надежно становится на пути движения детали с бойком. По устранении задержки автоматически будет выключено и автошептало, но непредвиденного выстрела в этом случае не будет, так как на пути движения детали с бойком находится ручное шептало.
В автоматах с продольно-скользящим затвором боек ударного механизма обычно соединяют с остовом затвора. При прекращении стрельбы затвор в крайнем заднем положении садится на шептало со значительной энергией, достигающей иногда (304-50) 9,81 Дж. Поэтому для предохранения деталей механизма от поломок спусковой рычаг часто подпружинивают (амортизируют), как показано на рис. 6.12. Спусковой рычаг 7
189
с пружиной 8 и осью 9 размещается в корпусе 10, подвижном по отношению к коробу автомата, находящегося под действием жесткой предварительно поджатой пружины 11. При посадке затвора 4 на шептало 7 корпус 10 смещается вперед, сжимая пружину амортизатора 11.
Следует отметить, что главным достоинством спусковых механизмов механического действия является высокая надежность, недостатком — большие габариты и масса деталей, а также большое время их срабатывания (0,07—0,2 с).
Рис. 6. 19. Схема взаимного расположения ручного шептала и автошептала
Рис. 6. 20. Схема спускового механизма электромеханического действия
Спусковые механизмы электромеханического действия (рис. 6.20) состоят из двух частей — электрической и механической.
Электрическая часть состоит из аккумуляторной батареи 1, гашетки 2, блокировочного контакта 3, соленоидной катушки электромагнита 5 и соединительных проводов 4.
Механическая часть состоит из штока 6 электромагнита 5 и спускового рычага 7. При замыкании электрической цепи происходит выталкивание из электромагнита 5 штока 6, который поворачивает спусковой рычаг 7 и освобождает ударник .ударного механизма.
Достоинством спускового механизма электромеханического действия является удобство компоновки механизма, удобство введения различного рода блокировок; некоторое. уменьшение времени срабатывания по сравнению с механизмом механического действия.
Механизмы производства выстрела электрического действия
Принцип действия стреляющего механизма электрического действия (рис. 6.21) заключается в том, что в качестве энергии, необходимой для приведения в действие средства воспламенения (электрической капсюльной втулки), используется электрическая энергия, как правило запасенная в аккумуляторных батареях 1. Непосредственно с капсюльной втулкой в этом случае контактирует подпружиненный небольшой пружиной 2 электрический 190
контакт 3, изолированный от массы оружия, служащей вторым проводом электроцепи.
Остальная часть механизма этого типа в общем случае состоит из гашетки или кнопки огня 4, контакта электрической блокировки системы охлаждения ствола и стреляющего механизма 5, контакта электрической блокировки механизма обвода опасных зон и стреляющего механизма 6, электроконтакта 7,
Рис. 6.21. Схема механизма производства выстрела электрического действия
работающего с выдержкой на замыкание и позволяющего очень просто изменять темп стрельбы путем замыкания электроцепи второй кнопкой огня 3, а также электропроводки, соединяющей элементы механизма производства выстрела в единое целое, Кроме того, в его цепь могут^ включаться также счетчики числа произведенных выстрелов или оставшихся патронов.
Достоинствами стреляющих механизмов электрического дей ствия являются быстродействие (0,001 с), компактность, малая масса механизма и удобство введения различного рода блокировок. К недостаткам механизма следует отнести несколько меньшую, по сравнению с механизмами механического действия, надежность действия. Это объясняется возможностью нарушения электрической цепи вследствие окисления или загрязнения хотя бы одного из имеющихся контактов.
Механизмы производства выстрела двойного, электромеханического действия
По конструкции механизмы производства выстрела двойного ' действия представляют собой совокупность двух рассмотренных выше механизмов — механизма механического действия и меха-
191
низма электрического действия. На боек ударного механизма в этом случае возлагается также функция электроконтакта.
Наличие в орудии двух механизмов производства выстрела усложняет его конструкцию. Стреляющий механизм в этом случае обладает всеми положительными и отрицательными качест-. вами, которые присущи механизмам механического и электрического действия.
Применяются механизмы производства выстрела двойного действия лишь в том случае, когда на вооружении орудия имеются артиллерийские выстрелы со средствами воспламенения порохового заряда как ударного, так и электрического действия.
6.5. МЕХАНИЗМЫ ПОДАЧИ ПАТРОНОВ
Подачей в артиллерийских орудиях называется операция перемещения боеприпасов на линию заряжания (или линию досылки). Осуществляется эта операция либо вручную, либо специальным механизмом, именуемым механизмом подачи.
В общем случае процесс подачи боеприпасов можно разделить на ряд следующих простых операций, каждая из которых в случае полной механизации или автоматизации подачи может потребовать для своего осуществления создания специального механизма или устройства:
— перемещение боеприпаса от места его расположения вблизи орудия до узла загрузки на вращающуюся часть;
— перемещение боеприпаса с невращающейся части на вра-1 щающуюся часть орудия;
— перемещение боеприпаса по вращающейся части до узла загрузки на качающуся часть;
— перемещение боеприпаса с вращающейся части орудия на качающуюся;
— перемещение боеприпаса по качающейся части на линию-досылки.
Существенное влияние на конструкцию механизма подачи оказывает вид заряжания — картузный, р'аздельно-гильзовый и патронный (унитарный). При картузном заряжании, как известно, выстрел состоит из .отдельных элементов, снаряда, заряда и средств воспламенения, каждый из которых является объектом подачи. Наиболее просто осуществить механизацию и автоматизацию подачи при патронном заряжании, где все элементы выстрела соединены воедино.
В различных типах орудий применяются и различные типы механизмов подачи. В полевых орудиях средних калибров механизмы подачи практически отсутствуют: подача патрона или отдельных элементов выстрела при других видах заряжания на линию досылки осуществляется вручную. В полевых орудиях крупных калибров применяют простейшие механизмы для облег
192
чения подачи: тележки для перевоза боеприпасов, лебедки и-поворачивающиеся лотки для их подъема и перемещения на линию заряжания.
В самоходной и танковой артиллерии боеприпасы, как пра-вило; размещают во вращающейся части орудия (в башне). Перегрузка на качающуюся часть 1 (рис. 6.22) осуществляется чаще всего вручную, но может быть применен и специальный механизм, например, в виде качающегося лотка 2, переметающего патрон в плоскости стрельбы на угол возвышения орудия вращением относительно цапф с последующей перегрузкой на линию досылки, подобно тому, как это показано на рис. 6.22.
Наиболее часто подобные механизмы применяются в морской артиллерии. В башенной артиллерии система хранения и подачи боеприпаса состоит из погребов (снарядного и зарядного) и из комплекса транспортных и перегрузочных.устройств (механизированных или ручных) от погребов к узлу заряжания орудия (рис. 6. 23).
В зарядных погребах размещены стеллажи с зарядами, транспортирующие устройства, зарядные столики для освобождения зарядов из пеналов и элеватор подачи (его нижняя часть с загрузочным окном). Элеватор подачи проходит мимо снарядного погреба и выходит в зарядное загрузочное отделение. В снарядном погребе размещаются стеллажи со снарядами, транспортные устройства и узел загрузки нижнего зарядника. Зарядник представляет собой грузовой лифт, куда в снарядном погребе загружаются снаряды 4, а затем в зарядном загрузочном отделении (на другом этаже) — заряды, после чего зарядник поднимается дальше в верхнее перегрузочное отделение.
Перегрузка боеприпасов с невращающейся части башни на вращающуюся может осуществляться с помощью поворотных платформ, заштыриваемых поочередно на погреб (при загрузке платформы) и на вращающуюся часть (при разгрузке платформы). В зарядном погребе перегрузка заряда на вращающуюся часть ввиду малой массы заряда может иногда производиться вручную.
Верхнее перегрузочное отделение разделяет системы верхнего 2 и нижнего 3 зарядников, что необходимо в противопожарном- отношении и способствует некоторому увеличению скорострельности, так как сокращает путь боеприпасов в одном цикле подачи (одновременно в системе подачи находятся два комплекта боеприпасов вместо одного).
Верхний зарядник 2 поднимает боеприпасы через рабочее и подбашенные отделения в боевое, либо образуя вместе с досылателем 1 неподвижный узел заряжания (тогда орудие должно иметь постоянный угол заряжания), либо передавая боеприпасы в предразгрузочное устройство для перевода их с вращающейся части на качающуюся подобно тому, например, как это указано на рис. 6.22.
7 2610 193
В палубной артиллерии подача боеприпасов производится по корабельным элеваторам из погреба на палубу, а затем вручную или на тележках — непосредственно к орудию (тумбовые уста-
подача патрона в качающийся лоток
Движение качающегося лотка на согласование с качающейся частью
Движение качающегося лотка на согласование с качающейся частью
6)
Рис. 6. 22. Схемы механизма перегрузки
новки), или на вращующуюся часть орудия, где укладываются на стеллажи, столики или в ящики, с последующей перегрузкой на качающуюся часть (см. рис. 6.22).
194
В автоматических артиллерийских орудиях (зенитных, корабельных и авиационных) механизмы подачи являются органической частью самого орудия. Механизм подачи артиллерийского автомата работает либо за счет предварительно аккумулированной энергии (подвижных частей орудия или постороннего источ-ника’энергии), либо за счет постороннего источника, энергии. Если не хватает энергии выстрела на производство всех опера-
Рис. 6. 23. Схема системы подачи и хранения боеприпасов в башенной артиллерии
ций- перезаряжания или необходимо для обеспечения стабильности работы разгрузить автомат от излишних затрат энергии, возможно совместное одновременное использование энергии на подачу патронов как самого автомата (энергия отдачи), так и от постороннего источника (так называемый «электроподтяг»).
При проектировании механизмов подачи артиллерийских автоматов необходимо выполнить следующие основные требования:
1) кинематически должна обеспечиваться своевременная подача патрона на линию досылки. Механизм должен подавать один очередной патрон и отсекать все последующие патроны;
2) во время подачи и в исходном положении перед досылкой патрон должен занимать строго определенное фиксированное положение;
3) подача патрона по возможности должна быть принудительной. Собственную массу, как движущую или стабилизи
7*
195
рующую силу, определяющую положение патрона, ни в коем случае нельзя использовать;
4) усилия, развиваемые при подаче, не должны приводить к смятию патрона, к распатронированию или выламыванию снаряда из дульца гильзы;
5) механизмы подачи должны потреблять небольшую энергию и иметь высокий КПД. При уменьшении количества патронов (последние патроны боезапаса) или при холостом срабатывании механизма подачи избыточная энергия механизма не должна приводить к деформациям соударяющихся деталей, т. е. к снижению живучести механизма;
6) механизмы подачи не должны быть чувствительны к загрязнению, запылению и изменению влажности и температуры;
7) тракт подачи патронов к автомату в процессе стрельбы должен быть неподвижен. Особенно важным это требование является применительно к автоматам крупных калибров (37 мм и выше), где патроны имеют, значительную массу и где часто бывает необходимо производить подпитку во время стрельбы (например при обойменном питании);
8) механизм подачи должен иметь так называемое «сдающее звено» — устройство, позволяющее блокировать подачу при появлении значительного сопротивления движению патронов, и позволять при этом сделать холостой ход приводу механизма подачи;
9) механизмы подачи должны быть прочны, неуязвимы и просты в производстве.
Механизмы подачи артиллерийских автоматов можно разделить на следующие конструктивные типы:
— с подачей патронов из сменяемых коробчатых или барабанных магазинов;
— с ленточной подачей патронов;
—> с обойменной подачей патронов при несменяемом магазине, в котором расположен механизм подачи;
— с бункерной подачей патронов.
Рассмотрим указанные типы механизмов подачи в приведенной последовательности.
Подача из коробчатого или барабанного магазина
Подача из коробчатого или барабанного магазинов получила довольно широкое распространение для автоматов сравнительно небольшого калибра.
Магазин заполняется патронами заранее, при этом сжимается подающая пружина магазина, аккумулируя энергию, используемую в дальнейшем на подачу.
Различие между коробчатым и барабанным магазином — в конструктивном оформлении самого магазина и направлении перемещения патронов внутри магазина.
196
Коробчатый магазин (рис. 6.24, а), как указывает само название, имеет форму прямоугольной коробки с прямолинейными гранями или слегка изогнутой коробки (для обеспечения наи-
Рис. 6. 24. Схемы коробчатого и барабанного магазинов
лучшего направления в нем патронов). Патроны 2 перемещаются в нем параллельно .боковым граням магазина 1 либо прямолинейно, либо по дуге небольшой кривизны, касательной к фланцам патронов, плотно прилегающих друг к другу (эта дуга образуется соответственно конусности гильз).
197
Увеличение длины этой дуги и замыкание ее в целую окружность приводит к созданию барабанного магазина (рис. 6.24,6). Здесь патроны 2 перемещаются по дуге окружности барабана, имеющей' значительную кривизну. Замкнутый характер конструкции вызывает необходимость бокового выталкивания патрона через окно в основании барабанного магазина 1.
В обоих типах конструкций патроны перемещаются пружиной, которая в коробчатом магазине может быть либо витой цилиндрической, либо пластинчатой, а в барабанном магазине — чаще всего спиральной. Силу начального поджатия пружины магазина выбирают обычно в пределах 2—3 весов одного патрона. Конечное поджатие принимается равным 1,5—2 веса всех патронов в магазине.
Величина рабочей стрелы сжатия пружины определяется габаритами и расположением патронов.
Патроны в магазине располагаются или в один ряд, или в несколько рядов (чаще всего в шахматном по-
Рис. 6.25. Схема многосекционного ко- рядке — рис. 6. 24, а). робчатого магазина гт
Для увеличения емкости коробчатого магазина его делают многосекционным (рис. 6. 25). Подача сначала осуществляется из одной секции, плоскость движения патронов в которой проходит через ось канала ствола. После опорожнения одной секции весь магазин с помощью устройства, показанного на рисунке или аналогичном ему, перемещается на один шаг так, что плоскость подачи патронов следующей секции совмещается с плоскостью стрельбы — начинается подача из следующей секции и т. д. Подача патронов из коробчатого или барабанного магазинов применяется в артиллерийских автоматах сравнительно небольших калибров (в основном в пределах 20— 30 мм) и имеет следующие преимущества:
1) более простую конструкцию автомата, так как подача осуществляется благодаря предварительно аккумулированной при снаряжении магазина энергии и поэтому отпадает необходимость
198
в создании специального привода, связывающего подвижные части автомата с механизмом подачи;
2) более надежную работу автомата, так как патрон надежно фиксируется и направляется в жестком магазине, благодаря чему исключается целый ряд задержек, свойственных другим видам подачи.
Основным недостатком магазинной подачи прежде всего является малая емкость магазина, прогрессивно уменьшающаяся при увеличении калибра орудия. Это приводит к уменьшению длины непрерывной очереди, к необходимости частой смены магазина, т. е. к значительному уменьшению практической скорострельности. Емкость магазина лимитируется предельной массой его, которая, в свою очередь, определяется физическими возможностями заряжающего: не более 25—405 кг, а для быстрой смены магазина его масса не должна превышать 10 кг (в противном случае затрудняется и удлиняется процесс смены магазина). При указанных данных емкость магазина артиллерийского автомата калибром 37 мм ограничивается примерно десятью патронами, а для калибра 57 мм — тремя — четырьмя, что явно недостаточно.
Другим недостатком магазинного питания является большая, так называемая «мертвая», масса магазина, которая обычно составляет 30—40% от массы расположенных в нем патронов. Ясно, что и этот недостаток особенно существенно начинает проявляться с увеличением калибра орудия.
Все это привело к тому, что для более крупных калибров, а также для малых калибров автоматов, нуждающихся в большой длине непрерывной очереди, получили распространение другие виды подачи и, в частности, ленточная подача.
Ленточная подача патронов
При этом виде подачи патроны соединяются между собою и составляют ленту, которая перемещается механизмом подачи. Количество патронов в одной ленте определяет длину непрерывной очереди выстрелов, которая может буть дана из этого автомата, после чего необходимо подключить другую ленту и т. д.
Главные конструктивные требования, которые предъявляются к патронным лентам, сводятся, в основном, к обеспечению прочности ленты, гибкости, упругости, малой массы и высокой износоустойчивости.
Эксплуатационные требования заключаются в быстрой заполняемости ленты патронами, в удобстве подключения к механизму подачи, в обеспечении простоты хранения и коррозийной устойчивости, а также в многоразовости использования одной и той же ленты.
По конструкции различают ленты мягкие, жесткие и полужесткие. Последние два типа носят название звеньевых лент.
199
Мягкие ленты могут изготовляться из холста, хлопчатобумажной ткани или какого-либо синтетического материала. Ленты первых двух видов имеют незначительную массу, хорошую гибкость, достаточную прочность, но.гигроскопичны и.быстро изнашиваются. Гигроскопичность приводит к тому, что усилие, необходимое для извлечения патрона из ленты, и шаг ленты значительно меняются в процессе эксплуатации, что отрицательна сказывается на работе механизма подачи. Что касается мягкой ленты третьего вида — ленты из синтетического материала, та она в настоящее время еще исследована недостаточно, но, по-видимому, перспективна.
Жесткие ленты представляют собою шарнирные соединения металлических обойм, в каждой из которых удерживается несколько патронов. Такие ленты достаточно прочны, хорошо направляют патрон, но имеют малую гибкость и сравнительна большую массу. Малая гибкость жесткой обойменной ленты часто требует размещения ее в специальных магазинах. Необходимость магазина на самом автомате, еще более увеличивающего массу механизма подачи, массу и габариты автомата в целом, несколько ограничивает применение жестких, обойменных, лент.
Наибольшее распространение для автоматов средних калибров получили-механизмы подачи с полужесткими лентами.
В полужестких лентах патроны соединены между собою от- ' дельными упругими металлическими звеньями, штампованным из листовой стали. Места соединения звеньев выполняются таким образом, что одно звено имеет несколько степеней свободы перемещения относительно другого, но в небольших пределах. Благодаря этому лента является гибкой, и с ее’помощью патроны могут подводиться к автомату по рукавам довольно сложной формы (в авиационных автоматах), чем обеспечивается непрерывная работа механизма подачи в большом диапазоне углов возвышения (в зенитных автоматах).
Иногда приходится применять специальные механизмы, предохраняющие ленту от перекручивания, такие, например, как на. рис. 6. 26.
Для того, чтобы освободить механизм подачи от необходимости тянуть всю ленту с боекомплектом /, ленту укладывают в ящике 2 в несколько слоев ограниченной длины и. механизм подачи п-еремещает только ту часть ленты, которая ограничена последним звеном верхнего слоя. В тех случаях, когда энергии,, получаемой механизмом подачи от выстрела, не хватает для протягивания ленты, используется дополнительный источник энергии, чаще всего так называемый электроподтяг. Электроподтяг состоит из электродвигателя, силового редуктора и барабана или звездочки, непосредственно перемещающих ленту. Электроподтяг проектируется таким образом, что между его барабаном и. механизмом подачи автомата во время стрельбы образуется не* 200
Рис. 6.26. Схема механизма, предохраняющего ленту от перекручивания
может быть совмещен с механиз-1 от скручивания. Тогда кониче-
большое провисание ленты, не полностью выбираемое при перемещении ленты на один шаг механизмом подачи автомата (рис. 6. 27).
Механизм электроподт мом, предохраняющим ле] екий барабан механизма, превращается в барабан электроподтяга.
Полужесткие ленты могут быть рассыпными и нерассыпными. В первом случае связь между звеньями ленты осуществляется с помощью патронов 2 непосредственно или при помощи зацепов, замыкаемых патроном. После извлечения патрона связь между звеньями нарушается, и лента последовательно, звено за звеном рассыпается. Освобождающиеся отдельные
звенья направляются по звеньеотводу из автомата наружу или в звенье-улавливатель.
В нерассыпных лентах 1 при извлечении патрона 2 связь между звеньями не нарушается (рис.
6.28). В лентах обоих типов (рассыпной и нерассыпной) патрон может извлекаться из звена (в зависимости от конструкции патроня и конструкции звена) либо проталкиванием вперед («прошиваться» сквозь звено), либо извлекается назад (в звеньях закрытого типа), либо снимается в поперечном направлении— в звеньях открытого типа (рис. 6.29). При поломке одного звена рассыпной ленты его легко можно заменить или вообще удалить. При поломке звена нерассыпной ленты ее нужно ремонтировать.
Недостатком звеньев закрытого типа является необходимость извлекать из ленты патрон 2 выдергиванием его назад, что связано с усложнением механизма подачи либо введением ступенчатой (двухэтажной) подачи (рис. 6.30,6) назад — вниз—вперед, либо перемещением патрона назад во вращающейся звездочке (рис. 6.30, а) с помощью спирального копирного паза 1 (рис. 6. 30, в) в коробе — по кругу — вниз на линию досылки (рис. *6.30). Преимуществом последнего вида подачи является
201
возможность вращения барабана при движении ведущего звена автоматики назад и вперед, т. е. возможность перемещать патроны на один шаг за больший промежуток времени.
Рис. 6. 27. Схема механизма подачи ленты с электроподтягом
Ленточное питание способствует увеличению практической скорострельности. Например, для авиационных автоматических
Рис. 6. 28. Нерассыпная лента
пушек, имеющих сравнительно небольшой боезапас, ленточным питанием удается обеспечить непрерывную подачу всего боезапаса.
202
о
о
Рис. 6."29. Схемы звеньев различных видов:
а, б, д, ж, и—звенья с удалением патрона вперед; в, г, з, к—звенья с боковым удалением патрона; е—звенья с удалением патрона назад
203
С увеличением калибра автомата увеличивается масса ленты, ее громоздкость. Еще более возрастает и время, необходимое для смены ленты. Это приводит к тому, что для артиллерийских
Рис. 6. 30. Схема механизма подачи с извлечением патрона назад 1—ось пружины; 2—патрон
автоматов более крупных калибров (свыше 45 мм) находит преимущественное применение другой тип механизмов подачи — механизмы с обойменной подачей.
Обойменная подача
При этой подаче патроны до начала стрельбы размещаются в металлических жестких обоймах по несколько патронов в каждой. Если механизм ленточной подачи проектируется, исходя из принципа обеспечения непрерывной очереди на весь боекомплект, то к проектированию автомата с обойменной подачей приходят после признания вынужденной необходимости перерывов в стрельбе на пополнение механизма подачи снаряженными обоймами (на «подпитку»). При этом жесткая обойма оказывается удобнее, чем податливая лента.
Для, того, чтобы была возможна быстрая подача обойм в приемник, масса обоймы с патронами должна быть порядка 10— 15 кг при предельной массе 28—30 кг. Саму обойму следует делать как можно легче, обеспечивая только надежное соединение нескольких патронов для манипулирования с ними, как с единым целым. Для крепления патронов в обойме используется фланец гильзы (закраина) или специальные проточки. Обоймы могут быть перемещающимися вместе с патронами в приемнике механизма подачи и освобождающие патрон только при выходе его
204
на линию досылки. Примером может служить обойма 57-мм автоматической зенитной пушки (рис. 6.31 и 6.32). Другой разновидностью обойм являются такие, которые могут перемещаться внутри магазина автомата (рис. 6.33).
Рис. 6.31. Размещение обойм на орудии
Перемещение обойм или патронов в механизмах подачи может производиться или непосредственно передачей движения от подвижных частей (рис. 6.33,6) или энергией предварительно сжатой пружины (рис. 6.33, а).
Рис. 6; 32. Схема обоймы с закрепленными патронами, /—патроны, 2—обойма
Недостатком обойменного питания является возможность стрельбы лишь короткими очередями, что не обеспечивает высо-’ кой практической скорострельности, сглаживания разницы между высокотемпными и низкотемпными автоматами.
205
Рис. 6.33. Схема обойменной подачи с перемещением патронов внутри магазина
Рис. 6. 34. Схема обойменной бункерной подачи а, б, в, г—различные положения боекомплекта при подаче снаряда
206
Бункерная подача
Увеличить длину непрерывной очереди и для автоматов крупных калибров можно, применяя бункерную подачу.
Необходимо заметить, что бункерная подача применяется не только для автоматов крупного ~~
может быть целесообразна и для автоматов мелких калибров с очень высокой скорострельностью, где частая смена магазинов снизила, бы эффективность стрельбы, а лента очень большой длины может привести к частым задержкам из-за возможных перекосов и захлестывания.
Бункерная подача может быть обойменной (рис. 6.34) и безобойменной (элеваторной) (рис. 6.35).
Преимуществом бункерной подачи является возможность обеспечения большой непрерывной очереди при отсутствии ленты.
Недостатки — наличие, больших масс на качающейся части пушки, изменяющихся в процессе стрельбы, относительная сложность механизма и пониженная надежность в условиях стрельбы на ходу с танка, самолета, катера.
6. 6. ДОСЫЛАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
После подачи патрона на
калибра. По-видимому, она
линию досылки производится перемещение его в камору орудия досылающими устройствами.
Начало этой операции мо
Рис. 6. 35. Схема безобойменной бункерной подачи
а—положение патрона в стволе; б—подача следующего патрона; в—досылка
жет быть разрешено только в тот момент, когда затвор открыт, а стреляная гильза удалена из каморы и полностью освободила весь тракт досылки йатрона. Пока досылка не закончилась, т. е. патрон не вошел полностью в камору, не могут быть начаты следующие операции (запирание затвора и производство выстрела). Таким образом, досылка является операцией, своей продолжительностью лимитирующей темп стрельбы.
207
Стремление повысить темп стрельбы приводит к необходи-. мости увеличения скоростей досылателя патронов и сокращения времени досылки. Предельно минимальным путем досылки, как правило, является длина патрона. Эту задачу решают конструктивным путем в целом ряде схем автоматов. Пределы увеличения скоростей досылки ограничиваются характеристиками досьг-лающего устройства и особенностями процесса досылания, которые прежде всего состоят в недостаточной жесткости гильзы и узла ее соединения со снарядом.
Можно считать, что процесс досылания патрона состоит из двух отличающихся своими особенностями этапов: разгона патрона до определенной скорости и торможения его перед фиксацией в патроннике.
При разгоняющем ударе может произойти либо потеря жесткости дульца или ската гильзы, проявляющаяся в образовании «воротника» и препятствующая заряжанию, либо смятие дна гильзы.
Торможение патрона при больших скоростях его досылания может привести к явлению распатронирования, т. е. смещению снаряда в дульце гильзы на недопустимую величину. Часто это делает невозможным перезаряжание орудия, так как снаряд, врезавшийся ведущими устройствами в нарезы, не извлекается с гильзой, из каморы, а остается, в стволе. В таких случаях может произойти высыпание заряда в камору ствола, что особенно опасно при разогреве последнего. При недостаточной внимательности перезаряжающего в условиях напряженного боя возможна досылка следующего патрона при неизвлеченном снаряде и выстрел сдвоенным снарядом, что приводит к разрыву ствола.
В ряде случаев в процесес торможения наблюдается также значительное смятение или срезание буртика (закраины) гильзы, а также «проскок» патрона в камору. Эти явления могут привести к осечке при выстреле, к невозможности захвата фланца гильзы экстрактором для извлечения из орудия стреляной гильзы, а также к незакрыванию затвора.
Для ликвидации указанных недостатков необходимо, чтобы досылающее устройство отвечало следующим требованиям:
1) должно досылать патрон с определенной скоростью, не превосходящей определенных пределов, во избежание явления распатронирования или отскока патрона от казенного среза каморы, срыва фланца гильзы, осаживания снаряда внутрь гильзы, гофрирования корпуса гильзы, выпучивания дульца и преждевременного срабатывания капсюльной втулки;
2) должно обеспечивать высокую скорострельность орудия путем сокращения цикла работы механизмов заряжания, должно использовать для работы наиболее экономичный источник энергии и наиболее подходящий для данного типа орудия, должно быть безопасным и надежным в работе, в нем должна быть предусмотрена возможность приведения в действие вруч
208
ную (в случае выхода из строя источника питания или нарушения нормальной работы досылателя).
Досылающие устройства зенитных орудий должны обеспечивать постоянное время досылки на всех углах возвышения. В танках и САУ особенно следует обращать внимание на то, чтобы применение досылателя не уменьшало горизонтальных и вертикальных углов обстрела и не снижало возимого боекомплекта.
Досылание патрона (или раздельно снаряда и гильзы) может быть принудительным на всем пути досылки, либо только на части его. Главнейшим достоинством принудительной досылки является возможность повышения средних скоростей досылки с торможением досылателя, а с ним и патрона на последнем участке движения.
Однако применение принудительного досылания на всем пути движения патрона связано с. необходимостью иметь большой ход досылающего устройства, а также ускорительный или реверсивный механизм, отводящий досылающее устройство на всю величину его хода. Поэтому обычно досылание патрона производится принудительно на некотором участке его движения (примерно на половину длины корпуса гильзы) с последующим инерционным движением патрона. Средняя скорость досылки, определяющая собой время досылки, выше допустимой скорости остановки патрона, что обеспечивает повышение темпа стрельбы.
В орудиях с клиновым затвором калибром свыше 37 мм значительное повышение (в 3—5 раз) допустимых' скоростей досылки может быть получено введением гибкой связи между патроном и клином, выполненной в виде двух упругих ветвей выбрасывателя, обладающих строго определенными податливостью и соотношением плеч.
Досылающие устройства могут, работать, используя энергию выстрела или постороннего источника. Использующие энергию выстрела досылающие устройства могут быть пружинные, пневматические, гидропневматические. При этом они могут взводиться как при откате ствола, так и при накате. Взведение так же может осуществляться отводом пороховых газов из канала ствола. Посторонним источником энергии может быть электродвигатель, сжатый газ с частичным или полным его расходом и т. п.
В качестве ведущего звена могут использоваться стержень, родик, рычаг, каретка, цепь и просто затвор. Досылатели кренятся на качающейся части орудия.
Схема пружинного досылающего устройства показана на рис. 6. 36. Все части досылателя за исключением защелок движутся вместе с откатными частями.
При накате ствола и цилиндра 5 лапа досылателя удерживается в крайнем заднем положении защелкой, вследствие чего происходит сжатие пружины 2 досылателя 3. При подходе откат
209
ных частей в переднее положение, когда патрон оказался на лотке 1 досылателя, защелка 4 утапливается, происходит досылка патрона. Основные достоинства пружинных досылающих устройств — конструктивная и эксплуатационная простота и независимость действия от внешних температурных условий. Не-
Рис. 6. 36. Схема пружинного досылателя
достатки — трудность регулировки скорости досылки в зависимости от углов возвышения, большие габариты и масса.
В некоторых конструкциях досылателей фланец гильзы с двух сторон, захватывается специальными зацепами, которые входят в копирные прорези лотка досылателя. К концу наката зацепы расходятся и освобождают фланец гильзы. Патрон по
Рис. 6. 37. Схема гидропневматического досылателя: 2—цилиндр досылателя, 5—пружина ускорителя
инерции попадает в патронник, а досылатель остается в передней части лотка с разведенными зацепами на всем протяжении отката лотка, что дает возможность выбросить гильзу при откате. Пружинные досылающие устройства являются более приемлемыми к орудиям малого калибра (до 76 мм).
На рис. 6.37 изображен гидропневматический досылатель.
210
Все детали досылающего устройства за исключением упора 6 закреплены на люльке орудия. Упор 6 закреплен на откатных частях. При накате в некоторый момент упор 6 встречает шток ускорителя 4, который, перемещаясь в цилиндре 3, производит взведение лапы досылателя. К моменту постановки лапы на шептало 10 упор отводится от штока специальным копиром на люльке. При взведении досылателя воздух в воздушном резервуаре 1 сжимается. При утапливании шептала 10 шток с лапой досылателя 7 устремляется вперед, происходит досылка патрона.
Рис. 6.38. Схема цепного электромеханического досылателя
Регулирующий кран 8 предназначен для регулировки скорости досылки при различных углах возвышения: при досылке жидкость идет через регулирующий кран, отверстие которого увеличивается с уыеличением угла возвышения, обратный клапан закрыт; при взведении жидкость идет через кран 8 и клапан 9,
Гидропневматические досылающие устройства нашли широкое применение в зенитных орудиях. Основные их достоинства — сравнительная простота конструкции и легкость регулирования скорости досылки в функции утла возвышения. Недостатки — трудность превого взведения, большие габариты и зависимость работы досылателя от температуры окружающей среды. Использование гидравлических досылателей целесообразно в зенитных самоходно-артиллерийских установках среднего и крупного калибра.
На рис. 6.38 изображен цепной электромеханический досылатель. Досылка производится цепью /, привод которой осуществляется электродвигателем 2 через червячный редуктор и звездочку 3. Досылатель смонтирован в каретке 4, имеющий лоток 5 и стопор 6 каретки.
6. 7. УСКОРИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Ускорительные механизмы применяются в основном в артиллерийских автоматах, работающих на принципе использования энергии отката ствола при коротком его ходе.
211
Как уже указывалось в разделе 3.7, ствол в этих автоматах откатывается на величину, равную —----— длины патрона. Для
перезаряжания же автомата устройство, осуществляющее досылку патрона, должно перемещаться (отводиться назад) на величину, несколько большую, чем длина патрона. Таким устройством может быть или продольно-скользящий поршневой затвор, или (при наличии клинового затвора) досылатель патронов.
С энергетической точки зрения ускорительный механизм является перераспределителем кинетической энергии движения
Рис. 6. 39. Схема ускорительного механизма рычажного типа
откатных частей между стволом и затвором или между стволом и досылателем, так как при увеличении скорости и энергии движения затвора или досылателя происходит соответствующее уменьшение скорости и энергии движения ствола.
Основными требованиями, которым должна удовлетворять конструкция ускорительного механизма, следует считать безударное включение механизма в работу, плавное из-
менение передаточного числа в процессе работы, небольшие динамические усилия в кинематических парах, малые потери энергии подвижных частей на преодоление вредных сопротивлений.
По характеру действия ускорительные механизмы делятся на механизмы плавного (безударного) ударного действия.
По конструкции рабочего элемента наиболее распространенные ускорительные механизмы делятся на следующие типы: рычажные, рычажно-копирные, кулачковые, реечные, реечно-копир-ные, гидравлические.
Кроме указанных типов механизмов, имеются также механизмы пружинного и газового типов, которые распространения не получили.
Рассмотрим устройство и действие ускорительных механизмов основных типов.
Ускорительный механизм рычажного типа (рис. 6.39) состоит из рычага /, ось вращения которого находится на кронштейне ствола 2, жесткого упора 3, находящегося на люльке, и выступа затвора или досылателя 4. При наличии продольно-скользящего затвора между нижним концом рычага 1 и жестким упором 3 имеется зазор s. При выстреле ствол, затвор и рычаг перемещаются вместе на величину зазора <$, пока давление пороховых газов в канале ствола не упадет до безопасной величины.
212
При дальнейшем движении нижний конец рычага 1 натыкается на упор 3 и, вследствие продолжающегося отката ствола 2, рычаг 1 поворачивается вокруг своей оси вращения. Верхний конец рычага /, имеющий при этом большую линейнук> скорость, воздействует на выступ затвора 4 и сообщает ему дополнительную скорость отката.
При наличии клинового затвора, когда нет необходимости дожидаться падения давления газов в стволе, зазора s можег не быть, т. е. взведение (ускорение) досылателя можно начинать
с начала движения ствола в откат.
Достоинством конструкции ускорительного механизма-рычажного типа является ее простота, недостатком — ударная работа механизма, в результате чего на опорных поверхностях получаются вмятины, детали быстро изнашиваются, резко возрастает усилие на цапфах автомата.
Ликвидировать недостатки ускорительного механизма ры
Рис. 6. 40. Схема ускорительного механизма рычажно-копирного типа
чажного типа можно путем ли-
бо постановки копира вместо жесткого упора 3 на люльке, либо путем придания рычагу формы кулачка. В первом случае получается ускорительный механизм рычажно-копирного типа, во втором — ускорительный механизм кулачкового типа.
Ускорительный механизм рычажно-копирного типа (рис. 6.40) состоит йз рычага /, ось вращения которого находится па кронштейне ствола 2, копира 3, находящегося на люльке, и выступа затвора или досылателя 4.
При выстреле ствол и затвор (или досылатель) откатываются вместе назад до определенного момента. После того, как нижний конец с роликом рычага 1 вступает в контакт с копиром 3, верхний конец рычага, воздействуя на выступ досылающей детали 4, сообщает последней дополнительную скорость отката.
Достоинством конструкции ускорительного механизма рычажно-копирного типа является плавность его работы, а также возможность получения желаемого закона разгона ускоряемой детали.
Ускорительный механизм рычажно-копирного типа находит применение в зенитных'автоматах.
Ускорительный механизм кулачкового типа (рис. 6.41) состоит из кулачка /, ось вращения которого обычно располагается на люльке, кронштейна (выступа) ствола 2, упирающегося в переднюю поверхность кулачка, и выступа 3 ускоряемой
213
детали, контактирующей с задней (фигурной) поверхностью кулачка.
При выстреле откатывающийся ствол своим кронштейном 2 воздействует на кулачок 1 и заставляет поворачиваться его относительно своей оси. При повороте кулачка 1 в результате воздействия его фигурной поверхности на выступ 3 происходит ускоренный откат затвора или досылателя. При этом желаемый закон движения затвора или досылателя достаточно просто обеспечи-
'Рис. 6.41. Схема ускорительного механизма кулачкового типа
Рист. 6. 42. Схема ускорительного механизма реечного типа
вается профилем фигурной поверхности кулачка /, что является одним из достоинств конструкции кулачкового ускорительного механизма. Другими достоинствами данного механизма является его простота конструкции, технологичность изготовления и небольшие габариты.
Ускорительные механизмы кулачкового типа нашли широкое применение в авиационных пушках.
Ускорительный механизм реечного типа (рис. 6.42) состоит из рейки /, жестко соединенной со стволом и находящейся в зацеплении с шестеренкой 2 малого диаметра, рейки 3, жестко соединенной с ускоряемой деталью и находящейся в зацеплении с шестеренкой 4 большого диаметра. Шестеренки 2 и 4 выполнены как единое целое и имеют одну ось вращения, жестко соединенную с люлькой. При выстреле с началом отката ствола рейка 1 заставляет вращаться с одинаковой угловой скоростью шестеренки 4. Но, так как шестеренка 4 имеет больший диаметр, чем шестеренка 2, то она сообщает рейке 3 и ускоряемой детали большую скорость движения, чем у ствола. Достоинством механизма реечного типа является то, что он работает как при •откате, так и прй накате ствола с постоянным передаточным числом и обеспечивает четкое для каждого момента времени движения положение ускоряемой детали по отношению к стволу. К недостаткам механизма следует отнести сложность устройства и ударность работы механизма вначале отката ствола. Умень-214
шить ударность действия механизма можно или подпружива-нием оси шестеренок 2, 4, или путем введения в его конструкцию копира, но в этом случае механизм будет называться ускорительным механизмом реечно-копирного типа.
Ускорительный механизм реечно-копирного типа (рис. 6.43) состоит из рейки 1 затвора или досылателя 2, зубчатого сектора 3 с роликом 4, копира 5, расположенного на люльке, малой шестерни 6, находящейся в зацеплении с зубчатым сектором 3„
и большой шестерни 7, находящейся в зацеплении с рейкой 1.
При выстреле ствол 8 откатывается вместе с затвором или досылателем 2, шестеренками 6, 7 и зубчатым сектором 3 с роликом 4. При откате ствола назад, ролик 4 набегает на копир 5 и поворачивает по часовой стрелке сектор 3, который, в свою очередь, поворачивает шестеренки 6 и 7 против- часовой стрелки. Большая шестеренка 7 ускоренно отводит рейку 1 затвора или досылателя 2 в крайнее заднее положение.
Рис. 6.43. Схема ускорительного механизма реечно-копирного типа
При накате ствола рейка, шестеренки и зубчатый сектор приходят в крайнее положение при помощи возвратной пружины рейки, либо под действием возвратной пружины затвора или досы
лателя.
Ускорительный механизм гидравлического типа (см. рис. 6.38) состоит из цилиндра 3, в котором расположен пор-шень со штоком 4 и пружиной 5, и цилиндра 2, в котором расположен поршень со штоком 7 с досылающей деталью. Цилиндры 2 и 3 соединены между собой трубопроводом, и их объемы между поршнями заполнены жидкостью (стеолом, веретенным маслом). При накате соединенный с откатными частями упор б воздействует на шток 4 и, перемещая его вперед, перегоняет жидкость из цилиндра 3 в цилиндр 2. Так как жидкость является практически несжимаемой, а поршень 4 имеет больший диаметр,, чем поршень 7, то поршень 7 и связанная с его штоком досылающая деталь переместятся на значительно большее расстояние, чем- поршень 4 из-за того, что пути перемещения поршней обратно пропорциональны квадратам их диаметров, В конце наката упор 6 набегает на копир люльки и перестает воздействовать на шток 4. Пружина 5 в механизме необходима для предотвращения образования вакуума в цилиндрах 2, 3 в случаеручного отведения досылающей детали со штоком 7 (при первом заряжании орудия) ,/гак как появление вакуума может привести
21S
к недопустимому увеличению скорости досылки первого патрона, л также к гидравлическому удару.
Достоинствами механизма этого типа является его компактность и надежность действия, недостатком — сравнительная «сложность устройства и эксплуатации.
Ускорительные механизмы гидравлического типа находят .достаточно широкое применение в зенитных и корабельных крупно-калиберных автоматах.
Следует иметь в виду, что с целью повышения темпа стрельбы ускорительные механизмы могут применяться не только для обеспечения ускоренного отката досылающей патрон детали, но и для ее ускоренного наката.
Г л а в а 7
ПРОТИВООТКАТНЫЕ УСТРОЙСТВА
7. 1. НАЗНАЧЕНИЕ ПРОТИВООТКАТНЫХ УСТРОЙСТВ И ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ.
СХЕМЫ ПРОТИВООТКАТНЫХ УСТРОЙСТВ
Противооткатные устройства артиллерийского орудия играют роль упругой связи ствола с лафетом и предназначаются для уменьшения действия выстрела на лафет. При этом противооткатными устройствами выполняются три задачи:
1) торможение отката ствола;
2) возвращение ствола и удержание его в переднем положении при всех возможных углах возвышения как неподвижного орудия, так и движущегося;
3) торможение наката ствола.
В соответствии с этим противооткатные устройства обычно состоят из гидравлического тормоза отката, гидравлического тормоза наката и накатника.
Кроме этих основных агрегатов к противооткатным устройствам относятся имеющиеся в некоторых конструкциях дополнительный буфер наката, компенсатор жидкости, механизм. регулирования длины отката в зависимости от изменения угла возвышения, устройства для повышения давления в уплотнениях, приспособления для заполнения жидкостью и газом, устройства для производства искусственного отката и т. д.
Назначением гидравлических тормозов является торможение отката и наката ствола с заданными законами сопротивления движению. Назначением накатника является возвращение ствола в переднее положение за счет аккумуляции части энергии отката, а также удержание ствола в переднем положении.
К противооткатным устройствам предъявляются следующие требования:
1) автоматическое и безотказное действие, однообразное при определенных условиях выстрела, и достаточно стабильное в широком диапазоне изменяющихся условий стрельбы;
2) полное поглощение избыточной энергии откатных частей на заданной длине отката и достаточно плавный и быстрый накат ствола;
3) отсутствие коррозии и сохранение надежности работы при длительном хранении;
217
4) простота конструкции, дешевизна изготовления, удобные разборка — сборка, регулирование, ремонт и замена изношенных или поврежденных деталей.
Кроме того, противооткатные устройства должны обеспечивать искусственный откат, а при раздельной перевозке ствола и лафета иметь механизм взаимной замкнутости с затвором, т. е. не должны допускать выстрел при отсутствии надежной связи ствола с лафетом. В целом ряде случаев действие противооткатных устройств связано с действием полуавтоматических или автоматических механизмов.
В современных артиллерийских орудиях наиболее часто встречаются схемы противооткатных, устройств со следующей конструктивной компоновкой:
1) тормоз отката и тормоз наката конструктивно объединены в один агрегат, накатник является отдельным агрегатом;
2) тормоз отката, тормоз наката и накатник конструктивно объединены в один агрегат.
При этом, может быть еще и дополнительный тормоз наката, работающий только на последнем участке и представляющий собою отдельный агрегат;
3) тормоз отката, тормоз наката и накатник являются отдельными агрегатами.
Выбор той или иной схемы противооткатных устройств, так же как и выбор конструктивного типа тормоза или накатника, осуществляется в зависимости от типа орудия, от боевых, эксплуатационных и производственно-экономических требований, предъявляемых к орудию, а также от субъективных факторов, связанных с накопленным опытом проектирования устройств и механзимов определенного типа.
7.2. СОПРОТИВЛЕНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ТОРМОЗА
Принцип действия гидравлического тормоза можно понять, рассмотрев схему, приведенную на рис. 7.1, представляющую собою один из многочисленных конструктивных вариантов.
Тормоз состоит из цилиндра /, внутри которого помещается поршень 2, шток 3 которого выходит из цилиндра через отверстие в дне, снабженное уплотнением 4. Цилиндр наполнен жидкостью, которая при движении поршня перетекает из одной полости цилиндра в другую, разделенные поршнем, через канавки 5 простроганные на внутренней поверхности цилиндра.
В полости цилиндра Б ко дну крепится контр шток 7, предназначенный для вытеснения. жидкости из цилиндрического гнезда 6 в штоке при обратном движении поршня.
Предположим, что цилиндр тормоза закреплен в люльке орудия и при откате ствола остается на месте. Шток с поршнем связаны с казенником и участвуют в откате. Перемещаясь относительно неподвижного цилиндра, поршень штока заставляет 218
жидкость перетекать из задней (рабочей) полости цилиндра А в переднюю (нерабочую или запоршневую) полость Б по канавкам 5.
Так как сечение канавок относительно невелико по сравнению с рабочей площадью поршня, то истечение жидкости через канавки может быть обеспечено довольно высоким перепадом давления в рабочей полости А и давления р2 в запоршневой полости Б. Давление pi зависит от плотности и вязкости жидкости,, от поперечной площади отверстий для истечения жидкости (по
Рис.' 7. 1. Гидравлический тормоз отката канавочного типа с игольчатым тормозом наката
канавкам 5), от величины рабочей площади поршня и от скорости движения поршня со штоком. Кроме этого на величину давления р\ некоторое влияние оказывает конфигурация отверстии истечения и соотношение площадей поперечного сечения поршня и штока.
Давление р2 при откате в данной конструкции тормоза может быть принято равным нулю, так как часть штока выходит из полости цилиндра, заполненной жидкостью, до начала отката,, и внутри тормоза освобождается объем, называемый «объемом вакуума», незаполняемый жидкостью, который, по предположению, сосредоточен в запоршневой полости, а не в рабочей, где жидкость подвергается сжатию поршнем.
Такой тормоз принято называть тормозом без противодавления, в противоположность тормозам, в которых жидкость перетекает из полости с более высоким давлением в полость с низким давлением. Последние носят название «тормозов с противодавлением».
Давление pi, действуя на рабочую площадь поршня, равную
Ap = ^-(D^~d^
219
образует силу гидравлического сопротивления тормоза которая, с одной стороны, тормозит откатывающийся ствол, а с другой, через дно цилиндра 1 и узел крепления его в люльке нагружает лафет орудия в направлении отката. Зависимость давления в цилиндре и силы гидравлического сопротивления тормоза от площади отверстия истечения позволяет влиять на закон торможения ствола, изменяя профиль канавок по длине отката.
При накате ствола шток с поршнем движутся в обратном направлении. Сначала происходит перемещение свободного, незаполненного жидкостью объема из запоршневой полости в рабочую (наряду с уменьшением его величины вследствие входа штока в полость цилиндра). Это явление носит название «выбор вакуума». До момента полного выбора вакуума через канавки 5 жидкость почти не перетекает, давление в обеих полостях выравнивается и близко к нулю. Гидравлическое сопротивление тормоза отсутствует несмотря на сокращение запоршневой полости. После выбора вакуума в запоршневой полости дальнейшее движение штока с поршнем возможно лишь при выдавливании жидкости через канавки 5 из полости Б в полость А, а на последнем участке наката и при выдавливании жидкости из полости 6 контрштоком 7 через кольцевой зазор или продольные канавки на контрштоке. Образующиеся давления в полостях Б и 6, воздействуя на шток и поршень, образуют силу гидравлического сопротивления при накате и тормозят накат, а с другой стороны, воздействуя на переднее дно цилиндра, — нагружают лафет этой же силой в направлении наката. Величина давления и силы гидравлического сопротивления при накате зависят от тех же факторов, что и давление и сила гидравлического сопротивления при откате, т. е. от плотности и вязкости жидкости, от поперечной площади отверстий для истечения жидкости, от величины рабочей площади поршня и от скорости его движения. Профиль канавок 5, т. е. закон изменения площади отверстий истечения жидкости по канавкам в функции пути, определен необходимостью обеспечения желаемого закона изменения силы гидравлического сопротивления при откате. Поэтому в накате при обратном перетекании жидкости из полости Б в полость А по канавкам 5 образующаяся так называемая «сила гидравлического сопротивления тормоза отката при накате» (за счет воздействия на поршень давления жидкости в полости Б) не является достаточной для торможения наката и не обеспечивает желаемъш закон торможения. Для исправления закона торможения наката созданием дополнительного гидравлического сопротивления и служит тормоз наката, роль которого в данной конструкции выполняет входящий в полость 6 штока контршток 7, 220
выдавливающий жидкость из этой полости. Давление жидкости в полости 6 в осевом направлении создает силу гидравлического сопротивления тормоза наката, которая, с одной стороны, тормозит шток, а с другой — через контршток и дно цилиндра дополнительно нагружает лафет в направлении наката. Величина этой силы и закон ее изменения в функции пути наката регулируется величиной поперечной площади отверстия для истечения жидкости в зазор между боковой поверхностью контрщтока 7 и внутренней боковой поверхностью полости 6 штока. Это может быть достигнуто либо изменением профиля контрштока, либо созданием на боковой поверхности контрштока канавок переменного профиля.
Следует обратить внимание на то, что надежное обеспечение гидравлического сопротивления тормоза наката может быть достигнуто только при гарантированном предварительном заполнении жидкостью той полости, откуда при торможении наката ее необходимо выдавливать. В данном случае это полость 6, которая заполняется частично во время отката, частично — в начале наката, до того момента, когда контршток 7 начнет вдвигаться в полость 6. Если последняя к этому моменту не будет заполнена жидкостью, то и не будет сопротивления вдвиганию контрштока, т. е. будет отсутствовать гидравлическое сопротивление тормоза наката. Это происходит до тех пор, пока пустоты в полости 6 не будут полностью выбраны контрштоком. Только после этого начнется выдавливание, жидкости и появится сила гидравлического сопротивления тормоза наката.
Таким образом, принцип действия гидравлического тормоза заключается в том, что откатывающиеся части орудия, обладающие запасом кинетической энергии, расходуют ее на совершение работы по преодолению силы гидравлического сопротивления на пути отката. В результате этой работы частицы жидкости, продавливающейся через отверстия малого сечения, получили запас кинетической энергии. При этом скорости потока жидкости в направленных струях зависят от соотношения рабочих площадей, элементов, выдавливающих жидкость, и площадей отверстий для истечения. В существующих конструкциях скорости движения жидкости достигают порядка сотен и даже тысяч метров в секунду. Таким образом, кинетическая энергия откатывающихся частей превращается в кинетическую энергию струйных потоков жидкости. Часть энергии теряется, переходя в тепло при трении в уплотнениях и при трении частиц жидкости о стенки тормоза. Остальная часть кинетической энергии частиц жидкости, имеющих направленное движение в виде струй, превращается в тепловую энергию после того, как струи теряют свою форму, отражаясь от дна цилиндра и от его стенок в за-поршневой полости. Час'тицы жидкости переходят из направленного потока в беспорядочное движение. Жидкость нагревается, и через стенки тормоза отдает свое тепло в окружающее про-
221
странство и соседним элементам орудия. Таким образом завершается необратимый процесс «поглощения» энергии в гидравлическом тормозе. Процесс нагрева жидкости в тормозе при стрельбе и процесс охлаждения происходят неравномерно.
Нагрев происходит быстро (в доли секунды) за время цикла отката — наката. Охлаждение, определяемое явлениями теплопроводности и лучеиспускания происходит гораздо медленнее. Поэтому при интенсивной стрельбе происходит постепенный нагрев жидкости в тормозе, зависящий от количества поглощенной энергии в тормозе, от количества жидкости и ее удельной теплоемкости, от металлоемкости и величины поверхности охлаждения тормоза, а также от режима стрельбы. Повышение температуры жидкости на один выстрел составляет (0,5—1,5) К.
Явлениями, сопровождающими процесс нагревания жидкости и влияющими на работу тормоза, являются увеличение объема жидкости и изменение ее вязкости.
Так как полость цилиндра тормоза при нагревании практически сохраняет свой объем, то при расширившейся жидкости шток тормоза, входя в цилиндр при накате, не найдет себе там достаточного места и не сможет занять положения, соответствующего полному накату ствола.
Ствол остановится в состоянии некоторого «недоката», т. с. недохода ствола до нормального переднего положения. Стрельба из этого положения приводит к дальнейшему расстройству нормального режима работы тормоза и может оказаться опасной для орудия, так как это приводит к повышенным нагрузкам на лафет и к потере устойчивости и неподвижности орудия.
В качестве средств, устраняющих появление недокатов ствола, применяют либо недолив жидкости при сборке тормоза, либо компенсатор жидкости как особое устройство, связанное с тормозом, поглощающее избыток жидкости при ее расширении от нагрева и автоматически подающее жидкость обратно в тормоз (при ее охлаждении). Подробно об устройстве компенсаторов будет сказано ниже.
В некоторых случаях роль компенсатора жидкости в тормозе выполняет накатник. Это может быть обеспечено при органической связи тормоза и накатника, работающих как единый агрегат.
Изменение вязкости жидкости при нагреве приводит к изменению режима работы тормоза, к некоторому снижению сил гидравлического сопротивления в начале торможения и к увеличению в' конце, а также может привести к некоторому увеличению длины отката.
Изменение вязкости жидкости, связанное с глубоким охлаждением тормоза до начала стрельбы, приводит к увеличению сил гидравлического сопротивления при первых выстрелах (особенно 222
на начальном участке отката) и сопровождается уменьшением длин отката. После нескольких выстрелов тормоз выходит на нормальный режим работы.
7 3. КЛАССИФИКАЦИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ТОРМОЗОВ
В артиллерийских орудиях находят применение многообраз,-ные по своим принципиальным и конструктивным схемам гидравлические тормоза отката и наката.
По принципиальным схемам гидравлические тормоза можно классифицировать следующим образом:
1. Тормоза без противодавления истечению жидкости.
В процессе работы такого тормоза жидкость из рабочей полости с высоким давлением пробрызгивается в нерабочую полость, где давление отсутствует. Сила гидравлического сопротивления такого тормоза равна произведению давления в рабочей полости на рабочую площадь, как в тормозе отката, рассмотренном в разд. 7.2, который может служить примером конструкции данного типа.
2. Тормоза с противодавлением истечению жидкости.
В процессе работы такого тормоза жидкость из рабочей полости с более высоким давлением пробрызгивается в полость с низким давлением. На силу гидравлического сопротивления такого тормоза оказывают влияние как величины обоих давлений, так и рабочие площади, на которые эти давления действуют. Примеры применения такой схемы будут рассмотрены ниже. Необходимость применения таких схем объясняется стремлением совместить выполнение различных задач в одном агрегате. При этом, вытеснение жидкости из ^одной полости тормоза сопровождается принудительным заполнением другой полости. Это может потребоваться, например, для обеспечения надежного торможения наката, для взведения накатника или досылателя, если кинематическая связь к ним от откатных частей установлена через тормоз и т. д.
3. Тормоза с постоянной площадью отверстия истечения. Изменение силы гидравлического сопротивления такого тормоза зависит от изменения скорости .откатывающихся частей в то время, как конструктивные параметры самого тормоза в процессе отката не меняются. Применяются такие схемы в настоящее время редко, так как несмотря на большую простоту расчетов, возможности регулирования закона торможения здесь сужены.
4. Тормоза с изменяющейся площадью отверстия истечения, не зависящей от давления жидкости.
В процессе работы такого тормоза осуществляется регулирование закона изменения силы гидравлического сопротивления
223
путем принудительного изменения площади отверстия истечения в зависимости от пути отката. Такие схемы получили наибольшее распространение в сязи с тем, что они позволяют получить закон торможения, близкий к желаемому, что очень важно для рационального проектирования орудия в целом.
Несколько примеров применения такой схемы в реальных конструкциях будут рассмотрены ниже.
Недостатком этой схемы является возможность возникновения резких нарастаний давления и силы гидравлического сопротивлениям случаях существенных отклонений условий стрельбы от нормальных, так как закон изменения площади отверстий истечения зависит только от пути и с давлением прямо не связан.
5. Тормоза с площадью отверстия истечения, зависящей от давления жидкости.
Принципиальной особенностью этой схемы является установление функциональной связи между площадью отверстия истечения и давлением в тормозе. Смысл этой связи "заключается в том, что резкие возрастания давления приводят к соответствующему увеличению площади отверстия истечения и, следовательно, уменьшению сопротивления истечению и снижению давления.
Сила гидравлического сопротивления должна остаться примерно постоянной, что очень удобно для стационарных, морских и зенитных полевых орудий. Этим и объясняется довольно широкое распространение этой схемы, несмотря на определенные недостатки, связанные с трудностями подбора требуемых масс и жесткостей деталей, осуществляющих регулирование площади отверстия истечения, о чем также будет речь ниже.
6. Тормоза с площадью отверстия истечения, изменяющейся по различным законам.
Сюда можно отнести те схемы тормозов, которые не вошли в предыдущие или являются комбинацией из уже указанных схем. Например, схема, в которой величина площади отверстия истечения зависит как от давления в тормозе, так и от хода регулирующей детали, не связанной непосредственно с откатывающимися частями. Кроме этого можно указать на схемы со ступенчатым регулированием отверстий истечения и т. д. Все эти схемы не являются характерными, хотя и находят применение в связи с необходимостью обеспечения каких-то определенных законов торможения.
Классификация тормозов в зависимости от конструктивных особенностей является довольно сложной задачей в связи с имеющимся многообразием применяющихся конструкций.
Вследствие того, что при проектировании гидравлического тормоза приходится решать целый ряд разнообразных конструкторских задач, то и классификацию конструкций тормозов приходится производить по различным признакам, ца которые будет указано при рассмотрении конструктивных схем.
224
7.4. КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ТОРМОЗОВ
В большинстве случаев тормоза отката конструктивно увязаны с тормозом наката в один агрегат и с конструктивной точки зрения их удобно рассматривать совместно.
С точки зрения конструктивного оформления отверстий истечения как тормоза отката, так и тормоза наката могут быть следующих типов:
а) канавочные;
б) шпоночные;
в) золотниковые;
г) веретенные (игольчатые);
д) клапанные;
е) комбинированные.’
В зависимости от конструктивных особенностей орудия и конкретного характера требований, которым необходимо удовлетворять’ при проектировании противооткатных устройств, гидравлические тормоза могут обладать особыми конструктивными признаками, например:
а) тормоза с постоянной длиной отката. Длина отката изменяется в незначительных пределах в зависимости от характера действующих сил;
б) тормоза с переменной длиной отката. Длина отката изменяется вследствие изменения отверстий истечения в зависимости от угла возвышения орудия.
в) отдельные от накатника и по конструкции, и по взаимодействию;
г) связанные с накатником и по конструктивному оформлению, и по взаимодействию;
д) с перемещающимся штоком и неподвижным цилиндром;
е) с перемещающимся цилиндром и неподвижным штоком;
ж) со штоком, выдвигающимся наружу из цилиндра при откате;
з) со штоком, вдвигающимся внутрь цилиндра при откате и т. д.
Среди конструктивных признаков, по которым можно классифицировать тормоза, могут быть указаны способы крепления к люльке и к откатным частям, способы заполнения тормоза жидкостью, конструктивные сочетания типов тормоза отката и тормоза наката, наличие или отсутствие компенсатора, конструкции и виды уплотняющих устройств, количество рабочих участков в откате и в накате и другие.
Рассмотрим несколько основных конструктивных типов гидравлических тормозов, учитывая все указанные классификационные признаки как в принципиальном, так и в конструктивном отношении.
Выше, в разд. 7. 2, уже рассматривалась схема гидравлического тормоза отката канавочного типа в сочетании с тормозом
225
наката игольчатого типа (рис. 7. 1). С принципиальной стороны, тормоз отката здесь является тормозом без противодавления, а тормоз наката — с. противодавлением. Оба тормоза имеют площадь отверстия истечения, меняющуюся вне зависимости от давления.
Недостатком такой конструктивной схемы является сравнительно ненадежное заполнение полости тормоза наката, которое, по существу, начинается только во время наката, после вы-
Откат
Рис. 7.2. Гидравлический тормоз отката:
я—шпоночного типа с игольчатым тормозом наката; б—гидравлический тормоз золотин* кового типа
бора вакуума в нерабочей полости. Поэтому эту конструктивную схему целесообразно применять лишь в том случае, когда торможение наката надо осуществлять на небольшой длине в самом конце наката, например, в скорострельных автоматических орудиях. Положительной стороной такой конструктивной схемы является ее простота.
В тормозе отката шпоночного типа с игольчатым тормозом наката (рис. 7.2, а) отверстия истечения тормоза отката получаются за счет шпонки переменной высоты 1 и соответствующего шпоночного выреза 2 на поршне 3. В остальном устройство и действие тормоза этой схемы аналогично тормозу канавочного типа с тормозом наката игольчатого типа. Преимуществом шпоночного тормоза является его технологичность изготовления.
Конструктивное сочетание тормоза отката и тормоза наката золотникового типа приведено на рис. 7.2, б.
Внутри цилиндра тормоза 1 помещен шток 2 с поршнем 5. Поршень имеет выступы а, которые входят в винтовые пазы б, 226
простроганные на внутренней поверхности цилиндра, и отверстия в постоянного сечения.
Поршень может вращаться около штока, но не перемещаться вдоль него. По обе стороны поршня установлены золотники (диски) тормоза отката 4 и тормоза наката.7.
Золотники имеют вырезы окна д определенного профиля. Во время отката золотники могут перемещаться на некотором участке только поступательно. От поворота их удерживают шпонки 3.
При откате и накате поршень, благодаря винтовым пазлм на поверхности цилиндра, вращается на штоке, а следовательно, и относительно установленных на штоке золотников, постепенно перекрывая поверхности последних. При откате золотник 4 под давлением жидкости прижимается к поршню, а золотник 6 отодвигается от поршня. При этом жидкость пробрызгивается через отверстия, д золотникка 4 и за поршень и тормозит откат. Золотник 6 не препятствует пробрызгиванию жидкости.
При накате жидкость протекает в обратном направлении..
Окна в поршне и вырезы в золотниках рассчитаны так, что при поворачивании поршня в последнем получаются отверстия истечения, обеспечивающие принятый закон торможения отката и наката. Торможение наката начинается с момента выбора вакуума в нерабочей полости, которая при накате становится рабочей, причем тормоз отката при накате в данной конструкции не работает.
Кроме указанного, преимуществом данной схемы является возможность регулирования длины отката за счет поворота штока с поршнем относительно цилиндра, чем достигается предварительное частичное перекрытие отверстий истечения в золотнике.
Недостатками можно считать наличие перемещающихся и соударяющихся деталей внутри тормоза, что снижает надежность действия и может привести к повышенному износу в местах контакта.
С принципиальной стороны тормоз золотникового типа данной конструктивной схемы является тормозом без противодавления с площадью отверстий истечения, меняющейся вне зависимости от давления.
Конструктивное сочетание тормоза отката веретенного типа и тормоза наката канавочного типа приведено на рис. 7. 3, а.
Цилиндр тормоза 1 с веретеном 2 во время отката и наката неподвижны. Шток 4 с поршнем 3 закреплен в бороде 6 ствола и откатывается вместе с последним. На конце веретена укреплен клапан-модератор 5 тормоза наката. На внутренней поверхности полости штока имеются канавки а переменной глубины.
Во время отката ствола жидкость из рабочей полости А цилиндра тормоза вытесняется поршнем в полость В, где расходится по двум направлениям. Поток I направляется в нерабо
227
чую полость Б цилиндра тормоза, где образуется вакуум по мере выхода штока, поток’II— в замодераторное пространство Д.
Поток I пробрызгивается через кольцевой зазор между поверхностью веретена и регулирующим очком г. По количеству жидкости этот поток является основным, тормозящим откат. Поток II, направляясь по внутреннему каналу штока через кольцевой зазор, отодвигает клапан-модератор тормоза наката и через отверстия проходит в освобождающееся замодераторное пространство.
Рис. 7.3. Гидравлический тормоз:
а—веретенного типа с тормозом наката канавочного типа; б—веретенного типа с тормозом наката игольчатого типа
Соотношение площадей истечения через регулирующее кольцо и в полости штока подбирается таким образом, чтобы замодераторное пространство, освобождающееся во время отката, заполнялось жидкостью принудительно под давлением и полностью, чтобы обеспечить надежное торможение наката на всем пути.
При накате веретено входит в полость штока и клапан-модератор под давлением жидкости поджимается к торцу веретена и закрывает отверстия в. Жидкость из полости Д замодератор-ного пространства может проходить только по канавкам а на внутренней поверхности полости штока, возвращаясь обратно в полость А через отверстия б.
При накате с момента выбора вакуума в полости Б вступает в действие и тормоз отката. Жидкость из полости Б вытесняется в полость А через отверстия гиб.
У некоторых орудий вместо веретена ставится контршток с канавками переменной глубины на поверхности, обладающий более высокой устойчивостью на продольный изгиб при тормо-
228
женин наката. Принцип работы тормоза от этого не изменяется. Тормоз отката здесь по существу является тормозом без противодавления с отверстиями истечения, меняющимися в зависимости от пути отката и независимо от давления в цилиндре. Тормоз наката является тормозом с противодавлением. Что касается закона изменения площади отверстий истечения тормоза наката, то они, как и в тормозе отката, зависят от пути и не зависят от давления. Такая конструктивная схема получила большое распространение, особенно в полевой артиллерии, вследствие того, что здесь' можно довольно строго обеспечить выбранные законы торможения как при откате, так и при накате, что очень важно для устойчивости орудия. Конструкция получается сравнительно простой и обладает ясной расчетной схемой, что очень важно для проектировщиков. Недостаток подобных конструкций был отмечен выше: возможность получения всплесков давления, а, следовательно, и силы гидравлического сопротивления в условиях стрельбы, отличающихся от расчетных. Это вызывает необходимость тщательного исследования режима работы тормоза при максимально возможных отклонениях условий стрельбы от нормальных.
Как разновидность этой конструктивной схемы можно отметить тормоз отката веретенного типа в сочетании с тормозом наката игольчатого типа (см. рис. 7.3,6).
Принцип действия тот же. Разница заключается в том, что здесь полость штока имеет сужение а, в которое в конце наката входит игла переменного сечения /, выдавливая жидкость и создавая давление в полости штока, тормозящее накат. Большую часть наката, пока игла не войдет в сужение штока, торможения нет, что бывает целесообразным в автоматических скорострельных орудиях, когда важно обеспечить быстрый накат.
Недостатком такой конструкции можно считать возникновение больших давлений в полости штока в результате того, что накат тормозится на небольшой длине, для чего необходима большая величина силы гидравлического сопротивления, а рабочая площадь тормоза наката ограничена поперечными размерами штока. Это обстоятельство заставляет предпринимать особые меры предосторожности, чтобы предотвратить раздутие штока и обеспечить продольную устойчивость веретена в конце наката.
Можно также обратить внимание на необходимость строгого соблюдения концентричности иглы и шейки сужения штока, во избежание повышенного износа, что может привести к увеличению площади отверстия истечения и значительному искажению закона торможения. В целом ряде конструкций эта задача решается введением в конструкцию крепления веретена шаровой опоры, обеспечивающей самоцентрирование веретена внутри штока.
Конструктивная схема клапанного тормоза отката в сочетании с тормозом наката канавочного типа изображена на рис. 7. 4.
229
Цилиндр тормоза 1 закреплен неподвижно на люльке. Шток 3 с поршнем 2 соединены со стволом и движутся в откат. Жидкость из рабочей полости А через отверстия а попадает внутрь поршня, где отжимает клапан 4, сжимая пружинну клапана 5. Через кольцевой зазор между клапаном и его седловиной и далее, через отверстия б жидкость пробрызгивается в нерабочую полость Б. Одновременно небольшая часть жидкости пробрызгивается из полости А в полость Б по канавкам в переменного сечения на внутренней поверхности цилиндра. Давление жидко-
Рис. 7.4. Клапанный тормоз отката с тормозом наката канавочного типа
сти pi, возникающее в рабочей полости А, действуя на рабочую площадь поршня, тормозит откат. Давление жидкости р2 в нерабочей полости Б может быть принято равным нулю, так как в этой полости образуется вакуум за счет выхода штока из цилиндра. Величина давления pi зависит от скорости отката и площади отверстия истечения жидкости через клапан. Отверстие истечения также зависит от давления рь а также от силы и жесткости пружины клапана и массы клапана. Таким образом, в принципиальном отношении тормоз отката может быть классифицирован как тормоз отката без противодавления с площадью отверстия истечения, зависящей от давления жидкости.
В накате клапан под действием своей пружины перекрывает центральное отверстие.
Жидкость после выбора вакуума пробрызгивается из полости Б в полость А по канавкам в на внутренней поверхности цилиндра, осуществляя торможение наката, аналогично тому, как это происходит в тормозе отката канавочного типа, описанном ранее.
Конструктивная схема клапанного тормоза отката и наката, действие которого и по конструктивному оформлению, и по взаимодействию связано с действием накатника, приведена на рис. 7. 5.
Все устройство состоит из цилиндра тормоза /, штока 2 с поршнем 3, регулирующего клапана 6 тормоза отката, регулирующего клапана 7 тормоза наката, плавающего поршня 8, расположенного в воздушном цилиндре 9.
230
Во время выстрела шток с поршнем откатывается вместе со стволом. Жидкость из цилиндра тормоза /, отжимая регулирующий клапан 6, через отверстие истечения, образуемое вокруг головки клапана, пробрызгивается через канал а в воздушный цилиндр, перемещая в последнем плавающий поршень. Поршень, перемещаясь, сжимает воздух, в результате чего давление в воздушном цилиндре возрастает.
Величина отверстия истечения регулируется давлением жидкости в рабочей полости цилиндра с одной стороны, и усилием пружины 5 клапана — с другой.-Наибольшее открытие ре-
Рис. 7. 5. Клапанные тормоза отката и наката конструктивно объединенные с накатником
гулирующего клапана 6 ограничивается упором его хвостовой части в регулирующий стержень 4. При накате под давлением воздуха плавающий поршень перемещается в обратном направлении. Жидкость из воздушного цилиндра вытесняется через специальный канал и, отжимая клапан 7, попадает через отверстие б в цилиндр 1. Давление жидкости на поршень производит накат. Торможение наката осуществляется только за счет пробрыз-гивания жидкости через отверстие, образуемое вокруг клапана 7, так как клапан 6 под давлением пружины и жидкости закрыт. Переменность длины отката в зависимости от углов возвышения может быть достигнута изменением положения регулирующего стержня 4.
С принципиальной стороны и тормоз отката и тормоз наката являются тормозами с противодавлением с площадью отверстия истечения, зависящей от давления.
Одним из преимуществ такой схемы является меньшая, чем у ранее рассмотренных схем, зависимость силы гидравлического сопротивления от внешних условий стрельбы, так как всякому увеличению давления соответствует дополнительное открытие отверстий истечения. Другими преимуществами являются: компактность конструкции, отсутствие в компенсаторе жидкости, так как изменение объема жидкости в результате нагрева или
- 231
охлаждения приводит лишь к незначительному перемещению плавающего поршня и малому изменению усилия накатника, обычно неучитываемому. К недостаткам можно отнести сравнительную сложность устройства клапанов, а также, что более существенно, сравнительно быстрое нагревание воздуха в накатнике жидкостью, участвующей в торможении отката. Кроме того,, существенным недостатком следует считать трудность обеспечения желаемого закона торможения наката с помощью конструкции клапана 7, указанной на рис. 7. 5. Это приводит часто к необходимости иметь дополнительный тормоз наката, отдельно ог рассматриваемого устройства.
Конструктивная схема тормоза отката комбинированного тина приведена на рис. 7.6._ Со стволом откатывается шток 2
Откат
Рис. 7. 6. Тормоз отката комбинированного типа
с поршнем 3. Цилиндр тормоза 1 и веретено 5 остаются неподвижными. На внутренней поверхности цилиндра имеются канавки, ак переменной глубины. При откате жидкость, заполняющая весь цилиндр тормоза, давит на подвижный поршень 4, передвигая его до упора в кольцевой выступ головки поршня, в результате чего наклонные отверстия б открываются.
Вытесняемая из полости А жидкость образует два потока. Один поток проходит через наклонные отверстия б внутрь головки штока и дальше через отверстия ав между регулирующим очком и веретеном (контрштоком) в полость Б. Второй поток - -через отверстия ак, образуемые поверхностью поршня 4 *и канавками, также направляется в полость Б. Оба потока являются тормозящими откат. При накате до момента выбора вакуума торможение наката отсутствует. После выбора вакума давлением жидкости подвижный поршень 4 передвинется в направлении отката и закроет полностью или частично отверстия б. При полном перекрытии отверстий б жидкость не может протекать через отверстия ав, поэтому торможение наката будет осуществляться только за счет пробрызгивания жидкости по канавкам ак.
Кроме того, незначительная часть жидкости будет перехо' дить через продольные отверстия в в поршне. При частичном 232
перекрытии отверстий б прибрызгивание жидкости будет происходить как по канавкам, так и через оставшуюся часть отверстий б. Канал в веретене обеспечивает свободный выход жидкости из полости штока в цилиндр тормоза, чем предотвращается возможность гидравлического удара. Таким образом, действия тормоза отката и тормоза наката во время отката взаимно связаны, так как сечение отверстий истечения при откате равно сумме отверстий ав и ак.
С точки зрения принципа работы и тормоз отката, и тормоз наката являются тормозами без противодавления с отверстиями истечения, не зависящими от давления.
Основное преимущество этой схемы — возможность осуществления желаемого закона торможения наката с большой точностью, так как тормоз отката при накате не работает, рабочая площадь при накате велика, что позволяет иметь в цилиндре небольшие давления, использовать большие массы жидкости и сравнительно большой величины отверстия истечения. Недостаток — относительная сложность.
Особым конструктивным признаком гидравлических тормозов является наличие механизма переменной длины отката. Такой механизм обеспечивает длинный откат при малых углах возвышения и короткий откат при больших углах. Необходимость этого диктуется условиями устойчивости орудия, ибо при длинном откате опрокидывающий момент будет меньше за счет уменьшения величины силы сопротивления откату, тормозящей откатные части на большей длине.
При больших углах возвышения опрокидывающий момент уменьшается из-за уменьшения плеча действия силы сопротивления откату. При некотором угле возвышения, когда линия действия этой силы пройдет через площадь опоры, опрокидывающий момент становится равным нулю и продолжает оставаться таковым при всех еще , больших углах возвышения. Величина силы сопротивления откату, нагружающая лафет в этих условиях, не влияет на устойчивость орудия. В то же время сохранение больших длин отката, при которых обеспечивается устойчивость орудия на малых углах возвышения, для больших углов возвышения может быть неприемлемо. Возникает опасность «утыкания» откатывающихся частей орудия в грунт, а также усложняются условия заряжания и удаления стреляных гильз. Избежать это можно тремя путями:
— подрыть грунт на возможном пути;
— увеличить высоту линии огня (поднять вверх ось цапф);
— уменьшить длины отката на больших углах возвышения, увеличив силы гидравлического сопротивления в тормозе отката.
Первый из указанных способов усложняет условия эксплуатации орудия, второй — ведет к увеличению габаритов орудия и приводит к ухудшению условий устойчивости на малых углах
233
или к еще большему увеличению длин отката на малых, а, следовательно, и на больших углах возвышения.
Таким образом, наиболее приемлемым является третий способ, который приводит к некоторому усложнению противоотка!-ных устройств из-за введения в них дополнительного механизма
(«механизма переменной длины отката»).
Механизм переменной длины отката приведен на
двухплечего вертикальном
Рис. 7.7. Механизм переменной длины отката
рис. 7.7, а.
Ролик 1 рычага 2 при наведении движется по фигурному пазу а копира Зт укрепленного на одной из боковин верхнего станка. При этом двухплечий рычаг повернется относительно оси 4 и при помощи тяги 5 и рычага 6 повернет валик 7, который через рычаги S и 9 повернет контршток, изменив положение канавок относительно окон регулирующей втулки тормоза отката канавочного типа (рис. 7.7, б).
Отверстия истечения здесь образуются канавками б переменной глубины на контрштоке 10 и регулирующей втулкой 14 поршня 12. Число канавок на контрштоке — четное. Половина
этих канавок имеет длину, соответствующую наибольшей длине отката, а другая половина — наименьшей. Длинные и короткие канавки попарно диаметрально противоположны. Регулирующая втулка, неподвижно закрепленная в поршне, имеет окна, число которых соответствует числу канавок на контрштоке. Шток 13 жестко соединен с казенником. Поршень размещен в цилиндре 11.
При откате жидкость через окна в регулирующей втулке и переменные отверстия истечения пробрызгивается из рабочей полости А в нерабочую полость Б. Другая часть жидкости будет заполнять освобождающийся объем в полости штока, проходя через отверстия в направляющей втулке 15 контрштока.
В сечении I—I на видах А и Б показаны крайние положения канавок контрштока относительно - окон регулирующей втулки.
234
Взаимное расположение канавок и окон на виде А соответствует длинному откату. Все канавки контрштока находятся против окон регулирующей втулки и поэтому сопротивление истечению жидкости уменьшено.
Взаимное распол9жение канавок и окон на виде Б соответствует короткому откату. Длинные канавки полностью перекрыты, открытыми оставлены только короткие канавки. Сопротивление истечению жидкости возрастает.
При накате, после выбора вакуума, жидкость будет переходить обратно в полость А из полости Б. Торможение наката осуществляется так же, как и в тормозе веретенного типа, приведенном на рис. 7. 3.
Тормоз отката канавочного типа (см. рис. 7.7) имеет некоторое преимущество перед тормозом канавочного типа (см. рис. 7. 1), заключающееся в том, что канавки переменной глубины на контрштоке сделать легче, чем на внутренней поверхности цилиндра. Кроме того, на величину отверстий истечения в тормозе (см. рис. 7.1) существенно влияет износ рубашки поршня, чего нет в тормозе, приведенном на рис. 7. 7.
В тормозе отката клапанного типа (см. рис. 7.5) изменение величины отверстий истечения с изменением углов возвышения достигается ограничением хода клапана 4. С увеличением угла возвышения механизм переменной длины отката поворачивает регулирующий стержень 9, вследствие чего промежуток между-клапаном и стержнем уменьшается и жидкость при откате будет проходить в образовавшееся отверстие (величина которого строго ограничена) с увеличенным сопротивлением.
Для всех тормозов с переменным откатом механизмы переменной длины отката по своему действию аналогичны описанному, но могут отличаться конструкцией.
7.5. КОМПЕНСАТОРЫ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ТОРМОЗОВ
Для автоматической регулировки количества жидкости в тормозе, являющемся отдельным от накатника агрегатом, могут быть применены следующие конструктивные способы:
а) недолив жидкости в тормозе;
б) завышение количества жидкости в тормозе;
в) присоединение к тормозу специального устройства (компенсатора'жидкости), поглощающего избыток жидкости или восполняющего недостаток ее при изменений температуры.
Первый из указанных способов наиболее простой. Он не приводит к увеличению габаритов тормоза, однако всегда сопровождается некоторым искажением закона торможения.
Благодаря этому сфера его применения ограничивается танковыми и самоходными орудиями, где экономия места имеет существенное значение, а отклонения в законе торможения не приводят к значительной потере устойчивости из-за значительной массы всей установки.
235
Второй способ приводит к увеличению габаритов тормоза. Известно применение этого способа в казематных стационарных орудиях, где вопросы устойчивости и экономии места находятся на втором плане.
Наибольшее распространение в полевых и морских скорострельных орудиях получил третий способ.
Принцип действия компенсатора заключается в том, что при разогреве избыточный объем жидкости в цилиндре тормоза через отверстия малого диаметра перегоняется в дополнительную полость, деформируя находящийся там* упругий элемент. При охлаждении жидкости в тормозе и уменьшении ее удельного объема, сжатый упругий элемент вытесняет жидкость обратно в основной цилиндр, где юна заполняет освобождающийся объем.
Все встречающиеся конструкции компенсаторов по виду упругого элемента можно разделить на два типа:
а) пружинные;
б) пневматические.
Работа компенсатора должна быть обеспечена таким образом, что перекачивание жидкости в полость компенсатора и обратно должно носить статический постепенный характер по мере нагревания и охлаждения жидкости в процессе стрельбы или после ее окончания. Понижение и повышение давления в цилиндре тормоза во время цикла отката — наката не должно приводить к интенсивному циркулированию жидкости из основного цилиндра в полость компенсатора и обратно. В противном случае это может привести к серьезным искажениям характера работы тормоза, особенно во время наката.
Устройство пружинного компенсатора ясно из схемы (рис. 7.8,а). Полость компенсатора Б является прямым продолжением нерабочей полости тормоза А. Обе полости соединяются между собою отверстиями а в диафрагме 2 компенсатора, представляющей собою поперечную перегородку внутри цилиндра / тормоза. В полости компенсатора располагается плавающий поршень 4 с уплотнениями 3, находящийся под действием возвратной пружины 5, располагающейся в передней части полости компенсатора, имеющей сообщение с атмосферой.
Разогревающаяся при стрельбе и увеличивающаяся в объеме жидкость продавливается из полости тормоза в полость компенсатора и давит на плавающий поршень, перемещая его и сжимая возвратную пружину. По мере * охлаждения жидкости, плавающий поршень под действием возвратной пружины возвращается назад, перегоняя жидкость обратно в полость тормоза.
Во время отката, когда в нерабочей полости тормоза образуется вакуум, возникает опасность перетекания жидкости'из компенсатора^ нерабочую полость, что поведет к увеличению жидкости в тормозе, сокращению объема вакуума и, следовательно^ к некоторому искажению закона торможения отката и увеличе-236
нию гидравлических сопротивлений при накате. В конце наката этот избыточный объем должен быть вытеснен обратно в полость компенсатора. Для того, чтобы предотвратить такие явления, необходимо, по-возможности, уменьшить сечение отверстий в диафрагме, что поведет к увеличению гидравлических сопротивлений при повышенных скоростях движения жидкости, в то время как при небольшом статическом напоре жидкость сможет свободно перетекать. Это происходит потому, что гидравлические
Рис. 7. 8. Температурные компенсаторы
сопротивления пропорциональны квадрату скорости и обратно пропорциональны квадрату площади отверстия истечения. В некоторых случаях, чтобы совершенно исключить перетекание жидкости между тормозом и компенсатором во время цикла откат — накат, ставится клапан, позволяющий перетекать жидкости только в промежутках между выстрелами (рис. 7.8,6).
При откате поршня со штоком клапан 7, освобожденный поршнем 3, тормоза, под действием своей пружины 2 перекрывает отверстие в диафрагме, и держит его закрытым до тех пор, пока вернувшийся в конце наката поршень не нажмет на хвостовик клапана. Последний приоткроет отверстие, сжав свою возвратную пружину, и будет находиться в этом положении до следующего выстрела. Недостаток такого конструктивного решения в том, что устройство компенсатора усложняется и снижается надежность его действия. Последнее усугубляется еще и тем, что пружина клапана, постоянно сжатая, освобождается лишь на короткое время отката и наката ствола.
237
Возвратная пружина плавающего поршня' компенсатора подбирается из условия обеспечения отсутствия недокатов при заданных режимах стрельбы. Давление в цилиндре, образующееся за счет передачи плавающим поршнем на жидкость усилия пружины, должно создавать силу, выталкивающую поршень со штоком, меньшую, чем усилие накатника в конце наката, с учетом возможных сопротивлений.
Недостатком пружинных компенсаторов является сравнительная сложность, необходимость плавающего поршня с уплотнениями, требующего надежной центровки. Сопротивления трению в уплотнениях искажают работу компенсатора. В случае просадки или поломки пружины тормоз работает как при отсутствии компенсатора. Пружинные компенсаторы целесообразно применять только в конструкциях с неподвижным цилиндром тормоза и движущимся в откат штоком (во избежание вредного влияния инерционных свойств плавающего поршня и пружины).
Полость Б пневматического компенсатора, приведенного на рис. 7.8,в, так же, как и у пружинного, представляет собою продолжение цилиндра 1 тормоза со стороны полости А, от которой отделена диафрагмой 2. В верхней части полости содержится замкнутый объем воздуха, а в нижней жидкость. Положение отверстия, соединяющего полость компенсатора с тормозом, должно быть таковым, что при всех возможных углах возвышения воздух не будет попадать внутрь тормоза.
. Если в откат движутся поршень со штоком, то отверстие целесообразно располагать в нижней части диафрагмы (рис. 7.8,г). Если в откат движутся цилиндры, очень удобно, чтобы соединительный канал был выполнен в виде наклонной трубки малого диаметра и большой протяженности, с выводом конца ее в зону полости, в которой имеется наименьшая вероятность * попадания воздуха (рис. 7.8,в). Это оказывается удобным и с точки зрения увеличения гидравлических сопротивлений в отверстии, пропорциональных длине канала, по которому происходит истечение.
Начальное давление воздуха обычно равно атмосферному. Уровень заливки жидкости можно контролировать с помощью специального выпускного отверстия с гидравлическим замком (рис. 7.8,г). Контрольное отверстие при заливке тормоза жидкостью держат открытым до тех пор, пока из него не польется жидкость. Это значит, что жидкость, поступающая в полость компенсатора из нерабочей полости тормоза через отверстие в диафрагме, достигла контрольного уровня и начала перетекать в трубку гидравлического затвора. Контрольное отверстие перекрывается и при дальнейшей заливке. После заполнения трубки гидравлического затвора жидкость больше не поступает в компенсатор, т. е. этому препятствует давление воздуха. Пунктиром показаны уровни жидкости и воздуха при различных углах возвышения орудия — л/6, л/4 и л/2 рад.
238
Недостаток такой конструкции — возможность жидкости вспениваться при соприкосновении с воздухом и образование эмульсии. Эмульсия может попадать в полость тормоза, что, с одной стороны, может исказить закон торможения, с другой — будет способствовать выносу воздуха из компенсатора, уменьшению его количества и начального объема, т. е. нарушению режи-' ма его работы.
Устранение этого недостатка введением плавающего поршня, отделяющего жидкость от воздуха, значительно усложняет конструкцию и вносит все те недостатки, которые свойственны пружинному компенсатору. К тому же добавляется неудобство, связанное с необходимостью обеспечения начального поджатия воздуха при заполнении тормоза, которое вводится для преодоления сопротивлений трения в уплотнениях плавающего поршня.
Общим недостатком пневматических компенсаторов является зависимость режима их работы от температуры, что необходимо учитывать при обеспечении длительной интенсивной стрельбы из скорострельных орудий.
В противооткатных устройствах, где тормоз и накатник представляют собою единый агрегат, компенсатором для тормоза служит сам накатник. Избыточный объем жидкости переходит в полость накатника, вызывая незначительное изменение усилия накатника, которое обычно не учитывается. При охлаждении жидкость поступает обратно, а усилие накатника несколько снижается.
7. 6. НАКАТНИКИ АРТИЛЛЕРИЙСКИХ ОРУДИЙ
Основным назначением накатника является возвращение ствола после выстрела в исходное положение и удержание его в этом положении при всех углах возвышения не только в неподвижном орудии, но и при движении его.
Во время отката накатник аккумулирует часть, механической энергии откатных частей, участвуя в торможении. Затем большая часть аккумулированной энергии, ставшей потенциальной энергией сжатого упругого тела, вновь возвращается откатным частям в виде кинетической энергии движения их в обратном направлении, т. е. в накат.
В качестве упругого тела в накатниках применяют либо винтовые цилиндрические пружины, либо сжатый воздух (или азот). В первом случае накатники именуют пружинными, во втором — пневматическими. Ствол удерживается в исходном положении при всех углах возвышения и при наличии переносных ускорений от движения орудия в результате предварительного поджатия пружины или газа в накатниках. Пружинные накатники имеют несколько конструктивных схем.
На рис. 7.9 изображена схема пружинного накатника с расположением цилиндрических винтовых пружин 1 в виде одной ко
239
лонки, надетой на ствол 2. Одним концом колонка пружин упирается в дно 5 неподвижной люльки 3, а другим — в кольцевую обойму 4 ствола. Во время отката ствола пружина сжимается между кольцевой обоймой и дном люльки. Упругое усилие пружины возрастает по линейному закону, зависящему от выбранной жесткости пружины.
В накате пружина разжимается и возвращает ствол в исходное положение.
Преимуществом такой схемы является компактность конструкции, отсутствие на откатных частях масс, эксцентрично расположенных относительно оси канала ствола.
Рис. 7. 9. Пружинный накатник на стволе
Недостаток — сравнительно большие габариты пружины и возможность ее интенсивного нагрева от ствола при длительной стрельбе.
Эта схема получила распространение в автоматической артиллерии малых и средних калибров.
На рис. 7.10,а представлена конструктивная схема пружинного накатнцка, расположенного эксцентрично относительно оси канала ствола. Колонка пружин 1 упирается одним концом в дно неподвижной люльки 3, а другим — во фланец 4 цилиндра 2, тормоза отката, соединенного с бородой 5 ствола. Во время отката ствола пружина сжимается между фланцем цилиндра тормоза и дном люльки. В накате пружина разжимается, действует через фланец цилиндра тормоза на ствол, возвращая его в исходное положение. В данном случае цилиндр тормоза выполняет роль штока, а фланец цилиндра — роль поршня. К такому конструктивному решению обычно стремятся, чтобы обеспечить компактность конструкции, хотя при этом может ухудшиться тепловой режим работы тормоза, вследствие затрудненного отвода тепла в окружающее пространство, а также появляется опасность разогрева пружин .при длительной стрельбе.
На рис. 7.10,6 приведена схема пружинного накатника, аналогичная предыдущей, отличающаяся телескопическим расположением пружин друг относительно друга.
240
На передний конец внешней пружины 1 нажимает фланец 4 подвижного цилиндра 3, а задний упирается в дно неподвижной люльки 5. На передний конец внутренней пружины 2 нажимает фланец 5 цилиндра тормоза отката, соединенного со стволом, а задний конец упирается в дно подвижного цилиндра 3.
Откат
г)
Рис. 7. 10. Пружинный накатник, эксцентричный относительно ствола
При откате ствола откатывающийся с ним цилиндр тормоза отката сжимает внутреннею пружину. Из-за действия сжимающейся внутренней пружины подвижный цилиндр отходит назад и сжимает внешнюю пружину между дном неподвижной люльки и фланцем подвижного цилиндра.
Таким образом, одновременно сжимаются- обе колонки пружин, соединенные последовательно, и полная длина отката равна сумме стрел сжатия обеих пружин. Возможно и другое сое
241
динение пружин, расположенных телескопически, например, как на рис. 7.10,в.
Поршень штока накатника сжимает одновременно две пружины. Стрелы сжатия обеих пружин равны между собою и равны длине отката. Жесткость накатника равна сумме жесткости обеих пружин. Внутренняя пружина обычно имеет меньшее сечение и меньший шаг. Параметры обеих пружин подбирают таким образом, чтобы напряжения во внутренней и наружной пружинах при откате были примерно равными. Применение первой из указанных телескопических схем, с последовательным включением пружин обусловливается стремлением получить сравнитель-
Рис. 7.11. Формы сечения пружины накатника
но большие длины отката при-сокращении длины накатника. Это удобно в орудиях с малой длиной ствола, например, в гаубицах и в горных пушках.
Вторая схема накатника с телескопическим расположением пружин, с их параллельным включением, применяется в целях более экономного использования пространства и сокращения общих габаритов накатника, так как в этом случае удается в том же объеме разместить больше пружинной стали, чем в простой линейной схеме.
Недостатком схем с телескопическим расположением пружин является увеличение габаритов по диаметру и некоторое усложнение конструкции.
Пружины накатника изготовляются из высококачественной пружинной- стали, навиваются в горячем или холодном состоянии на специальных оправках. В зависимости от формы сечения витка применяют следующие пружину (рис. 7.11):
а) прямоугольного сечений с разным отношением сторон Ь[а. Обычно а<Ь<Аа. Средний радиус витка г больше Ь, во избежание трудностей при навивке и появления значительных деформаций изгиба при деформации пружины;
б) круглого сечения. Такие пружины с диаметром проволоки d<8 мм навивают в холодном состоянии.
Сечение проволоки, из которой навивается пружина, выбира
242
ется с учетом остаточных деформаций, получающихся при навивке. Например, для получения прямоугольного сечения пружины применяется проволока трапецеидального сечения. Концы каждой отдельной пружины шлифуются по плоскости, перпендикулярной оси пружины.
Пружины подвергаются термической обработке по специальной технологии, испытанию отбивкой на копре и продолжительной выдержке в предельно сжатом состоянии. Последняя из указанных операций носит название заневоливания.
Колонка пружин накатника обычно состоит из четного числа отдельных, правых и левых пружин. Это объясняется стремлением упростить процесс производства, так как несколько коротких пружин проще изготовить, чем одну длинную. Кроме этого, при поломке можно заменить только одну из пружин, составляющих колонку, и, следовательно, в запасе орудия необходимо иметь не большую, а маленькую пружину. Чередование левой и правой навивки пружин объясняется тем, что винтовые пружины при сжатии раскручиваются, а при разжатии закручиваются, т. е. концевые сечения их проворачиваются относительно опор. Угол nQBopoTa пропорционален длине пружины. При наличии больших сил трения в опорах и большого момента инерций закручивающейся массы пружины возникают дополнительно к напряжениям кручения еще напряжения изгиба, что ухудшает условия работы пружин. Во избежание этого, в опорах ставятся шариковые или роликовые подшипники, а в сборной колонке чередуют пружины правой и левой навивки с числом рабочих витков в пределах 10—20. Пружины отделяют друг от друга раздельными шайбами, играющими также роль направляющих, снабженных на трущейся поверхности антифрикционной заливкой из баббита (рис. 7.10,г).
Пружины прямоугольного сечения позволяют допускать более высокие напряжения при кручении — порядка 1200—1400 МН/м2, в то время как пружины круглого сечения только 800 МН/м2. Это позволяет получать определенный выигрыш в массе пружины накатника, используя прямоугольный профиль. Однако пружины круглого профиля проще в производстве.
Преимуществом пружинных накатников является их простота устройства и обслуживания, малая чувствительность к наружным повреждениям от пуль и-осколков, независимость действия от внешних условий.
Недостатками пружинных накатников являются большая масса и размеры, особенно у орудий крупных калибров. С увеличен нием размеров пружин усложняется технология и стоимость их изготовления.
Поэтому сферой применения пружинных накатников в настоящее время, в основном, является автоматическая артиллерия малых и средних калибров.
243
Для более крупных орудий чаще применяют пневматические накатники, в которых в качестве упругого тела используется сжатый азот или сжатый воздух.
Для того, чтобы обеспечить запирание газа, в накатнике всегда имеется некоторое количество жидкости. В зависимости от количества жидкости и от функций, выполняемых ею, пневматические накатники обычно делят на 'просто пневматические и гидропневматические.
Те накатники, в которых имеется лишь небольшое количество жидкостц, предназначенное для распора уплотнений, а вся рабочая полость заполнена сжатым газом, сохранили за собою название пневматических накатников, каковыми они являются и в принципиальном (так как рабочим телом является сжатый 1аз) и в конструктивном отношениях (так как рабочая полость заполнена только сжатым газом).
Накатники, у которых рабочая полость заполнена жидкостью, непосредственно воспринимающей усилия со стороны движущихся откатных частей, а рабочим упругим телом является сжатый газ, находящийся в отдельном резервуаре, часть которого также заполнена жидкостью, имеющей свободное сообщение с рабочей полостью накатника, носят название гидропневматических. Здесь жидкость предназначена не только для запирания газа, но и для передачи давления воздуха на поршень и шток или цилиндр накатника, соединенных с движущимися откатными частями.
Примеры пневматического накатника приведены на рис. 7.12.
Основное различие представленных схем с конструктивной точки зрения заключается в том, что в первой схеме при откате шток вдвигается внутрь цилиндра, а во второй — выдвигается наружу.
В схеме на рис. 7.12,я цилиндр накатника 7 скреплен с неподвижной люлькой, а шток 1 является частью откатных частей орудия. Герметичность подвижного соединения цилиндра и штока обеспечивается уплотнением, состоящим из двух, поставленных навстречу один другому, воротников 2, пространство между которыми заполнено жидкостью, находящейся под давлением; повышенным по сравнению с давлением газа внутри цилиндра.. Повышенное давление в уплотнении обеспечивается мультипликатором давления, состоящим из цилиндра 4, внутри которого помещен поршень 6, снабженный уплотнением 5. Шток 3 Поршня через свое уплотнение 2 выпущен наружу. (Подробно об устройстве уплотнений см. разд. 7.7).
Полость 1 мультипликатора (рис. 7.13), где находится шток 2, заполнена уплотняющей жидкостью и соединена с полостью уплотнения штока накатника. Полость мультипликатора по другую сторону поршня 3. присоединена непосредственно к цилиндру накатника и наполнена тем же газом при том же давлении, что и накатник. Поршень со штоком мультипликатора установятся в состояние равновесия только в том случае, если давление 244
жидкости, поступающей в полость уплотнения штока накатника, будет выше, чем давление газа, так как рабочая площадь давления жидкости, действующего на поршень мультипликатора, меньше, чем рабочая площадь давления газа, заставляющего поршень мультипликатора перемещаться и поджимать жидкость.
При движении вместе с откатными частями шток входит внутрь цилиндра, объем, занимаемый газом, уменьшается, дав-
Рис. 7. 12. Пневматический накатник
ление газа,возрастает по политропическому закону от величины, обеспечивающей усилие предварительного поджатия накатника, до максимальной величины в конце отката. Поскольку процесс сжатия протекает достаточно быстро, газ нагревается, так как его возросшая внутренняя энергия не успевает рассеяться в виде тепла. После окончания отката, под воздействием давления газа ira дно подвижного цилиндра, откатные части возвращаются в исходное положение, давление газа падает также по политропическому закону, но уже в обратном направлении, газ в цилиндре охлаждается. Следует отметить, что «прямая» и «обратная» политропические зависимости не совпадают, так как часть энергии все же теряется, главным образом, в виде тепла.
Начальное усилие пневматического накатника, так же как и пружинного, выбирается из условия удержания откатных частей
245
в исходном положении при всех углах возвышения и при наличии переносных ускорений от движения орудия. Начальное давление газа, обеспечивающее это усилие, определяется обычно из возможности обеспечения сборки и заполнения накатника в условиях ремонтной мастерской либо от компрессора, либо от баллона со сжатым газом. Обычно его величина находится в пределах от 2,5 МН/м2 до 7,5 МН/м2.
Соотношение между выбранной величиной начального давления и требуемым начальным усилием определяет величину рабочей площади, а, следовательно, и поперечных габаритов ра-
Рис. 7. 13. Мультипликатор
бочего цилиндра накатника. Общие габариты определяются длиной отката и объемом газа, выбираемыми с учетом необхо-’ димой степени сжатия его при откате.
В схеме, представленной на рис. 7.12,6, с откатными частями соединен шток 1, а цилиндр 2, заполненный газом, располагается в неподвижной люльке. Для того, чтобы систему уплотнений вывести на неподвижную часть накатника, длина поршня 3 должна несколько превышать длину•отката. Для более экономного использования пространства поршень выполняют в виде полого цилиндра, заполненного сжатым газом, сообщающимся с рабочим цилиндром, где также находится сжатый газ.
Недостатком этой схемы, по сравнению с предыдущей, является большее количество уплотнений. Однако то обстоятельство, это эти уплотнения и мультипликатор, обеспечивающий повышенное давление жидкости в уплотнениях, расположены на неподвижной части орудия, является преимуществом. При этом обеспечивается надежная работа уплотнений.
Более надежными, с точки зрения обеспечения уплотнения,' являются гидропневматические накатники, хотя они менее компактны, чем чисто пневматические, так как кроме объема воздуха они должны содержать еще некоторый объем жидкости.
Рабочий цилиндр гидропневматического накатника полностью заполнен жидкостью, которая запирается уплотнениями штока. Сжатый газ находится в другом резервуаре, также час-246
лично заполненном жидкостью. Газовый резервуар и рабочий цилиндр накатника соединены между собою таким образом, что при всех возможных углах возвышения по каналу сообщения может поступать только жидкость, а сжатый газ не может попадать в р-абочую полость. При этом используется свойство газа находиться в верхней части резервуара. Рабочий цилиндр и газовый резервуар в целях экономии места компонуют один внутри другого, как это показано на рис. 7.14,а.
Рис, 7. 14. Конструктивные схемы гидропневматических накатников
На рис. 7.14 представлены две схемы гидропневматических накатников. В первой из схем с откатными частями связан шток, цилиндры неподвижны. Во второй схеме шток закреплен на неподвижной люльке, в откат вместе со стволом движутся цилиндры. Отверстия а и б расположены таким образом, чтобы газ не мог попасть во внутренний рабочий цилиндр. Этим же обусловлено введение в схеме на рис. 7.14,6 промежуточного цилиндра 5. При придании орудию угла возвышения, цилиндры наклоняются и отверсти а (при отсутствии промежуточного цилиндра) попадает в верхнюю полость туда, где сосредотачивается весь сжатый газ. При наличии промежуточного цилиндра газ не может достичь отверстия б, которое при всех возможных углах возвышения находится ниже уровня жидкости, и попасть в промежуточный цилиндр, не говоря уже о рабочем цилиндре.
При откате по схеме, приведенной на рис. 7.14,а, шток 3 выходит из рабочего цилиндра 2, двигаясь вместе с поршнем 4, который выталкивает жидкость из рабочего цилиндра через отверстие а в газовый резервуар 1. При этом из-за практической несжимаемости жидкости объем, занимаемый газом в резервуаре, уменьшается на величину объема поступившей жидкости. Давление газа еще больше повышается от величины начального
247
давления до максимальной величины в конце отката ствола. Это давление передается через жидкость во внутренний рабочий цилиндр и, действуя, в частности, в осевом направлении па дно цилиндра в одну сторону и на поршень — в другую, создает'усилие накатника, которое при откате является одной из сил, тормозящих откат ствола (через поршень и шток) и нагружающих лафет в направлении отката (через дно цилиндра). По окончании отката давление газа, передаваемое на поршень жидкостью, продолжает действовать и заставляет откатные части двигаться в обратном откату направлении до тех пор, пока они не займут своего исходного положения.
При откате по схеме, приведенной на рис. 7.14,6, рабочий цилиндр 2, перемещаясь относительно поршня 4, заставляет жидкость через отверстие а перемещаться в промежуточный цилиндр 5 и далее через отверстие б в газовый резервуар 1. Объем газа уменьшается, давление увеличивается. Это давление через жидкость передается в рабочий цилиндр и, в частности, на дно цилиндра и на поршень, образуя осевое усилие накатника. Через дно цилиндра оно передается на откатные части, участвуя в торможении отката, а по окончании отката заставляет откатные части возвращаться в исходное положение. Через поршень и шток это усилие передается на лафет, нагружая его в направлении отката.
Величина усилия накатника для обеих схем определяется -давлением газа и рабочей площадью поршня или дна рабочего цилиндра, а также величиной силы гидравлического сопротивления при перетекании.жидкости из одного цилиндра в другой.
На рис. 7.15,(2 приведена конструктивная схема гидропневма-тического накатника с дросселированием жидкости при накате. С помощью клапана 3 с пружиной 2, так называемого «дросселя», искусственно увеличивается сила гидравлического сопротивления при перетекании жидкости из газового резервуара 1 в рабочий цилиндр 4 и тем самым уменьшается усилие накатника при накате, и поглощается часть избыточной энергии накатника.
При откате под давлением жидкости клапан отходит от своего гнезда, сжимая пружину. Жидкость обтекает вокруг головки клапана и перегоняется через отверстие а в газовый резервуар, сжимая в нем газ. При накате давлением жидкости и пружин клапан садится в свое гнездо. При этом жидкость протекает в рабочий цилиндр только через узкие отверстия в клапане.
На рис. 7.15,6 представлена конструктивная схема гидро-пневматического накатника, в которой имеется возможность автоматически или вручную изменять величину отверстий между газовым резервуаром и рабочим цилиндром и тем самым регулировать усилие накатника в зависимости, например, от угла возвышения или от температурных факторов. Осуществляется это за счет поворота крана а. Во всех представленных ранее конструктивных схемах гидропневматических накатников осу-248
ществляется непосредственное соприкосновение газа с жидкостью. Это приводит к тому, что при интенсивном движении струй жидкости в газовый резервуар и обратно происходит перемешивание жидкости и газа, вспенивание жидкости. Пузырьки газа, перемешанные с жидкостью, вовлекаются во внутренний цилиндр и, попадая на уплотнения, предназначенные только для запирания жидкости, просачиваются наружу. Происходит утечка
Рис. 7. 15. Конструктивные схемы гидропневматических накатников
газа. Другим недостатком такой конструкции является то, что при применении воздуха в качестве упругого тела, кислород из воздуха, растворяясь в жидкости, создает благоприятные условия для коррозии внутри цилиндра и в уплотнительных устройствах.
Для того, чтобы избавиться от указанных недостатков, применяют конструктивные схемы накатников с разделением жидкости и газа посредством плавающего поршня (см. рис. 7.15,в). В этих схемах газ не перемешивается с жидкостью, но конструкция получается более сложной, с большим количеством уплотнений. Кроме того здесь приходится мириться с затратой энергии на перемещение плавающего поршня.
Применение пневматических и гидропневматических накатников дает ряд преимуществ по сравнению с пружинными. Уменьшаются масса конструкции и габариты.
249
В то же время пневматические и гидропневматические накатники имеют следующие недостатки:
1) зависимость работы накатника от наружной температуры. С повышением температуры давление, а следовательно, и усилие накатника, возрастает; с понижением температуры — падает;
2) усложнение эксплуатации. Необходимость наблюдения за давлением газа, за работой уплотнительных устройств, за возможной коррозией;
3) повышенная чувствительность к повреждениям пулями, осколками снарядов и мин.
7.7. УПЛОТНЕНИЯ, ПРОБКИ И ВЕНТИЛИ
В ПРОТИВООТКАТНЫХ УСТРОЙСТВАХ. СПОСОБЫ ЗАПОЛНЕНИЯ И ПРОВЕРКИ КОЛИЧЕСТВА ЖИДКОСТИ И ГАЗА
Уплотнения, применяемые в противооткатных устройствах, предназначены для герметизации жидкости в цилиндрах как в неподвижных, так и в подвижных разъемных соединениях, в пробках для заполнения и контроля жидкости и в вентилях.
К уплотнениям, применяемым в противооткатных устройствах, предъявляют следующие требования:
1) надежное запирание жидкости во всем возможном диапазоне температур и давлений;
2) сохранение своих конструктивных и эксплуатационных характеристик в течение длительного времени при хранении и при соприкосновении с жидкостями противооткатных устройств;.
3) отсутствие коррозии деталей и порчи жидкости;
4) малый коэффициент трения по стали, отсутствие надиров и царапин при перемещении штоков и монтаже.
В неподвижных соединениях, как правило, применяют кольца из отожженной красной меди (см. рис. 7.16,а).
В изображенном неподвижном соединении медное кольцо 1 деформировано буртом, вставного дна 2 цилиндра, на которое, в свою очередь, давит затяжная пробка 3. При больших диаметрах для облегчения сборки (рис. 7.16,а, поз. II) в затяжную пробку ввинчивают специальные винты 4, которыми создается очень большой нажим на вставное дно, чем обеспечивается нужная степень деформации уплотнительного медного кольца. При сравнительно небольших диаметрах вставное дно и затяжная пробка составляют одну деталь, поэтому при деформировании медного кольца буртик дна скользит по этому кольцу. В этом случае не должно быть никаких неровностей на скользящей поверхности буртика, соприкасающейся с медным кольцом.
При повышении давления в цилиндре (вследствие упругих деформаций в соединениях дна с цилиндром) уплотнение (рис. 7.16,а) может дать утечку.
250
В этом отношении более надежным является уплотнение, приведенное на рис. 7.16Д автоматически поджимающееся при повышении давления внутри цилиндра. В этом устройстве медное кольцо 1 зажато между буртиком грибовидного дна 2 и торцевой поверхностью ввинчиваемой втулки 3. Кольцо предварительно поджимается подтягиванием гайки 4, навинченной на выступающий наружу конец грибовидного стержня. Недостатком этой конструкции по сравнению с предыдущей является нагру-
Рис. 7. 16. Уплотнения в неподвижных соединениях
женность уплотнительного кольца силами, возникающими при давлении внутри цилиндра, что вызывает необходимость постепенного подтягивания гайки по мере обжатия кольца в процессе эксплуатации.
Удельное давление на кольцо во время сборки должно превосходить предел текучести красной меди, примерно равный 80 МН/м2.
Для уменьшения усилий, передаваемых на резьбу, выгодно при условии всестороннего сжатия кольца уменьшать его торцевую площадь и диаметр.
Кроме уплотйительных колец из отожженной красной меди в некоторых случаях применяют прокладки из хромовой кожи.
В соединениях между подвижными деталями тормоза и накатника применяют сальниковые и воротниковые уплотнения, а также уплотнения с резиновыми кольцами круглого сечения.
Основой сальникового уплотнения (рис. 7.17) является сальниковая набивка 1, представляющая собой хлопчатую бумагу, пеньку или асбест, приготовленные в виде плетеных шну
251
ров и колец и пропитанные смазкой из технического жира (сало-масла и графита) или церезиновым составом.
При сборке уплотнения распор сальниковой набивки осуществляется поджатием нажимной гайкой 2 или пружиной. Отдельные секции сальниковой набивки разделяются между собою металлическими распорными кольцами 3 трапецеидального и ромбоидального сечения/Профиль этих колец, а также усилие поджатия, определяют собою усилия прижатия сальника к уплотняемому движущемся штоку и возникающую при этом силу трения.
Рис. 7. 17. Сальниковое уплотнение Рис. 7. 18. Воротниковое уплотнение
Сальниковое уплотнение стараются спроектировать таким образом, чтобы оно по возможности было разгружено от осевого усилия, возникающего от давления жидкости в цилиндре.
Преимуществом сальникового уплотнения является его простота, недостатком — ненадежная работа в условиях резко возрастающих давлений внутри тормоза. Давление в сальниковой набивке—1 —1,5 МН/м2. При давлениях в тормозе, превышающих эту величину, возможно пропускание жидкости.
Если попытаться повысить давление в сальнике дополнительным поджатием, это приведет к выдавливанию пропитки и постепенному высыханию сальника. В результате возможно увеличение усилий трения, что влечет за собой.отклонения в законе торможения и быстрый выход сальника из строя, вследствие истирания и выноса частиц набивки на штоке. Это обстоятельство заставляет обычно отказываться от возможной регул и ровки поджатия сальника при появлении течи в процессе эксплуатации, а ограничиваться постоянным поджатием либо гайкой до упора, либо пружиной. При появлении течи такой сальник требует замены.
Материалом для распорных колец и втулок служит бронза марки Бр-Аж-9-4 из соображений получения антикоррозионных и антифрикционных свойств.
252
Другим видом уплотнения в подвижном соединении штока или поршня с цилиндром является воротниковое, изображенное на рис. 7.18.
Действие воротникового уплотнения заключается в том, что под давлением жидкости, поступающей в полость воротника Л последний прижимается к стенке цилиндра 2 с одной стороны и к штоку 3 (или к поршню) с другой. Этим и обеспечивается надежное запирание жидкости в цилиндре.
Принципиальное различие в функционировании воротникового и сальникового уплотнения заключается в том, что степень
Рис. 7..19. Воротники
прилегания обтюрирующих поверхностей воротника находится в прямой зависимости от величины давления жидкости, в то время как сальниковое уплотнение прижимается к уплотняемым поверхностям нажимной гайкой или пружиной, действующими в осевом направлении через распорные кольца определенного профиля вне зависимости от давления жидкости в цилиндре.
Воротники изготовляются или из кожи или из маслостойкой резины. Форма кожаного воротника 1 показана на рис. 7.19,а. Изготовление воротника производится штамповкой размоченной кожи толщиной 3—4 мм в специальных прессформах, после чего следует сушка и пропитывание при температуре 353 К в расплавленной смеси парафина, воска и небольшого количества канифоли.
Кожаные воротники хорошо прилегают к уплотняемым поверхностям, имеют малый коэффициент трения и не прилипают к металлическим поверхностям при длительном хранении.
Однако в веретенном масле кожа «сохнет» и пропускает масло сквозь свою толщу, а в стеоле, поглощая воду, разбухает и теряет форму. Все это привело к тому, что в настоящее время кожаные воротники применяются редко, уступив свое место резиновым воротникам.
Профиль сечения резинового воротника изображен на рис. 7.19,6.
253
Технология производства резиновых воротников 1 позволяет получить профиль более выгодный, чем у кожаных.
Так, например, кожаные воротники нуждаются в постоянном поджатии давлением жидкости. Поэтому они обычно применяются в комбинации с сальниковым уплотнением и при отсутствии давления внутри цилиндра — не работают. Чисто воротниковое уплотнение из кожаных воротников имеет смысл применять лишь в накатниках пневматических и гидропневмати-ческих, где всегда есть давление газа, передаваемое-на жидкость,
Профиль резиновых воротников с развернутыми боковыми
Рис. 7.20. Уплотнение тормоза отката скорострельного орудия а—пружина со стороны нажимной гайки; б—пружина со стороны
жидкости
гранями и упругие свойства резины позволяют при сборке прижимать воротник к обеим уплотняемым поверхностям и обеспечить запирание жидкости при отсутствии давления в цилиндре. Особенно это качество оказывается полезным при установке резинового воротника в уплотнении тормоза отката автоматического скорострельного орудия (рис. 7.20), в котором постоянное поджатие уплотнения обеспечивается пружиной 1. При низких температурах сальниковое уплотнение смерзается и образовывает зазор по поверхности соприкосновения со штоком. При первых выстрелах, пока тормоз еще не разогрелся, через этот зазор может быть вынесено значительное количество жидкости. Резиновый воротник, плотно прижатый к штоку, дает возможность ликвидировать эту опасность. При этом осуществляется очистка штока от пыли и грязи, которые могут попасть на вышедшую часть штока. Часто для этой цели ставится специальное фетровое или войлочное кольцо 4 (см. рис. 7.17).
Воротниковые уплотнения обеспечивают запирание жидкости при высоких давлениях. Чем выше давление, тем плотнее и надежнее воротник прижимаемся к уплотняемым поверхностям. При низких давлениях и при наличии незначительных технологических дефектов возможно некоторое просачивание жидкости через воротник. Во избежание этого часто ставят двойные воротниковые уплотнения (когда два воротника располагаются один за другим, нередко дополненные, еще и сальниковым уплот-
254
пением). При установке воротников применяют прдворотниковые и надворотниковые кольца. Их назначение — сохранить форму воротника в процессе работы уплотнительных устройств. В подворотниковом кольце должны быть отверстия, обеспечивающие доступ жидкости во внутреннюю пОлость воротника (см. рис. 7.19).
Воротники должны располагаться внутренней стороной в сторону запираемой жидкости.
В чисто пневматических накатниках, где в рабочей полости цилиндра жидкость отсутствует, применяют замкнутые ворот-
Рис. 7.21. Замкнутое воротниковое уплотнение: /—воротник; 2—цилиндр; 5—шток
никовые уплотнения (рис. 7.21). Воротники 1 обращены внутрь полости уплотнения, куда подается жидкость под давлением, превышающим давление газа в цилиндре 2.
Повышенное давление жидкости осуществляется с домощью мультипликатора давления, рассмотренного в разд. 7.6.
Следует обратить внимание на то, что в конструкциях уплотнительных устройств необходимо предусматривать наличие элементов, обеспечивающих центровку и направление штока. Это могут быть либо бронзовые втулки (см. рис. 7.20), либо кольца из баббита (см. рис.. 7.18).
В последнее время в противооткатных устройствах при давлениях жидкости, не превышающих, как правило, 20 МН/м2, и при небольших скоростях отката вместо воротниковых уплотнений все чаще применяют уплотнения с резиновыми кольцами круглого сечения, располагающимися в специальных канавках прямоугольного сечения на образующей поверхности поршня или цилиндра (если уплотняется шток). Несколько примеров такого уплотнения приведено на рис. 7.22. Размеры колец и канавок для уплотняемых поверхностей диаметром до 400 мм определены. В таких уплотнениях при давлениях, больших 10 МН/м2, во избежание выдавливания в процессе работы, необходимо в
255
канавку рядом с резиновым кольцом ставить защитную шайбу со стороны, противоположной направлению давления.
При двустороннем давлении защитные шайбы устанавливаются с обеих сторон. Защитные шайбы изготовляют из фторопласта или технической кожи. Толщина защитной шайбы при диаметрах уплотняемой поверхности до 55 мм равна 1,5 мм, при диаметрах 55—190 мм — 2 мм, при диаметрах 190—400 мм — 3 мм.
Резиновые кольца круглого О-образного сечения устойчиво работают в широком диапазоне температур. При чистоте уплотняемой поверхности V10, при правильно выполненной форме
Рис. 7. 22. Уплотнения резиновыми кольцами
канавок, хорошей резине и применении защитных шайб уплотнения устойчиво работают при давлениях 35 МН/м2 и даже несколько выше.
Преимущество уплотнений такого типа в простоте устройства, монтажа и эксплуатации. Принцип работы резинового кольца такой же, как и резинового воротника.
При отсутствии распирающего давления прижим кольца к уплотняемым поверхностям осуществляется за счет упругости резины, так как при правильном выборе размеров кольца и канавки диаметр поперечного сечения кольца превышает глубину канавки, и по уплотняемой поверхности кольцо скользит с некоторым натягом. Это позволяет предотвратить вынос жидкости на первых выстрелах в условиях низкой температуры и при длительном хранении, а также предохраняет от попадания грязи и п1ыли внутрь цилиндра тормоза при медленном и плавном движении поршня со штоком, например, при искусственном откате.
Уплотнения такого типа не применяют из-за недостаточно изученного характера их работы при высоких давлениях и высоких скоростях движения сопрягаемых деталей.
На рис. 7.23 показан еще один вид уплотнения — уплотнение методом точной пригонки. При движении поршня внутри цилиндра жидкость не должна пробрызгиваться в зазор между поршнем и цилиндром. Для уменьшения трения о внутреннюю поверхность цилиндра рубашка поршня обычно изготавливается из бронзы, которая имеет более высокий коэффициент линейного расширения, чем сталь. При разогреве диаметр рубашки поршня увеличивается интенсивнее, чем внутренний диаметр цилиндра.
256
Во избежание образования натяга необходимо предусматривать между рубашкой поршня и внутренним диаметром цилиндра гарантированный зазор не менее 0,02—0,03 мм, достаточный для относительного изменения размеров поршня и цилиндра в рабочем диапазоне температур. Через, этот зазор при первых выстрелах может просачиваться существенное количество жидкости, искажая закон торможения. Для того, чтобы увеличить сопротивление жидкости, протекающей в зазор, на поверхности рубашки поршня делают прямоугольные канавки, располагаю-
Рис. 7. 23. Уплотнение методом точной пригонки: а—кольцевые канавки лабиринтного уплотнения
щиеся друг за другом с некоторым шагом. Эти канавки служат расширительными камерами для жидкости, протекающей в зазор. Попадая в такие расширительные камеры жидкость теряет свою скорость. Это уплотнение носит название лабиринтного уплотнения.
Особым видом уплотнительных устройств в тормозах и на-катниках являются вентильные устройства — герметические запорные приспособления, состоящие из вентилей, пробок и кранов всевозможной конструкции, запирающих отверстия в полость цилиндра. Эти отверстия предназначены для заполнения тормоза или накатника жидкостью или газом, а также для проверки уровня жидкости и давления газа. Иногда -делают специальные отверстия, например, для выпускания жидкости при ее замене, для выпускания воздуха при заполнении; для аварийного выпускания газа при поломке основного вентиля и т. д.
Для запирания отверстий в гидравлических тормозах применяются пробки, приведенные на рис. 7.24.
На рис. 7.24,а изображена простая пробка, поджимающая медное уплотнительное кольцо. Преимуществом такой конструкции является простота. Однако существенным недостатком ее является возникновение больших сил трения между уплотни
9 2610 257
тельным кольцом и буртиком пробки при закручивании, что не способствует равномерному и плавному поджатию уплотнительного кольца, которое может перемещаться и перекашиваться. Для обеспечения уплотнения оно должно быть выполнено сравнительно большого диаметра и сечения, следовательно, усилие поджатия также должно быть большим. Кроме того, при отклонении от перпендикулярности оси отверстия и торцевой поверхности гнезда под кольцо, последнее будет деформироваться не-
Рис. 7. 24. Запирающие пробки равномерно: часть кольца будет прижата излишне, а часть — почти недеформирована и не поджата, при этом возможна утечка жидкости.
На рис. 7.24,6 показана пробка в отверстии компенсатора жидкости. Такой тип конструкции имеет преимущество перед описанным выше. Кольцо имеет меньшие размеры и требуются меньшие усилия для его поджатия. Недостаток — увеличенные габариты в осевом направлении, необходимость специального прилива или вварной бобышки в оболочке цилиндра.
В конструкции пробок для заполнения цилиндра жидкостью и одновременного выпуска воздуха, приведенных на рис. 7.24,в, имеет место некоторое усложнение, однако при этом обеспечивается самоцентрирование уплотнительного кольца в гнезде и исключается проворачивание кольца при его поджатии. Такое уплотнение работает более надежно, чем ранее описанные конструкции. Попутно в данном случае можно обратить внимание на парное расположение отверстий в одном сечении тормоза. Заполнение тормоза жидкостью в этом случае облегчается, так как при заливке жидкости в одно отверстие, второе открыто и че
258
рез него выпускается воздух. Для того, чтобы не образовалось воздушной подушки в верхней части цилиндра, в сечении, примыкающем к отверстиям на внутренней поверхности цилиндра выфрезерованы пазы, обеспечивающие наивысший уровень полости цилиндра в местах выхода отверстий.
В гидропневматических накатниках, где имеется необходимость не только заполнения агрегата жидкостью и газом, но и периодическая проверка давления газа, применяются вентильные устройства.
Отверстие, перекрытое вентилем, сообщается с жидкостью, находящейся под давлением сжатого газа (рис. 7.25,а). Часто по
а) 5)
Рис. 7. 25. Вентильное устройство
условиям компоновки для этой цели используют припаянные изогнутые трубки. Запирание жидкости осуществляется плотным прижатием конической притертой поверхности вентиля к седловине отверстия. При открытии вентиля, последний вывинчивается, и жидкость под давлением поступает в каналы вентильно-io устройства. Сам вентиль уплотнен сальником, который поджимается гайкой. Во второе гнездо может быть вставлен манометр для измерения давления или соединительный патрубок к газовому баллону или компрессору. При этом необходимо, чтобы давление в пополняющем резервуаре было выше давления в накатнике.
Материалом для изготовления вентиля служит сталь. Для обеспечения поверхностной твердости и износоустойчивости контактного участка вентиля он подвергается закалке. Остальные участки вентиля и выше описанных пробок, в целях предохранения от коррозии, паркеризуются.
Для обеспечения безопасной разборки вентильного устройства (рис. 7.25,а) часто применяют еще дополнительный аварийный вентиль (рис. 7.25,6). Внутри вентиля имеется продольный осевой канал диаметром в 1 мм, пересекающийся с поперечным каналом того же диаметра и выходящий на цилиндрический участок вентиля. При вывинчивании вентиля и отходе конуса от седловины жидкость под давлением или газ через пересекающиеся отверстия малого диаметра выпускается в атмосферу.
259
Способы заполнения противооткатных устройств жидкостью и газом могут быть различные, в зависимости от особенностей конструктивного оформления тормоза и накатника. Общим для всех способов является выполнение следующих правил:
1) тормоз заполняется жидкостью при полностью вдвинутом внутрь цилиндра штоке;
2) при заполнении тормоза жидкостью должен быть обеспечен выход воздуха из всех полостей тормоза;
3) в гидропневматическом и пневматическом накатниках заполнение жидкостью должно предшествовать заполнению газом, чтобы обеспечить запирание газа жидкостью;
4) должен быть обеспечен надежный способ опорожнения противооткатных устройств, смены и добавления жидкости и газа без демонтажа с орудия;
5) должен быть обеспечен надежный способ контроля количества жидкости и газа при заполнении и в процессе эксплуатации.
Тормоз может заполняться жидкостью через отверстие, а воздух в этом случае свободно выходит в другое отверстие, которое при заполнении должно находиться в наивысшей точке полости тормоза. Разумеется, что в рабочем состоянии тормоза оба эти отверстия должны быть плотно закрыты пробками. Одно из таких конструктивных решений приведено на рис. 7.24,в.
Для обеспечения более надежной работы противооткатных устройств, целесообразно отверстия для заполнения располагать в нерабочей полости между полностью вдвинутым поршнем и дном цилиндра, где не возникает больших давлений жидкости и невозможен прорыв жидкости через пробки и их уплотнения.
Однако может оказаться, что в этом месте по условиям компоновки может быть размещено только одно отверстие. В этих случаях заполняют тормоз жидкостью либо с помощью шприца, диаметр которого меньше диаметра отверстия, что позволяет выпускать воздух через это же отверстие, либо с помощью насоса, подводящего жидкость под давлением в другую полость, а воздух выпускается через отверстие в верхней точке нерабочей погости. Заполнение прекращается, когда жидкость начинает вытекать из отверстия, через которое выходит воздух.
При наличии пневматических компенсаторов или пополните-лей необходимы контрольные отверстия, фиксирующие уровень заливаемой жидкости.
Гарантированный недолив также обеспечивается заранее рассчитанным положением отверстий для заливки жидкости и выпуска воздуха и определенным положением тормоза при заполнении.
Выпуск жидкости чаще всего обеспечивается специальными сливными пробками, расположенными в нижней части тормоза.
Контроль за количеством жидкости в тормозе может осуществляться с помощью отверстий для заполнения в тех случа-260
ях, когда в определенном положении тормоза из контрольного отверстия (отверстие для выпуска воздуха при заполнении) не вытекает жидкость. Это означает, что ее не хватает и необходимо добавить принятым для данного тормоза способом.
Заполнение пневматического накатника осуществляется следующим способом. Сначала заполняется жидкостью гидравлическая система уплотнений с полностью вдвинутым штоком мультипликатора одним из способов, принятых для заполнения тормозов отката, а затем через вентильные устройства заполняется газом рабочая полость либо от баллона высокого давления, либо воздушно-гидравлическим насосом (в положении «воздух») или компрессором.
Давление газа контролируется манометром, вставленным в вентильное устройство, а количество жидкости — положением штока мультипликатора.
Заполнение гидропневматического накатника осуществляется аналогично. Сначала в полость накатника (лучше всего при выдвинутом штоке) вливают определенное количество жидкости, затем через вентильное устройство подают газ под давлением от баллона, компрессора или насоса, контролируя давление манометром. Шток при этом вдвигается внутрь цилиндра. Если заполнение осуществляется на самом орудии, то при этом происходит накат ствола, скрепленного или со штоком,, или с цилиндром накатника.
Нормальная работа накатника зависит от правильного заполнения его. Контролировать необходимо не только давление газа в накатнике, что сравнительно просто осуществляется присоединением манометра к вентильному устройству, но и количество жидкости в накатнике, что определяет собою начальный объем газа, а при выдержанном начальном давлении — энергоемкость накатника, т. е. возможность обеспечения заданного закона изменения усилия накатника в зависимости от пути отката или наката.
Контроль количества жидкости в гидропневматическом накатнике может осуществляться различными способами.
1. По уровню жидкости. Этот способ получил два конструктивных решения. Первое состоит в том, что в крышке газового цилиндра накатника сделано контрольное отверстие, ось которого при горизонтальном положении цилиндра совпадает с уровнем нормального количества жидкости. Отверстие закрыто пробкой.
При проверке количества жидкости стволу придают угол возвышения Орад, отворачивают на 2—3 оборота пробку и наблюдают за характером пробрызгивания жидкости через контрольное отверстие. Если в накатнике нормальное количество жидкости, то из отверстия должен выходить газ с брызгами жидкости.
При заранее установленном угле склонения (ср<Орад) из отверстия должна идти только жидкость, а при угле возвышения <Р>0рад — только газ.
261
Предварительным расчетом устанавливают зависимость между величиной угла склонения (или возвышения) и количеством недостающей (или лишней) жидкости. Такое конструктивное решение очень просто, однако недостаток его состоит в субъективности оценки количества выбрасываемой жидкости, а также в том, что происходит утечка газа и жидкости при каждой проверке.
Поэтому естественно и другое конструктивное решение, обеспечивающее определение количества жидкости по его уровню с помощью смотрового очка (рис. 7.26).
Рис. 7.26. Смотровое очко
Рис. 7.27. График'для определения количества жидкости в накатнике
Смотровое очко располагается на боковой поверхности газового цилиндра и состоит из втулки 1 с экраном, смотрового стекла 5, двух колец 9, пяти-шести уплотняющих колец 2, нажимного кольца 8 и гайки 7, закрепленной стопором 3 с винтами 4. Смотровое стекло закрывается пробкой 6.
В центре экрана смотрового очка нанесена риска, к которой с помощью механизма вертикального наведения подводится уровень жидкости, наблюдаемый через смотровое очко. При помощи прицела или квадрата измеряется угол возвышения или склонения ствола и сравнивается с заранее подсчитанными данными о количестве жидкости, соответствующем измеренному углу.
2. Искусственным откатом. Этот способ заключается в том. что при плавном и медленном откате ствола процесс сжатия газа в накатнике будет происходить изотермически. При этом устанавливаются определенные соотношения между конструктивными параметрами накатника: его объемом и рабочей площадью, количеством жидкости, начальным давлением и давлением газа, соответствующим откату на определенную величину. Зная конструктивные параметры накатника, путь отката, начальное и текущее давления, можно определить количество жидкости. Используется график, построенный на основании предварительно проведенных расчетов, располагающийся на орудии (рис. 7.27). На графике, осями координат которого явля-262
ются измеряемые начальное и текущее, соответствующие какому-то Пути отката, давления, на основании предварительного расчета проведены лучевые прямые линии, ограничивающие область приемлемых значений количества жидкости. Определенному количеству жидкости будет соответствовать точка пересечения определенных значений начального и текущего значений. Если эта точка попадает внутрь выделенной области, то количество жидкости в норме, если вне, то необходимо либо дополнить, либо убавить количество жидкости.
Обычно наряду с жирными наклонными линиями, ограничи-. вающими область допустимых значений, имеются еще тонкие линии, вспомогательные, позволяющие определить недостающее или избыточное количество жидкости, так как каждой наклонной будет соответствовать свое количество жидкости.
Искусственный откат осуществляется либо специальным винтовым приспособлением, крепящимся между стволом и люлькой, либо подачей воздуха или жидкости под давлением в переднюю полость накатника (с помощью воздушно-гидравлического насоса, баллона высокого давления или компрессора).
Этот способ достаточно точен, надежен, но кротоплив. Он занимает много времени, требует наличия специальных приспособлений и приборов.
3. Специальным указателем положения плавающего поршня. Сущность заключается в создании устройства, показывающего, где находится плавающий поршень в промежутках между выстрелами.
Недостатком этого способа является значительное усложнение конструкции накатника.
Жидкость добавляется в накатник с помощью насоса через специальный прибор, позволяющий залить мерное количество жидкости.
Газ или жидкость выпускают через вентильное устройство. При предельном угле склонения ствола выпускается газ, а при некотором угле возвышения — жидкость.
7. 8. ГАЗЫ И ЖИДКОСТИ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ПРОТИВООТКАТНЫХ УСТРОЙСТВАХ
От правильного выбора газа и жидкости для заполнения противооткатных устройств во многом зависит их нормальная работа. При выборе газа приходится учитывать следующее:
1) газ и его примеси не должны вызывать коррозию металла и разрушение уплотнительных устройств;
2) газ до заполнения должен быть обезвожен, так как водяные пары способствуют появлению коррозии;
3) газ должен быть очищен от примеси твердых частиц (пыль, угольные частицы и т. д.). Присутствие твердых частиц может вызвать загрязнение рабочих поверхностей, нарушение
263
нормальной работы и даже механические разрушения поверхности;
4) газ должен быть неядовитый, негорючий и невзрывоопасный;
5) газ должен быть недефицитным и дешевым в производстве.
Исходя из этого, наиболее широко в противооткатных устройствах применяют азот и воздух.
Воздух наиболее доступен и дешев, однако, находящийся в нем кислород способствует образованию коррозии при хранении. Поэтому его применяют только в военное время.
В мирное время наиболее широко применяется азот. Будучи инертным и широко распространенным газом, он удовлетворяет почти всем требованиям, уступая воздуху только по экономическим и технологическим характеристикам.
Заполнение цилиндров газом осуществляется или от баллонов, или от насосов высокого давления — 5,0-4-10,0 мН/м2, или от ручных насосов — 2,5—5,0 мН/м2.
Жидкость, применяемая для заполнения цилиндров противооткатных устройств, должна обеспечивать нормальную их работу при всех условиях боевой эксплуатации орудия.
В гидравлическом тормозе с помощью жидкости осуществляется переход механической энергии отката в тепловую энергию, которая способствует нагреву жидкости и стенок тормоза. В пневматических и гидропневматических накатниках жидкость служит для запирания газа и для передачи давления.
В соответствии с этим, к жидкости, применяемой в противооткатных устройствах, предъявляются следующие требования:
1) жидкость должна обеспечить нормальную работу противооткатных устройств при разнообразных температурных условиях. В связи с этим жидкость должна обладать низкой температурой замерзания и возможно более высокой температурой кипения. Во избежание быстрого нагрева, жидкость должна обладать высокой теплоемкостью;
2) жидкость должна быть стабильной по своему составу и свойствам в широком диапазоне температур и давлений, а также при длительном хранении;
3) жидкость должна быть строго химически нейтральной, не вызывать коррозии стали и других металлов, применяемых в противооткатных устройствах, не разрушать уплотнительные устройства (сальники, воротники), а также не просачиваться через эти устройства;
4) жидкость должна быть дешева в производстве и изготовляться из отечественного сырья.
В настоящее время в противооткатных устройствах применяются две жидкости:
а) веретенное масло «АУ» — продукт перегонки нефти в виде фракций, следующих за тяжелыми соляровыми маслами;*
261
б) стеол «М» — смесь глицерина, этилового спирта ц воды с добавлением примесей.
Точный состав: глицерин — 46,3%; этиловый спирт —20,0%; хромовокислый калий— 1,6%; едкий натр — 0,10%; вода — 32%.
Основные характеристики жидкостей приведены в табл. 7.1.
Таблица 7,1
Характеристика Обозначение Единица измерения Стеол ЯМ“ Веретенное масло .АУ“
Плотность Q кг/дм3 (1,09 4-1,10)-103 (0,894-0,90). IO3
Температура застыва- ^3 К 216 228
НИЯ .Температура кипения ^к к 362—365 623
при атмосферном давлении Коэффициент объемно,- 0 г 1 0,00065 0,00069
го температурного расширения (средний) Коэффициент объемно- 0Р к м3/мН 0,00060 0,00075
го расширения. Средняя удельная теп- С Дж (КГ. К) Дж (м-ч- К) 2,9 1,8
лоемкость Абсолютная вязкость при 243К 253К 263 К 273К '293К 323К 353К Коэффициент теплопроводности CL'j’ 38,9 14,43 6,61 2,97 1,09 0,37 0,19 1 428,2 115,3 38,5 16,5 4,0 1,06 0,48 0,44
Из таблицы видно, что стеол «М» имеет целый ряд преимуществ перед веретенным маслом, в связи с тем, что он имеет меньший коэффициент объемного расширения и большую удельную теплоемкость. Это приводит к тому, что при сообщении одинакового количества тепла одинаковым количествам обеих жидкостей, во-первых, температура стеола увеличится на меньшую величину, во-вторых, увеличение объема на каждый градус повышения температуры у стеола «М» будет меньше, чем у веретенного масла. При низких температурах стеол «М» также оказывается более работоспособным, так как его температура застывания ниже.
Добавка хромовокислого калия и едкого натра делает стеол «М» устойчивым против окисления кислородом воздуха даже
265
под давлением. Коррозии, кроме небольших потемнений и легкой шероховатости под воротниками, не наблюдается. Стеол «М» перед употреблением тщательно профильтровывается и должен иметь щелочную реакцию на фенолфталеин.
Недостатком стеола «М» является более низкая температура кипения, чем у веретенного масла и более сложная технология производства.
У. веретенного масла, в свою очередь, имеется еще недостаток: при длительном хранении оно разъедает кожаные и резиновые уплотнения.
7. 9. СОЕДИНЕНИЕ ПРОТИВООТКАТНЫХ УСТРОЙСТВ С ЛЮЛЬКОЙ И КАЗЕННИКАМ
Так как противооткатные устройства выполняют роль упругой силовой связи между откатывающимся стволом и неподвижным лафетом, узлы крепления их к казеннику ствола и к люльке— элементу лафета, служащему для направления ствола при его откате, являются ответственными конструкциями.
Кроме обеспечения прочности, жесткости и надежности соединения к узлам крепления предъявляют еще требования обеспечения несложного и быстрого соединения и разъединения, а также возможности регулировки и подгонки по длине установочного размера штока относительно цилиндра, чтобы обеспечить правильность начального положения регулирующих деталей в тормозе.
Сама конструкция соединения зависит от целого ряда фактов ров, главнейшими из которых являются:
— выбранная конструктивная схема противооткатных устройств;
— выбранная конструкция люльки;
— конструкция казенника;
— общая схема компоновки орудия;
— наличие или отсутствие дополнительных требований по быстросъемности, заполнению жидкостью или газом и т. д.
При выборе конструктивной схемы противооткатных устройств определяют количество и габариты цилиндров, принимают решение о том, что соединяется с откатными частями (шток или цилиндр), определяют взаимное расположение цилиндров. В соответствии с этим конструктивно оформляют специальные приливы или гнезда на люльке и казеннике, разрабатывают узлы крепления.
С точки зрения уменьшения действия выстрела на лафет выгоднее к казеннику присоединять цилиндры, так как при этом •увеличивается масса откатных частей и уменьшается энергия отката. При этом цилиндры лучше располагать симметрично относительно оси канала ствола, что дает больше возможности совместить центр тяжести откатных частей с осью канала ство
266
ла, избежать тем самым появления при выстреле так называемого «момента динамической пары», дополнительно нагружающего лафет.
С другой стороны, несимметричная компоновка также имеет преимущества, заключающиеся в том, что вынос противооткатных устройств наверх способствует понижению высоты линии огня, а размещение их снизу, внутри корытообразной люльки, позволяет создать компактную конструкцию с высокой степенью защищенности противооткатных устройств от воздействия осколков, пуль и др.
Если в цилиндрах противооткатных устройств имеются такие элементы, как плавающий поршень или подпружиненный клапан, целесообразнее цилиндр крепить на неподвижной части, т. е. на люльке, а к откатным частям, т. е. казеннику, крепить шток. Кроме того это дает преимущества при недоливе жидкости в тормозе— объем недолива меньше сказывается на характер закона торможения, а также в меньшей степени взбалтывается и перемешивается жидкость с газом в гидропневматических накатниках с непосредственным соприкосновением жидкости и газа.
С точки зрения характера работы люльки как металлоконструкции, призванной обеспечить надежное направление ствола без перекосов и заклинений при его откате, выгоднее, чтобы места креплений противооткатных устройств были ближе к оси цапф, как в продольном, так и в поперечном направлениях. Это позволяет значительно уменьшить изгибные напряжения в металлоконструкции и обеспечить жесткость конструкции при минимальной массе.
С точки зрения работы казенника, ответственной детали орудия, работающей в очень тяжелых условиях динамического нагружения как со стороны ствола и затвора, так и со стороны противооткатных устройств, необходимо стремиться к тому, чтобы не допускать серьезных ослаблений казенника в местах крепления противооткатных устройств и не приводить к появлению больших дополнительных изгибающих моментов от слишком далеко выступающей бороды казенника или других кронштейнов, к которым крепятся штоки или цилиндры.
Важным моментом при проектировании узлов крепления на люльке и казеннике является их взаимная соосность, обеспечиваемая регулировкой, так как размерная цепь от гнезда в люльке до гнезда в казе'ннике очень велика.
Независимо от конструкции узла крепления цилиндр тормоза или накатника на своей наружной поверхности имеет одно или два центрирующих утолщения и бурт для передачи осевых усилий. Крепление цилиндра осуществляется или при помощи гайки, прижимающей упорный бурт к шейке проушины люльки, или казенника, либо байонетным соединением, либо поджимной планкой (см. рис. 7.28, 7.29, 7.30).
267
Крепление штока тормоза должно допускать регулировку установки по длине, что достигается либо постановкой прокладок (рис. 7.31), либо промежуточными гайками. Требование быстрой смены без повторяющейся регулировки, например, для пополнения тормоза и небольшого ремонта, заставляет применять
Рис. 7. 28. Крепление цилиндра гайкой: 1—цилиндр; 2—гайка; 3—контргайка
быстросъемные фиксаторы (рис. 7.32). Качающийся подпружиненный рычаг-фиксатор входит в корончатые вырезы гайки, установленной на сцоей резьбе в казеннике при первом монтаже и регулировке. Отброшенный, он не препятствует вывинчиванию штока из гайки, которая при этом не меняет своего положения. При обратной постановке достаточно вывести на нужный размер риску на штоке и повернуть фиксатор в тот вырез, в который он входил ранее. В тех случаях, когда противооткатные устройства состоят из нескольких цилиндров, например, при на-
Рис. 7. 29. Крепление цилиндра байонетным соединением: /—цилиндр; 2— байонетный выступ; 5—паз
Рис. /.30. Крепление цилиндра поджимной планкой:
/—цилиндр; 2—поджимная планка; 5—гнездо на люльке
личии одного тормоза, имеется два накатника, оказывается удобно предварительно соединять штоки всех цилиндров одной траверсой, которая, в свою очередь, крепится iTоткатным частям. Такое соединение оправдывает себя в полевых орудиях крупного калибра, нуждающихся в быстром переводе откатных частей орудия из походного положения в боевое и обратно. В походном
268
положении обычно ствол отсоединен от противооткатных устройств и отведен назад для придания устойчивости орудию на походе.
Рис. 7.31. Регулировка установки штока прокладками: /—шток; 2—прокладка
Рис. 7. 32. Фиксатор крепления штока: 1—шток; 2—рычаг-фиксатор
При переводе орудия в боевое положение, когда ствол выдвигается вперед, необходимо осуществить быстрое соединение его с противооткатными устройствами. Для этой цели удобно применять сухарное соединение, которое обычно сочетается с механизмом взаимной замкнутости, не позволяющим осуществить
Рис. 7. 33. Сухарное соединение противооткатных устройств с казенником
выстрел из орудия при неполном и непрочном соединении ствола с противооткатными устройствами. На рис. 7.33 показано такое сухарное соединение траверсы противооткатных устройств с казенником.
269
Шток тормоза 1 и штоки накатников 2 соединены с траверсой 3 резьбовыми соединениями. Гайки 4 крепления штока тормоза имеют на своей наружной поверхности сухарные выступы, проходящие в сухарный замок 5, помещенный в бороде казенника ствола.
При повороте сухарного замка вправо до отказа витки (трефы) его сцепляются с витками (трефами) гайки штока тормоза, в результате чего все три штока противооткатных устройств оказываются соединенными через траверсу с казенником ствола.
Механизм взаимной замкнутости затвора и противооткатных устройств в данной конструкции имеет назначение предотвратить открывание и закрывание затвора, а следовательно, заряжание и выстрел, если казенник ствола не соединен со штоками противооткатных устройств сухарным замком.
Осуществляется это следующим образом.
В заднем хвосте сухарного замка б помещена заделка с фигурным пазом «а», в который входит головка стопора 6 поршня (или клина) затвора. Стопор 6 поршня проходит через отверстия в казеннике и в направляющей планке в поршневое гнездо казенника и удерживается в верхнем положении пружиной.
Если сухарный замок не сцеплен с гайкой штока тормоза отката, то стопор своим верхним концом входит в соответствующее гнездо на поршне затвора и не позволит его открыть.
Если же казенник ствола соединен со штоками противооткатных устройств, то стопор 6 фигурным пазом заделки сухарного замка будет оттянут вниз, его верхний конец выходит из гнезда поршня, затвор при этом можно открыть.
Таким образом положение стопора поршня свидетельствует о наличии соединения ствола с противооткатными устройствами.
Недостатком такой .конструкции механизма взаимной замкнутости является надежное действие его только в том случае, когда ствол полностью надвинут в переднее положение. Если ствол не надвинут в переднее положение на величину, превышающую длину гайки 4 крепления штока, вращение сухарного замка возможно, стопор 6 может быть оттянут вниз, затвор освобождается, в то время как соединения ствола с противооткатными устройствами — не осуществлено.
Свободен от указанного недостатка механизм взаимной замкнутости, предназначенный для устранения возможности срабатывания спускового механизма при незакрепленном штоке накатника в орудии, походное положение которого требует отведения н£зад ствола с противооткатными устройствами. Схема крепления штока накатника к люльке и сам механизм приведены на рис. 7.34.
Крепление штока к люльке осуществляется сухарным соединением, состоящим из сухарных выступов 12 на конце штока и соответствующих им пазов во втулке 3 бугеля люльки 1, При переводе орудия из походного положения в боевое ствол вместе 270
с накатником выдвигается вперед, шток накатника своими сухарными выступами вдвигается во втулку бугеля люльки и специальным упором 11 утапливает стопор 2, препятствовавший развороту втулки 3. Втулка 3 может быть развернута и, тем самым, осуществляется скрепление штока с люльйой, так как
Рис. 7. 34. Крепление штока и люльки и механизм взаимной замкнутости
сухарные выступы 12 штока войдут в зацепление с внутренними выступами втулки 3. При повороте втулки 3 перемещается тяга 4, рычаг 5, вал 6 и рычаг 7 со стопором 9, который отстопорива-ет спусковой механизм и дает возможность произвести выстрел.
До разворота втулки 3 выстрел был невозможен, так как спусковой механизм был застопорен механизмом взаимной замкнутости, а разворот втулки 3 стал возможен только при утапливании стопора 2, что возможно только при полном надвигании ствола с накатником.
Глава 8
ОПОРНЫЕ УСТРОЙСТВА СТВОЛА, КАЧАЮЩЕЙСЯ И ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ЧАСТЕЙ
8. 1. ЛЮЛЬКА
В современных орудиях ствол дрлжен иметь возможность поворачиваться вокруг горизонтальной оси в вертикальной плоскости в процессе наводки и откатываться вдоль своей оси во время выстрела. Наиболее рациональным по конструкции устройством для осуществления этих движений является люлька, которая имеет цапфы, располагаемые в подцапфенниках верхнего станка, и специальные направляющие. Относительно оси цапф осуществляется поворот ствола вместе с люлькой на необходимый угол возвышения. Направляющие люльки обеспечивают желаемые продольные перемещения во время его отката и наката. Промежуточными звеньями, соединяющими ствол с люлькой, служат противооткатные устройства. Таким образом люлька, являясь основанием качающейся части, направляет движение откатных частей при выстреле, служит для поворота ствола на угол возвышения при помощи механизма вертикального наведения и соединяет качающуюся часть с верхним станком орудия.
Кроме противооткатных устройств и цапф к люльке крепятся сектор подъемного механизма *, прицельное устройство или отдельные его механизмы, подвижная опора уравновешивающего механизма и у некоторых орудий элементы, обеспечивающие автоматическое открывание затвора. На люльке могут также, размещаться различного рода вспомогательные устройства, к которым относятся (механизмы изменения длины отката, коробка для поджатия сальника тормоза отката, механизм взаимной замкнутости накатника со спусковым приспособлением, направляющая линейка указателя длины отката и т. п.).
Для нормальных условий движения откатных частей, работы противооткатных устройств и других механизмов конструкция люльки должна отвечать следующим требованиям:
— прочности (в момент выстрела на люльку действуют значительные динамические нагрузки);
* В зависимости от схемы подъемного механизма, сектор может крепиться к верхнему станку.
272
— жесткости (для предупреждения перекоса направляющих, защемления откатывающихся частей, неравномерного и усиленного износа направляющих, искажения закона изменения сопротивления откату и накату).
В общем случае, если рассматривать артиллерийское орудие, установленное на подвижной платформе, со стороны откатных частей на люльку в плоскости стрельбы действуют во время отката ствола и колебаний основания момент динамической пары (Лгн^)> а также приложенная в центре тяжести откатных частей приведенная сила сопротивления откату (У?) и инерционные силы. Указанные силы вызывают реакции на свйзях люльки с откатными частями.
В результате взаимодействия ведущего пояса снаряда с нарезами ствола в плоскости, перпендикулярной оси канала ствола, возникает момент Л4СН. Этот момент передается на люльку и вызывает реакции подцапфенников на ее цапфы. Под действием указанных реакций, величина которых может быть значительна,' люлька будет находиться в сложном напряженном состоянии.
Для обеспечения прочности и жесткости поперечные сечения люльки по высоте обычно составляют—----—от общей ее длины.
8 10 .
Для повышения жесткости на люльках устанавливаются ребра жесткости и усиливающие связи. Размеры люльки зависят от размеров элементов, размещаемых на ней (противооткатные устройства). Люлька должна обеспечить надежное направление ствола при откате и накате.
Конструктивно различают стволы с уменьшающейся опорной базой при откате (рис. 8.1,а), с постоянной (рис. 8.1,6) и с увеличивающейся базами (рис. 8.1,в).
Если Lq — длина опорной базы до начала отката, a Lx—в конце отката, то при уменьшающейся базе — Lx<L0; при постоянной опорной базе — Lx=Lo; при увеличивающейся — L\>Lo.
В последнем случае ствол передней частью скользит в опоре люльки, а казенник или специальные захваты опираются на полозки люльки.
В схеме с уменьшающейся опорной базой между средними захватами и направляющей люльки должен быть некоторый зазор для нормального скольжения при помощи крайних захватов. В момент схода задних захватов с направляющих величина реакции со стороны люльки на откатные части мгновенно изменяется. Таким образом, уменьшающаяся опорная база не обеспечивает однообразия и стабильности движения откатных частей.
В системах с постоянной опорной базой этот недостаток отсутствует. Вместе с тем, чем больше длина опорной базы ствола при откате и накате, тем меньше колебания ствола после выстрела.
273
Люлька должна быть такой длины, при которой подвижные части имеют наибольший откат, реакции со стороны люльки на откатные части сравнительно небольшие, и центр тяжести откатных частей находится в пределах длины направляющих. От величины реакций зависят силы трения и, следовательно, износ направляющих люльки и откатных частей, а также напряженное
Рис. 8. 1. Схемы опорной базы ствола
состояние люльки и направляющих элементов.
Требование расположения центра тяжести откатных частей в пределах направляющих люльки обусловлено необходимостью улучшения кучности стрельбы и уменьшения сил трения.
Величина сил трения тем меньше, чем меньше плечо динамической пары и чем больше расстояние между передней и задней опорами откатных частей на люльке. В системах с уменьшающейся опорной базой по мере отката силы трения увеличиваются и резко достигают максимума в момент схода с направляющих заднего захвата ствола.
Для уменьшения коэффициента трения необходимо
обеспечить хорошую обработку направляющих поверхностей. Для исключения скольжения сталь по стали направляющие (или захваты) изготовляют из стали с облицовкой бронзой или латунью и применяют устройства, одни из которых служат для автоматической смазки направляющих, другие — предохраняют от грязи и забоин поверхности трения.
Все это необходимо также для надежного наката откатных частей. Отсутствие смазки и повреждение направляющих могут
вызывать нарушение режима наката.
В период движения снаряда по нарезам на откатывающуюся часть действует момент от реакции вращающегося снаряда, стремящийся повернуть ствол вокруг его продольной оси. Этот мо
мент вызывает.дополнительные реакции на направляющих, поддерживающих откатные части. Для предохранения штоков противооткатных устройств от изгиба в люльках, конструкция которых не исключает возможность поворота ствола, предусматриваются специальные направляющие элементы. Эти элементы выполняют в виде шпонок или штырей длиной не менее ЗХД
274
(Хд — перемещение откатных частей к моменту вылета снаряда из канала ствола).
В современных артиллерийских орудиях применяют люлькч различной конфигурации. Однако по способу направления движения ствола их можно разделить на три типа: корытный, обойменный и смешанный.
Люлька корытного типа имеет прикрепанные или отлитые вместе с профилем корпуса обработанные полозки, по которым скользят захваты ствола. Противооткатные устройства могут располагаться внутри люльки или вне ее.
Рис. 8. 2. Люлька корытного типа
На рис. 8.2 приведена схема корытообразной люльки, в которой основанием является короб (корыто) 1. К коробу люльки прикреплена передняя 2 и задняя 3 обоймы и направляющие ствола 4. В обойме 2 может крепиться накатник. К задней обойме, являющейся цапфенной обоймой, крепятся цапфы 6 и зубчатый сектор 5 механизма вертикальной наводки. Тормоз отката обычно, размещается внутри люльки. В рассматриваемой схеме бронзовые полозки присоединены к захватам откатных частей. Для. смазки полозков ставятся масленки, чтобы удержать смазку иа полозках по всей длине. Имеются канавки.
Корытообразные люльки большей частью применяются в орудиях на колесном лафете. Они обеспечивают хорошие условия для перемещения откатных частей. В данном случае не требуется обработка больших трущихся поверхностей (тщательно обрабатываются направляющие люльки и захваты ствола). При условии размещения противооткатных устройств внутри короба люльки отпадает необходимость в устацовке специальных защитных экранирующих устройств, т. к. в данном случае таким экраном является сам короб.
Люльки корытного типа можно изготовить, используя штампо-сварные и штампо-клепаные конструкции, обеспечивая при этом небольшую массу люльки и необходимую жесткость. Жесткость штампованного короба, являющегося основанием люлек, может быть повышена за счет усиливающих листов, цапфенных
275
обойм, а также при помощи внешних или внутренних 'ребер. Эти ребра обычно являются элементами, обеспечивающими соединение люльки с противооткатными устройствами.
В орудиях с люльками корытного типа увеличивается высота линии огня, что является недостатком.
Люлька обойменного типа обычно представляет собой цилиндр 1, внутри которого располагается ствол (рис. 8.3). Для предохранения от износа соприкасающихся во время отката и наката поверхностей ствола и обоймы на внутренней поверх-
Рис. 8. 3. Обойменная цилиндрическая люлька
ности последней укрепляется несколько бронзовых полозков 2 с канавками для смазки. Полозки по мере износа могут заменяться новыми.
Противооткатные устройства размещаются на наружной поверхности обоймы. Снаружи обоймы крепятся цапфы 3 и сектор подъемного механизма 4.
Обойменная люлька по сравнению с корытообразной значительно компактнее, в поперечном сечении имеет большую жесткость и более технологична в изготовлении. Поэтому она находит широкое применение в настоящее время, хртя и имеет существенные недостатки: ухудшает условия охлаждения ствола, требует тщательной обработки больших поверхностей ствола, а также обильной их смазки. Последнее обстоятельство приводит к усложнению конструкции люльки, так как необходим резервуар значительного объема.
В люльке, приведенной на рис. 8.3, резервуар размещается в специальном приливе, служащим для крепления на люльке штоков противооткатных устройств. При интенсивной стрельбе от нагрева ствола смазка, находящаяся в резервуаре, разжижа-276
ется и, стекая через специальное отверстие по асбестовому шнуру, смазывает направляющую часть ствола и люльки.
К недостаткам обойменной люльки необходимо также отнести непостоянство диаметрального зазора между стволом и полозками, который зависит от температуры ствола, от упругой деформации его стенок под действием давления пороховых газов. Указанный выше зазор должен быть определенной величины, чтобы при выстреле ствол не заклинивался. С другой стороны, большой зазор между стволом и люлькой в сочетании с податливостью люльки и подъемного механизма вызывает большие по амплитуде и длительные по времени колебания ствола после
Рис. 8. 4. Обойменная люлька открытого типа
выстрела, что может ограничить практическую скорострельность. Обойменные люльки применяются в орудиях танков и самоходных артиллерийских установок (САУ), а также могут быть в обычных полевых орудиях.
Артиллерийское вооружение танков и САУ по своему устройству отличается от обычных полевых систем. Стремление создать боевую машину с малым силуэтом корпуса и башни вынуждает делать ограниченное по объему боевое отделение, что приводит к требованию компактности артиллерийской установки. Поэтому в таких установках люльки должны нести на себе массивную бронировку (маска-щит), тяжелые уравновешивающие грузы и ограждение. Это создает большие инерционные, периодически изменяющиеся усилия на люльку от угловых и линейных колебаний боевой машины во время движения и выстрела.
К обойменным люлькам необходимо отнести и конструкцию, приведенную на рис. 8.4. Основанием люльки является короб л к которому прикреплены две обоймы. В задней цапфенной обойме 1 ствол направляется при помощи полозков а, а в передней обойме 2 ствол скользит по каткам 4. Катки представляют собой металлические кольца, посаженные с натягом на шарикоподшипники. Данный тип обойменной люльки значительно сложнее и поэтому применяется редко.
Люльки смешанного типа имеют элементы люлек корытного и обойменного типов и обеспечивают при откатке увеличивающуюся опорную базу откатных частей.
277
Для обеспечения поворота качающейся части в вертикальной плоскости служат цапфы, прикрепленные к люльке и распо-
ложенные в опорах верхнего станка.
На цапфы при выстреле действуют значительные по величи-
не силы и моменты, а в орудиях, установленных на подвижных платформах, еще и инерционные силы, возникающие при колебаниях последних. Поэтому диаметральные размеры цапф выбирают, исходя из обеспечения их прочности. Цапфы, опирающиеся на подшипники скольжения, должны также обеспечить необходимые удельные давления на опорную поверхность.
В крупнокалиберных орудиях находят применение ступенчатые цапфы, в которых утолщенная часть предназначена для передачи усилий, дополнительно возникающих при выстреле, на подцапфенники верхнего станка, а утоненная
часть снабжена подшипником качения ' и опирается на пру
жину.
В большинстве артиллерийских орудий применяются вставные цапфы. Их ставят в отверстия непосредственно в люльке или в специальной' цапфенной обойме с натягом. Цапфы крепятся при помощи болтового соединения или при помощи сварки. После установки на место вставные цапфы обычно подвергаются дополнительной обточке.
Форма цапфенной обоймы зависит от конструкции люльки, и может быть самой разнообразной. Применение цапфенных обойм целесообразно потому, что к ним обычно крепятся зубчатый сектор и элементы противооткатных устройств. Они увеличивают также жесткость люлек.
В процессе компоновки качающейся части важно правильно установить противооткатные устройства по отношению к люльке. При размещении противооткатных устройств на люльке необходимо расположить их так, чтобы усилия, развиваемые отдельными агрегатами противооткатных устройств, распределялись бы симметрично относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось канала ствола (рис. 8.5,а).В этом случае ствол по отношению к направляющим наиболее стабильно сохраняет одно и то же положение, а это благоприятно сказывается на кучности стрельбы и приводит к уменьшению реакций люльки на откатные части в плоскости, перпендикулярной плоскости стрельбы. В некоторых орудиях противооткатные устройства размещаются над люлькой (рис. 8.5,6)'. Такое расположение поз
278
воляет уменьшить высоту линии огня, а также плечо момента динамической пары, что дает возможность не только уменьшить реакции люльки на откатные части, но и улучшить устойчивость артиллерийского орудия. При условии использования двух накатников целесообразно их располагать так, как показано на рис. 8.5,в.
8. 2. ВЕРХНИЙ СТАНОК
В артиллерийских орудиях ствол в процессе наводки должен иметь возможность поворачиваться в горизонтальной плоскости относительно вертикальной оси. Для этой цели качающаяся часть размещается на специальном вращающемся основании. Вместе с качающейся частью это основание образует вращающуюся часть орудия. В полевых буксируемых орудиях, предназначенных для стрельбы по наземным целям, а также в зенитных установках и в некоторых САУ основанием качающейся части является верхний станок, в танковых, в отдельных САУ и корабельных— вращающаяся башня. Для того чтобы зафиксировать определенное положение оси, относительно которой поворачивается вращающаяся часть, необходимо обеспечить отсутствие смещения последней по отношению к неподвижному основанию (нижнему станку) орудия в горизонтальных направлениях, что достигается конструкцией соединения верхнего станка с нижним.
Верхние станки различны по своему внешнему оформлению,, по размещению механизмов и устройству опор цапф качающейся части орудия. Существенное различие имеется также в способе соединения верхнего станка с нижним.
На верхнем станке размещаются и крепятся основные агрегаты, орудия— люлька со стволом, элементы механизмов наводки, прицельные устройства, неподвижная опора уравновешивающего механизма, а также вспомогательные элементы. На платформах верхних станков зенитных автоматических установок могут размещаться механизмы и приспособления подачи патронов, охлаждения ствола, элементы электро- или гидроприводов, различного рода арматура.
Во время выстрела верхний станок нагружается значительными по величине силами и моментами, обусловленными опор? ными реакциями цапф, подъемного и уравновешивающего механизмов. На верхний станок действует также сила тяжести, а в корабельных и самоходных установках и силы инерции. С учетом указанных нагрузок к конструкции верхнего станка предъявляется требование обеспечения достаточной прочности и жесткости при минимальной его массе. Это достигается введением в конструкцию станка ребер жесткости и усилением наиболее нагруженных участков.
Связь качающейся части с верхним станком предопределяет требование надежного крепления качающейся части на станке
279
и‘возможность ее поворота относительно цапф в соответствии с заданным диапазоном углов возвышения. Требования в отношении подцацфенного устройства, закрепляемого на верхнем станке, вытекает из необходимости получения небольших моментов трения в опоре при вертикальном наведении. В орудиях» устанавливаемых на подвижных основаниях, опорные устройства цапф должны обеспечить возможность восприятия нагрузок, направленных перпендикулярно оси цапф и вдоль этой оси, а также, в отдельных случаях, возможность выбора «мертвого» хода в зацеплении шестерни коренного вала с сектором механизма вертикального наведения.
Рис. 8. 6. Верхний станок
Верхний станок обычно представляет собой конструкцию сложной формы и состоит из двух щек 1, жестко связанных между собой основанием 2 (рис. 8.6). Между щеками размещается качающаяся часть. Расстояние между щеками определяется габаритами люльки, а их высота должна обеспечить возможность поворота качающейся части относительно оси цапф в пределах заданных углов возвышения. В верхней части щек имеются 'цапфенные гнезда, в которых закрепляются опоры цапф качающейся части. В зависимости от способа соединения верхнего станка с нижним основание станка может иметь центральный боевой штырь 3 или гнездо под штырь, если последний связан с нижним станком. В тумбовых установках основание станка выполнялось иногда в виде стакана, при помощи которого осуществлялась связь станка с тумбой. В системах, где штырь отсутствует, к основанию станка крепятся элементы, обеспечивающие его связь с нижним станком через погонное устройство.
280
Рис. 8.7. Схема соединения верхнего станка с нижним в тумбовых установках
Для повышения прочности и жесткости элементы станка усиливаются ребрами и связями. Как правило, станок имеет несколько кронштейнов, при помощи которых осуществляется крепление к нему различных механизмов и устройств. С целью уменьшения веса станка в наименее нагруженных местах делаются отверстия и вырезы. В зависимости от сложности конструкции верхний станок может быть выполнен в виде литой стальной детали (см. рис. 8.6) или состоять из отдельных частей, жестко скрепленных друг с другом. Так, например, на рис. 8.7 приведен станок, в котором щеки 1 и штырь 3, установленные в тумбе 5, прикреплены к жесткому основанию 2 при помощи болтов. В пазы штыря и основания вкладываются клинья 4 для обеспечения прочного и неподвижного соединения, так как эти элементы при выстреле и на походе воспринимают большие нагрузки.
Опорные устройства качающейся части танков и САУ существенно отличаются друг от друга в зависимости от типа боевой машины и способа обеспечения горизонтального наведения. Качающаяся часть в танках и САУ может крепиться к башне, .броневой маске, шарнирной рамке и к станку с боевым штырем.
Качающаяся часть крепится к башне или через промежуточную раму, жестко связанную с башней, или
непосредственно в броне последней. В первом случае на люльке делаются цапфенные гнезда, куда входят цапфы, укрепленные в специальных щеках рамы, во втором — цапфы люльки крепятся в приливах башни. Для наведения орудия по горизонту башня имеет возможность поворачиваться относительно' корпуса машины. Таким образом, вращающаяся башня, выполняя функции верхнего станка, является опорой качающейся части.
В самоходных артиллерийских установках при условии размещения орудия в неподвижной башне или корпусе машины распространенным типом опоры качающейся части является шарнирная рамка 1 (рис. 8.8). Она представляет собой литую замкнутую конструкцию, к которой приваривается кронштейн подъемного и поворотного механизмов. К вертикальным боковым стенкам' рамки прикреплены цапфы, относительно которых поворачивается качающаяся часть при вертикальной наводке. Поворот ствола вместе с рамкой в горизонтальной плоскости осуществляется относительно вертикальных цапф 3 и 4, входя
281
щих в отверстия рамки и крепящихся в корпусе машины. Представляя непосредственно опору качающейся части 2 рамка воспринимает от нее нагрузку и через вертикальные цапфы и другие соответствующие детали и устройства передает ее на бронировку корпуса.
Установка качающейся части на обычном штыревом станке может применяться только в тяжелых САУ с открытым расположением орудия.
Рис. 8. 8. Шарнирная рамка для опоры качающейся части
Цапфы качающейся части опираются на подцапфенные устройства (подцапфенники) верхнего станка. Кроме массы качающейся части подцапфенники воспринимают все усилия, действующие на нее при колебаниях подвижных установок, а также при стрельбе и наведении орудий. В общем случае на подцапфенники действуют радиальные и осевые усилия в направлениях перпендикулярном и вдоль оси цапф.
В зависимости от того, какими элементами воспринимаются усилия, подцапфенники можно разделить на четыре основных типа.
I — радиальные и осевые усилия воспринимаются опорами скольжения (рис. 8.9). Этот тип применяется, в основном, в полевых орудиях, предназначенных для стрельбы по наземным целям и установленных на неподвижных основаниях.
II — радиальные усилия воспринимаются опорами качения, а осевые — опорами скольжения. Потери на трение в подцапфен-никах этого вида относительно велики, поэтому они применяются в артустановках сравнительно небольшого калибра.
282
Ill — радиальные и осевые усилия воспринимаются опорами качения. Установка сферических роликовых подшипников в этом случае оправдана только тогда, когда осевые усилия сравнительно невелики. При наличии значительных осевых усилий применяются комбинированные устройства (рис. 8.10). В данном случае радиальные усилия действуют на роликовые, а осевые на упорные шариковые подшипники.
Рис. 8.9. Подцапфенник скольжения
Рис. 8. 10. Подцапфенник качения
IV — сила тяжести качающейся части (рис. 8.11) воспринимается опорой качения 1, подвешенной к центральной части корпуса подцапфенников через обойму 2 на тарельчатых пружинах 3 (подрессоренный подцапфенник). Радиально направленные силы, действующие при выстреле, и осевые усилия воспринимает опора скольжения 4. В процессе наведения утоненная часть цапф опирается на роликовые подшипники, а между утолщенной частью цапф и опорой скольжения имеется радиальный зазор порядка 6 = 0,1-5-0,15 мм. При выстреле пружины сжимаются, выбирается зазор и цапфа садится на вкладыш опоры скольжения. Этот вид подцапфенников применяется в артустановках крупного калибра, когда опоры качения получаются очень большими.
Если вес качающейся части значительно превосходит наибольшие усилия сжатия стандартных тарельчатых пружин и подтягивание подвески затруднительно, применяется устройство (рис. 8.12), в котором обойма с подшипником качения связана с пружинами 5 через промежуточный рычаг 1. С одной стороны, рычаг опирается на ролик 2 жесткой опоры 3, с другой — на тягу 4 амортизатора.
283
Таким образом по характеру трения опоры цапф можно разделить на опоры сколъжения и опоры качения.
Опоры скольжения обычно изготовляют с бронзовыми вкладышами, располагаемыми в гнездах щек верхнего станка и в наметке. На внутренней поверхности’вкладышей имеются канавки, а в верхней половине — отверстия, через которые подводится смазка к цапфам из масленок, ввинченных в наметки. Длину
Рис. 8. 11. Подрессорный Рис. 8. 12. Подрессорный подцапфенник с про-подцапфенник межуточным рычагом
опорной поверхности вкладыша I (рис. 8.9) выбирают, руководствуясь ее отношением к внутреннему диаметру df. которое колеблется в пределах 0,8—1,5. Увеличение длины до (34-3,5)rf повышает чувствительность подцапфенников к перекосам цапф и может привести к разрывам маслинных пленок у торцов и к заеданию. С уменьшением длины связано возрастание удельных давлений в опоре.
Опоры качения являются основным видом подцапфенных устройств. В большинстве случаев используют роликовые и игольчатые нестандартные подшипники. Шариковые подшипники применяются в подцапфенниках, в основном, для восприятия осевых усилий.
Для увеличения контактной поверхности роликов с кольцами подшипника концы роликов делаются коническими. Иногда, для исключения перекосов, конические выточки и проточки делают на кольцах. При отсутствии перекосов ролики соприкасаются с кольцами по образующим цилиндрических поверхностей.
Часто опорой цапф являются игольчатые подшипники, в* которых в качестве элементов качения используются тонкие и длин-284
ные ролики — иглы. Длина иглы в 5—10 раз превышает ее диаметр. В игольчатых подшипниках отсутствуют сепараторы и они небольшие по размерам. Радиальный зазор между иглами и бе-ювыми дорожками колец значительно больше, чем у шариковых и роликовых подшипников, и приблизительно равен радиальному зазору подшипников скольжения такого же диаметра. Большое количество игл в подшипнике увеличивает число «линий» контактов между иглами и рабочими поверхностями колец, равномерно распределяя внешнюю нагрузку.
В результате этого игольчатые подшипники имеют хорошую «грузоподъемность» и обеспечивают небольшой момент от сил трения при вертикальной наводке.
Конструкция подцапфенников, допускающая выбор мертвого хода в зацеплении шестерни коренного вала с сектором механизма вертикального наведения, приведена па рис. 8.10. Выбор мертвого хода осуществляется поворотом эксцентрического наружного кольца подшипника на соответствующую величину *.
Опоры цапф качающейся части в соответствующих гнездах верхнего станка прочно удерживаются при помощи наметок 5, которые обычно крепятся к станку болтами (см. рис. 8.12) или шпильками. Могут быть откидные наметки, соединяемые с верхним станком цилиндрическими валиками. Чтобы разгрузить болты или валики от возможных поперечных усилий, стык наметки в верхнем станке выполняют с уступом.
8.3. НИЖНИЙ СТАНОК. МЕХАНИЗМЫ ВЫРАВНИВАНИЯ И ГОРИЗОНТИРОВАНИЯ
Нижний станок представляет собой совокупность элементов, одни из которых служат опорой вращающейся части, другие обеспечивают при стрельбе связь с основанием, на котором оно установлено.
Конструкция нижнего станка и способ его соединения с основанием зависят от назначения данного орудия, условий его эксплуатации и перевозки. Основное требование, предъявляемое к нижнему станку полевых орудий .и способу соединения станка с основанием (грунтом), заключается в обеспечений при стрельбе устойчивого положения орудия в пределах заданного сектора горизонтального обстрела и отсутствия его смещения по отношению к грунту.
В полевых возимых орудиях, предназначенных для стрельбы по наземным целям, элементами, обеспечивающими его связь с грунтом, являются станины. При помощи их орудие также соединяется с тягачом или передком на походе.
* В таких конструкциях эксцентриковые втулки могут применяться и для обеспечения параллельности оси цапф плоскости горизонтального наведения.
285
Исходя из требования повышения эффективности боевого применения орудия, желательно иметь возможно большой диапазон углов поворота ствола в горизонтальной плоскости. С этой точки зрения лучшим решением является создание артиллерийской конструкции с круговым обстрелом, при котором допускаются угловые перемещения ствола механизмом горизонтальной наводки в пределах 2л рад. Однако с увеличением сектора горизонтального обстрела существенно усложняется лафет. Поэтому большинство орудий, предназначенных для стрельбы по наземным целям, имеют ограниченные углы поворота ствола по горизонту.
Самым простым и легким типом колесного лафета является одностанинный лафет (рис. 8.13). Станина 1 обычно представляет коробчатую конструкцию, в большинстве случаев с вырезом в плоскости симметрии, обеспечиваюим возможность перемещения откатных частей на полную длину при больших углах возвышения. Орудие с одностанинным лафетом не имеет лобовой коробки, являющейся опорой вращающейся части. Боевая ось 2 проходит непосредственно через лобовую (переднюю) часть станины.
Основной недостаток одностанинного лафета заключается в том, что он допускает небольшие углы горизонтального обстрела. При больших углах нарушается поперечная устойчивость орудия. Одностанинные лафеты могут применяться, например* для горных орудий, где требуется разборка лафета на малогабаритные, определенной массы, вьюки.
Наибольшее распространение получил колесный лафет с двумя станинами (рис.’8.14). Элементом лафета, на который опирается вращающаяся часть, является лобовая коробка 1. Лобовая, коробка обычно представляет собой стальную полую отливку сложной конфигурации с различными ребрами, упрочняющими ее. В коробке имеется гнездо, в которое входит боевой штырь верхнего станка и вставлены подшипники, служащие для центрирования штыря и восприятия радиальных и осевых усилий. К лобовой коробке крепятся полуоси колес, механизм выключения подрессоривания, станины и другие устройства.
Станины 2 соединяются с коробкой при помощи шарниров 3. В походном положении станины жестко связаны в одно целое,
286
а в боевом раздвигаются на определенный угол относительно плоскости симметрии, в результате чего можно получить сравнительно большой угол горизонтального обстрела.
В орудиях среднего и крупного калибра, станины чаще всего делают коробчатыми. В орудиях малого калибра станины трубчатые, усиленные в передней части специальными накладками. Станины имеют упоры, взаимодействующие с лобовой коробкой и ограничивающие поворот станин при их сведении и разведении.
Рис. 8. 14. Двухстанинный лафет
В одностанинном и двухстанинном лафете связь станин с грунтом осуществляется сошниками 4 и хоботовыми листами 5 (см. рис. 8.14). Сошники воспринимают при выстреле горизонтальную составляющую реакции грунта, хоботовые листы — вертикальную ее составляющую. На орудии обычно имеется две пары сошников: одна пара зимних, предназначенных для стрельбы с твердого грунта, и одна пара летних — для стрельбы с мягкого грунта. Зимние сошники прикреплены к концам станин, летние — снимаются и перевозятся в специальных контейнерах или просто откидываются на шарнирах и крепятся к станинам. Угол наклона сошника к вертикали л/9—л/4,5 рад; хоботового листа к горизонтали (0—л/18 рад), что предотвращает зарывание хоботовой части станины в грунт.
Трехстанинные и четырехстанинные лафеты применяют, в основном, в зенитных артиллерийских орудиях с круговым обстрелом по горизонту. Трехстанинный лафет может быть использован также в обычном полевом орудии, если требуется повысить его огневую маневренность.
287
В большинстве случаев нижний станок выполняют с четырьмя станинами по конструктивной схеме, приведенной на рис. 8.15. Основой станка служит крестовина 1 коробчатого сечения, состоящая из трех отдельных балок, соединенных в одно целое при помощи сварки. В стыке балок сверху прикреплено опорное кольцо 2, обеспечивающее соединение нижнего станка с вращающейся частью орудия. К концам поперечной балки крестовины
Рис. 8. 15. Четырехстанинный лафет
приварены кронштейны, к которым шарнирно прикреплены откидные опоры 3. В боевом положении откидные опоры, зафиксированные относительно крестовины и направленные перпендикулярно продольной оси балки, позволяют увеличить опорную базу нижнего станка в поперечном направлении. Боевыми опорами пушки о грунт служат поддон 6 крестовины и четыре домкрата 5.
Для более надежной связи станка с грунтом используются сошники 4. В походном положении нижний станок является основой ходовой части лафета. Перевод орудия из походного положения в боевое и обратно (опускание и подъем станин) осуществляется после разведения ходрв при помощи специальных гидравлических и винтовых устройств.
В танковых и самоходных артиллерийских установках нижним станком является корпус боевой машины. Наличие в танках и САУ гусеничного хода, обеспечивающего сцепление машины с грунтом и сравнительно небольшие удельные давления при
288
больших действующих усилиях, в большинстве случаев позволяет вести стрельбу без дополнительных элементов, осуществляющих связь машины с грунтом.
В мощных самоходных установках, а также в установках, имеющих сравнительно небольшую массу, связь боевой машины с грунтом при помощи гусениц не всегда может обеспечить устойчивое и неподвижное положение орудия при стрельбе. В таких системах в кормовой части корпуса имеются специальные откидные сошники, которые в момент выстрела упираются в грунт. Сошники опускаются и поднимаются при помощи гидравлического привода.
Выполнение требования устойчивости и неподвижности орудия на грунте во время выстрела существенно зависит от расположения опорных частей лафета относительно грунта. При проектировании орудия исходят из того, что в нормальных условиях стрельбы оно размещается на ровной горизонтальной площадке. Вместе с тем учитываются реальные обстоятельства, когда поверхность грунта при установке лафета обязательно имеет некоторые неровности.
Наклон к горизонту основания, на котором находится орудие, может повлиять не только на устойчивость и неподвижность, но и'на уравновешенность качающейся и вращающейся частей относительно осей наводки, а также на точность наводки. Уравновешивание качающейся части пружинными или пневматическими механизмами рассчитывают в предположении, что основание орудия горизонтально. В этом случае момент силы тяжести качающейся части
A/ = QK/Kcos y0>
где QK — сила тяжести качающейся части;
/к — расстояние от центра тяжести качающейся части до-оси цапф;
у0— угол между горизонтом и радиусом /к.
Допустим, что основание наклонилось в плоскости стрельбы на угол а. Поскольку положение качающейся части относительно верхнего станка от этого не изменится, то уравновешивающий момент останется прежним, а момент силы тяжести
M' = QJK cos(Y0-La).
В результате возникнет момент неуравновешенности AAf'=-= М'—М, обусловленный наклоном основания и преодолеваемый приводом вертикальной наводки. Если центр тяжести вращающейся части смещен от оси боевого штыря, то будет еще иметь место и неуравновешенность орудия* относительно оси горизонтальной наводки:
дУИ" = QBa sin a sin В,
10 2610
289
где QB — сила тяжести вращающейся части;
а — плечо действия составляющей силы тяжести относительно оси боевого штыря;
д — угол, образуемый радиусом а с плоскостью стрельбы. Момент \М" нагружает привод горизонтальной наводки.
В процессе подготовки исходных данных для стрельбы углы наводки определяются в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Указанные углы должны быть построены в тех же плоскостях и на прицельных устройствах. Поэтому во избежание ошибок в наводке от наклона основания необходимо горизонтиро-вать прицел или части лафета, на которых он размещен.
Для установки наземных транспортируемых орудий на грунте в боевом положении служат специальные механизмы. Посредством этих механизмов «приспосабливается» положение опорных частей лафета к неровностям грунта и осуществляется горизон-тирование нижнего станка.
Отдельный механизм может выполнять одну из указанных функций или обе.
Конструкция механизма для установки орудия в боевом положении принимается в соответствии с общим устройством нижнего станка и способом опоры его на грунт.
Орудие с одностанпнным лафетом имеет три точки опоры на грунте. Орудие с двухстанинным колесным лафетом устанавливается в боевом положении, опираясь на грунт обеими колесами и двумя хоботовыми листами при фиксированной связи станин с лобовой коробкой нижнего станка. Это оказывается возможным благодаря соответствующему соединению лобовой коробки с ходовой частью лафета.
При неподвижном соединении боевой оси или полуосей ходовой части с лобовой коробкой во время постановки орудия в боевое положение наиболее вероятным будет случай, когда одна из четырех опорных частей не будет прилегать к грунту. Во избежание таких случаев в орудиях, имеющих ходовую часть в виде боевой оси с колесами, лобовая коробка обычно соединяется с боевой осью горизонтальным штырем.
При расположении колес на грунте лобовая коробка может поворачиваться под действием сил тяжести относительно оси штыря до тех пор, пока оба хоботовых листа упрутся в грунт. В походном положении поворот боевой оси относительно лобовой ко’робки исключается.
В конструкциях орудий, у которых колеса связываются с лобовой коробкой через полуоси, предусматривается специальный механизм для- обеспечения опоры орудия на два колеса и оба хоботовых листа. Схема подобного механизма изображена на рис. 8.16.
Предположим, что хоботовые листы 8 расположены при разведенных станинах в одной горизонтальной плоскости и упираются в грунт, а одно из колес 1, например, на схеме левое, из-за 290
неровности поверхности грунта оказалось приподнятым на ней. Тогда лобовая коробка будет опускаться под действием силы тяжести, .поворачивая полуось 7, трубу 3 вместе с расположенным в ней торсионом 2 и конической шестерней 4 в сторону правого колеса, опирающегося на грунт. Это вызовет- поворот конической шестерни 5, а также шестерни, трубы с торсионом и полуоси левого колеса. Последняя будет поворачиваться в направлении, соответствующем приближению колеса к поверхнос-
Рис. 8. 16. Схема механизма самоустановки орудия на грунте
ти грунта. Движение механизма прекратится, когда левое колесо упрется в грунт. Поскольку хоботовые листы находятся в одной горизонтальной плоскости, а связь станин с лобовой коробкой фиксированная, то ось О—О, принадлежащая нижнему станку, окажется горизонтальной. Следовательно, в рассматриваемом случае механизм осуществляет горизонтирование нижнего станка относительно продольной оси, перпендикулярной оси О—О.
Допустим, что колеса находятся на грунте, а хоботовой лист одной из станин (например, правый) оказывается оторванным от грунта, тогда часть лобовой коробки, связанная с приподнятой станиной, начнет опускаться, приводя в действие механизм., тогда как противоположная часть будет несколько приподниматься вследствие поворота полуоси левого колеса в противоположном направлении. Это происходит до момента упора хоботового листа в грунт. Если после прекращения перемещения орудия хоботовые листы не располагаются в одной горизонтальной плоскости, то ось О—О, связанная с лобовой коробкой, займет наклонное положение.
10* 291
В походном положении (при сведенных станинах) трубы о отсоединяются от полуосей. Во время движения по неровной местности под действием сил инерции относительно лобовой коробки поворачиваются полуоси, с которыми соединены концы торсионных валиков 2. Другие концы валиков имеют шлицевое соединение с трубами 3. Благодаря закручиванию торсионного валика осуществляется амортизация лобовой коробки с размещенными на ней частями орудия.
Рассмотренные выше механизмы для двухстанинного лафета можно назвать механизмами самоустановки лафета на грунте. Аналогичные механизмы в литературе называются «выравнивающими», что не совсем точно соответствует выполняемым ими функциям.
В установках с трехстанинным и четырехстанинным лафетом орудие на грунте устанавливается соответственно на три и четыре точки. В данном случае горизонтирование лафета орудия в боевом положении достигается выравниванием площадки при подготовке огневой позиции и с помощью специальных горизон-тирующих устройств. При горизонтировании орудие вывешивается на опорных тарелях винтовыми домкратами (см. рис. 8.15). Один конец винта упирается в тарель, а другой входит в матку, жестко соединенную со станиной. Вращением винта можно изменять расстояние между опорной тарелью и нижним станком. Правильность горизонтирования контролируется по уровням, размещенным на станинах нижнего станка.
Влияние наклона основания на условия эксплуатации орудий в танках и самоходных артиллерийских установках исключается посредством применения механизмов стабилизации и автоматизации управления наводкой.
Конструкция нижнего станка обусловлена не Только сп’осо бом его связи с неподвижным основанием, но и способом соединения с вращающейся частью, от чего зависит характер распределения нагрузок на элементы станка.
Требования в отношении способа соединения верхнего станка с нижним определяются величиной углов горизонтальной наводки, условиями обеспечения необходимой скорости наводки, легкости и плавности наведения и кучности стрельбы.
От конструкции соединения зависит величина реакций со стороны опорных устройств нижнего станка на верхний и удельное давление между ними, а следовательно, и величина статических моментов сопротивлений горизонтальному наведению. Величина статических моментов сказывается на легкости наведения. Легкость наведения является существенной характеристикой для механизма ручного наведения и определяется усилием на рукоятке маховика привода. В орудиях с механическим приводом при оценке легкости наведения принимается мощность, затрачиваемая на наводку.
292
Конструкция соединения нижнего станка с вращающейся частью должна обеспечить возможность получения требуемых скоростей горизонтальной наводки, а также возможность наведения в момент выстрела и колебаниях орудий, установленных на подвижных платформах.
С точки зрения кучности стрельбы существенным является обеспечение постоянства направлений реакций со стороны нижнего станка на верхний, т. е. отсутствие знакопеременной нагрузки.
Рис. 8. 17. Схема соединения верхнего станка с нижним с помощью длинного штыря
В общем случае на верхний станок действует момент М и сила Р, направленная под углом р к вертикальной оси (рис. 8.17,«). Горизонтальная составляющая силы Pr = Psinp стремится сдвинуть верхний станок по отношению к нижнему, вертикальная составляющая PB = Pcosp и момент нагружают опорное устройство последнего.
Способ восприятия указанных нагрузок в значительной степени предопределяет конструктивные особенности верхнего и нижнего станков, а также элементов их сочленения.
Наиболее простыми в конструктивном отношении являются способы соединения станков полевых орудий, имеющих ограниченные углы поворота вращающейся части.
В схеме соединения, приведенной на рис. 8.17,а, верхний станок имеет сравнительно длинный штырь 1, охватываемый радиальными подшипниками 2 и 3 нижнего станка и опирающийся
293
на опорный подшипник 4 и упругий амортизатор 5. При помощи амортизатора за счет регулировки его пружин обеспечивается зазор А = 0,24-0,4 мм между основанием верхнего станка и лобовой коробкой нижнего. В процессе стрельбы при угле возвышения ф>0 происходит осадка верхнего станка, величина которой зависит от упругих характеристик амортизатора и от величины вертикальных усилий, передающихся на станок. Благодаря сравнительно большой площади сопрягаемых поверхностей и наличию амортизатора, уравновешивающего некоторую часть нагрузки. удельное давление между верхним и нижним станками
Рис. 8. 18. Схема соединения верхнего станка с нижним с помощью короткого штыря
получается незначительным. Осевое давление на лобовую коробку нижнего станка при этом распределяется болёё или менее равномерно, так как при наличии длинного штыря и сравнительно небольшого зазора между ним и радиальными подшипниками исключается перекос верхнего станка и его перемещение происходит вдоль оси штыря. Применение длинного штыря приводит также к уменьшению реакций на штырь со стороны лобовой коробки.
Схема соединения нижнего станка с верхним, приведенная на рис. 8.17,6, отличается от рассмотренной схемы наличием катка (ролика) 1, прикрепленного к верхнему станку. В данном случае также обеспечивается зазор между станками регулировкой пружин амортизатора и пружин 2 катка. Каток располагается с той стороны верхнего станка, где находится центр массы вращающейся части по отношению к оси боевого штыря. Эта конструкция соединения обеспечивает при откате и накате ствола одностороннее прижатие штыря к радиальным подшипникам, в результате чего устраняется качка верхнего станка, и повышается кучность стрельбы.
На рис. 8.18,а представлена схема соединения нижнего станка с верхним при помощи короткого штыря (/) и специального
294
подхвата (2), который предохраняет верхний станок от опрокидывания. Такое соединение приводит к увеличению момента трения между станками в процессе горизонтальной наводки и к наличию качки верхнего станка в пределах зазора между лобовой коробкой и захватом.
Большие моменты трения при горизонтальном наведении бу-дут иметь место также в соединении, которое выполнено по схеме, представленной на рис. 8.18,6. В данном случае два штыря лобовой коробки охватываются подшипниками верхнего станка.
Рис. 8. 19. Опорно-поворотные устройства
В зенитных орудиях может применяться рассмотренная выше схема соединения верхнего станка с нижним при наличии длинного штыря. В данном случае осевые и радиальные усилия воспринимаются подшипниками трения качения. Такое соединение применяется в тумбовых установках (см. рис. 8.7), имеющих сравнительно большую высоту линии огня, что является их основным недостатком. Поэтому в большинстве зенитных орудий, а также в башенных артиллерийских установках для соединения вращающихся частей с нижним станком применяются опорноповоротные устройства, схемы которых приведены на рис. 8.19.
В качестве опоры, воспринимающей вертикально направленную силу Рв, используются шары или ролики, перекатывающиеся по беговым дорожкам (погонам) верхнего и нижнего станков. Чаще всего применяют шаровые опоры.
При наличии в рассматриваемых конструкциях соединения станков короткого штыря, воспринимающего горизонтально направленное усилие Рг, приходится значительно увеличивать диаметр окружности, по которой перекатываются шары, что приводит к существенному уменьшению реакций в сочленении. Когда сила Рв относительно-мала, а опрокидывающий момент М большой, возможно отделение поворотной части от шаров, т. е. поворотная часть может оказаться неустойчивой. Практически это недопустимо. Для предотвращения таких случаев предусмат
295
риваются специальные подхваты, которые опираются на плоские поверхности (см. рис. 8.19,а) или шары (см. рис. 8.19,6).
При больших значениях момента Л! и горизонтального усилия Рг, приложенных к поворотной части, опорное устройство, выполненное по схеме двухрядного шарового погона (рис. 8.19,6), будет более рациональным, так как позволяет значительно уменьшить момент трения, преодолеваемый приводом горизонтальной наводки.
В башенных артиллерийских установках и в некоторых зенитных орудиях используются универсальные шаровые сочленения, при наличии которых все нагрузки со стороры верхнего станка на нижний передаются только посредством шаров и потопов. В зависимости от формы направляющих поверхностей потопов-различают ромбические и сферические устройства (см. рис. 8.19,в, 8.19,г).
При использовании в орудиях универсального шарового опорного узла статические сопротивления при горизонтальном наведении будут больше, чем при применении устройств с боевым штырем и подхватами. Причиной увеличения статических сопротивлений при вращении погонов является скольжение шаров, так как на шары действуют силы разного направления и контакт шаров с дорожками происходит по окружности разного диаметра.
Важным достоинством универсальных опорных устройств являются простота конструкции, компактность и сравнительно небольшая высота.
8. 4. ОПОРНЫЕ УСТРОЙСТВА ЧАСТЕЙ МИНОМЕТОВ И БЕЗОТКАТНЫХ ОРУДИЙ
Минометы и безоткатные орудия имеют принципиальные отличия от артиллерийских орудий с откатом ствола вдоль оси канала. Миномет малых и средних калибров является «жесткой» системой без обычных противооткатных устройств. Энергия отдачи при выстреле поглощается обычно опорной плитой и грунтом.
В процессе вертикальной и горизонтальной наводок поворот ствола в минометах осуществляется вокруг центра шарового шарнирного соединения ствола с плитой.
Требование придать оси кана'ла ствола определенное положение в пространстве обусловливает особенности способа сочленения ствола и частей лафета таких орудий.
В минометах малого и среднего калибров связь ствола с опорными частями лафета осуществляется по схеме мнимою треугольника, когда ствол 1 опирается па плиту 2 и двуногу-лафет 3 (рис. 8.20).
Распределение силы отдачи на большую площадь плиты уменьшает давление на грунт, благодаря чему при выстреле ми-
296
помет имеет сравнительно небольшие перемещения вдоль оси канала ствола.
Опорная плита представляет собой сварную конструкцию, состоящую из основного листа с приваренными сверху накладками, а снизу — ребрами жесткости, которые, усиливая конструкцию, являются^ также сошниками. В середине основного листа находится опорная чашка, в которую вставляется шаровая пята казенника. К плите могут крепиться вспомогательные элементы (крюки, скобы, ручки и т. п.) для переноски и перестановки плиты орудийным расчетом и для подвешивания и закрепления плиты при перевозке.
Рис. 8. 20. Миномет, выполненный по схеме мнимого треугольника
Двунога-лафет поддерживает переднюю часть ствола при данном угле возвышения. На двуноге размещены подъемный, поворотный механизмы, механизм горизонтирования и прицел. Двунога состоит из двух трубчатых hoi, которые оканчиваются внизу опорами— тарелями 4 и сошниками 5. Ствол соединяется с двуногой через вертлюг 6 и пружинный амортизатор 7.
Благодаря амортизатору уменьшаются инерционные усилия, действующие на двуногу.
При выстреле ствол с опорной плитой под действием силы отдачи перемещается назад вместе с цилиндром амортизатора, сжимая при этом пружину. Пружина давит на шток, связанный с вертлюгом, перемещая двуногу вслед за стволом. Крупнокалиберные минометы по устройству опорных элементов значительно сложнее.
В таких минометах (рис. 8.21) ствол 1 с затвором сочленяется с опорной плитой 5 и лафетом через специальный станок 2. К станку прикреплены амортизатор и казенник.
297
Лафет миномета состоит из двух рам, верхней 3 и нижней 4, Рамы, вращаясь относительно друг друга, увеличивают расстояние между точками А и В, изменяя в процессе наводки угол возвышения. Взаимный поворот рам осуществляется при помощи подъемного механизма. Лафет опирается на грунт колесами хода и связывается с грунтом сошниками 7, располагаемыми на специальной стреле 6. Ствол имеет цапфы, при помощи которых производится поворот ствола в вертикальной плоскости при приведении его в положение для заряжания.
Рис. 8.21. Схема казнозарядного миномета.
В минометах малого калибра может быть использована схема, при которой ствол и все механизмы собраны на опорной плите. В данном случае отпадает необходимость в операциях, связанных с постановкой сошек двуноги в нужное для стрельбы положение, в результате чего уменьшается время подготовки миномета к отрытию стрельбы.
Минометы имеют горизонтирующие механизмы, когда прицел жестко закреплен' на лафете. В минометах, опирающихся на грунт плитой и двуногой, горизоьиируется вертлюг. Для этого служит специальный винтовой механизм.
В безоткатных орудиях сила отдачи при выстреле полностью уравновешивается реактивной силой газов, вытекающих из ствола в сторону, противоположную направлению стрельбы.
Поэтому ствол безоткатных орудий при выстреле остается неподвижным (не происходит откат ствола). Это обстоятельство
298
приводит к существенному облегчению и упрощению лафета.
У большинства безоткатных орудий нижний станок представляет собой треногу, конструкция которой позволяет изменять высоту линии огня, что обеспечивает повышение огневой маневренности. Опорным устройством ствола безоткатного орудия может служить обычный верхний станок. В некоторых конструкциях применяется специальная обойма, которая в процессе вертикальной наводки поворачивается вместе со стволом в подцап-фенниках нижнего станка, а при горизонтальной наводке ствол с помощью вертикальных цапф может разворачиваться относительно обоймы.
Глава 9
МЕХАНИЗМЫ ЛАФЕТА
9.1. УРАВНОВЕШИВАЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ
Применение уравновешивающих механизмов позволяет разгрузить привод вертикальной наводки от действия момента силы тяжести качающейся части. Появление этого момента обусловлено смещением оси цапф качающейся части от ее центра тяжести с целью уменьшения высоты линии огня.
Рис. 9. 1. К определению зависимости высоты линии огня от радиуса обметания
Наибольшее значение высоты линии огня Н чаще всего ограничивается максимальным углом возвышения <р и радиусом обметания казенной части орудия ,/?0, представляющим собой расстояние от оси цапф до нижней задней точки качающейся части с учетом наибольшего пути отката ствола. При выборе высоты линии огня предусматривается, чтобы во время эксплуатации орудия обеспечивалась возможность отката ствола и поворота качающейся части в пределах заданного диапазона углов возвышения без препятствий со стороны грунта или пола (рис. 9.1). В некоторых случаях наименьшее значение высоты линии огня определяется верхним предельным углом возвышения и радиусом обслуживания орудия, под которым подразумевается расстояние между осью цапф и крайней задней точкой
300
по оси канала ствола, установленной из условия обеспечения возможности заряжания (рис. 9.2). Если радиус обметания (обслуживания) 7?о, а угол наклона его горизонту при наибольших значениях угла возвышения и длины отката ствола т, то наименьшая высота линии огня
^mln > Sin Т.
Для уменьшения радиуса и, следовательно, высоты линии огня Н цапфы качающейся части размещают возможно ближе
Рис. 9. 2. К определению зависимости высоты линии огня от радиуса обслуживания
к казеннику, а иногда и позади него. Из-за расположения оси цапф сзади центра тяжести качающейся части появляется неуравновешенность орудия, характеризующаяся тем, что качающаяся часть стремится к повороту относительно оси цапф под действием момента силы тяжести
^=QAcosy<
где QK — сила тяжести качающейся части;
/к— расстояние центра тяжести качающейся части от оси цапф;
у — угол наклона к горизонту радиуса /к (в общем случае является суммой угла возвышения ср и угла р, составленного радиусом /к с направлением оси канала ствола).
С целью частичного или полного исключения влияния момента силы тяжести на работу механизма вертикальной наводки стараются уравновесить качающуюся часть.
301
Способы уравновешивания качающейся части
Самым простым и эффективным- является способ грузового уравновешивания искусственным утяжелением казенника или заднего конца люльки. Этот способ применяется при уравновешивании корабельных и частично танковых и самоходных орудий. Так, если учитывать условия прочности и размещения деталей затвора, достаточно иметь казенник массой 17—22% от массы ствола, в то же время у корабельных орудий масса казенника составляет до 55%, а у танковых и самоходных орудий — до 35% от массы ствола. Применение других способов для уравновешивания корабельных орудий оказывается малоэффективным из-за наклона основания и действия на качающуюся часть неуравновешенных сил инерции при качке корабля. Существенным 'недостатком грузового уравновешивания является то, что оно связано с увеличением массы орудия.
В подвижных наземных орудиях, к которым предъявляются жесткие требования в отношении массы и маневренности, применяют уравновешивающие механизмы. Наибольшее распространение в артиллерии получили механизмы с упругим элементом, заключенным в колонке между верхним станком и качающейся частью.
В качестве упругого элемента служит предварительно поджатая пружина или-сжатый газ (воздух или азот). Различают соответственно пружинные, пневматические и пневмопружинные уравновешивающие механизмы. Реакции упругого тела на качающуюся часть приводит к возникновению момента, противодействующего моменту ее силы тяжести.
В зависимости от направления действия на качающуюся часть выделяют уравновешивающие механизмы толкающего и тянущего типов.
Уравновешивающие механизмы толкающего типа
Схема уравновешивания качающейся части механизмом толкающего типа приведена на рис. 9.3.
Во время вращения качающейся части центр А шарнирного соединения механизма с люлькой перемещается по дуге окружности радиуса г с центром в точке О, через которую проходит ось цапф. Другая шарнирная опора механизма Ох расположена на верхнем станке. В результате действия силы упругого тела Р на плече h относительно оси цапф появляется момент My = Ph, направленный навстречу моменту силы тяжести. Вследствие поворота качающейся части изменяется плечо h и расстояние между шарнирными опорами механизма АО\, от которого зависит величина Р.
Пружинный уравновешивающий механизм толкающего типа представляет собой колонку, в которой между внутренним цилиндром 1 (или штоком) и наружным цилиндром 2 размещена ци-
302
линдрическая винтовая пружина 3 (рис. 9.4). Дно внутреннего цилиндра с шаровой пятой 4 опирается на сферический подпятник, расположенный на верхнем станке 5, а цилиндр 2 при помощи шарнирного соединения 6. упирается в кронштейн на люльке. В зависимости от конструкции механизма внутренний цилиндр может взаимодействовать с люлькой, а наружный — с верхним станком. Чаще пружина состоит из нескольких секций. Соседние секции имеют разное направление витков и разделены промежуточными шайбами. Это уп
рощает изготовление пружины, способствует ее продольной устойчивости и уменьшению закручивания от моментов трения, появляющихся на опорных торцевых поверхностях. Поперечное перемещение витков пружины ограничивается цилинд-
Рис. 9.3. Схема уравновеши- Рис. 9.4. Схема пружинного уравновешивающего механизма толкаю- вающего механизма толкающего типа щего типа !
ром или штоком. Во избежание возникновения момента от силы уравновешивающего механизма в плоскости оси цапф люльки желательно, чтобы его реакция на качающуюся часть действовала в плоскости стрельбы. В связи с этим, а также для удобства компоновки орудия, иногда устанавливают- две колонки, расположенные симметрично по отношению к плоскости стрельбы. В большинстве уравновешивающих механизмов применяют пружины с четырехугольным поперечным сечением витков.
При повороте качающейся части момент силы .тяжести изменяется пропорционально косинусу угла у, который в большинстве случаев мало отличается от угла возвышения ср (рис. 9.5). Желательно, чтобы такой же была и зависимость момента Му, создаваемого уравновешивающим механизмом относительно оси цапф от угла ср. Однако механизмы толкающего типа, которые воздействуют на часть люльки, расположенную впереди оси цапф, не обеспечивают полного уравновешивания в заданном диапазоне углов возвышения.
Для достижения наиболее высокой точности уравновешивания пружины механизмом толкающего типа и максимального сокращения массы пружины необходимо так расположить его
303
на орудии, чтобы неподвижный шарнир находился на линии, проходящей через точки Ао и Ат, которые соответствуют положениям подвижного шарнира при нулевом и наибольшем углах возвышения (см. рис. 9.3). Выполнение этого условия позволяет добиться полного уравновешивания на границах диапазона углов
промежуточном значении угла ср (пересечение кривых М и Му на рис. 9.6). Тем самым разница между моментами сводится к минимуму.
возвышения и при некотором Ст
Рис. 9.6. К определению уравновешивания качающейся части при трех значениях угла возвышения
Рис. 9.5. К определению момента силы тяжести качающейся части
Пневматический уравновешивающий механизм толкающего типа, приведенный на рис. 9.7, так же как и пружинный механизм, имеет вид колонки, концы которой шарнирно связаны с верхним станком и люлькой. Между цилиндром 1 и поршнем 2 находится сжатый воздух или азот. Для уменьшения размеров механизма поршень делается пустотелым с учетом определенного объема газа, установленного расчетным путем. При повороте качающейся части происходит политропическое изменение состояния газа в колонке. В месте подвижного сочленения поршня и цилиндра размещается уплотняющее устройство 3. Во избежание утечек газа из колонки доступ его к уплотняющему устройству перекрывается жидкостью, заливаемой в цилиндр (стеолом или веретенным маслом). Для наполнения колонки жидкостью и газом предусматривается вентильное устройство 4. Обьем и давление газа при наибольшем или наименьшем угле возвышения устанавливают при расчете, исходя из условия полного уравновешивания качающейся части при cpmm и фШах или при промежуточных значениях угла возвышения. Соответственно эти параметры газа должны быть вполне определенными при каж
304
дом угле возвышения. Для проверки правильности заполнения механизма жидкостью и газом ' измеряют давление в колонке
при двух углах возвышения и полученные данные сопоставляют с результатами расчета. При медленном повороте качающейся части можйо считать, что состояние газа в колонке меняется по изотерме, то есть
p0WQ = pW,
где ро, IFo — соответственно давление и объем газа при ф = 0;
р и W— соответственно давление и объем газа при некотором угле ср.
Отсюда
Рис. 9. 7. Пневматический уравновешивающий механизм толкающего типа
или
1Г0
где х = 1—10 — ход поршня при изменении угла возвышения от нуля до ср;
Zo — расстояние между шарнирными опорами механизма при ф = 0;
I — расстояние между шарнирными опорами механизма;
А — площадь поршня по наружному диаметру.
Каждому значению угла ф соответствуют определенные х и р.
Для повышения точности уравновешивания пневматическим механизмом толкающего типа параметры схемы его расположения на орудии (см. рис. 9.3) выбираются также с расчетом, чтобы кривые момента, создаваемого механизмом, и момента силы тяжести4 пересекались в трех точках (см. рис. 9.6). Это условие удовлетворяется, если
а^л/2+^-срп,а/ при -^-<2 и а = л/2 + -^-?тах при -^->2. О г о г
Теоретически достижимая точность уравновешивания пневматического и пружинного механизмов толкающего типа примерно равноценна. Пневматические механизмы легче и компактнее пружинных. Вместе с тем им присущи и следующие недостатки*
305
Давление газа в колонке зависит от температуры окружающей среды, что отрицательно влияет на точность уравновешивав ния и обуславливает необходимость частой регулировки механизма.
В уплотняющих устройствах пневматического механизма появляется сравнительно большие силы трения, которые не могут быть уравновешены при повороте качающейся части в разных направлениях и нагружают привод вертикальной наводки.
Пневматические механизмы менее надежны в эксплуатации.
С помощью пневматического механизма можно добиться высокой точности уравновешивания в сравнительно малом интер-
Рис. 9. 8. Пневмопружинный уравновешивающий механизм: а—контрпружина в цилиндре; б—контрпружина в полом штоке
вале заданного диапазона углов возвышения, но тогда в остальном интервале (интервалах) неуравновешенность окажется слишком большой. Иногда в пневматический механизм вводят одну или две пружины, вступающие в работу именно при тех углах возвышения, при которых неуравновешенность велика. Наличие пружин уменьшает неуравновешенность. В большинстве случаев удовлетворительный результат достигается с помощью одной контрпружины, которая сжимается только в интервале больших углов возвышения. Контрпружина размещается в цилиндре (рис. 9.8,а) или полом штоке (рис. 9.8,6). Соответствующими конструктивными решениями можно обеспечить работу одной и той же пружины в начале и в конце диапазона углов возвышения (рис. 9.9,а). Сначала при помощи пружины увеличивается усилие, создаваемое газом, а потом уменьшается. Для лучшей корректировки диаграммы изменения усилия пневматического механизма P=f(q>) иногда приходится ставить две пружины (рис. 9.9,6). В интервале небольших углов возвышения действует в основном пружина малой жесткости 2, тогда как пружина большой жесткости 1 почти не работает. В среднем интервале диапазона углов возвышения пружины выключаются, а затем частично компенсируют действие сжатого газа.
306
Пневмопружинные механизмы имеют более сложную конструкцию по сравнению с пружинными и пневматическими механизмами.
Уравновешивающие механизмы толкающего типа не позволяют добиться полной компенсации момента силы тяжести при
Рис. 9. 9. Пневмопружинный уравновешивающий механизм: а—с одной пружиной, действующей в начале и в конце диапазона углов возвышения; б—с двумя пружинами
всех положениях качающейся части. Этот недостаток проявляется тем сильнее, чем шире диапазон углов возвышения и больше моменты силы тяжести. Кроме того, при уравновешивании значительных по величине моментов силы тяжести качающейся части возникают трудности размещения таких механизмов на орудии.
Уравновешивающие механизмы тянущего типа
Для зенитных и тяжелых орудий, предназначенных для стрельбы по наземным целям, проектируют уравновешивающие механизмы тянущего типа, которые воздействуют на задний конец люльки при помощи тягового звена (штока, цепи и троса).
Из механизмов этого типа наибольшее распространение получили пружинные механизмы, позволяющие добиться теоретически полного урановешивания во всем диапазоне углов поворота качающейся части. Колонка с цилиндрической винтовой пружиной размещается на верхнем станке неподвижно или таким образом, что имеет возможность качаться в вертикальной плоскости.
Схема уравновешивания механизмом тянущего типа с качающейся колонкой, совмещенная в одной вертикальной плоскости-, изображена на рис. 9.10. Реакция пружины передается штоком люльке. Действуя на плече h относительно оси цапф, усилие
307
пружины Р создает уравновешивающий момент My = Ph. Такой механизм с пружиной в качестве упругого тела теоретически допускает возможность полного уравновешивания качающейся части при всех углах возвышения. Для этого необходимо выполнение следующих двух условий.
1. При расположении оси цапф и центра тяжести качающейся части в одной горизонтальной плоскости угол О1ОД0, состав-
Рис. 9. 10. Схема уравновешивания механизмом тянущего типа с качающейся колонкой
ленный перпендикулярами ОХО и А0О, которые опущены на ось цапф из неподвижного шарнира и подвижного шарнира До> равен л/2.
2. Расстояние ОХА между подвижным и неподвижным шарнирами равно стреле сжатия пружины.
Нетрудно убедиться, что при соблюдении этих условий имеет место полное уравновешивание качающейся части при любом угле возвышения:
QKlK cos 4 = Ph.
Из рис. 9.10 имеем
/z= Z?sin В .и sin В = — cosy. Z
Отсюда
где b — расстояние между неподвижным шарниром и осью цапф;
308
./ — расстояние между подвижным и неподвижным шарнирами;
г -расстояние между подвижным шарниром и осью цапф.
Приняв во внимание, что по второму условию стрела сжатия пружины f = l и усилие пружины P^cf (с — жесткость), получаем
OKlK cos y = cbr cos у.
Как видно из последнего равенства, момент силы тяжести и уравновешивающий момент изменяются пропорционально
Рис. 9. 11. Схема уравновешивающего механизма тянущего типа с качающейся колонкой
cos у. Для полного уравновешивания необходимо, чтобы жесткость пружины
с — br
и усилие механизма при у = 0
° - А ’
Ьг
где /о — расстояние между подвижным и неподвижным шарнирами при у = 0.
Представление о пружинном механизме тянущего типа с качающейся колонкой можно составить по рис. 9.11. Цилиндрические цапфы 2 колонки 1 шарнирно сочленяются с кронштейном 3 верхнего станка. Сжатая пружйна 4 упирается одним торцем в головку штока 5, другим — в дно 6, имеющее отверстие для выхода штока 7, задний конец которого связывается с люлькой посредством шарнирного устройства.
Недостатком механизмов с качающейся колонкой является то, что при проектировании орудия требуется предусмотреть свободное пространство для беспрепятственного поворота колонки. Кроме того, наличие момента от силы тяжести самого механизма относительно оси цапф люльки отрицательно сказывается на точности уравновешивания качающейся части.
309
При необходимости применения тяжелых уравновешивающих механизмов, имеющих к тому же большие размеры, колонка крепится неподвижно на верхнем станке (рис. 9.12}. Усилие пружины передается качающейся части чаще через цепь 1, огибающую направляющий блок 2.
Рис. 9. 12. Схема пружинного уравновешивающего механизма тянущего типа с неподвижной колонкой
Для уравновешивания больших моментов силы тяжести качающейся части требуются мощные пружины, обладающие большой жесткостью при значительной рабочей стреле сжатия. При этом приходится делать пружины из многих секций, которые размещаются в двух-трех параллельных рядах.
Использование пневматических механизмов тянущего типа выгодно с точки зрения уменьшения размеров и массы колонки, но связано с трудностями обеспечения приемлемой точности компенсации момента силы тяжести качающейся части. Хоро-
Рис. 9. 13. Схема уравновешивания при помощи кулачка
шего уравновешивания удается достигнуть при помощи кулачка, который охватывается гибкой связью (рис. 9.13). Профиль кулачка можно выбрать таким, что при повороте качающейся части усилие механизма и плечо его действия относительно оси цапф люльки будут изменяться в соответствии с величиной момента силы тяжести. Устройство колонки пневматического механизма тянущего типа принципиально такое же, как пневматического накатника.
310
Торсионные уравновешивающие механизмы
В качестве упругого тела уравновешивающего механизма может служить торсион. До настоящего времени торсионные уравновешивающие механизмы не находят широкого применения ввиду того, что момент при закручивании торсионного валика пропорционален углу поворота, а момент силы тяжести качающейся части — косинусу угла. Кроме того, торсионные ва-
Рис. 9. 14. Схема уравновешивания торсионным механизмом:
а—вид сзади; б—вид сбоку
лики допускают сравнительно небольшие углы закручивания. Поэтому в большинстве случаев требуется введение промежуточных передач от торсионного валика к качающейся части, что усложняет механизм и снижает его КПД. Торсионные валики имеют большую длину. Поэтому их удобнее размещать вдоль люльки или в полом коренном вале механизма вертикальной наводки.
Вопрос об уравновешивании качающейся части торсионным механизмом может быть удачно решен применительно к танковым установкам, которые имеют небольшие углы возвышения. При этом торсионные валики 1 хорошо размещаются на крыше 2 башни (рис. 9.14). -Момент от закрученных валиков передается качающейся части 3 через рычаг 4 с роликом. Силы трения на оси ролика можно свести к минимуму введением подшипников качения. Схема довольно проста и при небольшом диапазоне углов возвышения обеспечивает удовлетворительное уравновешивание.
Регулировка уравновешивающих механизмов
При проектировании уравновешивающих механизмов предусматривается возможность их регулировки. Необходимость этого обусловлена неизбежными погрешностями изготовления, а также отклонениями в процессе эксплуатации орудия фактической силовой характеристики упругого тела от требуемой по расчету. Периодическая регулировка пружинных механизмов осуществляется в связи с тем, что с течением времени происхо
311
дит естественная осадка пружин, постоянно находящихся в сжатом состоянии. Посредством регулировки пневматических механизмов компенсируется влияние температуры окружающей среды на давление газа в колонке.
Самым распространенным и. наиболее простым в конструктивном отношении способом регулировки пружинных уравновешивающих механизмов является изменение предварительного поджатия пружины, которое достигается увеличением или уменьшением расстояния между опорами при фиксированном положении качающейся части. В результате такой регулировки усилие механизма изменяется на одну и ту же величину при всех углах возвышения, а уравновешивающий момент получает приращения одного знака. Можно производить регулировку, влияя на жесткость пружины. При этом в одном интервале угла возвышения, при котором регулируется механизм, уравновешивающий момент возрастает, тогда как в другом — уменьшается. Однако реализация способа регулировки изменением жесткости встречает известные трудности, так как связана с изменением количества рабочих витков пружины.
• В пневматических уравновешивающих механизмах давление в колонке восстанавливается изменением количества газа или занимаемого им объема.
При частой регулировке, связанной с изменением количества газа в колонке, нарушается нормальная работа вентильного устройства, кроме того уходит много времени. От указанных недостатков свободна регулировка давления газа в колонке увеличением или уменьшением занимаемого им объема. В конструкции уравновешивающего механизма обычно предусматривается дополнительный цилиндр с поршнем (см. рис. 9.7). При перемещении поршня 5 изменяется давление и объем газа в механизме. Различным значениям температуры окружающей среды соответствуют определенные положения поршня регулировочного устройства.
Для регулировки пружинных и пневматических механизмов иногда имеется возможность перемещения их опор на люльке или верхнем станке. Смещение шарнирных опор связано с изменением геометрических параметров схемы уравновешивания и отражается на характере зависимости от угла возвышения усилия механизма и плеча действия его относительно оси цапф.
9. 2. МЕХАНИЗМЫ НАВОДКИ
Перед выстрелом ось канала ствола должна занимать определенное положение относительно цели. Совокупность всех действий по приданию оси канала ствола требуемого направления в пространстве принято называть наводкой. В процессе наводки стволу сообщаются угловые перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях в соответствии с исходными данными,
312
вычисленными при подготовке стрельбы. В связи с этим различают вертикальную и горизонтальную наводку. В большинстве случаев вертикальная наводка осуществляется поворотом ствола вместе с другими устройствами качающейся части вокруг оси цапф люльки (осн вертикальной наводки), а при горизонтальной наводке ствол поворачивается с остальными элементами вращающейся части относительно оси боевого штыря (оси горизонтальной наводки). Изменение положения ствола производится с помощью приводов наводки, а его направление по заданным углам обеспечивается и контролируется приборами наводки.
Углы, скорости и ускорения наводки
Требования в отношении углов, скоростей и ускорений наводки устанавливается с расчетом обеспечения скорострельности и маневренности огня орудия.
Исходя из требуемых угловых перемещений ствола выбирается кинематическая схема механизма наводки с соответствующим конструктивным оформлением и двигательной частью, а также общая схема лафета.
Для сокращения размеров непоражаемой зоны впереди орудия и создания удобств при его обслуживании обычно предусматривается возможность придания стволу угла склонения 0,05—0,14 рад. Максимальное значение угла возвышения устанавливается в соответствии с типом и назначением орудия. Для танковых и противотанковых пушек, ‘ которые ведут стрельбу прямой наводкой на малые дальности, наибольший угол возвышения обычно не превосходит 0,35—0,44 рад, у пушек, используемых для поражения удаленных целей, предельная величина угла возвышения составляет 0,75—0,98 рад. Гаубицы проектируются с максимальным углом возвышения до 1,0—1,2 рад, что позволяет получать крутые траектории полета снаряда при сравнительно небольших расстояниях обстреливаемых целей от огневой позиции. Исходя из требования повышения эффективности боевого применения орудия, желательно иметь возможно больший диапазон углов поворота ствола в горизонтальной плоскости. С этой точки зрения лучшим решением является создание артиллерийской конструкции с круговым обстрелом, при котором допускаются угловые перемещения ствола механизмом горизонтальной наводки в диапазоне около 2л рад. Однако с увеличением сектора горизонтального обстрела существенно усложняется и утяжеляется лафет. Поэтому большинство орудий, предназначенных для стрельбы по наземным целям, имеют ограниченные углы поворота ствола по горизонту. При применении одностанинного лафета предельные угловые перемещения ствола в горизонтальной плоскости, определяемые с учетом устойчивости орудия во время выстрела, равны 0,05—0,09 рад от сред
313
Рис. 9. 15. Схема на местности при наводке по зенитной цели
него положения, а при использовании двухстанинного лафета — около 0,5 рад. Зенитные цели перемещаются с большими скоростями и могут появляться на различных высотах и направлениях. Для эффективной борьбы с ними современные орудия должны иметь углы возвышения до 1,52—1,55 рад и допускать поворот ствола в горизонтальной плоскости в пределах 2*гг рад. Танковые и корабельные орудия также имеют круговой обстрел по горизонту.
Наводка большинства тран спортируемых орудий, основным назначением которых является стрельба по наземным целям, обеспечивается механизмами с ручными приводами. Ввиду ограниченности мощности ручного привода, не превышающей при длительной работе в среднем около 75— 150 Вт, скорости и ускорения наводки таких орудий сравнительно невелики. Скорость наводки при установившемся режиме обычно не превосходит 0,03—0,07 рад/с, а ускорение в период разгона привода — 0,15—0,21 рад/с2.
Скорости и ускорения поворота качающейся и вращающейся частей зенитных орудий определяется с учетом особенностей наводки по воздушным целям. Допустим, что в данный момент цель находится в точке А (настоящей точке цели) и производится выстрел (рис. 9.15). При этом стволу должно быть придано такое направление, чтобы траектория движения снаряда прошла не через точку А, а через некоторую точку Ду, куда переместится цель за время полета снаряда. Точка Лу, в которой по расчетам ожидается встреча снаряда с целью, называется точкой встречи или упрежденной точкой. Характер движения цели за время полета снаряда до точки встречи достоверно не известен. Поэтому при установлении скоростей и ускорений наводки в большинстве случаев полагают, что цель перемещается в горизонтальной плоскости прямолинейно с постоянной скоростью. .Линия, совпадающая с направлением полета цели ЛДУ, называется линией курса цели или курсом цели. Кратчайшее расстояние от точки стояния орудия О ro проекции этой линии на горизонт орудия (пл. 0BqB7) составляет курсовой параметр ОВ$=р. Скорость горизонтальной наводки при слеженйи за целью должна быть равна скорости поворота вокруг точки О проекции плоскости стрельбы на горизонт орудия. Если’пренебречь влиянием угла "деривации, то плоскость стрельбы будет совпа
314
дать с вертикальной плоскостью ОДУВУ, проходящей через упрежденную точку цели, а ее проекция на горизонт орудия—с линией ОВу, составляющей с курсовым параметром угол ру. При этом скорость горизонтальной наводки, обеспечивающая слежение за целью, равна
а ускорение
&г~ dt
Скорость и ускорение вертикальной наводки по зенитной цели обусловлены изменением упрежденного угла места цели 8У и упрежденной наклонной дальности ДУ=ОДУ, определяющей значение вертикального прицельного угла. Ввиду сравнительно небольшого влияния при этом вертикального прицельного угла можно полагать, что угол возвышения меняется так же, как упрежденный угол места цели. Тогда скорость вертикальной наводки при слежении за целью
б/бу
и ускорение
&в“ dt
У современных зенитных орудий скорости наводки составляют до 1,6—2,1 рад/с2 и ускорения до 3,5 рад/с2. Обеспечение таких высоких скоростей и ускорений требует применения машинных приводов к механизмам наводки.
Особенность наводки корабельных орудий обусловлена тем, что в большинстве случаев она производится по перемещающейся цели с движущегося по курсу и подверженного качке корабля. Поэтому суммарные углы, скорости и ускорения наводки определяются, принимая во внимание дальность, курс и скорость цели, а также углы качки, курс и скорость своего корабля. Корабельные орудия, предназначенные для стредьбы по надводным и наземным целям, допускают поворот ствола в горизонтальной плоскости в диапазоне около 2л рад, предельные углы возвышения—0,79—0,96 рад, скорость наводки—0,70—0,96 рад/с и ускорения наводки—0,96—1,00 рад/с2.
Приводы наводки
Под приводами наводки понимается совокупность устройств, предназначенных для сообщения угловых перемещений качающейся и вращающейся частям орудия. В общем случае привод наводки объединяет механизм наводки, двигательную часть при
315
вода наводки и устройства управления. Механизм наводки представляет собой силовую передачу от двигательной части привода наводки к качающейся или вращающейся части орудия. Привод механизма наводки служит для приведения в движение механизма наводки. Устройства управления обеспечивают определенные режимы и безотказность работы привода. Для придания движения качающейся части служит привод вертикальной наводки, а для поворота вращающейся части — привод горизонтальной наводки. Орудие имеет соответственно механизмы вертикальной и горизонтальной наводки.
В качестве механизмов наводки применяются механические силовые передачи, состоящие большей частью из зубчатых пар, или гидромеханические силовые передачи, • основным рабочим телом которых является жидкость.
Движение к механизму наводки передается от ручного или машинного привода. Транспортируемые орудия, предназначенные для стрельбы по неподвижным и малоподвижным наземным целям и имеющие сравнительно невысокую скорострельность, допускают остановку наводки во время выстрела и возможность использования ручных приводов, энергетические возможности которых не рассчитаны на воздействие нагрузок от выстрела.
Корабельные и наземные автоматические орудия оборудуются машинными приводами, которые обеспечивают выполнение наводки и при нагружении привода моментами, появляющимися при выстреле. В то же время предусматриваются также ручные приводы, используемые в аварийных случаях, при обучении орудийного расчета и обслуживании орудия. Вращательное движение ведущему звену механизма наводки может передаваться от электромашинного или электрогидравлического привода. При применении электромашинного привода между приводным двигателем и механизмом наводки устанавливаются две электрических машины: генератор (электромашинный усилитель) и .исполнительный двигатель. При использовании - электрогидравлического привода движение механизму наводки сообщается ог приводного двигателя через гидронасос и гидромотор. Недостатками электромашинного привода являются существенное увеличение габаритов и массы с ростом мощности и ухудшение регулируемости, а также трудность ограничения мощности. В настоящее время электромашинные приводы находят применение для наводки автоматических артиллерийских орудий, радиолокаторов, прожекторов, антенн. Электрогидропривод им,еет ряд преимуществ: жесткость механической характеристики, незначительное увеличение габаритов и массы с ростом мощности, простота предохранения от действия чрезмерных нагрузок, малая постоянная времени. Недостатки электрогидравлического привода: нестабильность работы при изменении температуры окружающей среды, сравнительная дороговизна, сложность изготов
316
ления и эксплуатации. Несмотря на это электрогидравлическйс приводы широко применяются для наводки орудий среднего и крупного калибра, а также ракетных пусковых установок. В механизмах наводки, выполненных в виде гидромеханической силовой передачи, ведущее звено совершает поступательное движение под действием силы давления жидкости. При этом привод механизма наводки состоит из электродвигателя и гидронасоса.
Механизмы вертикальной наводки
Во время вертикальной наводки качающаяся часть поворачивается вокруг оси цапф люльки относительно верхнего станка. Такое движение осуществляется благодаря взаимодействию качающейся части и верхнего станка посредством механизма вертикальной наводки. После придания оси канала ствола заданного угла возвышения механизм вертикальной наводки должен удерживать качающуюся часть в определенном положении. Это обеспечивается фиксированной остановкой исполнительного органа привода, а также введением в кинематическую схему механизма самотормозящейся пары или с помощью специальных тормозных устройств, не допускающих движение ог качающейся части в обратном направлении.
В современной артиллерии наибольшее распространение получили механизмы • вертикальной наводки, передающие вращательное движение от привода системой зубчатых пар, последняя из которых называется коренной парой. Эта пара состоит из коренной шестерни с валом, расположенным в подшипниках на верхнем станке, и зубчатого сектора, обычно закрепленного на люльке. Место размещения сектора на люльке выбирается исходя из общей компоновки орудия и возможного сокращения высоты линии огня. Чаще он устанавливается в плоскости стрельбы, чем достигается равномерное нагружение цапф и подцапфенников реакцией коренной шестерни. Иногда по условиям удобства размещения или для сокращения высоты линии огня сектор крепится сбоку люльки. Во избежание больших нагрузок на зубья коренного зацепления применяется двухсекторный механизм (рис. 9.16). В соответствии с общей конструкцией лафета принимается внутреннее или внешнее зацепление коренной шестерни с сектором. Важным конструктивным размером сектора является радиус начальной окружности. Увеличение его выгодно с точки зрения повышения точности наводки, так как сокращается угловое смещение качающейся части вследствие люфта в коренном зацеплении и упругой податливости звеньев механизма. Вместе с тем уменьшается окружное усилие, воспринимаемое в процессе наводки сектором и коренной шестерней. Сектор меньшего радиуса проще разместить на орудии при более благоприятных условиях для понижения высоты линии
317
огня. Число зубьев на секторе выбирается в зависимости от его радиуса, модуля зацепления и диапазона углов вертикальной наводки. Сектор крепится к люльке с помощью болтового соединения (рис. 9.17) или проушин и пальцев (рис. 9.18).
Общая кинематическая схема механизма вертикальной наводки устанавливается по передаточному числу от исполнитель-
Рис. 9. 16. Двухсекторный механизм вертикальной наводки
Рис. 9. 17. Болтовое крепление сектора механизма вертикальной наводки
ного органа привода к качающейся части. При этом принимается во внимание также удобство размещения и обслуживания привода наводки в целом. В соответствии с полным передаточным числом i принимаются передаточные числа отдельных кинематических пар (i\> 12, 13... in)9 так, чтобы
Z =
После этого конструктивно оформляется вся редукторная передача. В качестве самотормозящей пары обычно служат находящиеся в зацеплении червяк и червячное колесо (червячная лебедка). Эта пара располагается в кинематической цепи перед коренной парой или возможно ближе к ней для того, чтобы исключить действие нагрузок от выстрела и инерционных моментов со стороны качающейся части на большее число звеньев механизма.
При оборудовании орудия ручным и машинным приводами вертикальной наводки имеется два соответствующих механизма, общими для которых обычно являются коренная и самотормо-
318
Рио. 9. 18. Крепление сектора механизма вертикальной наводки посредством проушин и пальцев
зящаяся червячные пары (рис. 9.19). К червячной паре подходят кинематические цепи от ручного привода (/—2—3—4—5--6—7—8—9—10—11) и машинного привода (ЭД—А—Б—13— 8—9—7—8—9—11).
Предусматривается специальное устройство 14, отключающее одну цепь при включении другой. Тем самым предотвращается возможность передачи движения от машинного привода к ручному и обратно.
В гидромеханических приводах к качающейся части механизмом вертикальной наводки может служить гидродвигатель поступательного действия, состоящий из цилиндра и поршня (рис. 9. 20). Обычно цилиндр шарнирно связан с верхним станком, шарнирного соединения — с люлькой. Перемещаясь под давлением жидкости, поршень изменяет положение качающейся части. После остановки на заданном угле возвышения качающаяся часть удерживается с помощью гидрозамков, запирающих жид
поршень также с помощью
а
Рис. 9. 19. Ручной и машинный
приводы вертикальной
наводки
кость в системе механизма. При придании углов возвышения жидкость поступает от гидронасоса в рабочую полость А, а из нерабочей полости Б идет на слив в бак. Во время движения качающейся части в обратном направлении насос подает жид-
319
кость в полость Б, которая становится рабочей, а из полости А жидкость перетекает по сливной магистрали. Для большей компактности и удобства размещения между верхним станком и люлькой уменьшают размеры механизма по длине, делая поршень телескопическим (рис. 9.21). Ступени поршня могут выдвигаться и вдвигаться последовательно или одновременно.
Рис. 9.20. Гидравлический механизм вертикальной наводки
Рис. 9.21. Гидравлический механизм вертикальной наводки с телескопическим поршнем
В орудиях старых образцов находили применение винтовые механизмы вертикальной наводки. В настоящее время механизмы этого типа используются в минометах (рис. 9.22). Вращение рукоятки передается через коническую пару 1 матке 2, связанной с винтом 3. Перемещаясь вдоль своей оси, винт опускает или поднимает вертлюг, обойма которого охватывает ствол. При этом происходит качание ствола относительно сферического подпятника опорной плиты. Матка винта располагается в корпусе механизма, соединенном с двуногой, и не имеет осевого движения.
Для более легкого поворота качающейся части винтовой механизм вертикальной наводки конструктивно объединяется с пружинным уравновешивающим механизмом (рис. 9.23). Вращение от маховика ручного привода сообщается при помощи
320
конической пары 1 внутренней трубе 2 с маткой 3, которая пе ремещается вдоль оси неподвижного винта 4. Внутренняя труба
двигаясь вверх или вниз относительно связанной со станком наружной трубы, воздействует на качающуюся часть и придает стволу требуемый угол возвышения. При увеличении углов возвышения пружины уравновешивающего механизма разжимаются, способствуя повороту качающейся части, а при уменьшении — сжимаются, частично компенсируя влияние силы тяжести качающейся части.
Механизмы
горизонтальной наводки
Рис. 9. 22. Винтовой механизм верти-
В процессе горизонтальной калькой наводки
наводки верхний станок вместе с качающейся частью поворачивается относительно нижнего станка вследствие их взаимодействия посредством механизма горизонтальной намодки. Этот же механизм фиксирует положение верхнего станка после прекращения наводки.
Для горизонтальной наводки применяются в основном механизмы, составленные зубчатыми парами. Одним из звеньев коренной пары ч'аще является цилиндрическая зубчатая шестерня с валом в подшипниках на верхнем станке, а другим звеном —
2 J
Рис. 9. 23. Подъемно-уравновешивающий механизм
зубчатый сектор (при ограниченном угле поворота верхнего станка) или зубчатый венец (при повороте верхнего станка в пределах 2п рад). Второе звено коренной пары закрепляется на нижнем станке. Во время наводки коренная шестерня обкатывается относительно сектора или венца (рис. 9.24). Коренной парой могут служить также червяк, вращающийся в подшипниках на верхнем станке, и червячный сектор (венец) на нижнем
И 2610 321
станке. При повороте верхнего станка червяк обкатывается вокруг неподвижного сектора или венца (рис. 9.25).
В зависимости от общей конструктивной схемы лафета цилиндрическая зубчатая коренная пара выполняется с внутренним или внешним зацеплением. Радиус начальной окружности сектора или венца выбирается исходя из величины окружного усилия в коренном зацеплении, необходимой точности наводки и основных конструктивных размеров лафета.,Для обеспечения несбиваемости наводки во время выстрела и разгрузки части звеньев привода от моментов, стремя-0 щихся передать движение от верхнего C=T=D станка, в кинематическую схему механизма наводки вводится самотормозя-
Рис. 9. 24. Секторный механизм горизонтальной наводки
Рис. 9.25. Механизм горизонтальной наводки с червячной коренной парой
щаяся червячная пара. При наличии ручного и машинного приводов движение к самотормозящейся паре и далее (к верхнему станку) может передаваться по кинематическим цепям от каждого из них. В таких случаях имеется, так же как в механизмах вертикальной наводки, устройство для включения одной из цепей при одновременном выключении другой.
Во время торможения вращающейся или качающейся части замедляется движение ведущего звена коренной пары, тогда как поворачиваемая часть орудия стремится продолжать вращение по инерции. В результате происходит обращение движения, при котором ведущим оказывается звено, неподвижно связанное с вращающейся или качающейся частью. Однако поворот звеньев механизма наводки в обратном направлении не допускается самотормозящейся червячной парой. Таким образом, звенья механизма от червячной пары до поворотной части орудия могут испытывать действие больщих инерционных нагрузок, особенно когда массы вращающейся и качающейся частей велики. Аналогичное явление имеет место при колебаниях основания танковых, самоходных и корабельных орудий. Во избежание чрезмерных нагрузок, которые могут вызвать поломку деталей, иногда одно из звеньев червячной пары механизма горизонтальной или
322
вертикальной наводки делается сдающим. Наиболее распространенная конструкция сдающего звена приведена на рис. 9.26. Шестерня /, свободно сидящая на своем валу 2, сцепляется с ним при помощи дисков трения 3. Часть дисков связана шлицами с валом, другая —с шестерней. Торцовые поверхности дисков прижимаются пружиной 4. При передаче движения от привода червячное колесо вращает вал через сцепленные диски. При возникновении допустимых инерционных перегрузок относительное движение дисков должно быть исключено, иначе наводка ока-
Рис. 9.27. Сдающее устройство с подпружинен* ным червяком
Рис. 9.26. Дисковое сдающее устройство
жется затруднительной. Некоторое проскальзывание дисков происходит лишь при появлении чрезмерных инерционных моментов. Из этих условий и определяется величина наибольшего момента трения дисков от силы поджатия их пружиной. Имеются также конструкции механизмов наводки (рис. 9.27), в которых функции сдающего звена выполняет подпружинный червяк 1, установленный в корпусе 2 червячной лебедки так, что может перемещаться вдоль своей оси в обе стороны на некоторое ограниченное расстояние. При слишком больших моментах, нагружающих лебедку, червяк сдвигается в осевом направлении под воздействием червячного колеса 4, сжимая тарельчатые пружины 3. Нагрузка на червячное зацепление во время срабатывания сдающего устройства определяется в таких случаях усилием тарельчатых пружин. В танковых и самоходных орудиях применяются иногда конусные фрикционные сдающие устройства (рис. 9.28). Червячное колесо 1 сопряжено силами трения с конусом 2, поджимаемым в осевом направлении тарельчатой пружиной 3. При нормальных нагрузках (допустимых перегруз-
11* 323
ках) вращение от червячного колеса и конуса передается валу 4 с помощью шлицевого или шпоночного соединения 5. При возникновении излишне больших моментов на валу происходит взаимное проскальзывание конуса и червячного колеса. При
Рис. 9.29. Винтовой механизм горизонтальной наводки
Рис. 9. 30. Реечный механизм горизонтальной наводки
этом привод преодолевает момент трения по конической поверхности, величина которого зависит от силы пружины, угла конуса и состояния трущихся деталей.
В минометах и наземных транспортируемых орудиях, имею щих небольшой сектор горизонтального обстрела, находят применение механизмы горизонтальной наводки винтового типа (рис. 9. 29). Коренной парой при этом служит винт 2 и матка 1. В большинстве конструкций винт соединен с нижним станком 3, а матка — с вращающейся частью 4 орудия (рис. 9.29). Шарнирная связь матки позволяет ей поворачиваться вокруг оси, перпендикулярной к оси нарезки, что необходимо при изменении положения винта в процессе наводки. Движение передается винту непосредственно ют маховика привода или через зубчатые колеса. Для самоторможения механизма угол
подъема витков винта и матки принимается небольшим (меньше угла трения).
Встречаются конструкции минометов с механизмами горизонтальной наводки реечного типа. При этом вместо винтовой ко
324
ренной пары, заставляющей перемещаться вертлюг со стволом относительно опорного устройства, используется зубчатая рейка и сцепленная с ней цилиндрическая шестерня. Все детали механизма за исключением рейки смонтированы на вертлюге (рис. 9.30). Рейка 1 закрепляется на станке, оставаясь неподвижной во время наводки. Коренная шестерня 2, получающая вращение от маховика через самотормозящуюся червячную пару 3, перемещается по рейке и заставляет двигаться вертлюг относительно станка. В результате ствол, будучи соединенным с вертлюгом посредством хомута, поворачивается относительно сферического гнезда опорной плиты.
Автоматизация наводки
Механизмы наводки занимают важное место в системе обо-
рудования орудия и в значительной степени определяют его эксплуатационные качества. Поэтому особое внимание обращается на удобство их обслуживания. Процесс управления приводом должен состоять из несложных операций, выполнение
которых не вызывает утомляемости наводчика.
При ручной наводке входные параметры, необходимые для ее выполнения, вводятся вручную в приборы на орудии, которые называются прицелами. В связи с этим маховик привода механизма наводки располагается так, чтобы наводчик, вращая его, мог одновременно наблюдать через визирное устройство и производить необходимые дейст-
Рис. 9.31. Схема полуавтоматической наводки
вия на прицеле. Значительное время, требующееся для осуществления ручной наводки, ограничивает скорострельность орудия. В корабельных орудиях, предназначенных для стрельбы по
морским и наземным целям, широко используется полуавтоматическая наводка, при которой углы наводки вырабатываются автоматически постом управления стрельбой и передаются на орудие, а механизмы наводки приводятся в действие вручную орудийной прислугой. Пост управления /, оборудованный устройством для непрерывного слежения за целью, имеет синхронную связь с орудийными приборами наводки 2 и 4 (рис. 91 31). Подвижные стрелки этих приборов отклоняются автоматически от неподвижных стрелок соответственно на суммарные углы вертикальной и « горизонтальной наводки, которые определяются с учетом дальности цели, курса и скорости ее движения, а также
325
углов качки, курса и скорости своего корабля. Наводчики, воздействуя на штурвалы 6 и 7, . совмещают подвижные стрелки приборов 2 и 4 с неподвижными. Одновременно движение передается к системам управления 3 и 5 механизмами наводки 8 и 2, осуществляющими поворот качающейся и вращающейся частей орудия на углы, равные углам отклонения подвижных стрелок 2 и 4.
Стремление к повышению эффективности стрельбы зенитных орудий привело к дальнейшей автоматизации процесса наводки. При автоматической наводке исключаются все ручные операции.
Рис. 9. 32. Схема автоматической наводки
Для автоматического дистанционного управления артиллерийский комплекс оборудуется силовыми следящими приводами вертикальной и горизонтальной наводки, выполненными обычно по одной и той же принципиальной схеме (рис. 9.32). При этом система приборов управления стрельбой вырабатывает полный угол наводки, на которой поворачивается ротор дающего прибора 2, имеющий электрическую связь с принимающим прибором 3. Управляющий сигнал в виде напряжения, пропорционального углу рассогласования приборов 2 и 3, поступает от принимающего прибора, механически связанного с орудием, к усилителю 4. Нагрузкой для усилителя служит обмотка генератора 5, ротор которого вращается с постоянной скоростью приводным электродвигателем 6. Величина и полярность напряжения, выдаваемого генератором, определяются соответственно силой и фа-Зой предварительно усиленного управляющего сигнала. Тем самым осуществляются требуемые направление и скорость вращения спаренного с генератором исполнительного двигателя 7. Вал исполнительного двигателя приводит в движение механизм наводки, одновременно с которым поворачивается ротор прини мающего прибора в направлении, отвечающем уменьшению угла рассогласования с дающим прибором. При угле рассогласования, равном нулю, исчезает управляющий сигнал на выходе прини
326
мающего прибора. Это приводит к остановке исполнительного двигателя и прекращению наводки. Во время слежения за целью привод непрерывно отрабатывает угол рассогласования между системой управления стрельбой и орудиям.
Автоматизация и повышение скоростей наводки современных зенитных и корабельных орудий обусловили необходимость автоматического. ограничения предельных углов наводки системами управления, своевременно переводящих приворы наводки в режим торможения.
В процессе эксплуатации корабельных орудий требуется также обеспечить безопасность стрельбы в различных направлениях с учетом надпалубных сооружений при условиях, когда обслуживающий орудие персонал не имеет возможности наблюдать за перемещением ствола и предотвратить стрельбу в опасных зонах. При полуавтоматической наводке с помощью индикаторных приборов наводчик наблюдает за стрелками и после их совмещения нажимает на педаль выстрела. В случаях автоматической наводки цепь стрельбы включается с поста управления.
Для эффективного и безопасного использования корабельных орудий предусматривают автоматическое выключение электрической цепи стрельбы к моменту подхода оси канала ствола к границе опасной зоны или применяют специальные механизмы обхода опасных зон, входящие в системы управления приводов наводки.
9 3 МЕХАНИЗМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ ОРУДИЯ
При движении машины по пересеченной местности с неровностями различной протяженности и высоты корпус последней, а следовательно, и установленная на нем башня с орудием под воздействием этих неровностей, будут совершать сложное колебательное движение. Такие колебания резко снижают эффективность огня при движении машины.
Для повышения эффективности стрельбы с хода современные боевые машины оборудуют специальными устройствами — системами стабилизации, позволяющими обеспечить с заданной точностью стабильное положение оси канала орудия в пространстве при значительных колебаниях ее корпуса. При разработке систем стабилизации оси канала орудия в пространстве в сухопутных машинах обычно устанавливают только угловые колебания корпуса машины в продольной (вертикальной) и горизонтальной плоскостях ее движения. Линейные и поперечные угловые колебания машины (крены) вследствие их малого влияния обычно не учитывают. В корабельных установках,* где крены корабля могут достигать значительных величин, эти колебания необходимо также учитывать. Таким образом в сухопутных машинах для обеспечения возможности ведения точного прицельного огня с хода необходимо и достаточно осуществить стабили
327
зацию оси канала в продольной и горизонтальной плоскостях движения машины. По своему техническому и структурному решению устройства, обеспечивающие стабилизацию оси канала ствола в продольной и горизонтальной плоскостях, аналогичны.
На рис. 9.33 представлена принципиальная структурная схема стабилизации угла наводки орудия в продольной (вертикальной) плоскости. Здесь гироскопический стабилизатор установлен на карающейся части орудия, перемещается вместе с нею
Рис. 9. 33. Принципиальная конструктивная схема стабилизации орудия в вертикальной плоскости:
/—стабилизируемый объект — качающаяся часть орудия; 2—гироскопический стабилизатор угла возвышения орудия; 3—измеритель-угла отклонения орудия от заданного положения в пространстве; /—фазочувствительный усилитель сигналов; 5—гидроусилитель; б—исполнительный цилиндр; 7—электромагнит наведения (ЭМН); 8—пульт наведения наводчика; 9—оптический визир прицела;
10—гиротахометр
и называется стабилизатором с зависимой линией прицеливания. В современном военном машиностроении, наряду со стабилизаторами с зависимой линией прицеливания, широкое распространение получили стабилизаторы с независимой линией прицеливания. В этих схемах гироскопический стабилизатор не имеет жесткой связи со стабилизируемым объектом. Связь между стабилизируемым объектом и гироскопическим узлом осуществляется с помощью специальных механизмов, позволяющих с достаточной точностью измерить углы между осью орудия в данный момент и линией визирования прицела на цель. Обычно в системах с независимой линией прицеливания гироскопический стабилизатор устанавливается в оптическом визире — прццеле. В качестве механизмов, осуществляющих связь между визиром-прицелом и стабилизируемым объектом, используются механизмы, выполненные в виде параллелограмма. Каждая из рассмотренных схем с зависимой и независимой. линией прице
328
ливания имеет свои достоинства и недостатки. Система с зависимой линией прицеливания, в которой гироскопический стабилизатор и визир-прицел установлены на качающейся части и, следовательно, жестко связаны между собой, не имеет ошибки в выработке углов прицеливания', связанных с наличием дополнительных механизмов в виде параллелограмма. Они не требуют наличия системы разрешения выстрела, так как наводчик осуществляет стрельбу при совпадении перекрестья прицела с целью.
В прицелах с независимой линией прицеливания эту функцию выполняет специальный механизм разрешения выстрела автоматически без участия наводчика, когда ось орудия, с заданной степенью отклонения, совпадает с линией прицеливания. Наводчик в этом случае только подает команду на производство выстрела после совмещения визирной линии прицела с целью нажатием на клавишу спускового механизма пушки. Недостатком системы с зависимой линией прицеливания является необходимость размещения оптического прицела и гироскопического узла на качающейся части орудия, что не всегда приемлемо по конструктивным соображениям. Стабилизация малоинерционных зеркал прицелов обеспечивает большую точность и лучшие условия наблюдения через прицел при любом положении орудия. В свою очередь, наличие больших инерционных масс стабилизируемого объекта является положительным фактором, облегчая фильтрацию возмущающих воздействий внешней среды (вибрация) в то время, как инерция исполнительных приводов и жесткость их механических характеристик оказывают существенное влияние на характеристики стабилизируемых объектоь по точности. В этой связи существенное значение в создании стабилизации объектов играют системы автоматического регулирования, обеспечивающие точность и быстроту срабатывания исполнительных органов.
Системы автоматического регулирования наряду с требованиями, предъявляемыми к ее отдельным составным частям, фор мулируют условия работы исполнительных силовых органов и самого стабилизируемого объекта в части инерционности, наличия неуравновешенности и моментов трения.
В системах, обеспечивающих стабилизацию объектов, могут применяться различные исполнительные органы: механические, электрические, гидравлические; однако, все они должны удовлетворять условиям, определяемым системой автоматического регулирования в части заданной точности стабилизации объекта. При построении -систем автоматического регулирования используют:
1) измерения отклонений, регулируемых величиной от их заданных значений (система автоматического регулирования по отклонению);
329
2) размеры возмущающих сил, воздействующих на объект (система автоматического регулирования по возмущению).
Характерной особенностью системы регулирования по отклонению является замкнутый контур регулирования, создаваемый обратной связью между осью канала ствола и визирной линией прицела с помощью сравнительного устройства.
Регулирование по отклонению является универсальным и обеспечивает стабилизацию объекта (канала ствола) при любом виде и количестве возмущающих воздействий при условии обеспечения устойчивости замкнутого контура. Последнее обстоятельство налагает ограничения на численное значение коэффициента усиления управляющего сигнала, а следовательно, и на точность поддержания заданных значений выходных координат.
Характерной особенностью системы автоматического регулирования по возмущению является компенсация влияния обычно только одного внешнего возмущения измерением его текущего значения или величины пропорциональной этому возмущению. Системы подобного класса не имеют обратной связи между выходом объекта регулирования и выходом регулятора и являются системами с разомкнутым контуром регулирования. К недостаткам этой системы относятся:
1) трудность непрерывного измерения всех возмущающих воздействий, имеющих место в условиях реальной эксплуатации (переменные моменты трения, неуравновешенность системы и т. д.);
2) нестабильность рдботы регулятора во времени из-за внешних изменений (температура, напряжение тока) и запаздывание при его работе из-за наличия инерционных звеньев;
3) отсутствие стабильности («памяти»), обеспечивающей возврат объекта в за'данное положение после прекращения действия возмущения.
При построении систем автоматического регулирования используют оба перечисленных фактора и в этом случае систему автоматического регулирования называют комбинированной. В свою очередь,, любая система автоматического регулирования может иметь непрерывное и прерывное (импульсное) регулирование по заранее выбранному закону, с достаточной точностью описывающему характер взаимодействия динамических нагрузок и управляющих сигналов.
На рис. 9. 33 представлена принципиальная схема ч стабилизации орудия в вертикальной плоскости с комбинированной системой регулирования, а на рис. 9. 34 ее функциональная схема.
Эта система состоит из задающей и исполнительной части. В состав задающей части системы входят трехстепенной гироскоп с электромагнитом наведения на внутренней рамке и двухстепенной гиротахометр.
330
Поворотом рукоятки пульта 8 наводчик смещает движок потенциометра, смонтированного в пульте, и тем самым создает на его обмотках напряжение. Последнее подается на электромагнит 7,жестко связанный с внутренней рамкой гироскопа. Наличие внешнего момента, вызванного воздействием электромагнита на внутреннюю рамку гироскопа, приводит к повороту (прецессии) его наружной рамки. Внутренняя же рамка гиро-
Рис. 9. 34. Функциональная схема стабилизации орудия в вертикальной плоскости:
/—стабилизируемый объект; 2—3-степенной стабилизатор; 2а—гиротахометр; 3—вращающийся трансформатор; 4—фазочувствительный усили тель; 5—гидроусилитель; 6—исполнительный цилиндр; 7 и 8— измерители возмущающего воздействия
скопа практически остается неподвижной. В свою очередь поворот наружной рамки гироскопа относительно своего номинального положения вызывает появление напряжения в роторе вращающегося трансформатора 3, установленного между внутренней и наружной рамками. Вращаясь, ротор начнет вырабатывать сигнал, пропорциональный разности заданного и действительного угла возвышения орудия, который усиливается фазочувствительным усилителем 4. С фазочувствительного усилителя сигнал поступает на гидроусилитель 5, где электрические сигналы превращаются в разность давлений жидкости, поступающей в исполнительный орган, которым является цилиндр 6. Наводка орудия будет продолжаться до тех пор пока электрический сигнал, выработанный вращающимся трансформатором, не станет равным нулю и внутренняя и внешняя рамки гироскопа не станут перпендикулярны друг другу.
Глава 10
АРТИЛЛЕРИЙСКИЕ ПРИБОРЫ
10 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Артиллерийские приборы предназначены для разведки целей, определения координат местоположения и параметров движения целей, определения данных для расчета поправок на отклонение действительных условий стрельбы (баллистических, метеорологических и топографических) от нормальных (табличных) и для решения задачи встречи снаряда с целью. Успешность стрельбы во многом зависит от этих приборов.
Основным фактором, определяющим направление развития артиллерийских приборов, является точность стрельбы.
Артиллерийские приборы могут быть представлены в виде отдельных приборов или агрегатов, решающих определенные задачи, или в виде целого приборного комплекса, выполняющего все операции по решению задачи встречи снаряда с целью в целом.
Конкретными задачи будут:
1) поиск и обнаружение цели (разведка целей);
2) выбор цели, по которой необходимо вести стрельбу в первую очередь, т. е. определение цели наиболее опасной для орудия или для защищаемого объекта;
3) определение координат цели и параметров ее движения при подвижной цели;
4) решение задачи встречи снаряда с целью, т. е. выработка углов наводки с учетом;
меняющихся координат цели и параметров движения цели и орудия (если орудие подвижно);
скорости полета, деривации * и рассеивания снарядов;
влияния баллистических, метеорологических и топографических условий стрельбы;
5) наведение орудия в соответствии с выработанными углами наводки.
~ Боковое отклонение продолговатрго вращающегося снаряда от плоскости бросания (стрельбы), вызываемое вращательным движением снаряда в воздухе.
332
Для выполнения каждой из указанных операций имеются свои приборы. Проведение разведки целей может осуществляться с помощью:
— различных оптических, а также радиолокационных приборов (радиолокаторов) наблюдения и определения координат и приборов ночного видения;
. — звукометрической аппаратуры, определяющей направление на точки звучания (обычно звук выстрелов или разрыва снарядов) и координаты этих точек.
Для этой группы приборов характерен широкий диапазон зрения, но точность определения координат с их помощью будет не всегда достаточной.
Основной задачей приборов наблюдения остается разведка целей с обеспечением их своевременного обнаружения. Запаздывание в обнаружении быстро перемещающихся целей (главным образом это относится к низколетящим высокоскоростным воздушным целям) может привести к сокращению или даже полной потери времени на стрельбу, если цель до начала стрельбы успеет выйти из зоны обстрела.
Собственно определение координат цели (дальности, угла места цели и ее азимута) при сравнительно невысоких требованиях к точности получаемых величин может производиться с помощью тех же приборов наблюдения. Но при повышении требований к точности эти приборы в известной степени утрачивают свою универсальность и, сохраняя принципы устройства, становятся более точными — оптические и лазерные дальномеры, радиолокационные станции орудийной наводки и др.
Приборы наблюдения движущихся целей и определения их координат могут вырабатывать сразу и параметры движения цели — ее скорость, курсовой угол и угол наклонного полета цели.
Определение данных для расчета поправок на отклонение действительных условий стрельбы от нормальных (табличных) производится различными приборами, представляющими собой специальный приборный комплекс или походную лабораторию. Так например, для определения метеорологических условий стрельбы существуют специальные артиллерийские метеорологические станции (АМС), ведущие наземные метеорологические наблюдения и температурно-ветровое зондирование атмосферы с помощью радиозондов, работающих* вместе с радиолокационной станцией. Для определения топографических данных существуют средства топогеодезической привязки, состоящие из углоизмерительных приборов, приборов и приспособлений для измерения расстояний на местности и вычислительных приборов.
К средствам топогеодезической привязки относятся так же топографический привязчик и артиллерийский подвижный наблюдательный пункт, с помощью которых автоматически определяют координаты точек на местности.
333
Решение задачи встречи заключается в выработке углов наводки орудия на основе учета положения цели и условий стрельбы. Это требует выполнения ряда вычислений, которые производились раньше при помощи ряда отдельных приборов, объединенных под общим названием «Приборы управления огнем». Позднее, особенно при стрельбе по подвижным целям, стали использовать все более сложные вычислительные устройства, объединяемые в один агрегат, иногда называемый счетнорешающей частью (СРЧ). В настоящее время, для выполнения всех этих операций начинают использовать ЭВМ. В дальнейшем применение ЭВМ, по-видимому, позволит еще более усложнить задачу, выполняемую этим устройством, полностью автоматизировать процесс наводки, включив в него и выбор цели.
После того как решена задача встречи, необходимо произвести наводку орудия в соответствии с выработанными углами наводки. Эта операция выполняется с помощью системы «принимающий прибор—исполнительный механизм (привод)», расположенной на артиллерийской установке. При стрельбе по движущимся целям выработка углов и наводка орудия идут непрерывно в следящем режиме. При этом принимающий прибор связан с основной частью приборного комплекта синхронной передачей, а связь принимающего прибора с исполнительным механизмом может быть автоматической или полуавтоматической — через человека (наводчика).
Артиллерийские орудия, расположенные на носителях (на кораблях, самолетах и т. п.) или на стационарных площадках долговременных оборонительных сооружений, помимо указанных выше приборов, снабжаются специальной приборной системой, обеспечивающей безопасность стрельбы для соседних установок и приборных постов, а также для элементов конструкции самого носителя (для корабля — палубы и надстройки). При вхождении орудийных стволов в зоны, где стрельба становится опасной для себя (эти зоны называются «опасными», или «мертвыми» зонами) цепь стрельбы должна выключаться. Для получения большей безопасности иногда создают такую систему, при которой стволы обходят опасные зоны. Но сложность создания подобных систем велика и величина «опасных» зон при этом растет из-за необходимости учитывать путь торможения привода наведения при подходе стволов к границе зоны.
В ряде случаев уже сейчас имеет место объединение большинства артиллерийских приборов в одном агрегате и использование его для автоматической наводки одного или нескольких орудий. Такую систему можно назвать прицельной станцией или станцией орудийной наводки. При этом все приборы дальнего обнаружения целей могут быть вынесены в отдельный прст-стан-цию обнаружения.
Как же используются все эти приборы в процессе подготовки и ведения стрельбы?
334
Этот процесс определяется условиями современного боя, которые зависят, с одной стороны, от характеристик военных целей: могущества их действия, скорости движения, маневренности, защиты и размеров, а с другой — от эффективности средств противодействия противнику и, в том числе, от уровня тактико-технических характеристик приборного комплекса. Если рассматривать современные военные цели — наземные (артиллерия, танки) и воздушные (самолеты, ракеты), то можно заметить, что наземные цели стали более защищенными (при этом не только увеличивается толщина брони на танках и самоходных установках, но появилась также броня на транспортных средствах), более маневренными и имеют возможность в процессе движения хорошо использовать складки местности. Воздушные цели также значительно повысили свои характеристики: скорость и высота их полета стали очень велики. Кроме того появились высокоскоростные низколетящие цели.
Все это существенно усложняет Задачи, решаемые артиллерийскими приборами, при этом еще и сокращается время стрельбы. Последнее требует повышения дальности работы приборов и увеличения их быстродействия, что приводит к усложнению приборного комплекса и к увеличению его габаритов и массы.
Рассмотрим процесс использования приборов при подготовке и ведении стрельбы на примере одной из весьма сложных за- -дач — борьбы с высокоскоростными и малогабаритными воздушными целями.
U ^Сначала производится поиск цели. После того, как цель найдена, необходимо определить опасна она или нет (в каком направлении идет: на объект или мимо и что именно собой представляет). Если обнаружено несколько целей, то необходимо определить наиболее опасную и^олько после этого осуществить захват цели следящей системой приборного комплекса (ввести последний в режим слежения) .
3. При полуавтоматическом управлении огнем комплекс обеспечивает слежение за выбранной целью и непрерывно выдает все данные, необходимые для оценки обстановки, а также для принятия решения об открытии или прекращении огня.
Здесь управляющий огнем должен сначала выбрать цель ‘и ввести приборный комплекс в режим автоматического слежения, а затем определить момент для начала стрельбы и открыть огонь (также и прекратить огонь).
При полном автоматическом управлении огнем комплекс сам должен оценивать обстановку по параметрам движения цели и автоматически не только следить за целью, но открывать (прекращать) по ней огонь при таком сочетании значений параметров (дальности до цели, ее курса, скорости, а также — количестве целей), которое создает «опасную» ситуацию. Понятие «опасной» ситуации в приборах должно быть заложено.
335
Далее, в процессе хлежения за целью, специальный блок приборного комплекса вырабатывает параметры относительного движения цели — ее скорость, курс и дальность (наклонная дальность в случае воздушной цели) и вводит их в счетно-решающую часть. Здесь производится решение задачи встречи, т. е. определяется положение цели в момент встречи ее со снарядом и вырабатываются текущие углы наводки орудия с учетом всех необходимых поправок для прицела.
В современной зенитной и морской артиллерии все части приборного комплекса (по существу весь приборный комплекс) часто выделяются в отдельный агрегат, расположенный вне артиллерийской установки (в пост управления артиллерийским огнем или прицельную станцию). Непосредственно же на артиллерийской установке располагаются приборы, приложенные к исполнительным механизмам и принимающие команды по азимуту, углу возвышения и дальности (при необходимости установки дистанционного взрывателя), связанные с постом управления электрической синхронной передачей.
Одновременно каждая установка, при наличии на ней наводчиков, имеет более простые приборы-прицелы для обеспечения возможности ведения автономного огня.
Приборные комплексы зенитной, морской и танковой артиллерии имеют определенное различие, поскольку цели, по которым ведут стрельбу эти виды артиллерии, существенно отличаются по скорости движения и по маневренности.
Обычная полевая артиллерия (не стреляющая на ходу), разворачивающаяся для стрельбы в боевое положение, имеет, в основном, только приборы для автономной стрельбы (орудия или батареи).
Для полевых орудий выработка (вычисление) установок прицела (прицельных углов) раньше производилась с помощью прибора планшетного типа, называемого ПУО (прибор управления артиллерийским огнем). В настоящее время это делается с помощью специальных приборов. Установки прицела в виде команд передаются на орудие или сразу на несколько орудий (при батарейной стрельбе).
Для наблюдения за целью и определения координат цели в полевой артиллерии обычно, как и в других видах артиллерии, применяются различные оптические или радиолокационные приборы.
Таким образом, в соответствии с указанными задачами, приборный комплекс (для полевой артиллерии может быть система приборов) должен состоять из ряда приборов и устройств, решающих отдельные конкретные задачи:
1) приборы обнаружения, указания и наблюдения целей;
2) приборы определения' координат и скорости движения целей (обычно могут быть совмещены с первыми приборами);
336
3) прицельное устройство — прибор, имеющий линию визирования и обеспечивающий возможность изменения угла между линией визирования и осью канала ствола, т. е. возможность придания линии визирования прицельных углов (относительно канала ствола);
4) счетно-решающая часть, вырабатывающая приЦельные углы при применении прицелов или полные углы горизонтального и вертикального наведения при полной автоматизации процесса решения задачи встречи снаряда с целью;
5) система силового следящего привода (при автоматической или полуавтоматической наводке) между приборным комплексом и орудием, обеспечивающая наводку орудия по выработанным полным углам горизонтальной и вертикальной наводки.
Первые три прибора должны обладать способностью видеть цель (или точку прицеливания). Эти приборы могут быть: оптическими, радиолокационными, инфракрасными (приборы ноч,-ного видения).
Оптические приборы применяются уже более трехсот лег и достигли большого совершенства. Их значение сохраняется и в настоящее время.
Вторые два принципа используются сравнительно недавно. Особенно сильное развитие за последний период долучил радиолокационный принцип.
10. 2. ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ НАБЛЮДЕНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ КООРДИНАТ
Координаты и единицы измерения
В артиллерии обычно применяется прямоугольная или полярная системы координат.
В полярной системе координат (рис. 10. 1,а) за полярную плоскость принимают плоскость горизонта Р, проходящую через начало кородинат О, — точку стояния орудия или прибора. В этой системе координатами точки Ц будут:
1. расстояние Д — наклонная дальность; ее проекция Дх на плоскость Р, называется горизонтальной дальностью;
- 2. угол е (в вертикальной плоскости) — угол места цели (разрыва). Отсчитывается от горизонта;
3. угол а (в горизонтальной плоскости) — угол между некоторым выбранным основным направлением ON и направлением вертикальной плоскости, проходящей через заданную точку.
Углы, измеряемые в горизонтальной плоскости, в зависимости от направления их отсчета, а также в зависимости от того, какое направление принято за основание, имеют различные названия: азимут, бусоль и дирекционный угол.
Азимутом называют угол А (рис. 10.1,6) в горизонтальной плоскости между направлением истинного (географического)
337
меридиана и заданным направлением, отсчитываемый по ходу часовой стрелки от направления на Север.
Примечание. В зенитной артиллерии азимутом называют угол в горизонтальной плоскости между основным направлением (любым выбранным) и заданным направлением, отсчитываемый против движения часовой стрелки от основного направления.
Буссолью (магнитным азимутом) называют угол между направлением магнитного меридиана и заданным направлением, отсчитываемый по ходу часовой Север.
Рис. 10. 1. Система координат
а—полярная система координат в пространстве; б—направление отсчета азимута в наземной артиллерии
Дирекционным углом называют угол в горизонтальной плоскости между положительным направлением оси абсцисс сетки Гаусса — Крюгера и заданным направлением. Этот угол отсчитывается по ходу часовой стрелки от положительного направления оси абсцисс.
Дирекционным углом пользуются при работе на военно-топографических картах, нанесенных в прямоугольной системе координат Гаусса — Крюгера [3].
За направление координатных осей приняты: проекция осевого меридиана — ось абсцисс и проекция экватора — ось ординат.
За единицу измерения углов, кроме градусной меры, в артиллерии принято деление угломера.
Одно деление угломера — это угол, стягиваемый дугой, равной 1/6000 длины окружности, т. е. 1 деление угломера = = 2л/6000 рад.
Длина дуги, стягиваемой одним делением угломера, равна:
6000 ~ 955 1000 ’
338
Следовательно, одно деление угломера соответствует приблизительно 1/1000 дальности (радиуса). Отсюда второе название единицы измерения угла — «тысячная» (тысячная дистанция — т. д.).
Вся окружность имеет 6000 делений, поэтому для удобства чтения и записи больших углов применяют термин «большое деление угломера». Одно «большое деление» равно 100 делениям угломера (малым).
Большие деления при записи отделяются знаком дефиса. Так, например; угол в 3752 деления угломера пишется: «37-52».
Оптические приборы наблюдения
Ранее единственным средством наблюдения являлась оптическая зрительная труба. Пользуясь зрительной трубой, можно обнаружить цель на значительно большем расстоянии, чем невооруженным глазом.
Основной недостаток зрительной трубы заключается в монокулярности, т. е. наблюдать в этот зрительный прибор можно было только одним -глазом.
В настоящее время для зрительного наблюдения за целью применяются бинокулярные оптические приборы (наблюдение двумя глазами).
Зрение обоими глазами дает преимущество перед зрением одним глазом из-за возможности воспринимать глубину пространства, т. е. различать взаимное удаление разных предметов на местности. Предельное расстояние, при котором можно различать один предмет ближе другого, называется радиусом стереоскопического зрения (зависит от остроты зрения и расстояния между глазами человека).
Для одного глаза весь пейзаж будет казаться почти плоским и поэтому, смотря одним глазом на местность труднее сказать, какой предмет ближе, а какой дальше; если же смотреть двумя глазами, то получается полное представление о взаимных удалениях предметов.
При стереоскопическом зрении изображения наблюдаемых предметов на cei тке глаз занимает неодинаковое положение, поэтому одноврем. в кору головного мозга поступают различные импульсы, которые вызывают ощущения, позволяющие судить о взаимном расположении предметов на глубине. Это и есть стереоскопическое восприятие.
На этом принципе созданы такие оптические приборы, как бинокли, стереотрубы и стереоскопические дальномеры.
Все эти приборы являются в первую очередь приборами, выполняющими задачи наблюдения за полем боя, изучения местности, разведки целей, наблюдения за время стрельбы. Они также позволяют производить приближенное измерение вертикаль
339
ных и горизонтальных углов, а при определенных условиях и дальности.
Для более точного измерения дальности служит Дальномер.
Для более точного измерения углов и привязки орудия (и приборов) к местности служит буссоль. Но она также остается и прибором наблюдения.
Рассмотрим устройство всех этих приборов.
Бинокль. Основной, наиболее простой и распространенный в артиллерии наблюдательный оптический прибор. Он предназначен для наблюдения за полем боя, изучения местности и разведки целей, наблюдения во время стрельбы, а также для измерения дальности и вертикальных и горизонтальных углов с помощью угломерной сетки, аналогичной сетке угломерных шкал буссоли.
Бинокль состоит из двух зрительных труб, оптические оси которых всегда параллельны.
Перископы
Перископ4 (рис. 10.2) служит для наблюдения из-за укрытия (из окопа, блиндажа и т. д.), а также для наблюдения из под-
водной лодки, погруженной не более чем на перископическую глубину. При наличии угломерной сетки перископом можно пользоваться (как биноклем) для кор
Рис. 10.3. Стереотруба со сведенными трубами
Рис. 10.2. Зеркальный
перископ
ректировки огня, целеуказания, определения дальности (при известных размерах цели) и т. д.
Простейшим перископом является зеркальный перискот (рис. 10.2), состоящий из двух плоских зеркал — В, С, постав
340
ленных под углом л к оси трубы. Благодаря двум отражениям лучи D, вышедшие из перископа, оказываются смещенными относительно входящих А на величину а, называемую перископич-ностью прибора. Перископичность измеряется в миллиметрах или метрах. Зеркальные перископы обладают небольшим полем зрения и не имеют увеличения.
Для получения увеличения и большего поля зрения применяются оптические перископы, с отражательными призмами, телескопической системой.
Стереотруба
Стереотруба является одним из основных оптических углоизмерительных артиллерийских приборов.
Она представляет собой призменный бинокль. Состоит из двух зрительных труб, которые вращаются вокруг общей шарнирной оси (рис. 10.3), причем трубы могут быть в таком положении, когда оптическая ось одной трубы как бы составляет продолжение другой.
При таком положении стереотрубы хорошо виден' рельеф местности по глубине и можно отличать ближние предметы от дальних. Стереотруба выполняет те же работы, что и бинокль.
При сведенных трубах стереотруба используется для наблюдения за целью из укрытия (как перископ).
Стереоскопический дальномер
Стереоскопический дальномер представляет собой универсальный оптический прибор, совмещающий в себе свойства приборов наблюдения, углоизмерительных приборов и дальномеров. Он предназначен для обнаружения целей и определения их местоположения (координат), измерения дальностей и углов, изучения местности и отдельных целей, а также используется для пристрелки и топографической привязки.
Измерение дальности с помощью стереоскопического дальномера
Рассмотрим рис. 10.4, а. Сторона ЛП треугольника является базой Б стереодальномера, точки Л и П — левым и правым входными окнами прибора, точка Ц — местоположением наблюдаемого в стереодальномер предмета. Сторона ЛЦ, равная дальности до точки Ц, определяемая из выражения:
Лц=д=Л5-,
tga
где а параллактический угол (угол, под которым наблюдается предмет).
Поскольку угол а мал по величине, так как база стереодальномера несравненно меньше дальности до цели, то с достаточной
341
точностью тангенс угла а можно заменить величиной угла а, выраженной в радианах. Тогда формула для дальности примет вид
Д=— а
Из чего следует, что при постоянной базе стереодальномера, определяемая дальность до предмета будет характеризоваться величиной параллактического угла. Отсюда, зная величину параллактического угла, всегда можно определить дальность до наблюдаемого предмета.
К,К2
ц
Д
Л
б)
Рис. 10.4.
Измерение дальности с помощью стереоскопического дальномера: измерения дальности; б—схема стереоскопи-
а—принцип
ческого дальномера; <S'i и S2—концевые отражатели; Об 1 и Об2—объективы; Sj и S2~центральные отражатели; т\ и т2—измерительные марки; Ki, К2—измерительные компенсаторы; Кз—клин выверки по дальности; ОК1 и Ок2— окуляры
Если дальномер навести на местный предмет так, чтобы лучи от него падали в левое входное окно под прямым углом к базе, то изображение предмета в левом окуляре получится на его центральной линии. Одновременно лучи света от этого предмета будут попадать в правое входное окно, но не вдоль его оптической оси, а под некоторым углом, равным по величине параллактическому углу. Тогда изображение в правом окуляре также будет смещено относительно центральной линии. Это смещение называется линейным параллаксом.
Следовательно, если с помощью специального устройства, в котором линейный параллакс и величина дальности связаны между собой специальной шкалой, устранить смещение рассматриваемого изображения относительно центральной линии, т. е. выбрать (компенсировать) параллакс, то можно определить дальность до местного предмета. Такое-устройство в стереодальномере называется компенсатором, который состоит из неподвижной и подвижной линз. При этом подвижная линза связана со шкалой дальности.
342
Принципиальная схема стереоскопического дальномера приведена на рис. 10.4,6.
Помимо различных (рассмотренных выше) оптических приборов наблюдения необходимо иметь прибор, позволяющий ориентировать орудия и артиллерийские приборы на местности. Таким прибором является артиллерийская буссоль.
Перископическая артиллерийская буссоль
Перископическая артиллерийская буссоль представляет собой соединение оптического и углоизмерительного приборов с ориентир-буссолью. Она предназначена для ориентирования орудий и приборов’ в заданном направлении, определения бус соли и дерекционных углов направлений на местности, засечки целей и реперов, измерения горизонтальных и вертикальных углов и расстояний.
Горизонтальные углы между предметами на местности можно измерить по сетке монокуляра, по буссольным и по угломерным шкалам.
Вертикальные углы между двумя предметами измеряют по сетке монокуляра или находят как разность углов места этих предметов, взятых со своими знаками.
Буссоль также применяется для наблюдения во время стрельбы и изучения местности и целей. Наличие перископа позволяет вести наблюдение из-за укрытий.
Буссоль (рис. 10.5, а) состоит из вертикальной оси-шестерни, корпуса буссоли, ориентир-буссоли, монокуляра и корпуса отсчетного червяка.
Монокуляр буссоли (ее оптическая часть) представляет собой зеркальную трубу бинокля. В фокальной плоскости монокуляра установлена стеклянная пластинка, на которой выгравированы обычные углоизмерительные и дальномерные (вертикальная и горизонтальная) шкалы (см. рис. 10.5,6). Слева на монокуляре имеется окно для освещения шкал при работе с прибором ночью.
Ориентир-буссоль служит для ориентирования буссоли по магнитной стрелке. Она представляет собой продолговатую коробку, внутри которой находится магнитная стрелка.
Ориентируют буссоль по магнитной стрелке в следующем порядке. Освобождают магнитную стрелку, выключают установочный червяк и поворачивают буссоль так, чтобы окно буссольной коробки было направлено на север, а магнитная стрелка заняла в коробке примерно среднее положение. После чего включают установочный червяк и поворачивают буссоль маховиком установочного червяка до тех пор, пока концы магнитной стрелки не совместятся со своими установочными рисками.
Кроме собственно буссоли имеется еще перископ и азимутная-насадка.
343
Перископ представляет собой отдельную оптическую насадку, которую закрепляют хомутиком и зажимным винтиком на патрубке объекта монокуляра. Оптическая система перископа состоит из двух зеркал и двух защитных стекол.
Азимутная насадка — оптический прибор, состоящий из визира, кронштейна и уровня, используется при астрономическом
а)
Рис. 10. 5. Буссоль:
а—внешний вид; б—углоизмерительные и дальномерные шкалы
ориентировании буссоли. Буссоли свойственны все недостатки приборов с магнитными стрелками. Поэтому в настоящее время применяется артиллерийский гирокомпас, предназначенный также’ для определения дирекционных углов и истинных азимутов ориентирных направлений на местности. Его работа почти не зависит от состояния магнитного поля Земли, поэтому гирокомпас можно применять в любых условиях.
10. 3. РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ ПРИБОРЫ (СТАНЦИИ)
Радиолокаторы или радиолокационные станции (РЛС) служат для обнаружения целей, определения их координат и параметров движения.
Достоинствами радиолокаторов являются: независимость от метеорологических условий и времени суток, высокая точность определения координат целей, обеспечение наблюдения за противником в широком диапазоне дальностей. К недостаткам ра
344
диолокаторов следует отнести подверженность помехам и трудности маскировки.
Радиолокаторы построены на принципе приема отраженных от цели радиоволн (принцип использования радиоэха).
Возможность обнаружения объектов и определения их координат с помощью радиоволн обеспечивается основными свойствами радиоволн: постоянством скорости распространения (300 000 км/с), направленностью излучения и прямолинейностью их распространения, а также способностью радиоволн, облучающих цель отражаться от нее. Цикл работы радиолокатора складывается из выработки электромагнитной энергии, излучения ее в направлении цели, приема отраженного от цели сигнала и его регистрации. За время этого цикла радиолокатор определяет также координаты цели — наклонную дальность, азимут и угол места.
В зависимости от способов получения радиолокационною сигнала различают следующие виды радиолокационного наблюдения:
а) радиолокация с пассивным ответом. Радиоволны, излучаемые антенной радиолокатора, отражаются от цели и попадают в его приемник в виде отраженного сигнала (эхосигнала). Этот вид наблюдения наиболее распространен. Существенным здесь является отличие отражающих свойств цели от отражающих свойств окружающей среды;
б) радиолокация с активным ответом. Ответный сигнал является переизлученным с помощью специального ответчика-ретранслятора. Применяется в случае стрельбы по воздушным целям для определения ее государственной принадлежности («свой — чужой»);
в) пассивная радиолокация. Прием собственного радиоизлучения целей. Для обеспечения большой дальности действия и возможности точного определения направления радиолокаторы имеют узкий радиолуч, которым последовательно облучаю! участки пространства.
Радиолокаторы делятся на две основные группы: импульсные радиолокаторы и станции с непрерывным излучением.
Импульсный радиолокатор излучает радиоволны в виде коротких радиоимпульсов длительностью несколько милли- или микросекунд каждый. В момент излучения радиоимпульса передатчиком приемник радиолокатора отключают, чтобы мощный передаточный сигнал его не повредил. После выключения передатчика включается приемник, ожидающий появления слабою отраженного сигнала (эхосигнала). Этот периодический процесс продолжается непрерывно. Импульсная работа радиолокатора позволяет при меньшей затрате мощности получить большую дальность действия, использовать одну и ту же антенну для излучения и приема радиоимпульсов, сравнительно просто измерять дальность до нескольких целей одновременно.
345
Радиолокаторы с непрерывным излучением радиоволн. Работа такого радиолокатора основана на использовании эффекта Доплера. Здесь при отражении от неподвижного препятствия принимаемое радиоэхо будет иметь ту же частоту, а при отражении от движущейся цели частота сигнала изменяется. Если объект приближается, частота будет выше, если удаляется — ниже.
Приемник этого радиолокатора настроен таким образом, чтобы сигналы на частоте передатчика не принимались совсем. Таким приемником регистрируются и принимаются сигналь;
Рис. 10.6. Блок-схема радиолокатора Определение направления на цель: /—синхронизатор; 2—передатчик; 3—антенна; 4—антенный переключатель; 5—индикаторы; 5—приемник
'только на более высоких или низких частотах. На этом принципе построены все радиолокационные средства разведки движущихся целёй. В ряде случаев такие радиолокаторы могут опре.-делять характер целей и измерять скорость их движения.
Основные элементы импульсного радиолокатора приведены на схеме радиолокационной станции обнаружения самолетов (рис. 10.6). Передатчик генерирует импульсы высокой частоты, поступающие в антенну для передачи. Он состоит из генератора высокой частоты и модулятора. Управление передатчиком осуществляется автоматически с помощью модулятора (выключателя передатчика), который подводит высокое напряжение к передатчику только во время передачи импульсов. Отраженные импульсы поступают через антенну в приемник, который усиливает слабо отраженные высокочастотные сигналы и, преобразуя их в низкочастотные, подает на соответствующие индикаторы. С помощью последних осуществляется наблюдение за целью, определение ее координат и параметров движения. Индикатором обычно является электроннолучевая трубка. Антенный переключатель с целью защиты приемника от мощных импульсов пере
346
датчика подключает антенну к передатчику в момент излучения импульса, а в промежутках между импульсами подключает аю тенну к приемнику. Синхронизатор служит для управления во времени работой передатчика, приемника и индикатора. Имеется еще блок питания, формирующий необходимые напряжения и распределяющий их между системами радиолокатора.
Определение расстояния до какого-либо объекта основано на использовании постоянства скорости распространения радиоволн и способности их отражаться от объектов.
Измерив время t от момента излучения прямой волны до прихода отраженной и зная скорость распространения С, можно определить путь Дн, пройденный волной до объекта, по формуле:
Измерение таких коротких интервалов времени осуществляется с помощью электроннолучевой трубки, являющейся основным элементом индикатора. Для того, чтобы измерить это время, необходимо, чтобы на экране трубки был зафиксирован момент излучения радиоволны (прямой сигнал) и момент прихода отраженного от цели сигнала. При этом отраженный сигнал должен быть сдвинут на экране по времени относительно прямого сигнала. С этой целью электронный луч на экране электроннолучевой трубки заставляют перемещаться с определенной скоростью (развертка). Так как дальность прямо пропорциональна времени t, то на экране трубки можно нанести шкалу дальности.
Современные радиолокаторы в зависимости от своего назначения (станции наблюдения или станции орудийной наводки) имеют дальности действия от десятков до многих сотен километров. Поэтому для решения различных тактических заданна многих радиолокаторах предусмотрено изменение масштаба дальности на экране индикатора.
Для определения местоположения дели в пространстве необходимо знать направление в горизонтальной плоскости (азимут) и в вертикальной (угол места).
Чтобы измерить направление на цель, обычно применяют метод «равносигнальной зоны», с помощью которого осуществляется совмещение геометрической оси антенны радиолокатора с направлением на цель.
В радиолокаторе определение направления и процесс слежения за двигающейся целью происходит автоматически. Оператор лишь выбирает объект и включает автомат сопровождения.
При стрельбе по наземным целям для подготовки исходных данных достаточно знать их координаты: X и Z или а и Дг (горизонтальная дальность), а также 8 — угол места цели (рис. 10.7,а). В большинстве случаев используются полярные координаты цели (ct и Дг)’ измеренные радиолокатором.
347
Дальность измеряется так же, как и для воздушных целей. Однако при определении направления на цели чаще используется метод пеленгации по максимуму, а не метод равносигнальной зоны.
Сущность пеленгации по максимуму заключается в следующем. Радиолокатор производит поиск в сектора АОВ узким радиолучем, который быстро перемещается слева направо и возвращается назад (рис. 10.7,6). Если на пути радиолуча встретятся какие-либо объекты (цели), которые отражают радиоволны
Рис. 10. 7. Наземные подвижные цели:
а—координаты движущейся точки относительно радиолокатора; б—объекты (цели) на местности; в—объекты (цели) па индикаторе
(точки М, N, К), то появятся отраженные импульсы именно в тех направлениях, на которых расположены цели. Индикаторы радиолокатора устроены таким образом, что картинка на них повторяет картину местности (на индикаторах в радиальном направлении откладывается дальность до объектов, а по дугам сектора — дирекционный угол). Засекаемые объекты получаются в виде дужек (рис. 10.7,в). Отсчет направления на объект необходимо производить по середине дужек/ которые соответствуют положению максимума излучения радиолуча (отсюда и название метод пеленга по максимуму).
Обычно шкалы дальности и дирекцпонпого угла высвечиваются на экране индикатора, чтобы удобно было вести отсчеты (рис. 10.7,в). В некоторых случаях пользуются просто прозрачной линейкой с нанесенной шкалой дальности, которая закрепляется на шарнире в точт^е О. Линейка совмещается с дужкой (отраженным сигналом). По положению линейки и дужки отсчитываются Дг и дирекционный угол а (рис. 10.7,в).
В радиолокаторе имеются устройства для селекции (выделения) движущихся целей, которые дают возможность оставить на
348
индикаторе только отметки, соответствующие движущимся объектам.
При определении координат батарей противника и разрывов ^нарядов своей артиллерии радиолокаторz работает следующим образом. Заранее выбираются два угла места для направления радиолокационного луча (нижний и верхний) и антенна радиолокатора устанавливается на нижний угол. В момент прохождения снаряда (мины, ракеты) через радиолокационный луч запускают счетчик времени. После чего антенну переводят на верхний угол и ждут второго сигнала, отраженного от снаряда. По этому сигналу счетчик времени останавливается, выдавая измеренное время. Затем антенну возвращают в исходное положение. .
Одновременно станция определяет азимут и дальности последовательных положений снаряда, по которым, с учетом измеренного времени, производят экстрополяцию траектории полета снаряда и определяют координаты стреляющего орудия.
По области применения радиолокаторов их делят на радиолокационные средства разведки наземных целей, средства обнаружения воздушных целей, корабельные радиотехнические средства и самолетные радиолокаторы.
Радиолокаторы для разведки наземных целей. Главные их задачи — обнаружение и определение координат наземных целей, наблюдение за изменениями боевой обстановки, выдача необходимых данных для стрельбы, а также обеспечение боевого охранения войск.
Конструктивно же их можно разделить на две группы: средства разведки движущихся целей и средства обеспечения стрельбы полевой артиллерии.
К задачам радиолокационных средств обеспечения стрельбы полевой артиллерии также относится определение координат позиций стреляющих орудий и корректировка стрельбы своей артиллерии.
Радиолокаторы для обнаружения воздушных целей. Они решают следующие задачи: обнаружение воздушного противника и определение его координат, наведение на него истребительной авиации, поиск истребителями воздушного противника, управление огнем зенитной артиллерии.
Основными тактико-техническими характеристиками радио- ' локаторов считаются максимальная дальность их действия, количество определяемых координат цели и точность определения каждой из них, разрешающая способность, время обзора и частота выдаваемых данных о цели, помехозащищенность.
Под разрешающей, способностью понимается минимальное расстояние между двумя целями, находящимися на одном азимуте, сигналы отражения от которых видны на индикаторе еще раздельно.
349
Дальность действия радиолокатора зависит от излучаемой передатчиком мощности, чувствительности приемного устройства и направленности антенны.
Радиолокаторы могут обнаруживать цель только в определенной зоне'—зоне обнаружения, ограниченной в своей нижн.ей части линией прямого видения. Это последнее не позволяет радиолокатору обнаружить воздушную цель на расстоянии более 320 км, если она летит на высоте 10 км.
Зона .обнаружения изменяется в довольно широких пределах (в зависимости от характера цели). С увеличением отражающей поверхности дальность обнаружения цели увеличивается. Поэтому существенное влияние на дальность обнаружения цели оказывают ее отражающие свойства. Для оценки этого влияния цользуются условной величиной — эффективной поверхностью рассеяния (ЭПР) цели.
Средние значения ЭПР для некоторых типовых целей будут иметь следующие величины: головная часть баллистической ракеты— 0,2 м2, человек — 0,8 м2, истребитель — 4,0 м2, бомбардировщик— до 20 м2, транспортный самолет — до 50 м2, корабли— от 100 до 15000 м2.
Уменьшения ЭПР достигают, придавая целям малоотражаю-щую форму или применяя радиопоглощающие материалы.
Для обеспечения высокой эффективности применения радиолокаторов в боевых условиях они должны обладать хорошей помехозащищенностью от средств радиопротиводействия.
Одной из важнейших задач является борьба с низколетящими целями. Современные средства обнаружения таких целей имеют ограниченную дальность эффективного действия.
Применение импульсных радиолокаторов в этом случае недостаточно эффективно из-за их большой чувствительности к отраженным от земли сигналам. Лучше решают эти задачи импульсно-доплеровские станции, обладающие особенностями обеих основных групп радиолокаторов.
Считается, что на равнине самолет, летящий на высоте менее 100 м и незатемненный естественными или искусственными укрытиями, можно обнаружить визуально с расстояния не более 10 км, я с помощью радиолокатора — на дальностях 30—35 км.
Для упрощения управления комплексом «орудие — РЛС» в таких станциях применяют аппаратуру селекции движущихся целей.'Также особенностью обнаружения низколетящих целей радиолокационными станциями является и то, что зоны обнаружения соседних станций не всегда имеют взаимное перекрытие и информация одной станции может не иметь дублирующего подтверждения соседних станций.
Корабельные. радиолокаторы имеют ряд особенностей, вытекающих из необходимости учитывать движение своего корабля, качку, устранять помехи от работы соседних станций, предохранять аппаратуру от тряски, вибрации, повышенной влажности, 350
размещать все элементы станции в условиях острого недостатка места и т. д.
Стрельба артиллерии обеспечивается станциями обнаружения воздушных и надводных целей на больших дальностях и станциями орудийной наводки, обладающими высокой точностью определения данных и осуществляющими слежение за целью в -процессе стрельбы на близком расстоянии. Для того, чтобы данные стрельбы были подготовлены своевременно, дальность действия стрельбовых станций делается больше дальности действия оружия.
Станции обнаружения обычно снабжаются выносными индикаторами кругового обзора (ВИКО), устанавливаемыми на командных пунктах и в боевых постах. Индикаторы позволяют управляющему огнем наблюдать картину воздушной или надводной обстановки, получаемую от станций обнаружения.
Во избежание потери цели при качке антенны станций часто стабилизируют. Для корректировки стрельбы станции управления стрельбой по надводным целям имеют устройства, позволяющие наблюдать места падений'снарядов, измерять отклонения падений от цели и вводить необходимую корректировку по дальности и направлению в приборы управления стрельбой. В связи с этим станции обладают высокой разрешающей способностью по дальности и направлению.
При ведении огня по воздушным целям, ввиду скоротечности процесса, стрельба не корректируется, но управляющий огнем наблюдает за ее действительностью. Повышение дальности действия корабельных станций обнаружения связано с большими техническими трудностями.
10.4. ПРИБОРЫ ЗВУКОВОЙ РАЗВЕДКИ
Звуковая разведка служит для обнаружения орудий (батарей) противника и определения их местоположения, а также места падения своих снарядов.
Принцип определения координат орудий противника или точек разрыва своих снарядов заключается в регистрации направления звука двумя звуковыми постами, расположенными на расстоянии 1 —1,5 км друг от друга (рис. 10.8). Точность этого способа меньше точности радиолокатора, но он используется как дублирующее средство и при отсутствии других средств.
10.5. ПРИБОРЫ НОЧНОГО ВИДЕНИЯ
При ведении боевых действий ночью первостепенной задачей является обеспечение видимости.
Для наблюдения при малых освещенностях применяют оптические приборы с большим увеличением, светосильной и просветительной оптикой. Но с помощью оптических приборов можно наблюдать только до определенной освещенности.
351
Самый лучший способ наблюдения ночью — осветить мест
ность искусственным светом: лучом прожектора или .специальным запускаемым с земли или сбрасываемым с самолета осветительным устройством, но это не всегда возможно. Поэтому лучше освещать цели невидимыми лучами, получать невидимое изображение и преобразовывать его в видимое.
Большое распространение получили приборы, построенные на базе использования инфракрасного — ПК-излучения, хорошим
Рис. 10. 8. Определение направления на звучащую цель:
Дн—наклонная дальность; Ц—цель;
Пь П2—звукоприемники; О—центр акустической базы; ЦП—центральный пункт
источником которого являются нагретые тела.
ПК-приборы делятся на два класса: активные и пассивные.
Активные ПК-приборы требуют использованных мощных ПК-прожекторов для подсветки целей, что является существенным недостатком, так как демаскирует прибор.
Пассивные ПК-приборы работают на принципе усиления видимого света. Они усиливают изображение в несколько тысяч раз и позволяют вести наблюдение в условиях очень слабой освещенности, создаваемой звездами или Луной. Эти приборы не имеют недостатков активных ПК приборов, , меньше габаритами, проще в обращении и потребляют меньшую мощность. Основу ПК-приборов составляет электроннооптический преобразователь, в
котором происходит превращение невидимого изображения в видимое. Принимаемая энергия от предмета, облученного ПК-лучом прожектора или находящегося в естественных условиях ночного освещения, фокусируется оптической системой объектива на фотокатоде, чувствительном к излучению ПК-спектра. 'Пучок электронов, испускаемый фотокатодом, усиливается электростатическим полем и фокусируется на экране флуоресцирующем в области видимого спектра.
ПК-приборы выполняют для различного назначения:
а) ПК-бинокли для командных танков на малые расстояния при подсветке фарами танка с ПК-фильтрами и на большие при подсветке мощным прожектором;
б) ПК-прицелы для винтовки;
в) ПК-прицелы для группового оружия (безоткатные орудия и пулеметы);
352
г) ИК-прицелы для противотанковых орудий, прожектор размещается за щитом орудия с целью уменьшения действия на него ударной волны при выстреле).
Для лучшей маскировки ИК-прпборов рекомендуется прожекторы выносить в сторону от орудий. Более целесообразно применение пассивных ИК-приборов.
10.6. ТОПОПРИВЯЗЧИК
Для выполнения топографических работ, обеспечивающих стрельбу артиллерии с закрытых огневых позиций, особенно при подготовке ее в короткие сроки и в ходе боя, используются автоматические средства топографической привязки. К таким средствам относится топографический привязчик.
Основное назначение топографического привязчика — топографическая привязка огневых позиций.
Топографический привязчик представляет собой автомобиль, на котором смонтирован комплекс специальных приборов наземной навигации: гидроскопический курсоуказатель, состоящий из гироскопа, следящей системы гироскопа, горизонтирующего и корректирующего устройств, синхронной передачи; курсопрокладчик; датчик пути; визирное устройство; перископическая артиллерийская буссоль (ПАБ-2); дальномер и необходимое электрооборудование.
Гироскоп служит для сохранения в пространстве направления, первоначально приданного его оси вращения.
Следящая система гироскопа автоматически устраняет углы расхождения гироскопа со следящим кольцом, которые образуются вследствие поворота оси гироскопа или следящего кольца от первоначально установленного положения при повороте топографического привязчика.
Горизонтирующее устройство предназначено для приведения и удержания оси вращения гироскопа в плоскости горизонта.
Корректирующее устройство устраняет вращение оси гироскопа относительно стран света.
Для отработки в курсопрокладчике углов, равных углам поворота топографического привязчика относительно оси вращения гироскопа, служит синхронная передача. Угол поворота топографического привязчика, отработанный гирокурсоуказателем, передается в курсопрокладчик с помощью четырехпроводной синхронной передачи.
Курсопрокладчик представляет собой счетно-решающий прибор, который вырабатывает координаты положения топографического привязчика и вычерчивает проходимый им путь по входным данным: дирекционному углу направления движения, поступающему с гпроуказателя, и проходимому пути, снимаемому с ходовой части машины.
11 2610 353
Визирное устройство предназначено для первоначального ориентирования топографического привязчика на начальной точке, контроля ориентирования его в процессе прокладки маршрута привязки и определения дирекционного угла направления с точки стояния топографического привязчика на какой-либо местный предмет.
С помощью буссоли определяют дирекционные углы ориентировочных направлений при ориентировании топографического привязчика на начальных точках и при контроле его ориентирования в процессе прокладки маршрута привязки, а с помощью дальномера измеряют расстояния от 50 до 1000 м по наблюдению местных предметов.
Работа аппаратуры топографического привязчика сводится к непрерывному решению прямой геодезической задачи, т. е. к определению координат точки нахождения автомобиля относительно начальной точки, координаты которой известны.- Чтобы решить эту задачу, необходимо знать в каждый момент движения автомобиля, кроме координат начальной точки, длину пройденного им пути и дирекционный угол направления его оси. Длину пути снимает датчик с неведущих колес, а дирекционный угол направления движения автомобиля определяется относительно оси гироскопа, который после запуска сохраняет свое положение в пространстве.
Значения пройденного пути и дирекционных углов направления продольной оси автомобиля непрерывно передаются в курсопрокладчик, где специальные устройства вырабатывают координаты местонахождения топографического привязчика в каждый момент его движения и вычерчивают на карте путь движения топографического привязчика.
10. 7. ПРИЦЕЛЫ
Сущность наводки и ее виды
Наводка орудия заключается в придании оси канала ствола к моменту выстрела такого положения в пространстве, при котором средняя траектория снарядов будет проходить через желаемую точку (через цель). Следовательно, положение осп канала ствола определяется, как координатами цели, так и необходимым рассогласованием линии визирования и оси канала ствола, вследствие зависимости траектории снаряда от различных факторов.
Это рассогласование в виде прицельных углов в горизонтальной и вертикальной плоскостях вводится (с учетом углов, определяющих положение цели, относительно точки стояния орудия) в прибор на орудии — прицел.
Каждый прицел снабжен визирным устройством, имеющим некоторую фиксированную линию, называемую линией визирования, кроме того имеются механизм или детали, позволяющие
3 54
поворачивать линию визирования на различные углы в вертикальной и горизонтальной плоскостях относительно основания прицела. В качестве линии визирования служит луч зрения, проходящий через определенные точки визира. При произведенных построениях прицельных углов линия визирования будет называться линией прицеливания.
Таким образом, в процессе наводки сначала придают линии визирования определенное направление относительно оси канала ствола, а затем с помощью механизмов наведения поворачивают ствол так, чтобы линия визирования (прицеливания) проходила через указанную точку на местности.
Совокупность операций по приданию стволу определенного направления в пространстве называется наводкой. Наводка орудия подразделяется на горизонтальную наводку (в горизонтальной плоскости) и вертикальную (в плоскости стрельбы).
В зависимости от метода выполнения наводка делится на следующие виды:
— прямая наводка (горизонтальная и вертикальная). Производится при непосредственном визировании по цели. Применяется при стрельбе по цели, видимой с огневой позиции;
— непрямая наводка (горизонтальная и вертикальная). Производится без визирования по цели. Здесь горизонтальная наводка осуществляется при помощи визирования по вспомогательной точке на местности: точке наводки или при помощи зафиксированной прямой линии на лафете, а вертикальная — при помощи уровня. Непрямая наводка применяется при стрельбе по невидимой цели;
— полупрямая наводка. В этом случае горизонтальная наводка выполняется визированием по цели (аналогично прямой наводке), а вертикальная — при помощи уровня (аналогично непрямой наводке). Полупрямая наводка применяется при стрельбе по видимой или частично видимой цели.
Углы наводки, определяющие необходимое направление ствола в пространстве, должны быть вычислены предварительно с учетом дальности до цели, угла места цели, типа снаряда и взрывателя, фактической массы снаряда, температуры и паспортных данных заряда, степени износа канала ствола, рельефа местности (требование к крутизне траектории снаряда), параметров движения цели, поправок на действительные условия стрельбы, деривации снаряда, угла вылета (дается в таблицах стрельбы для каждого снаряда и заряда) и положения точки наводки относительно орудия и цели.
Вычисленные углы наводки передаются в виде команд на орудие, где вводятся в прицелы.
В зенитной и современной морской артиллерии углы наводки и установки взрывателя вычисляются и передаются на орудие автоматически при помощи специальных приборов управления
11 **
355
артиллерийским зенитным огнем (ПУАЗО) и систем синхронной передачи.
Углы, вводимые в прицел с целью обеспечения правильности наводки, называются прицельными углами. При прямой наводке прицельными углами являются сс и б, при непрямой — ср и ф.
Прямая наводка по наземной цели
При прямой наводке, применяемой в случаях стрельбы по видимым с огневой позиции целям, линия прицеливания ориентируется непосредственно по цели. На рис. 10.9 приведена схем-а прямой наводки по наземной цели. О — точка стояния орудия.
Положение линии выстрела ОС относительно линии цели ОЦ и горизонта определяется следующими углами: вертикальным прицельным углом а в плоскости стрельбы OCF (угол между
линией выстрела и проекцией ОВ линии цели на плоскость стрельбы), углом Е] в плоскости стрельбы (угол наклона к горизонту проекций линии цели на плоскость стрельбы) и боковым прицельным углом 6] (угол между линией цели и ее проекцией на плоскость стрельбы — принимается с поправкой на деривацию). Угол 6 между плоскостью стрельбы и плоскостью цели называют горизонтальным углом прицеливания. Ввиду того, что при стрельбе по наземным целям угол di сравнительно мал, величина ej принимается равной значению угла места цели е (угол в плоскости цели ОЦЕ между линией цели и ее проекцией на горизонт орудия — плоскость XOY). Следовательно, можно сказать, что ось канала ствола должна составлять к концу наводки с горизонтальной плоскостью угол возвышения ср:
<p = a + e — при расположении цели выше горизонта орудия;
ср = а—8 — при расположении цели ниже горизонта орудия. Для осуществления прямой наводки по наземной цели определяются численные значения углов а и <51, которые затем уста
356
навливаются на прицеле. В результате линия прицеливания образует угол с осью канала ствола: в вертикальной плоскости под углом а, и к вертикальной плоскости под углом 61 (рис. 10.9,а)
Если после этого совместить линию прицеливания с целью, воздействуя на механизмы наводки, то ось канала ствола займет требуемое положение относительно линии цели.
При прямой наводке нет необходимости устанавливать на прицеле угол места цели, так как он учитывается автоматически в процессе совмещения линии прицеливания с линией цели. Действительно, пусть после построения на прицеле угла а ось канала ствола совпадает с линией ОС\ а линия визирования — с линией ОЛ (рис. 10.9,6). Если, не изменяя установки угла а, направить с помощью механизма вертикальной наводки линию визирования на цель (по линии ОД), то ось канала ствола ОС будет составлять с горизонтом угол возвышения <р = а + е.
Непрямая наводка
При непрямой наводке, применяемой когда цель не видна с огневой позиции, линия прицеливания ориентируется по-видимому на местности предмету, расположение которого относительно орудия и цели определено при подготовке исходных данных для стрельбы (рис. 10.10). -Линия прицеливания направляется в ясно обозначенную точку предмета, называемую точкой наводки (точка Гн)- Наклон линии наводки ОТН к горизонту характеризуется углом места точки наводки 8Н в вертикальной плоскости ОТ\ Ти (плоскость точки наводки). Линия ОТХ является проекцией линии точки наводки на горизонт орудия. Угол ф в горизонтальной плоскости, между плоскостью стрельбы и плоскостью точки наводки, называется углом наводки. Угол фо между плоскостью цели и плоскостью точки наводки называется углом горизонтальной наводки.
К концу непрямой наводки ось канала ствола ОС должна занимать положение относительно линии цели ОЦ и горизонта, характеризуемое углами а, 8 и 61, а линия прицеливания, совпадающая с линией наводки, ОТН должна быть смещена в горизонтальной плоскости на угол гр от плоскости стрельбы и наклонена к горизонту под углом 8Н-
Устройство прицелов для непрямой наводки позволяет производить вертикальную наводку, т. е. придавать стволу заданный угол возвышения, не обращая внимания на точку наводки. Поскольку угол ср строится от горизонта, то прицел должен иметь устройство, фиксирующее горизонтальную плоскость. Таким устройством служит продольный (боковой) и поперечный уровни, при горизонтальном положении оси которых пузырьки находятся на среднем, обозначенном, месте, а при наклонном — смещаются.
357
12 2610
Возможны различные способы вертикальной наводки с использованием продольного уровня.
В прицелах с независимой линией прицеливания, характеризующихся тем, что линия прицеливания остается неподвижной в процессе наводки на углы а и 8, при построении угла возвышения продольный уровень сохраняет свое положение.
В’прицелах с полунезависимой линией прицеливания при наводке на угол а линия прицеливания не перемещается, а при
Рис. 10. 10. Линии и углы при непрямой наводке орудия
наводке на угол 8 поворачивается в вертикальной плоскости. При применении таких прицелов установка угла а не влияет на положение продольного уровня. Если же вводится в прицел угол 8, то ось уровня поворачивается в вертикальной плоскости на этот же угол.
Прицелы с зависимой линией прицеливания отличаются тем, что линия прицеливания перемещается в пространстве как при наводке на угол а, так и при наводке на угол 8. В результате установки на прицеле углов а и 8 ось продольного уровня ока-’ зывается наклоненной к горизонту под углом гр = а + е. После приведения ее в горизонтальное положение механизмом вертикальной наводки ствол получит требуемый угол возвышения.
В конце наводки плоскость, в которой строится на прицеле угол ср, должна занимать вертикальное положение.
Тем самым исключаются ошибки в наводке из-за наклона оси цапф качающейся части орудия.
Для осуществления непрямой наводки прицел должен допускать возможность перемещения линии визирования по гори-358
зонту на угол наводки гр, а в вертикальной плоскости — на угол места точки наводки 8Н (см. рис. 10.10). Если после построения на прицеле угла гр совместить линию визирования с линией наводки, действуя механизмом горизонтальной наводки и механизмом изменения угла ен, то плоскость стрельбы будет занимать требуемое положение относительно плоскости цели. Смещение линии визирования в плоскости точки наводки не оказывает влияния на горизонтальную или вертикальную наводку орудия, поэтому при подготовке исходных данных для наводки угол ен не вычисляется. Он получается автоматически в результате отклонения линии визирования в вертикальной плоскости до совпадения с линией наводки. Взаимное расположение плоскости стрельбы и плоскости точки наводки, так же как плоскости стрельбы и плоскости цели, определяется углами в горизонтальной плоскости: гр и б.
В заключение отметим, что наклон оси цапф при неизменных установках на некачающемся прицеле вызывает ошибки стрельбы. Подъем правой цапфы вызывает уменьшение угла возвышения и отклонение плоскости стрельбы влево. Подъем левой цапфы приводит к уменьшению угла возвышенности и к отклонению плоскости стрельбы вправо. Для устранения влияния наклона цапф на наводку можно применять качающиеся прицелы.
Шкалы прицелов
Углы, устанавливаемые в процессе наводки, отсчитывают по шкалам, наносимым на деталях прицела.
Для введения в прицел углов б, di, гр, 8 и 8Н применяются угловые шкалы. За единицу отсчета по угловой шкале принимается одно малое деление угломера, соответствующее в отечественных прицелах углу, который стягивается дугой, равной 1/6000 длины окружности (аналогично оптическим приборам). Эта шкала равномерная, т. е. расстояние между двумя соседними штрихами, одинаковы. Число делений, на которое надо разбить угловую шкалу, равно
где ц — ширина диапазона углов, отсчитываемых по шкале;
Др—цена деления шкалы (количество делений угломера, соответствующее принятой величине деления).
Повышение точности отсчета углов достигается увеличением диаметра шкалы. В тех случаях, когда диаметр окружности с делениями получается слишком большим, делают две шкалы. Одна из шкал, с ценой деления, равной обычно одному малому делению угломера, служит для точного отсчета углов, другая, с це
12* 359
ной деления, отвечающей одному большому делению угломера (ста малым), — для грубого отсчета. Шкалы точного и грубого отсчета наносятся по окружности на двух кинематически связанных деталях прицела.
Угловая шкала является универсальной, так как может быть одинаковой для различных орудий и условий их заряжания. Однако при применении такой шкалы усложняется и замедляется пристрелка цели по дальности из-за необходимости пользоваться таблицами стрельбы.
Поэтому для ускорения установки вертикальных прицельных углов предусматривают дистанционные шкалы, которые наносятся на дистанционном барабане прицела. Дистанционная шкала рассчитывается так, что каждое деление соответствует одному и тому же изменению дальности падения снаряда.
Основной недостаток дистанционной шкалы в том, что, будучи рассчитанной для определенных условий заряжания, она не может быть использована при их изменении. Для конкретного образца орудия должно быть столько дистанционных шкал, сколько необходимо иметь сочетаний различных снарядов и зарядов.
Основные тактико-технические требования, предъявляемые к прицельным устройствам
1. Высокая точность построения прицельных углов — суммарная собственная ошибка не должна превышать одного — двух малых делений угломера.
2. Большая живучесть — прицел должен выдерживать все инерционные нагрузки, возникающие при стрельбе и при транспортировке и не быть чувствительным к резкому изменению температуры и действию атмосферных осадков.
3. Быстрота перевода в боевое положение. Этот процесс должен идти параллельно с переводом орудия в боевое положение и по времени не превышать его.
4. Простота конструкции прицела и работы с ним.
5. Несбиваемость прицельных установок во время стрельбы.
6. Приспособленность к орудию. Конструкция прицела должна обеспечивать легкость и удобство работы с ним, а, также выполнение всех операций по наводке орудия. При подборе оптики прицела нужно учитывать, что прицелы с оптическими визирами являются одновременно и приборами наблюдения.
7. Универсальность прицелов в случае их применения для различных образцов орудий.
8. Простота проверки.
9. Шкалы прицела и сетки в поле зрения визира должны иметь освещение. Обычно шкалы покрывают самосветящейся краской.
360
Основные части прицельных устройств
Современные артиллерийские прицельные устройства состоят из следующих основных частей:
I) механизмов построения прицельных углов а и 6 — при прямой наводке и ср и ф при непрямой наводке, механизма поперечного качания прицела, подъемного механизма прицела, качающего весь прицел вокруг, оси, перпендикулярной оси ствола уровней;
2) визирного устройства (у одного орудия может быть несколько визиров);
3) соединительных деталей, соединяющих прицел с орудием;
4) указателя, определяющего положение орудия соответственно установкам, принятым на прицеле;
5) осветительного устройства (для освещения шкал и перекрестий при работе ночью и в условиях плохой видимости).
У некоторых прицельных устройств может не быть тех или иных перечисленных частей или механизмов.
Классификация прицелов
Все типы прицелов в современной артиллерии можно классифицировать по ряду признаков: по принадлежности к определенному виду артиллерии или по различным конструктивным особенностям — типу визирных устройств, связи прицела с орудием, зависимости линии прицеливания от процесса наводки, степени автоматизации построения прицельных углов, виду наводки и принципу построения углов прицеливания. По видам артиллерии прицелы классифицируются на прицелы наземной артиллерии, противотанковые, минометные, зенитные, авиационные, корабельные, береговые, танковые, прицелы самоходных артиллерийских установок. Главным признаком для характеристики прицела являются типы основных визирных устройств, 4в соответствии с которыми прицелы могут быть ^оптическими, инфракрасными, радиолокационными и механическими:
1) в зависимости от схемы связи с качающейся частью орудия разливают:
а) прицелы, зависимые от орудия, перемещающиеся вместе с качающейся частью орудия как одно целое при вертикальном 'Наведении;
б) независимые от орудия, остающиеся неподвижными при работе механизмов вертикального наведения;
2) в зависимости от возможности горизонтировать прицел без изменения положения орудия (при наклоне оси цапф):
а) качающиеся прицелы (которые можно вращать вокруг оси, параллельной оси канала ствола, и тем самым избегать ошибки при построении углов прицеливания в случае наклона оси цапф);
361
б) некачающиеся (невращающиеся) относительно оси, параллельной оси канала ствола;
3) по степени зависимости линии прицеливания от работы механизмов прицела и механизмов наведения орудия:
а) прицелы с зависимой линией прицеливания (направление линии прицеливания меняется с изменением угла прицеливания и угла места цели);
б) с независимой линией прицеливания (направление линии прицеливания не меняется с изменением угла прицеливания и угла места цели);
в) с полунезависимой линией прицеливания (направление линии прицеливания не меняется при изменении угла прицеливания и изменяется с изменением угла места цели).
Прицелы с зависимой линией прицеливания не имеют прицельной и орудийной стрелок и являются зависимыми от орудия.
Степень автоматизации и принцип построения прицельных углов связаны с классификацией прицелов по виду артиллерии.
Автоматическими прицелами (прицельные углы вырабатываются автоматически в процессе визирования по цели) являются обычно прицелы для стрельбы по движущимся целям (зенитные, авиационные, корабельные); построение прицельных углов здесь обычно производится с помощью электрических устройств.
Неавтоматические прицелы (вычисленные значения прицельных углов устанавливают вручную) применяются для артиллерии, ведущей огонь в основном по неподвижным или тихоходным целям. Прицельные углы в таких прицелах строятся либо путем перемещения деталей, не входящих в оптическую систему визира (механические прицелы), либо при помощи шкал в поле зрения оптических визиров или путем перемещения деталей оптической системы визира (оптические прицелы). Большинство современных артиллерийских прицелов — оптические.
Визирные устройства
Оптическим визиром называется оптическое устройство, дающее изображение местности и сетки.
Оптические визиры делятся на телескопические (рис. 10.11) и панорамные (рис. 10.12).
У оптических прицелов визир и прицел составляют одно целое. Почти все орудия наземной артиллерии имеют панорамные визиры (для точной наводки) и механические (для приближенной).
Механические визиры предназначаются:
а) для определения линии визирования (мушка и целик или перекрестия);
б) для определения вертикальной плоскости визирования (прорезь и нить), например, у корзинки панорамы артиллерийских прицелов.
362
Механические визиры не могут обеспечить высокой точности наводки при больших удалениях цели или точки наводки от орудия, а также при слабом освещении.
Рис. 10.11. Оптическая схема жесткого телескопического прицела:
1—линзы объектива; 2—линзы окуляра; 3—линзы оборачивающей системы; 4—конденсор или коллектив — плосковыпуклая линза, на плоской стороне которой (располагаемой в фокальной плоскости объектива) нанесена прицельная сетка; 5—две отражательные призмы, обеспечивающие небольшую перископичность и возможность построения углов прицеливания путем поворота одной из призм; 6—предохранитель-
ное плоское стекло
Коллиматорные визиры — оптические устройства, дающие изображение прицельной сетки или перекрестия (или только одной линии), проектирующееся на местных предметах, воспри
нимаемых наводчиком непосредственным наблюдением (рис. 10. 13).
Коллиматорные визиры используются для минометных и зенитных прицелов (для малокалиберных пушек и крупнокалиберных пулеметов).
Недостатком коллиматора является то, что он не дает увеличения изображения местности (не улучшает ее видимость). При работе с коллиматором пределы удаления точки наводки от орудия такие же, как и при работе с механическими визирами.
Преимущества коллиматора: простота устройства, нечувствительность к толчкам при стрельбе, неограниченность по
ля зрения (глазу наводчика приходится аккомодировать только на одно расстояние: до точки наводки; в механических же прицелах глаз должен аккомодировать на. три расстояния: до- целика, мушки и точки наводки).
Рис. 10. 12. Схема панорамы
363
Рис. 10. 13. Схемы визирования:
а—с коллиматорным визиром минометного типа; б—коллиматорного визира зенитного типа; 1—плоская стеклянная пластинка, посеребренная, с узкой световой полосой; 2—объектив коллиматора; 3—источник света; 4—плоское матовое стекло; 5—плоское стекло с сеткой; 6—объектив; 7—прозрачное плоское стекло, отражающее лучи, идущие от объектива
Механические прицелы
Здесь приведены принципиальные схемы построения углов, для которых оптические визиры не являются обязательными. Если к такой схеме добавить оптический визир, прицел становится оптическим.
Механические прицелы (в зависимости от основной конструктивной схемы построения прицельных углов) могут быть различными.
Жесткий прицел с постоянным углом прицеливания
Такой прицел состоит из целика и мушки, жестко связанных с качающейся частью орудия. Установка целика и мушки жесткого прицела соответствуют углу прицеливания для дальности прямого выстрела, т. е. для такой наибольшей дальности стрельбы, при которой высота траектории снаряда равна высоте цели.
Жесткий механический прицел является простейшим прицелом. Он может применяться как запасной прицел при выходе из строя основного прицела, а также при стрельбе по танкам и по целям, находящимся в непосредственной близости от орудия. Кроме простоты конструкции жесткий прицел имеет еще одно преимущество — постоянную боеготовность.
364
Стоечный прицел с подвижным целиком
Основные части стоечного прицела — мушка и стойка с подвижным целиком, установленные на качающейся части орудия. Схема построения прицельных углов приведена на рис. 10.14.
Рис. 10. 14. Схема построения углов в стоечном прицеле
1г-ствол; 2—основание стойки; 3—выдвижной прицельный стебель; ^—горизонтальная линейка со шкалой боковых углов прицеливания (di); 5—целик;
6— мушка; 7—цель; А—линия, параллельная оси канала ствола
Преимущество стоечного прицела: простота конструкции, благодаря чему облегчается изготовление прицелов и его эксплуатации, колодочный и кулачковый прицелы, дуговой привел без прицельной и орудийной стрелок, секторные прицелы, барабанный прицел со стрелками и др.
Оптические прицелы
Оптический прицел для прямой наводки
Схема прицела приведена на рис. 10.15. В трубе 1 закреплены оптические детали прицела: объектив 2, конденсор 3 и оборачивающие линзы 4 и 5. Объектив, состоящий из двух склеенных линз, дает в своей фокальной плоскости уменьшенное и обратное изображение наблюдаемых предметов. Конденсор приближает к оптической оси лучи света, благодаря чему уменьшаются размеры прицела.
Оборачивающие линзы, состоящие из трех линз каждая, оборачивают изображение, построенное объективом. После прохождения лучей света через эти линзы в фокальной плоскости окуляра получается прямое изображение наблюдаемых предметов.
Механизм углов прицеливания состоит из корпуса и движущейся в нем каретки с плоско-параллельной стеклянной пластинкой 6. На ней нанесены дистанционные шкалы и прицельные марки (знаки) в виде угольников и вертикальных штрихов. Пластинка установлена в фокальной плоскости окуляра и может
365
перемещаться в вертикальном направлении с помощью винта 7 и маховичков.
Углы прицеливания устанавливаются передвижением каретки со стеклянной пластинкой вверх или вниз относительно горизонтальной нити.
Механизмы выверки предназначены для согласования нулевой линии прицеливания прицела с осью канала ствола пушки.
При помощи механизма выверки по высоте смещается вверх и вниз каретка 9 с горизонтальной нитью, а при помощи механизма выверки по направлению смещается вправо или влево каретка 6 со стеклянной пластинкой. Оба механизма состоят из корпуса, гайки и выверочного винта.
Рис. 10. 15. Схема оптического прицела для прямой наводки
Окуляр 10 предназначен для рассматривания изображения, которое дает объектив, под большим углом зрения (как через лупу), поэтому наблюдатель видит изображение предмета увеличенным.
Окуляр состоит из оправы и помещенных в ней шести попарно склеенных линз. Оправа ввинчена в корпус механизма углов прицеливания и застопорена в нем винтами. Для удобства наблюдения в окуляр на задней части корпуса механизма углов их прицеливания закреплен резиновый наглазник. Для предохранения наводчика от удара прицелом имеется и резиновый налобник. При наводке против солнца и по ярко освещенной цели применяют светофильтр И — кольцо со стеклянной пластинкой дымчатого цвета, закрепляемое на трубе 1.
Шкала прицела. В поле зрения прицела видны дистанционные шкалы и прицельные марки, нанесенные на пластинку 6, и неподвижная горизонтальная нить (указатель).
Дистанционные шкалы, расположенные в верхней части пластины 6, нанесены согласно баллистики пушки и обозначены
366
буквами, соответствующими обозначениям снарядов и зарядов данной пушки. Ниже дистанционных шкал расположены прицельные марки, изображенные в виде угольников и вертикальных штрихов. Центральный большой угольник служит для прицеливания без учета боковых поправок, а боковые угольники и вертикальные штрихи — для прицеливания с учетом боковых поправок.
Артиллерийская панорама
Для непрямой наводки находят наиболее широкое применение панорамные прицелы. Артиллерийская панорама представляет собой оптическое визирное устройство с механизмом угломера, служащим для построения угла наводки гр или бокового прицельного угла 61, и механизмом отражателя, позволяющим отклонять линию визирования в вертикальной плоскости на угол места точки наводки.
Бее панорамы построены по общей принципиальной схеме, хотя конструктивное оформление может быть различным. Корпус А панорамы (см. рис. 10.12) устанавливается и закрепляется в гнезде (корзинке панорамы) на прицеле. Головка Б может вращаться относительно неподвижного корпуса А. Благодаря этому обеспечивается круговой обзор местности и возможность* отклонения на задние углы линии визирования от плоскости стрельбы. Для поворота головки используется механизм угломера. При этом движение передается от маховика 14 через червячную пару 12—13. Для построения угла гр или di имеются угловые шкалы.
Шкала точного отсчета ТШ1 (100 малых делений угломера) нанесена на кольце маховика 9, а шкала грубого отсчета ГИБ (60 больших делений угломера)—на кольце головки, называемом лимбом угломера панорамы. Быстрый поворот головки на большой угол осуществляется непосредственно воздействием на нее руки наводчика при расцеплении червячной пары специальной отводкой. Оптическая система панорамы состоит из призмы— отражателя 1, трапецеидальной призмы 5, объектива 6, крышеобразной призмы 8 и окуляра 15. Деталь 5 занимает такое положение, что наводчик всегда видит в окуляр естественное (не наклонное) изображение местности. Впереди призмы 1 расположено защитное стекло 2. В фокальной плоскости объектива помещена плоскопараллельная стеклянная пластинка 16, на которой прочерчены вертикальная и горизонтальная линии. Линией визирования является луч зрёния, проходящий через перекрестие этих линий и центр окуляра. Посредством механизма отражателя, состоящего из маховичка 9 и червячной пары 11, призма / поворачивается в вертикальной плоскости. При этом изменяется угол наклона линии визирования к горизонту. На кольце маховика 10 нанесена угловая шкала точного отсчета ТШ, а на другой пластинке — грубого отсчета ГШ.
367
Шкалы служат для отметки угла места точки наводки. Кроме того, они используются иногда для изменения вертикального прицельного угла в процессе пристрелки цели по дальности. Для' грубой наводки по горизонту имеется простейшее визирное устройство с вертикальной щелью.
Наводка по зенитной цели
Прицелы, предназначенные для зенитных артиллерийских установок, разрабатываются с учетом особенностей наводки по быстро движущимся целям..
При стрельбе по неподвижной цели орудие наводится в цель путем придания ему соответствующих установок — угла возвышения и азимута. Эти установки могут быть заранее достаточно точно рассчитаны. На точность стрельбы будет сказываться лишь рассеивание снарядов и различные случайные ошибки.
Стрельба по движущейся цели существенно отличается от стрельбы по неподвижной цели. Остановимся на рассмотрение особенностей этого вида стрельбы. Пусть движущейся целью будет самолет. Предположим, что орудие наведено в точку А, в которой самолет находится во время выстрела. С момента выстрела до момента прихода снаряда в точку А пройдет некоторое время. Самолет за это время переместится в другую точку: Ау. Отсюда видно, что для поражения самолета нужно, в момент выстрела произвести наводку орудия в некоторую другую точку, лежащую впереди самолета на пути его движения.
. Положение линии выстрела ОС относительно линии цели ОА характеризуется углом упреждения о в наклонной плоскости и прицельным углом ау в вертикальной плоскости (рис. 10.16). Для прямой наводки по зенитной цели достаточно построить на орудии с помощью прицела упредительный треугольник Оаау и баллистический треугольник Оаус, подобные соответственно треугольникам ОААУ и ОАСУ в схеме наводки,’и совместить посредством механизмов наводки линию прицеливания (визирования) с линией цели ОА. Процесс наводки осуществляется непрерывно при слежении линии прицеливания за целью. Поскольку линия прицеливания ориентируется непосредственно по цели, то угол места цели учитывается автоматически.
Треугольники Оаау и Оаус образуют фигуру, подобную пространственной фигуре ОААусО. Сторона Оа связана с визирным устройством и при наводке направляется на цель; Ос параллельна оси канала ствола; аау ориентируется в направлении, параллельном вектору скорости цели ААуаус, занимает вертикальное положение.
Введем следующие обозначения:
Ос = 10 —длина орудийной линии или база автоматического прицела;
Оа = т— длина прицельной линии;
368.
Рис. 10. 16. Принципиальная схема векторного построителя упредительного и баллистического треугольника: /—орудийная линейка; 2—курсовая линейка; 3—построитель; 4—ползун; 5—шток; 6— прицельная линейка; 7—палец; 8—кулиса; 9—ползун-, а—шарнир; 10—направляющая-; //—кронштейн с корпусом
369
aay = R —длина курсовой линии;
0ау = 1 —длина упрежденной прицельной линии;
cay = h —превышение (понижение) курсовой линии;
OC = Ly —осевое расстояние;
САУ = РУ —понижение траектории под линией выстрела;
OA=D —дальность цели;
АА\=Н —высота цели;
04y=jDy —упрежденная дальность цели;
АДу = S — линейное упреждение;
^/OAAy = q е —угол в наклонной плоскости (между направлением на цель и направлением полета цели);
^OA{Ay = q —курсовой угол (в горизонтальной плоскости между проекциями на нее направления на цель и направления полета цели);
X —угол наклонного полета цели, отсчитываемый от горизонтальной плоскости, которая проходит через точку цели (угол пикирования или кобрирова-ния) и вектором скорости цели.
Входными данными, устанавливаемыми на прицеле, являются скорости цели, углы q и X, а также дальность цели (дистанционные прицелы) или высота цели (высотные прицелы).
Закон движения цели до упреждения точки достоверно не известен. При проектировании прицела обычно исходят из того» что цель лежит прямолинейно с постоянной скоростью. В этом случае
S=Vty,
где 17ц — скорость цели;
ty — упредительное время (время полета снаряда до упрежденной точки цели).
В прицелах с переменной длиной орудийной линии принимается
R=kV.
где k — масштабный коэффициент.
При этом I l = k — ; m = k—\ h = k-—.
ty ty ty ty
В прицелах с постоянной длиной орудийной линии
Z=Z0^; m = Z0-^; Z?=Z0
L у у JLy Z? у
Правые части записанных выше соотношений зависят от координат точки Ду. Прицелом автоматически вырабатываются углы о и ау, соответствующие координатам упрежденной цели.
Принципиальная схема построителя, упредительного и баллистического треугольника приведена на рис. 10.16. Длина орудий-370
ной линии /о определяется положением ползуна 9 на орудийной линейке 1, параллельной оси канала ствола. Поворотом корпуса построителя вокруг оси курсовая линейка 2 ориентируется параллельно вертикальной плоскости, проходящей через линию курса цели ААУ. Кулису 8 поворачивают так, чтобы ее прорезь стала параллельно ЛАУ. Превышение (понижение) курсовой линии создается вертикальным перемещением корпуса построителя на кронштейне 11 по направляющей 10. Длина курсовой линии R устанавливается изменением положения ползуна 4 на линейке 2. Вместе с этим палец 7 движется в прорези кулисы <3, а шток 5 — в вертикальной направляющей, в результате чего шарнир а смещается на величину R в направлении, параллель? ном AAV.
Таким образом, в первом приближении (без учета переменности длины орудийной линии) можно считать, что построение баллистического треугольника осуществляется вертикальным перемещением корпуса построителя, а упределительного треугольника— выполнением ряда операций с помощью механизмов построителя: вращением корпуса построителя, поворотом кулисы и перемещением ползуна вдоль курсовой линейки.
При наводке прицельная линейка 6, связанная с визирным устройством, ориентируется по цели с помощью механизмов наводки.
10.8. ПОДГОТОВКА К СТРЕЛЬБЕ НАЗЕМНОЙ АРТИЛЛЕРИИ И ТАБЛИЦЫ СТРЕЛЬБЫ
Для того, чтобы вести стрельбу необходимо провести подготовку к этой стрельбе, заключающуюся в определении установок прицела, т. е. в определении всех необходимых поправок. Для этого используют таблицы стрельбы.
Различаются таблицы стрельбы по наземным и по воздушным целям.
Первые используются непосредственно в процессе подготовки стрельбы, а вторые служат для расчета прицелов, каноидов ПУАЗО или счетно-решающих устройств.
Способы определения установок для стрельбы наземной артиллерии могут быть различны и носят название полной или сокращенной подготовки.
Под полной подготовкой понимают такой способ определения установок, при котором на основании измерений и расчетов (без пристрелки) полностью учитывают все условия стрельбы.
Для выполнения полной подготовки необходимо иметь координаты огневых позиций и целей, определенные наиболее точными способами, полные данные о баллистических и метеорологических условиях стрельбы, приборы наблюдения и орудия, точно ориентированные в основном направлении, и выверенные прицельные приспособления.
371
Установки для стрельбы определяют следующим образом. Вначале рассчитывают поправки на баллистические и метеорологические условия стрельбы и строят график рассчитанных поправок. Затем определяют топографические данные по цели:
— топографическую дальность до цели
— топографический доворот от основного направления на цель Дтц;
— угол места цели ец.
По топографической дальности и топографическому довороту от основного направления с помощью построенного графика определяют поправки на баллистические и метеорологические условия стрельбы:
— исчисленную поправку дальности по цели ДДИЦ;
— исчисленную поправку направления по цели.
Исчисленные поправки прибавляют (с учетом их знаков) к топографическим данным и получают:
— исчисленную дальность по цели
— исчисленный доворот от основного направления на цель
По исчисленной дальности в таблицах стрельбы находят установку прицела.
По исчисленной установке прицела, выраженной в тысячных, и углу места цели 8Ц в таблицах стрельбы находят поправку угла прицеливания на угол места цели Дае.
Полная подготовка является основным и одним из наиболее точных способов определения установок. Она позволяет вести стрельбу на поражение без пристрелки при ведении сосредоточенного и массированного огня артиллерии по участкам (районам) целей, а также сокращать время и расход снарядов на пристрелку при ведении огня по отдельным целям.
Сокращенная подготовка — способ определения установок, при котором условия стрельбы учитывают неполностью или приближенно.
Самым распространенным прибором для определения данных для стрельбы в полевой артиллерии раньше являлся прибор управления огнем (ПУО).
Таблицы стрельбы по наземным целям
Таблицы стрельбы по наземным целям содержат все данные о траектории полета снаряда, которые необходимы стреляющему для Tofo, чтобы совместить среднюю траекторию снарядов с целью, а именно: основные элементы траектории; поправки в координаты точек падения снарядов и в установки прицела, учи-372
тывающие изменение различных факторов стрельбы; величины, характеризующие рассеивание снарядов.
Все эти данные указаны в таблицах стрельбы по дальности, изменяющейся через определенный интервал. Зависимость между углом бросания и дальностью для данного заряда является главной зависимостью таблиц стрельбы. Она должна быть получена с точностью, удовлетворяющей потребности стрельбы. На точность стрельбы также влияют ошибки, появляющиеся вследствие неточности приведенных в таблице стрельбы поправок.
Рис. 10. 17. Траектория снаряда при табличных условиях стрельбы
Как известно [8], при табличных условиях траектория снаряда определяется тремя параметрами — начальной скоростью Vo, углом бросания 0О (см. рис. 10.17) и баллистическим коэффициентом С. Величины Уо и 9о определяются непосредственными измерениями при стрельбе. Величина баллистического коэффициента С определяется по полученным в результате стрельб-величинам Уо0о и XN.
Баллистический коэффициент С характеризует величину ускорения силы сопротивления J воздуха полету снаряда, как следует из равенства
J=CF(v)H(y),
где F (v) —функция сопротивления воздуха;
Н (у) —функция плотности воздуха.
Ускорение силы сопротивления воздуха полету снаряда, а следовательно, и баллистический коэффициент зависит от вращательного движения снаряда на траектории. Характер вращательного движения снаряда, определяемый средним значением угла нутации вдоль траектории при постоянной начальной скорости, зависит, от угла бросания, равного алгебраической сумме угла возвышения ср, и угла вылета у. Чем больше угол нутации снаряда, тем большее сопротивление воздуха он испытывает.
373
Величины углов нутации снаряда зависят от углов бросания. Зависимость C = f(0o), позволяющую ,определить значения баллистических коэффициентов для различных углов бросания, устанавливают для каждого снаряда и заряда стрельбой при различных углах бросания. Получив значения с для 4—5 углов бросания, строят по ним график с = /(0о), который позволяет вычислить все данные таблиц стрельбы для заряда, обеспечивающего снаряду начальную скорость Vo-
Для вычисления табличных величин рассеивания снарядов из. опытных стрельб определяют серединные отклонения rVo, Гс, а затем производят соответствующие расчеты.
Таким образом, в результате опытных стрельб для составления таблиц стрельбы должны быть получены следующие' величины:
^0’ ^9о’ Дг
Таблицы стрельбы по воздушным целям
Таблицы стрельбы по воздушным целям предназначены для определения значений углов прицеливания и установок взрывателя, отвечающих координатам заданной точки разрыва.
Таблицы стрельбы по воздушным целям содержат:
углы прицелив.ания — а, углы места — е;
установки взрывателя — N, время полета — t;
горизонтальные дальности — X, деривацию — Z;
наклонные дальности — Д, углы наклона касательной к горизонту — 0;
высоты — У, скорости снаряда — V, соответствующие табличным условиям стрельбы.
При этом под табличными условиями стрельбы понимают Нормальные метеорологические условия, табличная начальная скорость и табличные масса и форма снаряда, а также температура зарядов Т3 = 288 К.
Кроме того, в таблицах стрельбы содержатся поправки на горизонтальную дальность и высоту точки взрыва на отклонение действительных условий стрельбы от табличных, а именно: начальной скорости на 1%, плотности воздуха на 10%, продольного ветра на 10 м/с, а также поправки в направление стрельбы на боковой ветер, скоростью 10 м/с.
Таблицы стрельбы по воздушным целям имеют две входные величины, которые являются координатами точки разрыва: горизонтальную (или наклонную) дальность и высоту точки разрыва.
10.9. АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ АРТИЛЛЕРИЕЙ
Процесс управления артиллерийским огнем состоит из большого комплекса различных операций (см. разд. 10.1): планирования огня, определения средств и способов для выполнения задачи, а также контроля за результатами стрельбы, корректиро-374
вания стрельбы и т. д. Все эти операции требуют большого числа трудоемких расчетов, а соответственно и больших затрат времени на процесс управления огнем.
По мере роста могущества, быстродействия и маневренности боевых средств, а также с увеличением массовости их применения бой становится все более скоротечным. И, следовательно, время выполнения операций по управлению огнем все больше должно сокращаться. Это возможно лишь при введении максимальной автоматизации всех средств управления огнем. К ним относится комплекс электромеханических, оптических, радиолокационных и других приборов, устанавливаемых на батарее или отдельных орудиях, на самолете, корабле или на других носителях и позволяющих: производить поиск цели, передавать целеуказание в посты управления и на орудия, определять координаты и параметры движения цели, непрерывно и централизованно вырабатывать данные стрельбы с учетом характера движения цели, автоматически наводить орудия и посты наводки и выполнять другие операции процесса управления огнем.
Имеются упрощенные и полные системы приборов управления огнем. Первые решают задачи стрельбы с.учетом только некоторых поправок и по данным, которые частично определены на глаз, а вторые — решают задачи стрельбы автоматически по данным, определенным приборами, с учетом всех метеорологических и баллистических поправок.
В аппаратуре управления огнем, существовавшей до настоящего времени, для выполнения расчетных операций применялись механические и графомеханические приборы, номограммы, таб-. лицы, графики рассчитанных поправок. Все эти средства давали определенное сокращение времени процесса вычислительных работ при достаточной точности определения данных, но для условий современного боя точность вычисления команд необходимо повышать при одновременном существенном сокращении времени их определения. Этого можно достигнуть только наиболее полной автоматизацией выполнения всех вычислительных операций.
Также для условий современного боя уже мало сейчас повышать быстродействие и точность управления огнем орудия или батареи. Становится необходимым осуществление централизованного управления сразу несколькими объектами или группами объектов, принадлежащими различным родам войск. Старые вычислительные средства для таких задач явно не пригодны. Потребовались новые средства. К ним в первую очередь относятся электронные вычислительные машины (ЭВМ), для которых характерно следующее:
— могут принимать, обрабатывать, запоминать и хранить нужное время, а также отображать различную информацию;
— способны по заданным программам решать вычислительные и логические задачи;
375
— быстродействие машин позволяет получать высокую точность решения;
— обладают универсальностью — способностью решать разнообразные по своему характеру задачи;
— могут анализировать различные варианты и выбирать (или помогать выбирать) оптимальный;
— могут действовать в комплексе друг с другом.
Все это позволяет быстро и точно решать следующие задачи: обработка данных разведки; топографической привязки боевых порядков артиллерии; метеорологического зондирования атмосферы; выполнение расчетов, связанных с планированием огня; вычисление установок для стрельбы и расчет корректур при контроле стрельбы.
Внедрение автоматизации управления пока не ставит своей целью заменить командира или личный состав, а позволяет снизить их утомляемость и увеличить физические возможности.
При автоматизации осуществляются следующие процессы:
— фиксирование и формирование информации в первоисточниках и передача ее по каналам связи:
- - прием, обработка и хранение принятой связи и обработанной информации;
— автоматическая выработка оптимальных решений (команд, сигналов), т. е. получение так называемой управляющей информации;
— автоматическое доведение управляющей информации до исполнителей (управляемых объектов);
— передача сообщения исполнителями (управляемыми объектами) старшему звену управления о выполнении решения (команды, сигналы).
На этой основе осуществляется в дальнейшем корректура ранее принятого или выработка нового решения.
С применением ЭВМ приборы управления стрельбы окончательно превращаются в единый приборный комплекс для управления процессом боя, включая всех участников этого боя.
Примером такого комплекса может служить система, приведенная на рис. 10.18.
Система предназначена для автоматической передачи команд управления огнем с дистанционно расположенного командного пункта на огневые позиции орудий. Она позволяет автоматически передавать на командный пункт подтверждения о правильности выполнения команд, а на любое орудие батареи— команды по углам наведения. Визуальные индикаторы системы показывают правильно ли выполнил команды расчет каждого орудия. Команда на выстрел из определенного орудия включает адрес (номер орудия), азимут, угол возвышения и, если необходимо, начальную скорость снаряда.
Для каждого орудия в системе имеется преобразователь координат, выдающий истинный азимут и угол возвышения ору
376
дия (с учетом наклона оси цапф орудия) и обеспечивающий сравнение в специальном компараторе скомандованных истинных углов наведения орудия с фактическими.
Система управления огнем состоит из аппаратуры, устанавливаемой на командном пункте, и аппаратуры орудий (одинаковой для каждого орудия батареи).
Двусторонняя связь между командным пунктом и огневыми позициями осуществляется по двупроводной линии. Команда на
Рис. 10. 18. Блок-схема системы управления огнем наземной батареи
стрельбу из конкретного орудия, передаваемая с командного пункта, состоит из 13 двоично-кодированных десятичных знаков. Первый знак определяет номер орудия. Команды на угол возвышения, азимут и начальную скорость снаряда состоят из четырех знаков каждая. Для передачи команд с командного пункта на огневые позиции включают переключатель, при этом кодирующий управляющий блок 2 определяет последовательность передачи каждой команды. Подлежащая передаче команда формируется в пульте управления 1 вводом в него вручную или автоматически данных со счетно-решающего устройства. В обоих случаях необходимые для стрельбы данные поступают из центра управления огнем.
Кодирующий управляющий блок 2 имеет устройства, выдающие в определенной последовательности кодированные двоичные знаки и синхронизирующие сигналы. Эти сигналы поступают на генераторы, управляющие выходными сигналами приемопередатчика 3.
При передаче команды кодирующий управляющий блок 2 передает цифры первого значения в двоичной системе (например, нули) на один генератор, а цифры второго значения (например, единицы) —на другой.
Каждая двоичная цифра, поступающая в генераторы, запускает соответствующий генератор, обуславливая передачу сигнала
377
первой (fi) или второй (f2) частоты, выбранной для генераторов. Следовательно, каждая передаваемая цифра состоит из короткого импульса той или иной частоты определенной длительности.
Синхронизирующие сигналы могут представлять собой более продолжительные импульсы частотой или f2. Как только расчет наведет орудие в соответствии с полученными командами, на командный пункт по проводам поступит сигнал, подтверждающий правильность наводки орудия, на которую была поставлена команда.
Ответный сигнал поступает на приемопередатчик 3, затем на фильтры, разделяющие двоичные знаки, и в декодирующий управляющий блок 4, который включает визуальный индикатор, соответствующий номеру орудия. Включение индикатора означает, что орудие наведено правильно, и дает право на командном пункте отдать приказ по проводной линии на открытие огня. На каждой огневой позиции команда, посланная с командного пункта, поступает на приемопередатчик 5, идентичный приемопередатчику 3.
Фильтры после приемопередатчика разделяют двоичные цифры закодированной команды. Первая часть команды, содержащая номер орудия, поступает на устройство 6, декодирующее адрес. Если это устройство устанавливает, что команда действительно относится к данному орудию, то она передает остающуюся часть команды на компаратор 7. В компараторе имеются три визуальных индикатора, на которых сравниваются скомандованные азимут, угол возвышения и начальная скорость снаряда с фактическими значениями для орудия. В соответствии с показаниями индикаторов расчет имеет параметры наводки орудия.
Команда повторяется с интервалом менее 1 с до тех пор, пока орудие не будет наведено правильно, после чего кодирующий управляющий блок 8 через приемопередатчик 5 передает на командный пункт ответный сигнал, подтверждающий правильность выполнения команды..
При получении ответного сигнала декодирующий управляющий блок 4 передает специальный сигнал на прекращение передачи команды кодирующим управляющим блоком 2. Если одинаковые команды передаются на все орудия батареи, то передача прекращается после того, как подтверждение о ее выполнении будет получено от последнего орудия. При наличии ошибок в передаче команд детектор ошибки, сязанный с компаратором 7 и декодирующим устройством, передает на кодирующий управляющий блок 8' сигнал, по которому блок передает на командный пункт ошибочную команду. Ошибочная команда, полученная приемопередатчиком 3, декодируется, после чего сигнал на повторение этой команды передается кодирующим управляющим блоком 2. На передачу команды одному орудию и получение ответа затрачивается около 0,12 с. .
Глава 11 КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ САМОХОДНЫХ АРТИЛЛЕРИЙСКИХ УСТАНОВОК. АРТИЛЛЕРИЙСКИЕ ТЯГАЧИ. ЛАФЕТ КАК ПОВОЗКА
11. 1. КОМПОНОВКА САУ
По конструктивному признаку САУ подразделяются на открытые и закрытые. Закрытые могут быть полностью бронированные с круговым вращением башни, с башней, вращающейся в ограниченном секторе, с невращающейся башней-рубкой.
Открытые САУ имеют верхний станок для орудия и специальную несущую раму-лафет для размещения моторно-трансмиссионной и ходовой частей машины. Эти установки, как правило, имеют ограниченный угол обстрела по горизонту.
Открытые САУ могут быть: без сошника и без выключения подвесок ходовой части для стрельбы; с откидным сошником, упирающимся при стрельбе в грунт, и выключением подвесок, если угол возвышения орудия велик. Выключение подвесок или ограничение их хода может осуществляться переводом гидроамортизаторов ходовой части в режим стрельбы путем увеличения их сопротивления, опусканием на грунт, путем придания машине нулевого . клиренса, что достигается применением гидропневматической подвески ходовой части машины.
Боевое отделение закрытых САУ предназначено для размещения: основного вооружения (пушечного или ракетного), основного боекомплекта, вспомогательного стрелкового и личного оружия экипажа, приборов наблюдения и управления огнем, средств связи и боевого экипажа.
По расположению боевого отделения САУ могут быть выполнены по следующим схемам:
— с передним расположением боевого отделения (рис. 11. 1), — с боевым отделением, расположенным в центре машины (рис. 11.2);
— Cz боевым отделением, расположенным в кормовой части машины (рис. 11.3).
Каждая из названных схем имеет свои преимущества и недостатки. Переднее расположение боевого отделения позволяет:
— уменьшить размеры машины по высоте, что снижает веро-ятность поражения ее снарядами противника;
— при равном весе машины увеличить полезные объемы боевого отделения.
379
Недостатками рассматриваемой схемы являются:
— увеличение общей длины машины вследствие выдвижения ствола за корпус машины, что может привести к утыканию его в грунт при движении установки по пересеченной местности;
— ограниченные углы наведения орудия по вертикали и го-ризонту, определяемые высотой и шириной корпуса.
При среднем расположении боевого отделения вооружение, боеприпасы и боевой расчет размещены так же, как в танке.
Рис. 11. 1. САУ с передним расположением боевого отделения
Рис. 11.2. САУ с боевым отделением, расположенным в центре машины
380
Преимуществами данной схемы являются:
— возможность наведения орудия по горизонту в пределах 2л рад;
— некоторое сокращение длины машины за счет сдвига назад орудия, установленного во вращающейся рубке.
Недостатками схемы являются:
— увеличение высоты машины;
— ограниченные объемы боевого отделения, определяемые внутренним диаметром шарового погона, осуществляющего вращение рубки;
Рис. 11.3. САУ с боевым отделением, расположенным в кормовой части машины
— ухудшение устойчивости машины вследствие ограничения длины отката орудия, определяемого внутренним диаметром шарового погона, внутри которого смонтирована качающаяся часть орудия.
При заднем расположении боевого отделения вооружение, боеприпасы и боевой расчет располагаются в . кормовой части машины.
В этой схеме узлы моторно-трансмиссионного отделения монтируются в носовой части машины. Для увеличения опорной базы машины и снижения удельного давления на грунт в машинах с задним расположением боевого отделения вместо направляющего колеса гусеницы устанавливают опорный каток и опускают его на грунт.
Схема с задним расположением боевого отделения позволяет:
— получить машину минимальной длины перемещением орудия назад, чем исключить утыкание ствола орудия в грунт даже при установке длинных стволов;
— обеспечить работу экипажа стоя;
— организовать удобный вход и выход в боевое отделение;
381
— не ограничивать длину отката орудия и обеспечить хорошую устойчивость орудия без применения сошников. Наличие открывающихся назад дверей из боевого отделения обеспечивает выполнение этого требования;
— обеспечить удобную подачу боекомплекта с грунта.
Недостатками рассматриваемой схемы являются:
— увеличение высоты машины, обусловленное необходимостью обеспечения заданных углов снижения орудия;
— резкое ухудшение обзорности у механика-водителя при движении машины в направлении стрельбы вследствие перекрытия местности моторно-трансмиссионным отделением, находящимся в носовой части машины.
Для создания нормальных условий вождения машины в установках с задним расположением боевого отделения необходимо располагать место механика-водителя в наивысшей точке боевого отделения, либо принять основным направлением движения машины в сторону, обратную стрельбе.
Подвижность и маневренность машины определяются ее:
— максимальной и средней скоростями движения в различных дорожных условиях (шоссе, проселок, целина, снег);
— . проходимостью при движении по слабым грунтам, заболоченным участкам и снегу;
— грузоподъемностью — способностью перевозить полезный груз в виде вооружения, боеприпасов и обслуживающего персонала;
’ — легкостью управления и маневрирования при движении;
— запасом хода при движении;
— способностью преодолевать водные преграды;
— транспортабельностью по железнодорожным, водным и воздушным путям сообщения.
Легкость управления и высокая динамика движения обеспечиваются применением мощных двигателей, специальных трансмиссий и ходовой части машины.
Проходимость по местности определяется удельным давлением гусеничного движителя на грунт. Обычно в гусеничных машинах, эксплуатируемых в нормальных условиях, удельное давление на грунт находится в пределах от 0,7 до 8 Н/см2.
Запас хода определяется количеством топлива на машине.
Рабочие места должны не стеснять действия экипажа. Исполнительные органы механизмов наведения и управления должны быть расположены таким образом, чтобы доступ к ним был легким и работа на них не вызывала физического утомления и напряжения.
Для исключения травмирования экипажа в зоне работы механизмов должны быть предусмотрены соответствующие ограждения и блокировки. Воздух, поступающий в боевое отделение, должен быть чистым, охлажденным и в должном количестве. Кресла экипажа должны иметь регулировку установки по вы
382
соте и длине, а также откидные спинки, позволяющие обеспечить удобную посадку и возможности отдыха экипажа на марше.
Для преодоления зоны химического заражения или зоны, насыщенной продуктами ядерного взрыва, машина должна быть оборудована комплектом приборов и систем, обеспечивающих полную герметизацию мест нахождения экипажа с одновременным обеспечением условий его жизнедеятельности в герметизированном объеме.
Система1 обеспечения жизнедеятельности экипажа состоит из:
— фильтро-вентиляционной установки, обеспечивающей поступление в боевое отделение воздуха, очищенного от химических и радиоактивных продуктов;
— кондиционера, обеспечивающего нормальный микроклимат на рабочих местах экипажа.
Боевое отделение должно иметь надежную вентиляцию и для удаления пороховых газов при выстреле.
Важным является вопрос об очистке боевого отделения от пороховых газов. Особую важность он приобретает в машинах, оснащенных пушками-гаубицами, ведущими огонь зарядами переменной величины при высоком темпе стрельбы. Стрельба на малых зарядах, развивающих небольшие давления в канале ствола, сопровождается прорывом газов через гильзу в боевое отделение. Особенно это явление заметно на железных гильзах.
Для входа в боевое отделение в корпусе машины должно быть предусмотрено необходимое количество люков и лазов, обеспечивающих удобный вход и выход экипажа, его общение между собой, а также подачу боекомплекта извне.
Размеры машины определяются прежде всего допустимыми габаритами при транспортировке по железной дороге, а также выполнением требований по плавучести машины при преодолении водных преград. Минимальный запас плавучести должен быть не менее 25% от веса машины.
При транспортировке по железной дороге размеры машины должны вписываться в габарит 1В. При этом габарите ширина машины не должна быть более 3250 мм и высота не более 3900 мм. Длина машины не должна превышать длины железнодорожной платформы. Если размеры машины не выходят за названные пределы, то груз считается годным для перевозки по всем железным дорогам СССР без ограничения скорости, и габаритов.
11.2. МОТОРНО-ТРАНСМИССИОННОЕ ОТДЕЛЕНИЕ САУ
На рис. 11.4 представлена схема моторно-трансмиссионного отделения машины. Она состоит из двигателя 5, систем его обслуживания [1,2,4,6), трансмиссии 3, обеспечивающей преобразование передаваемого от двигателя крутящего момента на гусеничный движитель, осуществляющий движение и поворот
383
машины. В качестве двигателей для большинства отечественных военных машин применяются двигатели внутреннего сгорания — дизели, работающие на дешевом тяжелом топливе с самовоспламенением от сжатия воздуха в цилиндрах двигателя.
Дизель как тепловая машина характеризуется следующими параметрами:
— эффективной мощностью и крутящим моментом при определенных оборотах коленчатого вала и определенной подаче топлива;
Рис. 11.4. Схема моторно-трансмиссионного отделения машины
— экономичностью его работы, которая определяется удельным (на лошадиную силу в час) и часовым расходом топлива;
— коэффициентом приспособляемости двигателя, определяющим степень изменения крутящего момента двигателя ‘ при его работе, который находится в пределах 1,15—1,25.
Для обеспечения высокого коэффициента использования мощности двигателя при широком изменении внешних нагрузок необходимо устанавливать за дизелем специальные устройства — трансмиссии, позволяющие в значительных пределах изменять крутящий момент, передаваемый от двигателя к гусеничному движителю.
Для нормального функционирования дизеля и трансмиссии в машине необходимо иметь следующие системы (см. рис. 11.4):
— охлаждения дизеля и трансмиссии (1, 2, 4);
— очистки воздуха от пыли 6;
— питания топливом и маслом;
— запуска при температурах окружающего воздуха от +40 до —50° С.
Система охлаждения дизеля и трансмиссии обеспечивает заданный тепловой режим при их работе. Она состоит из насосов, осуществляющих прокачку воды через охлаждающие рубашки цилиндров двигателя и масла через наиболее напряженные трущиеся поверхности дизеля и трансмиссии, и пластинчатых мас
384
ляных'и водяных радиаторов 1 и 2 (см. рис. 11.4), обладающих большой рассеивающей способностью тепла при продувании через них атмосферного воздуха. Продувание воздуха через радиаторы осуществляют либо высоконапорные вентиляторы 4 (см. рис. 11.4); либо эжекторные устройства, не имеющие движущихся частей. В качестве охлаждающей жидкости используются: летом — вода, зимой — антифриз.
Для уменьшения износа подвижных частей дизеля (особенно по поршневой группе, связанного с попаданием пыли) современные двигатели требуют хорошей очистки воздуха.
В качестве устройств, осуществляющих очистку воздуха от пыли, применяют циклонные аппараты. Степень пропуска пыли после прохождения через циклонный аппарат составляет от 0,4 до 0,5%. Окончательная очистка воздуха осуществляется второй ступенью воздухоочистителя, выполненной в виде проволочных кассет, пропитанных маслом. В целях создания благоприятных условий для работы воздухоочистителей целесообразно располагать их в местах с наименьшей запыленностью воздуха и наиболее близко от двигателя.
В качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания используется дизельное топливо марок ДЛ, ДЗ, ДА (соответственно летнее, зимнее, арктическое). Топливо и масло размещаются в специальных баках и подаются в двигатель и трансмиссию с помощью насосов.
Загустение масла при отрицательных температурах в значительной степени затрудняет заводку двигателя вследствие резкого возрастания момента, необходимого для проворачивания коленчатого вала. С целью устранения этого недостатка в современных машинах применяется система обогрева двигателя и трансмиссии путем пропускания подогретой жидкости через места, создающие дополнительное трение.
При движении гусеничных машин в различных дорожных условиях сопротивление, препятствующее этому движению, может возрастать в 10—12 раз в зависимости от характера грунта и условий движения.
Двигатели внутреннего сгорания могут изменять величину крутящего момента только на 10—25%. Кроме того, диапазон рабочих оборотов двигателей может изменяться не более, чем в 1,5—2 раза, а скорости движения гусеничной машины должны меняться от 3 до 60 км/ч. Таким образом возникает необходимость создания специальных редукторов, получивших название трансмиссии. Применение трансмиссий’ позволяет в широком диапазоне изменять тягу машины, скорость ее движения, а также осуществлять ее поворот й торможение. В настоящее время в гусеничных машинах нашли широкое применение механические и гидромеханические трансмиссии вследствие их простоты и надежности в эксплуатации. Гидрообъемные и электромеханические трансмиссии, позволяющие плавно, в широком диапазоне,
385
изменять скорость движения машины применяются сравнительно редко вследствие их большой сложности, дороговизны и громоздкости. Механические трансмиссии современных машин в своем большинстве выполняются по планетарным схемам, что позволяет резко сократить их габариты и вес на единицу передаваемой мощности. Снижение веса и габаритов в планетарных трансмиссиях достигается путем распределения передаваемого крутящего момента между несколькими несущими элементами, роль которых выполняют сателлиты, что позволяет уменьшить габариты зубчатых колес за счет выбора меньших модулей в 2— 3 раза по сравнению с обычными трансмиссиями эквивалентной мощности. .
Помимо обеспечения прямолинейного движения трансмиссия гусеничной машины должна иметь механизмы, позволяющие осуществлять ее поворот. Поворот гусеничных машин достигается с помощью изменения скорости движения гусеничных лент путем создания поворачивающего момента, создаваемого силами тяги на отстающей и забегающей гусеницах.
Эту функцию в трансмиссии гусеничных машин выполняет специальный механизм поворота, предназначенный для изменения скорости и силы тяги на отстающей и забегающей гусеницах.
11.3. УЗЛЫ ХОДОВОЙ ЧАСТИ МАШИНЫ
Ходовая часть гусеничной машины состоит из гусеничного движителя и подвески машины.
Гусеничный движитель (рис. 11.5) включает в себя: ведущие колеса-звездочки /, гусеничные цепи 3, направляющее колесо-ленивец с натяжным механизмом 5, поддерживающие 6 и. опорные катки 2.
Подвеска машины состоит из упругих элементов торсионов 4, обеспечивающих высокую комфортабельность движения, и гидравлических амортизаторов, позволяющих быстро гасить колебания корпуса, машины в процессе ее движения.
Ходовые части машины должны удовлетворять следующим основным требованиям: высокая средняя скорость движения машины, малая утомляемость экипажа, высокая" проходимость, стабильность работы, удобство обслуживания и ремонта.
Проходимость гусеничных машин оценивается по ее способности движения в тяжелых дорожных условиях — мягкий грунг, снежный покров, подъемы, спуски и косогоры.
Основной характеристикой, позволяющей оценить проходимость гусеничной машины, является среднее удельное давление на грунт
_ Q
^ср — '2Lh ’
386
где Q — масса гусеничной машины в кг,
L — длина опорной поверхности гусеницы в м, h — ширина гусеницы в/м.
Опытом установлено, что проходимость машины начинает заметно ухудшаться, когда среднее удельное давление на грунт достигает значения 8- 104 Н/м2. Поэтому для гусеничных машин среднее удельное давление на грунт не должно превышать 8-Ю4 Н/м2.
Рис. 11.5. Ходовая часть гусеничной машины
Существенное влияние на проходимость машин оказывают конструктивные параметры отдельных узлов ее ходовой части. При неправильно выбранных расстояниях между опорными катками, вследствие прогиба гусениц, резко возрастают контактные напряжения, действующие на грунт со стороны гусениц в месте ее соприкосновения с катком.
Поверхность трака гусениц, взаимодействующая с грунтом, должна исключать его повреждение и срезание и обеспечить хорошее сцепление с грунтом.
Установлено, что более широкая гусеница менее повреждает грунт в плоскости, поперечной движению машины, что приводит к заметному повышению ее проходимости особенно при движении по слабым грунтам.
Стабильность работы гусеничного движителя обеспечивается повышением износостойкости шарниров траков или применением резинометаллических шарниров.
Высокие средние скорости движения и малая утомляемость экипажа обеспечивается рациональным выбором параметров подвески гусеничной машины.
387
Современные подвески гусеничных машин должны иметь: высокую плавность хода, отсутствие пробоев подвески при движении по пересеченной местности и тряски при движении по мелким неровностям, быстрое гашение угловых колебаний машины.
Показатели плавности хода оцениваются величиной суммарной перегрузки, действующей на экипаж, и частотой ее воздействия.
В общем случае ускорения, действующие на экипаж, в процессе движения машины могут быть определены из следующей зависимости:
max = ^maxO i ^?fnax» где г’тахо — максимальное ускорение линейных колебаний цен’ тра тяжести машины;
Фтах — максимальное значение ускорения угловых продольных колебаний машины;
I — расстояние от центра тяжести (упругости) машины до сидений, на которых размещен экипаж.
Величина периода собственных угловых колебаний корпуса машины Т1{ определяется выражением:
Г = —= 2л Л,
у
где —частота собственных угловых колебаний корпуса;
Jy — момент инерции подрессоренной части машины относительно поперечной оси;
п
(2mkl^ — угловая жесткость подвесок;
1 пгк — модуль подвески.
Опытом установлено, что при движении с большими скоростями по мелким неровностям машины, имеющие подвеску с периодом колебания менее 0,5 сН (жесткая подвеска), вследствие тряски вызывают сильную утомляемость экипажа. При онень мягкой подвеске, с периодом колебаний больше 1,8 сН, у экипажа наблюдаются признаки морской болезни.
Линейные ускорения до 1g (где g — ускорение силы тяжести) легко переносятся и не утомляют экипаж в течение длительного времени. Периодическое возникновение перегрузок, достигающих значения 4 g, также легко переносятся экипажем. При перегрузках, достигающих 10 g, у экипажа наблюдаются травмы. Высокие эксплуатационные показатели плавности хода в современных скоростных машинах достигаются путем применения упругой подвески и гидравлических амортизаторов, обеспечи
388
вающих эффективное гашение колебаний корпуса на всех режимах работы машины.
Ведущие колеса-звездочки работают в очень тяжелых условиях — в абразивной среде и подвергаются сильному износу. Для увеличения срока службы ведущих колес поверхности зубьев колес наплавляются твердыми сплавами, а сами венцы делаются съемными. Гусеницы с резино-металлическим шарниром, нашедшим широкое распространение в современных военных машинах, имеют ряд существенных преимуществ перед обычными металлическими. Они обеспечивают большой срок службы и большой коэффициент полезного действия при перематывании гусеничной ленты вследствие замены в шарнирах гусеницы сухого трения скольжения металла по металлу трением внутри резинового шарнира. При работе резиновые втулки, запрессованные-в проушины трака, подвергаются скручиванию и сжатию. Чем меньше углы закручивания, тем больше срок ее службы. Недостатком гусениц с резинометаллическим шарниром является значительно большее время, необходимое для их замены.
Опорный каток имеет упругую резиновую шину, что позволяет в значительной степени улучшить условия работы подшипников в гусеницы. Толщина резинового массива шины катка и его диаметр выбираются из условия обеспечения прочности и температурных режимов работы резины. Наряду с ошипованными катками в гусеничных машинах применяются опорные катки с внутренней амортизацией, а также цельно-металлические. Использование катков с цельно-металлическим ободом ухудшает условия работы подшипников и гусениц. Катки этого типа применяются в тех ^случаях, когда использование катков с наружным резиновым ободом делается нецелесообразным по весовым и конструктивным соображениям.
Направляющее колесо обеспечивает направление и натяжение гусеницы при движении машины. Натяжение гусеницы осуществляет червяк и червячное колесо путем поворота кривошипа, на котором на подшипниках эксцентрично посажено направляющее колесо.
11. 4. ПОДВЕСКИ ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
Подвеской машин называется группа деталей и механизмов, связывающих подрессоренные и неподрессоренные ее части. Подвеска служит для смягчения толчков и поглощения ударов, воспринимаемых ходовой частью машины в процессе ее движения, а также предохраняет машину от чрезмерных перегрузок и обеспечивает ей высокую среднюю скорость движения в различных дорожных условиях. Структурно подвеска машины состоит из двух самостоятельных элементов —: рессоры и амортизатора. Рессора выполняет роль упругого элемента, обеспечивающего плавность движения машины. Амортизатор позволяет
13 2610
389
быстро гасить колебания, возникающие в процессе движении корпуса машины.
По конструктивному решению различают следующие типы подвесок:
— индивидуальные или независимые.
В этом типе подвески каждое колесо или опорный каток связаны с подрессорной частью машины независимо друг от Друга;
— блокированные или балансирные, в которых подвески нескольких колес или опорных катков соединяются между собой с помощью балансиров (рычагов) и упругих элементов.
В свою очередь^ все типы подвесок различаются по конструктивному решению упругого элемента, который в них используется.
Различают подвески с упругим элементом, выполненные в виде:
— металлической рессоры,
— пневматических баллонов-шин,
— гидропневматических рессор.
К первому типу упругих элементов — металлических рессор относятся: торсионные, винтовые, листовые пружины.
В современных гусеничных машинах наибольшее распространение получили индивидуальные торсионные подвески вследствие их простоты, технологичности изготовления, высокого коэффициента использования занимаемого объема, малой уязвимости в процессе боевой эксплуатации. Монтаж и демонтаж этих подвесок прост и выполняется силами экипажа в короткое время. Упругие элементы в виде винтовых пружин в современных гусеничных и колесных машинах применяются редко вследствие большого объема, который необходимо отводить для их размещения.
За последние годы в гусеничных машинах начинают применяться пневматические и гидропневматические подвески, обладающие рядом преимуществ, в том числе и возможностью создания переменного клиренса или опускания машины днищем на грунт. Эти подвески позволяют объединить в едином блоке демпфирующие элементы, гасящие колебания машины, без применения амортизаторов. Гидропневматические и пневматические подвески обеспечивают высокую плавность хода, размещаются на наружных стенках корпуса машины без использования его внутреннего объема. Однако этот тип подвески более сложен в производстве.
• Существенную роль в гашении колебаний машины при ее движении играют гидравлические амортизаторы, работающие на принципе превращения кинетической энергии колебательного движения машины в тепловую с последующим ее рассеиванием в окружающую среду.
390.
Характеристики гидравлических амортизаторов рассчиты ваются из условия, обеспечивающего быстрое поглощение энергии при прямом ходе катка и исключающего раскачивание машины при его обратном ходе. Обычно гидравлические амортизаторы устанавливаются на крайних балансирах катков.
11.5. КОРПУС МАШИНЫ
На рис. 11.6 показана принципиальная конструкция корпуса самоходной артиллерийской установки.
-Сварной корпус машины состоит из двух лонжеронов 1 коробчатой формы закрытого типа, связанных между собой в кормовой и носовой частях связями 2, 6, а также днищем 8.
Рис. 11.6. Корпус САУ
К днищу и лонжеронам приварены блоки подвесок 5. Блоки подвесок служат для установки ходовой части машины. В средней части машины лонжероны связаны между собой центральной коробчатой связью Р, в которой монтируется верхний станок, осуществляющий наведение орудия по горизонту. Кормовая часть корпуса машины выполнена в виде отливки 3, в которой в специальных расточках устанавливаются бортовые редукторы трансмиссии машины.
В кормовой части машины на бортах смонтирован постамент 10, на котором устанавливается двигатель. Установка постамента двигателя на бортах обеспечивает большую стабильность положения двигателя в корпусе, чем установка его на днище, вследствие большой жесткости бортов машины, выполненных в виде лонжеронов. Для обеспечения устойчивости ли-стов лонжеронов в процессе эксплуатации в центральной их части введена обечайка 4, что обеспечивает высокую прочность и жесткость лонжеронов при работе их на кручение и изгиб.
391
Для изготовления корпусов применяется хорошо свариваемая листовая сталь.
На рис. 11.7 показано сечение корпуса машины нелонжеронного типа. Сварной корпус состоит из наружных стенок /, днища 2, крышки 6, блоков подвески 5, наборов жесткостей 5.
Для обеспечения устойчивости тонких стенок в корпусе подобного типа применяют наборы в виде жесткостей, состоящих
Рис. 11.7. Сечение корпуса нелонжеронного типа
из угольников и швеллеров, что приводит к неоправданному увеличению веса и трудоемкости.
Для исключения этого недостатка в последнее время в конструкциях, где требование по пулестойкости не является обязательным, начали применять легкие сплавы. Применение алюми-ниево.-магниевых сплавов, имеющих примерно в 3 раза меньший удельный вес по сравнению со сталью, позволяет соответственно увеличить толщину листов и отказаться от применения дополнительных приварных жесткостей. Однако следует отметить, что корпуса, изготовленные из алюминиево-магниевых сплавов, будут иметь значительно большую стоимость, чем изготовленные из стали.
11. 6. УСТОЙЧИВОСТЬ МАШИНЫ ПРИ движении
При движении гусеничных машин рассматривают два вида устойчивости:
Продольная устойчивость — в плоскости движения машины.
Поперечная устойчивость — в плоскости, перпендикулярной движению.
Ниже, на рис. 11.8, показаны^ различные случаи движения машины.
На рисунке 11.8 Q — вес массы машины, а, 0 — углы наклона поверхности, на которой движется машина, АГЬ — нор
392
мальные реакции грунта, развиваемые гусеницами, В — база машины, Hq — расстояние от грунта до ц. т. машины, а — расстояние от заднего катка до центра тяжести машины в горизонтальной плоскости.
Рис. 11.8. Продольная и поперечная устойчивость гусеничной машины при движении
Для обеспечения продольной устойчивости машины при движении на подъем необходимо соблюдение следующего условия:
Q//o sin а — Qa cos a О, откуда угол подъема машины, при котором будет соблюдена устойчивость к опрокидыванию, а < arctg .
Сила тяги, необходимая для равномерного движения при подъеме машины
P=Q sin а4-/Q cos a=Q cosa(/-[-tga), где f — коэффициент сопротивления движению.
Из динамики прямолинейного движения известно, что сила тяги не может превосходить силу тяги по сцеплению. Следовательно, ^max < <?Q COS a, где ср — коэффициент сцепления.
Предельный угол при подъеме определяется предельным значением коэффициента сцепления гусениц с грунтом. При достижении минимального значения этого коэффициента гусеницы будут буксовать.
393
При прямолинейном движении на косогоре устойчивость машины по опрокидыванию определяется из следующего уравнения:
Q sin cos pQ,
откуда tgp= . Это предельный угол боковой устойчивости. 2//0
Боковое скольжение при прямолинейном движении може£ быть найдено из следующей зависимости:
+ sin р, но так как 4S14-*52 = p-Q cos р, то коэффициент, определяющий скольжение гусениц ц должен быть равным или меньше tg 0.
11. 7. АРТИЛЛЕРИЙСКИЕ ТЯГАЧИ
Для перевозки буксируемых орудий используются артиллерийские тягачи гусеничные, полугусеничные и колесные. По весовым категориям они делятся на тяжелые, средние и легкие.
По- типу двигателя тягачи — дизельные и с карбюраторным двигателем.
Тягач представляет совокупность следующих механизмов, агрегатов и систем:
— двигатель со всеми механизмами, системами и дополнительными устройствами;
— силовая передача или трансмиссия;
— ходовая часть, включающая раму, подвеску и движитель;
— органы управления, к которым относятся рулевое управление и тормоза;
— специальное оборудование, лебедка, тяговосцепной прибор и др.;
— кабина;
— платформа (кузов);
— дополнительное оборудование (система подогрева, тент, скамейки в кузове, сигнализация и т. д.).
По сравнению с обычными транспортными машинами артиллерийские тягачи имеют:
— высокую проходимость;
— большую среднюю скорость передвижения;
— увеличенный запас хода по горючему (в 2—3 раза);
— повышенную мощность двигателя;
— большой межремонтный пробег по двигателю;
— хорошие условия работы водителя;
— оснащенность мощными лебедками.
Лебедка имеет следующее назначение:
— самовытаскивание артиллерийского тягача;
— вытаскивание орудий на крутые подъемы;
394
— вытаскивание застрявшей техники;
— переправа орудий через мосты, когда движение по мосту в сцепке невозможно;
— • переправа орудий через брод с илистым дном и др.
Характеризуется лебедка усилием на тросе и длиной троса.
1 1. 8. ЛАФЕТ КАК ПОВОЗКА
К лафету как повозке предъявляется ряд специфических трс бований. Рассмотрим эти требования и как они конструктивно обеспечиваются.
Высокая проходимость орудия по дорогам всех типов, по неровной местности, в брод достигается:
— малым удельным давлением на грунт при применении широких шин или двойных колес или при применении гусенич-нрго хода;
— при большой массе орудия необходимо перевозить орудие либо раздельно по частям, отдельно ствол и отдельно лафет, либо использовать передок и оттягивать ствол по-походному для обеспечения равенства нагрузки на оси;
— применением колес большого диаметра;
— увеличением клиренса, величина которого должна быть не менее 300 мм.
Способность орудия двигаться с большими скоростями без расстройства и разрушения механизмов достигается:
— применением подрессоривания;
— использованием тягово-сцепных устройств, обеспечивающих гибкость соединения и безударную передачу усилия от тяги к орудию;
— надежным креплением механизмов по походному, в особенности это относится к механизмам наведения и прицельным устройствам;
— достаточной прочностью деталей.
Легкость на ходу характеризуется величиной силы тяги при движении орудия без ускорения, т. е. при преодолении сил трения и составляющей силы тяжести.
Величина силы тяги Т определяется по формуле
r=Qn(sin ал+/соз ад),
где ссд — угол подъема полотна дороги;
f — общий коэффициент трения качения орудия по полотну дороги;
Qn — масса орудия в походном положении.
Гибкость соединения орудия с тягачом при помощи тяговосцепного устройства обеспечивает поворотливость и продольную и поперечную гибкость буксируемого орудия с тягачом. Поворотливость определяется углом у, на который может повернуться
395
тягач (передний ход) относительно ходовой части лафета (рис. 11.9).
Продольная гибкость определяется углом р (рис. 11.10, а), а поперечная — углом т] (рис. 11.10 6).
Устойчивость орудия на походе при движении по косогору характеризуется предельным углом аПр (рис. И. 11).
Система будет устойчива до тех пор, пока вертикальная линия, проходящая через центр тяжести орудия (в походном поло-_______________ жении), не выйдет за
Рис. 1|1. 9. Поворотливость орудия с тягачом
пределы опоры колес. Предельное значение угла устойчивости при данной ширине хода В и расстоянии от основания до центра тяжести h определяется тангенсом угла апр:
Следовательно, для увеличения апр необходимо, чтобы ход был как можно шире, а центр тяже'Сти орудия был расположен как можно
ниже.
Эта формула не учитывает сил инерции, направленных в сторону опрокидывания, что имеет место при движении на поворотах.
Поэтому ’принимают допускаемый угол устойчивости аДОц равным половине предельного
СЬдоп — 9,6 С1пр«
Угол аДоп должен быть не менее л/6 рад.
Быстрота перехода из походного положения в боевое и обратно обеспечивается:
— расположением агрегатов сцепки, при котором требуется небольшое подъемное усилие людей для разъединения или соединения шворневой лапы станин с крюком тягача (или шворнем передка);
— применением простейшей конструкции крепления шворневой лапы с крюком (или шворнем), не требующей инструментов, приспособлений и больших усилий для освобождения лапы от крюка (или шворня), но и не допускающей самопроизвольного освобождения шворневой лапы от крюка (шворня) на походе (надежное фиксирующее устройство);
396
— применением специальных приспособлений и механизмов' (лебедка, краны, домкраты и т. п.) в тяжелых системах при разборке их на части.
Для облегчения работ, связанных с подъемом и опусканием орудий большого веса при переводе их из походного положения в боевое и обратно применяют специальные механизмы — компенсаторы силы тяжести (рис. 11.12), являющиеся своеобразными уравновешивающими механизмами всей поднимаемой при переходе в походное положение части орудия.
Рис. 11. 10. Гибкость орудия с тягачом
Рис. 11.11. Поперечная устойчивость орудия
Компенсаторы силы тяжести представляют собой мощные пружины, сжимающиеся при опускании орудия и разжимающиеся при его подъеме. Характерны они для платформ зенитных орудий (рис. 11. 13). При переходе в боевое положение орудие опускается на тарели домкратов и колеса вывешиваются, увеличит вая массу орудия в боевом положении. При повороте осей (переднего и заднего хода) гибкая цепь наматывается на кулак оси и тягой сжимает пружину. В сжатом состоянии пружина фиксируется полуваликом на кулачке оси. Накопленная энергия пружин компенсатора облегчает подъем орудия при переходе в походное положение.
Для плавного опускания орудия в боевое положение и облег чения подъема орудия может быть использована гидравлическая система, состоящая из гидравлического домкрата (рис. 11.14) и гидравлического ручного насоса. При опускании орудия параллелограммы 2 полуосей 3 поворачивают кулаки /, которые воздействуют на поршень 4, последний вытесняет жидкость из цилиндра 5z Регулируя выход жидкости в бачок можно обеспечить плавное опускание орудия на домкраты.
При подъеме орудия используется помпа для нагнетания жидкости в цилиндр. Положения механизмов на «поход» и «бое-
397
вое» фиксируется механическим устройством и поворотом регулирующего крана.
Ходовые части орудия включают: боевую ось, колеса и подрессоривание.
Рис. 11. 12. Схема компенсатора силы тяжести:
/—рычаг; 2—цепь; Зт-уравновешивающая пружина; 4— станина; 5—опорный домкрат
Боевая ось, как балка, воспринимающая нагрузку при выстреле и на походе, характерна для старых систем. Современные орудия имеют полуоси для колес, и располагаются они в лобовой коробке нижнего станка. Застопоренные в боевом положении вместе с лобовой коробкой представляют несущую жесткую конструкцию, воспринимающую нагрузку при выстреле. В походном положении нагрузка от орудия передается на колеса через меха-
Рис. 11. 13. Платформа зенитного орудия:
/—колесо; 2—хребтовая балка; 3—откидная станина; 4—домкрат
низм подрессоривания. Рассчитывается на прочность боевая ось как на нагрузки при выстреле, так и нагрузки, возникающие при движении. Часто бывает так, что динамические нагрузки на походе значительно больше, чем при выстреле.
Колеса современных артиллерийских орудий аналогичны по конструкции автомобильным колесам. Обычно при создании ору-398
дий стремятся брать стандартные колеса, производимые для автотранспортных средств. Отличием является наполнение шин. Шины артиллерийских колес в отличие от автомобильных шип заполнены губчатой резиновой массой, в результате чего значительно увеличивается их живучесть в боевой обстановке.
Подрессоривание. При быстром движении по неровной дороге орудие испытывает сильные удары (толчки), которые могут привести к поломкам деталей.
Рис. 11. 14. Гидравлический домкрат: а—угол свободного хода
Сила удара зависит от веса и устройства орудия, скорости его движения, высоты и формы препятствия. Наиболее опасными являются препятствия в виде ступеньки или многократно чередующиеся выступы и впадины. В последнем случае даже при сравнительно малых выступах и углублениях может, при движении наступить резонансный режим колебания, приводящий к раз рушению слабых звеньев механизмов, воспринимающих нагрузку.
Подрессоривание является упругой связью между ходовой частью и остальной массой орудия, уменьшает характер нагрузки при наезжании на препятствие. Время передачи удара на основную массу орудия через подрессоривание значительно больше времени жесткого удара по неподрессоренному орудию.
Подрессоривание всегда имеет упругий элемент, который обеспечивает плавное нарастание силы, действующей на подрессоренную часть орудия.
В качестве упругого элемента служат:
— пластинчатые (листовые) полуэллиптические рессоры.
Располагаться они могут в поперечном либо продольном направлениях;
399
— цилиндрические пружинные рессоры. Усилие от ходовой рессоры может передаваться через кривошип или рычаг либо непосредственно;
— торсионные (или стержневые) рессоры.
Подрессоривание торсионного типа имеет самое широкое распространение в современных орудиях. Конструкция его сравнительно проста и компактна. Каждое колесо имеет свой торсион-стержень. Один конец стержня закрепляется в нижнем станке, а на другой (наружный) конец крепится кривошип с полуосью колеса. При переходе через препятствие колесо поднимается и происходит вращение кривошипа и скручивание торсиона.
Подрессоривание любой конструкции должно обладать способностью быстро гасить колебания орудия.
Должны быть механизмы выключения подрессоривания п.ри стрельбе и для движения со сломанными рессорами.
Выключение и включение подрессоривания должно производиться автоматически с переходом орудия из походного положения в боевое и обратно. Стрельба из орудий должна вестись только при выключенном подрессоривании. В противном случае происходят значительные упругие колебания орудия от выстрела, продолжительное время неуспокаивающиеся. Вследствие этого затрудняется выполнение наводки, снижается кучность и меткость стрельбы, а также скорострельность. Стрельба из танков и САУ в этом отношении составляет исключение.
Глава 12
ПОЛИГОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ
12.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Целью полигонных испытаний опытных образцов артиллерийских орудий является получение необходимых исходных данных для:
— установки соответствия испытуемого образца тактико-техническим требованиям;
— оценки конструктивных, прочностных и эксплуатационных данных образцов;
— общей оценки образца с заключением о его рекомендации на войсковые испытания, либо о возврате для конструктивной доработки;
— отработки предложений о необходимых конструктивных доработках испытанного артиллерийского орудия.
Штатные образцы артиллерийских орудий подвергаются контрольным испытаниям.
Целью контрольных испытаний является оценка доброкачественности выпускаемых заводом артиллерийских орудий валового производства. Контрольные испытания проводятся в соответствии с техническими условиями на изготовление и приемку. Они подразделяются на малые контрольные испытания (МКИ) и большие контрольные испытания (БКИ).
Малым контрольным испытаниям подвергаются 100% образцов валового производства. В процессе этих испытаний проверяются прочность ствола, работа противооткатных устройств и механизмов лафета.
Большие контрольные испытания проводятся с целью проверки соблюдения заводом установленной технологии. Этим испытаниям подвергается определенное количество орудий от каждой партии валовой продукции.
Наряду с такими контрольными испытаниями в полигонной практике имеют место:
— испытания баллистических стволов и установок для отработки боеприпасов;
— испытание стволов на живучесть;
— специальные виды испытаний.
401
Все виды испытаний проводятся по специальным программам, объем работ по которым обеспечивает возможность решения всех поставленных перед испытаниями задач. Специальные виды испытаний охватывают решение целого ряда частных задач, которые могут быть связаны с оценкой отдельных узлов либо механизмов макета, а также с проведением работ исследовательского характера. При этом работы могут проводиться как с натурным, так и с модельным образцом объекта испытания. Полигонные испытания начинаются с изучения технической до-дументации на испытываемый образец артиллерийского орудия (тактико-технические требования, полный комплект чертежей и расчетов, описание устройства и обслуживания, формуляр и отчет о заводских испытаниях). В процессе изучения чертежей и расчетов намечаются схемы разметки и обмеров деталей, схема наклейки тензометров для исследования напряженного состояния деталей лафета и ствола, а также схемы установки датчиков для исследования работы противооткатных устройств и определения других динамических процессов, сопровождающих выстрел из артиллерийского орудия. Программа полигонных испытаний опытного образца артиллерийского орудия должна включать в себя следующие циклы работ: статические измерения и разметку; баллистические стрельбы; внешнебаллистические испытания; испытания снарядов; определение боевых и служебно-эксплуатационных характеристик; испытания стрельбой на прочность и надежность работы; испытания возкой и пробегом; испытания прицельных устройств; определение удобства эксплуатации.
12.2. СТАТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И РАЗМЕТКА
Статические измерения и разметка проводятся с целью установления износа и деформаций деталей и узлов в ходе испытаний стрельбой и возкой, а также определения различных конструктивных, габаритных и динамометрических характеристик образцов с последующей проверкой их на соответствие тактикотехническим требованиям и оценки служебно-эксплуатационных качеств испытываемых образцов артиллерийских орудий. При этом проводятся: определение конструктивных, габаритных, динамометрических и весовых характеристик; измерение артиллерийских стволов; разметка, измерение и проверка разметки деталей и узлов арторудий; разборка, сборка и подготовка арт-орудий к стрельбе.
В качестве основных конструктивных и габаритных характеристик определяются: калибр ствола; максимальный угол возвышения и склонения; полный угол вертикального обстрела, угол горизонтального обстрела; габаритные размеры орудия в боевом положении (высота по щиту, высота по стволу, длина при <р = 0 рад, ширина); габаритные размеры орудия в походном положении; высота линии огня (при ср = 0 рад); высота оси цапф;
402
высота оси колес; расстояние по горизонту от линии сошников до центра тяжести ‘ орудия в боевом положении; расстояние между точками опоры сошников при разведенных станинах; скорость вертикального наведения (угловое перемещение ствола за один оборот маховика); скорость горизонтального наведения; ход подрессоривания; диаметп колес; ширина колес; ширина хода по серединам колес; клиренс по лафету; клиренс по сошникам.
Определяются следующие динамометрические характеристики: давление хоботовых частей на грунт в боевом положении орудия при ср = 0 рад; давление хоботовой части орудия на сцепной крюк тягача и нагрузка на колеса в боевом положении; усилие на рукоятку маховика подъемного механизма при ср = 0 рад ср— -?^ах и ср = фтах как при страгивании с места, так и при установившемся движении; усилия на рукоятку маховика пово-ротйого механизма при трех положениях ствола относительно станин (среднее, крайнее левое и крайнее правое) как при страгивании с места, так и при установившемся движении; усилия на рукоятку затвора; сила трения направляющих люльки при ср = О рад; суммарная сила трения в направляющих люльки и сальниковых уплотнениях противооткатных устройств при ср = О рад.
В качестве весовых характеристик определяются веса орудия в боевом и походном положениях, а также и веса основных деталей и узлов.
Мертвые хода механизмов наведения определяются в долях оборота маховика.
Измерения стволов включает в себя: обмер внутренних диаметров (по полям, и нарезам) и наружных диаметров; обмер каморы по диаметру и длине; осмотр канала ствола; фотографирование начала нарезов и поврежденных участков канала ствола; измерение кривизны ствола: общей (включающей изгиб от собственного веса и производственную кривизну) и дульной (являющейся кривизной канала ствола в дульной части на участке, равном расстоянию между центрирующими утолщениями снаряда данного калибра); измерение крутизны нарезки и длины хода нарезов.
12.3. БАЛЛИСТИЧЕСКИЕ СТРЕЛЬБЫ
ПРИ ОПЫТНЫХ ИСПЫТАНИЯХ АРТИЛЛЕРИЙСКИХ ОРУДИЙ
Баллистические срельбы проводятся с целью: определения баллистических параметров (начальной скорости снаряда — vQ, наибольшего давления пороховых газов в канале ствола — ртах и рассеяния начальных скоростей — rv при температурах заряда 288 К, +313 К и —233 К; оценки дымности и пламенности выстрела, определения полноты сгорания всех элементов заряда проявления обратного пламени- и степени загрязняемости ка
403
нала ствола и деталей затвора; установления веса и баллистических параметров усиленного заряда, предназначенного для испытания на прочность орудия и боеприпасов; проверки баллистических характеристик ствола на различных стадиях его износа; проверки баллистики зарядов при стрельбах на дальность и кучность боя снарядов; проверки баллистики зарядов при стрельбах, связанных с определением динамических характеристик лафета.
Для проведения баллистических стрельб необходимо знать состояние канала ствола (диаметральные размеры, стрелян-ность), объем и длину каморы, коэффициент формы снаряда, требуемые баллистические параметры орудия и заряда и допустимые предельные расчетные величины наибольших давлений ствола и снаряда.
’ Кроме того, все элементы выстрела тщательно проверяются на предмет их соответствия чертежу.
Изменение баллистических характеристик ствола от его стрелянности определяется по величине у0 и рШах. Стрельбы на проверку баллистических характеристик сопровождаются осмотром канала ствола оптической трубой, обмером канала ствола, длины зарядной каморы, фотографированием начала нарезов и снятием слепка с начала нарезов. При этом необходимо определять правильность полета снарядов. Для этой цели за второй парой рам-мишений устанавливается третья рама, на которой, крепятся фанерный или картонный^листы. О правильности полета снарядов судят по форме и размерам пробоин.
12.4. ВНЕШНЕБАЛЛИСТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ
Внешнебаллистические испытания проводятся с целью: определения опытных величин, характеризующих дальность и рассеивание снарядов, необходимых для установления их соответствия тактико-техническим требованиям; установления причин, вызывающих неудовлетворительное рассеивание снарядов или получение дальности менее заданной, а также указания путей устранения этих недостатков; отстрела и составление таблиц стрельбы.
К основным внешнебаллистическим характеристикам относятся: нормальная дальность полета снаряда; характеристики рассеивания снарядов при стрельбе прямой наводкой по щитам— Вв и Вб (срединные отклонения по высоте и в боковом направлении) и по местности — Вд и Bq (срединные отклонения по дальности и в боковом направлении), а также деривация Z; характеристики устойчивости и правильности полета снаряда по траектории и в частности наибольший угол нутации 6Шах; углы вылета: у — вертикальный и со — горизонтальный. Стрельбы, связанные с определением внешнебаллистических характеристик проводятся из новых или малоизношенных стволов (стволов первой категории).
404
Испытания стрельбой на кучность боя по щиту имеют целью выявить кучность боя орудия при стрельбе на малых углах возвышения. При этих стрельбах определяются начальные скорости снарядов и времена полета снарядов, являющиеся исходными данными для вычисления коэффициента формы сна'ряда. Характеристикой изменения кучности боя по щиту с увеличением стрелянности ствола может служить отношение произведений Вв и Вб в конце и начале испытаний. Считается, что при увеличёнии ВвХВб в восемь раз по сравнению с началом испытаний, орудие достигает предела живучести. Целью испытаний стрельбой на дальность и кучность боя по местности является определение следующих величин: опытной дальности полета снаряда; срединных отклонений Вд и Вб, характеризующих рассеивание снарядов по дальности и боковому направлению; деривации. Испытания стрельбой на определение правильности полета снаряда обычно проводятся попутно с другими испытаниями и имеют целью установление характера полета снаряда на траектории (после вылета и до момента попадания в цель). О поведении снаряда после его выхода из канала ствола судят: по звуку при полете снаряда на начальном и конечном участках траектории; по следу горящего трассера на начальном участке траектории; по форме пробоин в 4—6 картонных мишенях, установленных на расстоянии от 30 до 100 м от дульного ствола (через каждые 10—20 м). Объективная оценка правильности полета снаряда на начальном участке траектории может быть дана по степени овальности пробоин от снаряда в картонном или. фанерном щите. Для оценки устойчивости снаряда определяют угол нутации. У устойчивого снаряда величина наибольшего угла нутации не должна превышать л/30—л/20 рад.
12. 5. ИСПЫТАНИЯ СНАРЯДОВ
В процессе испытания снарядов определяются: прочность конструкции снаряда и правильность функционирования ведущих поясков; стойкость снаряжения снаряда. Целью испытания снарядов на прочность конструкции является определение величины и места остаточных деформаций корпуса снаряда и его элементов при выстреле, а также получение данных для суждения о прочности снаряда в целом. Проверка правильности функционирования ведущих поясков снарядов проводится с целью определения характера ведения снаряда ведущими поясками при его движении в канале ствола. Определение правильности функционирования ведущих поясков дает возможность выносить решение о правильности полета снаряда, о точности боя орудия и о степени износа канала ствола орудия.
Испытания стойкости снаряжения снарядов производится при стрельбе на усиленных зарядах для решения вопроса возможности дальнейших испытаний снарядов в боевом снаряжении.
405
12. 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ БОЕВЫХ И СЛУЖЕБНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
Под боевыми и служебно-эксплуатационными характёристи-ками понимают: устойчивость орудия и несбиваемость наводки при стрельбе, скорострельность, возможность ведения, стрельбы по движущимся целям, возможность ведения стрельбы с ходу по неподвижному щиту, возможность ведения стрельбы на плаву, действие дульной волны при стрельбе из арторудия, загазованность боевого отделения танков и самоходно-артиллерийских установок, пороховыми газами при стрельбе. Все эти характеристики в процессе опытных испытаний должны быть качественно исследованы и количественно оценены.
1. Действие дульной волны при стрельбе из арторудий
При стрельбе из артиллерийского орудия возникает дульная (ударная) волна, оказывающая вредное воздействие на огневой расчет и на соседние орудия. При больших значениях давления дульной волны понижается работоспособность-номеров расчета, а также возможно их травмирование (для безопасной работы орудийного расчета требуется принятие дополнительных мер для защиты ушей). Поэтому определение давлений дульной волны проводится при испытании всех орудий с дульными тормозами, а при необходимости и при испытании орудий без дульных тормозов. Измерение давления дульной волны проводится одновременно с определением других характеристик. В качестве датчиков используются крешерные мембранные приборы, с помощью которых измеряются величины наибольших давлений, и тензометрические мембранные датчики, дающие возможность получения осциллографической записи всего процесса изменения во времени давления дульной'волны. Датчики устанавливаются на рабочих местах орудийного расчета и в зоне нахождения соседних орудий. Количественная оценка получаемых результатов дает представление о степени опасности дульной волны и о требуемых мероприятиях для защиты номеров орудийного расчета. При измерении давлений дульной волны на огневой позиции в районе 40—50 м от орудия не должно быть каких-либо преград, искажающих характер ударной волны.
2. Испытание на определение устойчивости орудия и сбиваемости наводки при стрельбе
Целью этих испытаний является получение необходимых объективных данных для оценки устойчивости орудия и сбиваемости наводки при стрельбе. В качестве характеристик устойчивости артиллерийского орудия принимаются: наибольшие величины вертикального'перемещения («прыжок» и оседание); наибольшие величины отхода назад и наброса; наибольшие величины скорости и ускорения вертикального перемещения;
406
наибольшие величины скорости и ускорения продольного перемещения лафета.
Указанные характеристики определяются при стрельбе с по мощью специальных приборов (униполярные электромагнитные велосиметры, акселерометры и другие), обеспечивающие возможности осциллографической записи исследуемых процессов. Устойчивость орудия исследуется при стрельбе с мягкого грунта или с грунта средней твердости, а также с бетона при среднем положении ствола относительно станин на углах возвышения О рад, наибольшем и среднем и крайних положениях ствола относительно станин при угле возвышения 0 рад.
Противотанковые орудия дополнительно испытываются на устойчивость при стрельбе под наибольшим углом склонения.
Орудия танковой и самоходной артиллерии испытываются с заторможенными и расторможенными гусеницами летом с грунта и бетона, а зимой — только с грунта. При этом стрельбы ведутся при среднем положении (курсовой угол 0 рад), на углах возвышения 0 рад и наибольшем.
В процессе стрельбы на устойчивость проводится определение сбиваемости наводки. Величина сбиваемости наводки определяется как разность между установками на прицельных устройствах наведенного орудия до и после выстрела.
3. Определение скорострельности артиллерийского орудия
Испытание стрельбой на скорострельность имеет целью определить наибольшее количество выстрелов, которые можно произвести силами орудийного расчета в единицу времени, стреляя как с исправлением наводки (практическая прицельная скорострельность), так и без исправления наводки (максимальная скорострельность).
4. Возможность ведения стрельбы по движущимся целям
Испытания стрельбой по движущимся целям проводятся для определения боевой скорострельности и эффективности стрельбы из испытываемого орудия, а также для определения удобства обслуживания орудия в условиях боевой эксплуатации. Этому виду испытания подвергаются орудия полевой, танковой и самоходной артиллерии, конструкция которых предусматривает возможность стрельбы прямой наводкой. Стрельба по движущейся цели производится прямой наводкой в основном бронебойным снарядом на полном заряде. Снаряды должны быть в инертном снаряжении с охолщенным взрывателем и боевым трассером.
5. Стрельба с ходу по неподвижному щиту
Стрельбой с ходу по неподвижному щиту испытываются все орудия танковой и самоходной артиллерии с целью установления эффективности стрельбы, проверки прочности и надежности дей
407
ствия механизмов орудия и агрегатов боевого отделения, а также удобства обслуживания орудия при стрельбе с ходу.
6. Ведение стрельбы на плаву
Стрельбой на плаву испытываются только артиллерийские орудия, установленные на плавающих танках и самоходных установках. Целью этих испытаний является установление возможности ведения стрельбы, для чего определяются: устойчивость; возможность наблюдения через прицел и приборы наблюдения; удобство обслуживания орудия; прочность, надежность И безотказность в работе агрегатов орудия.
Стрельба на плаву проводится с места и в движении на пол- ч ном заряде снарядами в инертном снаряжении'с охолщенными взрывателями. Стрельба с места проводится под углом возвышения л/180 — л/90 рад и наибольшем, а при движении — только при угле возвышения л/180—л/90 рад. По результатам стрельбы на плаву определяется скорострельность и средняя скорость движения.
7. Определение загазованности боевого отделения танков и САУ
Испытания стрельбой для определения загазованности боевого отделения танков и САУ проводятся с целью установления условий работы экипажа в обстановке, близкой к боевой, и определения эффективности работы вентиляционных установок. Загазованность определяется как при стрельбе одиночными выстрелами, так и при стрельбе очередями до 10 выстрелов. Оценка загазованности проводится по содержанию в воздухе боевого отделения окиси углерода.
12.7. ИСПЫТАНИЯ СТРЕЛЬБОЙ НА ПРОЧНОСТЬ И НАДЕЖНОСТЬ РАБОТЫ АРТИЛЛЕРИЙСКИХ ОРУДИЙ
В эти испытания входят: испытайия стрельбой на прочность, испытания стрельбой на высоком режиме огня, испытания в различных естественных климатических условиях, испытания артиллерийских стволов на живучесть, испытания эжекционных устройств.
1. Испытания стрельбой на прочность
Проводятся с целью решения вопроса о конструктивной прочности артиллерийского орудия, т. е. о способности выдерживать наибольшие нагрузки, которые могут иметь место в практике боевой эксплуатации орудия в войсках. Стрельба на прочность проводится снарядами в инертном снаряжении, приведенными к штатному весу, на усиленных зарядах. Взрыватели охолощенные или вместо взрывателей устанавливаются металлические втулки, изготовленные по габаритам взрывателей. Для стрельбы на прочность орудие устанавливается на бетонной позиции. По
408
ложение ствола относительно станин среднее, и крайнее правое и левое (стрельбы вдоль станин); угол возвышения 0 рад; наибольший и промежуточный (через л/9 рад).
Испытание танковых и самоходных орудий проводится при установке машины на равной горизонтальной бетонной площадке при курсовых углах 0; л/2, 2л и 3/2 л рад и при установке машины на настиле с креном л/18—л/12 рад на правый и левый борт. В процессе стрельбы на прочность с помощью наклеиваемых тензометров проводится измерение относительных деформаций деталей лафета, по которым количественно оценивается их напряженное состояние. Устанавливаемые наименьшие коэффициенты запасов прочности сравниваются с расчетными и допустимыми.
2. Испытания орудий стрельбой на высоком режиме огня
Целью этих испытаний является установление температурного режима ствола и противооткатных устройств с точки зрения обеспечения боевого режима огня при температурах, не превышающих допускаемых норм, а также определение надежности и безотказности работы механизмов орудия при предельно-допустимом для эксплуатации в войсках режиме огня. Стрельба на высоком режиме огня проводится только после испытания арт-орудия на прочность и при получении удовлетворительных результатов испытания боеприпасов.
3. Испытания в различных естественных климатических условиях
Проводятся такие испытания артиллерийских орудий и элементов выстрелов в условиях жаркого климата и низких температур для проверки надежности работы материальной части и выстрела в этих условиях, а также в условиях значительной за-пыляемости огневой позиции после каждого выстрела. Кроме того, в указанных климатических условиях проводятся испытания возкой для определения прочности и надежности орудия. Особое внимание при проведении режимных стрельб в различных климатических условиях, особенно в условиях, высоких температур, следует обратить на работу противооткатных устройств и механизмов затвора. При этих стрельбах производится измерение температур ствола, стенок тормоза отката и накатника, жидкости в тормозе отката и стенок экстрактированных гильз. Температура гильз измеряется с помощью термоэлектрического пирометра, состоящего из переносной ленточной термопары и пирометрического милливольтметра.
4. Испытание орудийных стволов на живучесть
Испытание стволов на живучесть проводится с целью определения падения баллистики ствола в зависимости от его стрелян-
409
ности и установления числа выстрелов, при котором ствол достигает предела живучести. Испытания на живучесть стволов проводятся стрельбой основным для данного орудия снарядом на полном заряде. Для современных артиллерийских орудий признаком достижения стволом предела живучести, как правило, служит систематическое срезание ведущих поясков снарядов и обусловленное этим резкое ухудшение кучности боя орудия по местности и по щитам, а также неправильный полет снарядов,- приводящий к появлению траекторных разрывов и отказам действия снарядов у цели. Поэтому при испытаниях орудийных стволов на живучесть периодически проверяются: дальность и кучность боя по местности, функционирование ведущих поясков, поле снаряда, угол нутации и начальная скорость.
5. Испытание эжекционных устройств
Проводится с целью определения эффективности продувания канала ствола орудий танковой или самоходной артиллерии после выстрела. Перед' проведением испытания эжекционное устройство осматривается и размечается. После испытания производится проверка разметки и осмотр общего состояния эжектора. В процессе испытания производится измерение давлений пороховых газов в ресивере эжектора и запись кривых скоростей отката и наката и движения клина при открывании канала .ствола, а такж,е взятие проб воздуха для определения загазованности боевого отделения. Оценка функционирования эжек-ционного устройства дается на основании результатов регистри руемых при испытании процессов, анализа взятых проб воздуха и результатов проверки разметки эжектора и его осмотра.
12. 8. ИСПЫТАНИЯ АРТИЛЛЕРИЙСКИХ ОРУДИЙ ВОЗКОЙ И ПРОБЕГОМ
1. Испытание орудий наземной артиллерии
Испытание орудии наземной артиллерии возкой имеет целью определить прочность и надежность испытываемого орудия в условиях его транспортировки. При этом устанавливаются удобство и надежность сцепки орудия с тягачом, достаточность тяговых качеств тягача при возке в разное время года и в различных дорожных условиях. Кроме того, при испытании артору-дий возкой производится определение эксплуатационно-походных свойств образца в сцепке с тягачом или автомашиной.
Скорость походного движения определяется конструкцией орудия и задается в тактико-технических требованиях. В процессе разметки и обмера деталей ходовых частей производится наклейка тензорезисторов, установка соответствующих датчиков и измерительной аппаратуры для определения в процессе испытаний следующих характеристик:
—- напряжений в торсионных валиках или других упругих
410
деталях подрессоривающих механизмов и в других напряженно-работающих при возке деталях;
— ускорений вертикальных колебаний подрессоренных частей;
— тяговых усилий на сцепных устройствах орудия и тягача;
— синхронности срабатывания тормозных систем орудий и тягача;
— пути и скорости движения артиллерийского поезда;
— характерных моментов при испытаний (момент упора кривошипа в ограничительный буфер и др.).
Получаемые опытные данные, а также результаты проверки разметки и общего осмотра орудия после испытания дают возможность объективно оценить результаты испытаний.
Испытание орудий танковой и самоходной артиллерии про- -бегом имеет целью определить прочность и надежность крепления орудия и боеприпасов в башне танка или в боевом отделении самохода и прочность орудия в целом в условиях похода, а также проверить удобство размещения экипажа и наблюдения из машины при движении. Половина объема испытаний пробегом производится с незакрепленной по походному качающейся частью орудия.
2. Определение эксплуатационно-походных свойств артиллерийского орудия
К эксплуатационно-походным свойствам артиллерийского орудия относят: проходимость артиллерийской системы, податливость артиллерийского поезда, гибкость ходов артпоезда, независимость ходов артпоезда на походе, боковую походную устойчивость артпоезда, достаточность величины клиренса, преодоление подъемов и спусков, проходимость поезда на мягких грунтах.
Проходимость артсистемы в сцепке с тягачом в тяжелых дорожных условиях и по мягким грунтам характеризуется величиной относительной нагрузки q, определяемой по формуле
где Q — нагрузка на колесо с учетом его массы;
Ь — ширина шины колеса;
D — наружный диаметр шины колеса, и величиной удельного давления в плоскости контакта шины колеса с нагрузкой ^1, равной
где F — площадь контакта шины колеса с дорогой.
411
Площадь контакта шины колеса с дорогой определяют при проведении статических измерений (снимают на бумагу отпечаток следа колеса). Для этой цели поднимают колесо, измеряют его диаметр в разгруженном состоянии, наносят на протектор слой, краски и прикладывают лист плотной бумаги. При нагружении колеса (его опускании) на бумаге остается отпечаток, площадь которого определяется с помощью планиметра. В этом положении измеряют диаметр колеса. По величинам измеренных диаметров до и после нагружения колеса определяют стрелу проседания колесной шины.-
Рис. 12. 1. Параметры проходимости артиллерийского орудия с тягачом
Степень приспособленности колесного артиллерийского орудия к преодолению препятствий и к движению по пересеченной местности определяется (рис. 12. 1,а):
— клиренсом по сошникам (Кс) и нижней точке лафета (Кл);
— радиусом проходимости продольным R и поперечным (г),
— углами' проходимости передним по -сошнику а и задним по стволу Р;
— поворотливостью ф, т. е. возможностью свободного разворота орудия в горизонтальной плоскости;
— гибкостью ср и независимостью ходов артпоезда и измеряемых величинами углов наклона ходов в продольной и поперечной вертикальных плоскостях.
Клиренсы Ко и Кл определяют измерением при сцеплении орудия с тягачом. Поперечный радиус проходимости г определяют графически на вычерченном в масштабе контуре артору-дия, как радиус окружности, вписанной между левым и правым колесами и проходящей через одну из наиболее низких точек данного хода (рис. 12. 1,6).
Продольный радиус проходимости R определяется аналогично, но в этом случае окружность проводится через точки соприкосновения с дорогой колес заднего и переднего ходов или колес тягача и одной из низших точек лафета. Передний угол проходимости а характеризует приспособленность системы
412
к преодолению подъемов и спусков, не задевая хоботовой частью орудия, грунта. Этот угол может быть определен как угол, образованный полотном дороги с плоскостью, проходящей через нижнюю точку хоботовой части орудия в походном положении и касательную к окружности задних колес; Задний угол проходимости есть угол, образованный полотном дороги с плоскостью, проходящей через нижнюю точку дульного среза ствола и касательную к окружности колеса. Величина этого угла характеризует максимальный угол подъема или спуска, при котором дульная часть ствола коснется грунта. Наибольшие допустимые углы отклонения прицепного орудия относительно тягача в горизонтальной и t вертикальной плоскостях определяются опытным путем на местности или с помощью крана при поднятии или отклонении орудия. Независимость ходов артпбезда определяется экспериментально и только в тех случаях, когда крюк тягача й шкворневая балка орудия в сцепке не имеют свободного вращения вокруг продольной оси. Устойчивость орудия на походе в поперечном направлении оценивается величиной предельного угла поперечного наклона, при котором возможно опрокидывание. Предельный угол крана орудия определяется непосредственно на опыте.
12. 9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДОБСТВА ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБРАЗЦОВ АРТИЛЛЕРИЙСКИХ ОРУДИЙ
Для полной оценки обслуживания артиллерийского орудия необходимо разрабатывать схемы работы орудийного расчета при переводе орудия из походного положения в боевое и обратно, а также при проведении стрельбы, и проверять их выполнимость, выяснить условия работы с орудиями на огневой позиции. Для чего определять линейные размеры и взаимное расположение прицельных устройств и маховиков наведения, степень укрытия номеров орудийного расчета щитом орудия и демаскирующие свойства щита, условия работы отдельных номеров расчета и возможность перекатывания орудия силами орудийного расчета на наибольшие расстояния.
Удобство работы орудийного расчета зависит от некоторых линейных размеров орудия и от усилий, которые необходимо прикладывать к механизмам орудия. Характерными являются следующие размеры артиллерийского орудия: высота линии огня от . земли и положение казенной части орудия относительно земли при наибольшем угле возвышения; расстояние по вертикали от земли до осей маховиков механизмов наведения; расстояние по горизонтали от окуляра прицела до осей маховиков механизмов наведения; взаимное расположение окуляра панорамного прицела прямой наводки и маховиков механизмов наведения.
В процессе испытаний орудий танковой и самоходной артиллерии устанавливаются габаритные размеры боевого отделения
413
и расположенные в нем вооружения, рабочих мест, экипажа, боеукладки и оборудования с точки зрения удобства размещения людей и обеспечения нормальных условий для их работы; герметичность бронировки; расположение люков и лазов, удобства стен, пола и потолка боевого отделения; наличие высту-. пающих частей, мешающих работе номеров экипажа; достаточность освещения боевого отделения; наличие надписей и указателей, обеспечивающих правильный уход и эксплуатацию орудия, приборов и механизмов танка или САУ, устройство люков для стрельбы из личного оружия, удобств открывания и закрывания их; наличие специальных мест и укладок для ЗИПа, инструмента, личных вещей экипажа, сухого пайка, воды, санитарных сумок и противогазов. Для анализа условий работы номеров расчета и удобства обслуживания орудий танковой и самоходной артиллерии необходимо проверить: удобство пользования оборудованием боевого отделения; удобство ^проверки жидкости и давления воздуха в противооткатных устройствах, удобство доливки жидкости и наполнения воздуха; удобство вынимания затвора орудия, его разборки и замены деталей, а также удобство вынимания всего орудия из боевого отделения; удобство приведения орудия из походного положения в боевое и обратно; влияние вибрации танков и качки на состояние экипажа, а также достаточность амортизации сидения экипажа; надежность предохранения людей от ушибов при толчке и качке; шум и сотрясение от работающих моторов и влияние их на экипаж; обзорность через смотровые приборы и щели боевого отделения с составлением схемы обзорности.
Артиллерийское орудие должно быть безопасным при обслуживании как в мирное, так и в военное время. При проверке эксплуатационных качеств орудия необходимо обращать внимание на следующее. Наличие и достаточность различного рода предохранителей, стопоров и блокировочных устройств, обеспечивающих безопасную работу с орудием как при стрельбе, так и при всех других видах эксплуатации. Наличие и достаточность защитных ограждений, имеющих целью предотвращение травм номеров орудийного расчета откатывающимися частями при стрельбе. Наличие и достаточность надежных в работе приспособлений, обеспечивающих удобную и безопасную разборку и сборку орудия и его механизмов. С целью безопасности обращения и контроля правильности сборки артиллерийского орудия, как правило, должны иметь механизмы взаимной замкнутости затвора с противооткатными устройствами, исключающие возможность выстрела при неполном соединении ствола с тормозом отката и накатником (для орудий, у которых ствол* отсоединяется для походного положения).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ананьев И. Н. Основы устройства прицелов. М., Воениздат, 1947, 440 с.
2. Артиллерия и ракеты. Под ред. К. П. Казакова. М., Воениздат, 1968„ 335 с.
3. Козловский Д. Е. Курс артиллерии. М., Воениздат, 1941, 648 с.
4. Латухин А. Н. Современная артиллерия. М., Воениздат, 1970, 318 с.
5. Переезда С. А. Зенитные комплексы. М., Воениздат, 1973, 269 с.
6. Проектирование ракетных и ствольных систем. Под ред. Б. В. Орлова.. М., «Машиностроение», 1974, 828 с.
7. Садовский В. Г. Основания устройства материальной части артиллерии М., Воениздат, 1956, 449 с.
8. Словарь ракетных и артиллерийских терминов. М., Воениздат, 1968„ 335 с.
9. Толочков А. А. «Теория лафетов». М., Оборонгиз, 1960, 345 с.
10. Третьяков Г. М. Боеприпасы артиллерии. М., Воениздат, 1947, 346 с.
11. Chinn George Morgan «The machine gun.» Vol. 4.
Washington U. S. Govt Print off, 1955, 295 p.
B —2616
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
А
Автомат артиллерийский 91
Автоматика артиллерийского орудия
91
— затвора 168
Амортизатор минометный 147
Б
Балка орудийная хребтовая 288
Баллистика внешняя 404
— внутренняя 81
— промежуточная 81, 403
Башня артиллерийская 22
Боеприпас артиллерийский 25
В
Ветвь траектории восходящая 373 — нисходящая 373
Взрыватель 36, 47
Визир прицепа 362
Волна дульная 36
Втулка капсюльная 56
Выстрел 37, 78, 25
Г
Гаубица 67
Г идроавтоматика артиллерийского
орудия 157
Гильза зарядная 57
д
Двунога минометная 297
Досылатель 63
— пневматический 209
— пружинный 210
Досылка 91
Ж
Живучесть артиллерийского орудия 75
— ствола 75
3
Зарядник 54
Заряд боевой 54, 62
Затвор 63
— клиновой 63, 111
— поршневой 63
— продольноскользящий 109
К
Казённик 61, 63, 127
Камора зарядная 63
Компенсатор тормоза откатных частей 63, 135
— уравновешивающего механизма 65
Комплекс артиллерийский 11
Коробка лобовая 290
Л
Лафет 64, 286
Лейнер 140
Лента артиллерийская патронная 199
Люлька 64, 272
М
Механизм вертикальной наводки 317
— горизонтальной наводки 321
— закрывания затвора 91
— открывания затвора 91
— перезаряжания орудия 91
— подачи артиллерийских боеприпасов 91, 189
— стабилизация орудия 17, 327
Механизм стреляющего приспособле-
ния спусковой 91
— уравновешивающий 65, 300
Механизмы автоматики артиллерийского орудия 65
Миномет 67
Н
Наводка арт. орудия 313, 355
— вертикальная 313, 355
— горизонтальная 313, 355
416
— непрямая 357
— полупрямая 355
— прямая 356
Накат затвора 63
— ствола 64
Накатник 64, 239
— пневматический 245
— пружинный 241
О
Обойма люльки соединительная 127
— цапфенная 69
Опора лобовая 65
— хоботовая 65
Орудие артиллерийское 61
— авиационное 23
— автоматическое 91
— безоткатное 70
— зенитное 15.
— корабельное 21
— наземное 11
— неавтоматическое 182
— самодвижущееся 12
Орудие артиллерийское самоходное 13
— противотанк 13, 20
— с выкатом 66
— танковое 13
Ось боевая 286
Откат затвора 64
— ствола 84, 217
Открывание затвора 170, 172
Охлаждение ствола 156
П
Панорама артиллерийская 367
Плита миномётная 297
Подача арт. боеприпасов ленточная
199
— магазинная 196
— обойменная 197
— ручная 196
Пороха 31
Последействие пороховых газов 81
Приборы наводки орудия 337
— стабилизации орудия 327
— стрельбы 327
Привод досылателя 63
— затвора 64
— наводки орудия 65
— подачи 193
Приспособление стреляющее 186
— ударное 187
— электрическое 190
Прицел 354
Пушка 66
Пушка-гаубица 67
С
Снаряд артиллерийский 38
Скорострельность орудия 73
— практическая 73
— техническая 73
Стабилизация орудия 327
Станина орудия 65
Станок верхний 65, 279
— нижний 64, 285
Ствол 62, 127
— автоскрепленный 138
— гладкий 62
— моноблок 129
— многослойный 134
— нарезной 62, 151
— скрепленный 134
— составной 69, 145
Стрельба артиллерийская 371, 403
Т
Тормоз дульный 63, 83, 160
— наката ствола 217
— отката ствола 217
— откатных частей 217
Траектория снаряда 65, 68
— крутая 65
— пологая 65
Труба ствола свободная 69, 127, 140
У
Уравновешивание арт. орудия 65
Ускоритель перезаряжания 212
Устройства противооткатные 217
Устройство опорно-поворотное 295
Ч
Части арт. орудия неоткатные 298 — откатные 64
Часть арт. орудия вращающаяся 65
— качающая 65
Часть орудия опорная 65, 290
— ходовая. 65, 287
Ш
Штырь боевой 37
Э
Экстрактор 183
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие....................................................... 3
Введение....................................'...................... 5
Глава 1. Общие сведения об артиллерийском вооружении.............11
1.1. Артиллерия сухопутных войск.............................. 11
1.2. Морская артиллерия....................................... 21
1.3. Артиллерийское вооружение авиации.........................23
Глава 2. Артиллерийские боеприпасы .............................25
2.1. Взрывчатые вещества и пороха..............................25
2.2. Артиллерийский выстрел....................................37
2.3. Снаряды...................................................38
2.4. Взрыватели................................................47
2.5. Заряды....................................................54
2.6. Гильзы.................................................. 57
Глава 3. Артиллерийские орудия......................................61
3.1. Основные части.............:..............................61
3.2. Типы орудий и их конструктивные схемы.................... 66
3.3. Основные Тактико-технические характеристики...............71
3.4. Явление выстрела в канале ствола..........................78
3.5. Действие выстрела на орудие с откатом ствола..............84
Глава 4. Артиллерийские автоматы...................................91
4.1. Классификация автоматов. Автоматы с использованием энергии отдачи и отводимых пороховых газов............................91
4.2. Некоторые характерные конструктивные схемы артиллерийских автоматов....................................................108
4.3. Многокаморные и многоствольные автоматы с использованием энергии пороховых газов и от посторонних источников ... .114
Глава 5. Стволы и казенники..................................... 127
5.1. Назначение стволов и требования, предъявляемые к ним. Классификация стволов........................................127
5.2. Конструктивные разновидности стволов.....................129
5.3. Канал ствола — зарядная камора, направляющая часть канала, нарезы.......................................................148
5.4. Живучесть орудийных стволов и меры ее повышения..........154
5.5. Охлаждение стволов.......................................156
5.6. Устройство для продувания канала ствола..................159
5.7. Конструкции дульных тормозов.............................160
5.8. Казенники. Типы казенников. Соединения ствола с казенником 162
Глава 6. Механизмы перезаряжения и производства выстрела .... 165
6.1. Узел запирания канала ствола и его взаимрдействие с гильзой при выстреле................................".............165
418
Стр.
6.2. Затворы.................................................. 168
6. 3. Экстр актирующие устройства............................. 181
6. 4. Механизмы производства выстрела........................ 186
6. 5. Механизмы подачи патронов.............................. 192
6. 6. Досылающие устройства.................................. 207
6.7. Ускорительные механизмы................................. 211
Глава 7. Противооткатные устройства .................. 217
7. 1. Назначение противооткатных устройств и требования, предъявляемые к ним. Схемы противооткатных устройств................. 217
7.2. Сопротивление гидравлического тормоза................... 218
7. 3. Классификация гидравлических тормозов.................. 223
7.4. Конструктивные схемы гидравлических тормозов ...... 225
7.5. Компенсаторы гидравлических тормозов.................... 235
7. 6. Накатники артиллерийских орудий........................ 239
7.7. Уплотнения, пробки, вентили в противооткатных устройствах.
Способы заполнения и проверки количества жидкости и газа 250
7.8. Газы и жидкости, применяемые в противооткатных устройствах 263
7.9. Соединения противооткатных устройств с люлькой и казенником ........................................................ 266
Глава 8. Опорные устройства ствола, качающейся и вращающейся частей........................................................ 272
8. 1. Люлька................................................. 272
8.2. Верхний станок.......................................... 279
8. 3. Нижний станок. Механизмы выравнивания и горизонтирования 285
8.4. Опорные устройства частей минометов и безоткатных орудий 296
Глава 9. Механизмы лафета . к.................................... 300
9. 1. Уравновешивающие механизмы............................. 300
9. 2. Механизмы наводки...................................... 312
9.3. Механизмы стабилизации орудия.......................... 327
Глава 10. Артиллерийские приборы................................. 332
10. 1. Общие сведения....................................... 332
10. 2. Оптические приборы наблюдения и измерения координат . . 337
10. 3. Радиолокационные приборы (станции)..................... 344
10. 4. Приборы звуковой разведки............................ 351
10. 5. Приборы ночного видения....................'........... 351
10.6. Топопривязчик . ........................................ 353
10.7. Прицелы................................................. 354
10.8. Подготовка к стрельбе наземной артиллерии и таблицы стрельбы.................................................... 371
10. 9. Автоматизация управления артиллерией................... 374
Глава 11. Конструктивные особенности самоходных артиллерийских установок. Артиллерийские тягачи. Лафет как повозка........... 379
11. 1. Компоновка САУ . . . .................................. 379
11. 2. Моторно-трансмиссионное отделение САУ.................. 383
11.3. Узлы ходовой части машины............................... 386
11.4. Подвески гусеничных машин............................... 389
11.5. Корпус машины........................................... 391
11.6. Устойчивость машины при движении........................ 392
11.7. Артиллерийские тягачи................................... 394
11.8. Лафет как повозка...................................... 395
Глава 12. Полигонные испытания................................... 401
12. 1. Общие положения........................................ 401
12.2. Статические измерения и разметка........................ 402
419
Стр.
12.3. Баллистические стрельбы при опытных испытаниях артилле-.
рийских орудий........................................... 403
12.4. Внешнебаллистические испытания ‘.........................404
12.5. Испытания снарядов..................................... 405
12.6 Определение боевых и служебно-эксплуатационных характеристик ........................................................ 406
12.7. Испытания стрельбой на прочность и надежность работы артиллерийских орудий....................................... 408
12.8. Испытания артиллерийских орудий возкой и пробегом . . . 410
12. 9. Определение удобства эксплуатации образцов артиллерийских орудий.......................................................; 413
Список литературы ................................................ 415
Предметный указатель.......................................... . 416
Ипполит Иванович Жуков, Владимир Александрович Башкатов, Тевель Мордухович Городинский, Николай Николаевич Донец, Александр Иванович Данилов, Лев Михайлович Крупчатников, Исаак Гиршевич Лившиц, Герман Федорович Николаев, Георгий Николаевич Рыбин, Петр Александрович Токарев
АРТИЛЛЕРИЙСКОЕ ВООРУЖЕНИЕ ОСНОВЫ УСТРОЙСТВА И КОНСТРУИРОВАНИЕ.
Редактор издательства Г, П. Филипповская Художник Л. С. Вендров
Техн, редактор Т. С. Старых Корректор Е. П. Карнаух
Сдано в набор 7/II-1975 г. Подписано к печати 8/V-1975 г.
Формат 60X90716 Бумага № 2 Печ. л. 26,25
Тираж 3500 экз. Изд. зак. 3595
• Т-07449
Уч.-изд. л. 26,41
Цена 1 р. 15 к.
Издательство «Машиностроение», 107885 Москва, Б-78, 1-й Басманный пер., 3.
Московская типография № 8 Союзполиграфпрома при Государственном комитете Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
Хохловский пер., 7. Тип. зак. 2610
418