Расчет вскрытия на траектории боеприпаса с произвольно движущимся корпусом

Представление боеприпаса в виде тепломеханической системы переменной структуры

Рассматривалась задача расчета пиродинамики разделения на траектории стабилизированного вращением контейнера, состоящего из шести пусковых труб, размещенных соосно внутри цилиндрического корпуса. В трубах установлены предназначенные для пиродинамического выброса собранные в блоки суббоеприпасы. Схема осевого разреза контейнера в процессе вскрытия представлена на рис. 8.40. Блоки суббоеприпасов приводятся в движение относительно корпуса продуктами сгорания вышибных зарядов, помещенных в пусковых трубах. После выхода суббоеприпаса из пусковой трубы он отделяется от блока и начинает свободное движение в атмосфере с начальными условиями, соответствующими моменту отделения. Контейнер с движущимися в нем суббоеприпасами рассматривается как система из шести сосудов S32, S33, S34, S35, S36, S37, в которых движутся подвижные элементы (ПЭ), масса которых ступенчато изменяется в момент отделения от ПЭ суббоеприпаса, являющегося одной из частей этого ПЭ. В момент отделения последнего суббоеприпаса сосуд, являющийся подпоршневым объемом этого боеприпаса связывается с атмосферой S1. Моментом отделения последнего суббоеприпаса данного ПЭ (блока суббоеприпасов) считается момент отхода дна суббоеприпаса от среза пусковой трубы на половину радиуса. До этого момента площади газодинамических связей К31 —К36 меняются линейно. После этого они считаются равными площади среза трубы. Процесс отхода последнего в блоке суббоеприпаса от среза пусковой трубы схематично изображен на рис. 8.41. После отделения суббоеприпаса от ПЭ к системе подключается очередной со;

Рис. 8.40. Схема контейнера с суббоеприпасами и полный граф газодинамических связей системы

Рис. 8.41. Раскрытие газодинамической связи подпоршневого объема с атмосферой при выходе ПЭ из пусковой трубы

суд S2,…, S31, имитирующий свободную атмосферу, в которой движется отделившийся суббоеприпас. Сосудам указанного типа в рамках базы данных ППП «МАТМЕХ» присвоен тип 07.

Суббоеприпас рассматривается как осесимметричное свободно движущееся в атмосфере твердое тело без подвижных элементов, движение которого описывается уравнениями (5.54)—(5.68). При этом в сосуде типа 07 параметры атмосферы задаются в зависимости от текущей высоты центра масс суббоеприпаса. Интегрирование уравнений движения суббоеприпаса продолжается до заданного момента времени, либо до его падения на землю. В последнем случае естественно рассчитывается пятно разброса суббоеприпасов разделяющегося контейнера. В период разделения контейнера с ПЭ рассматривается как механическая подсистема, динамика которой описывается уравнениями модели, представленной в разделе 5.5. При этом корпус контейнера рассматривается как свободно движущееся в атмосфере твердое тело с подвижными элементами. Это тело рассматривается как подвижный элемент сосуда S1. После опорожнения контейнера он продолжает двигаться до заданного момента времени либо до момента падения. Внутренняя баллистика рассматриваемой системы оказывается достаточно простой. Расчет внутрибаллистических параметров сводится к расчету горения вышибных зарядов в сосудах S32, S33, S34, S35, S36, S37 с ПЭ, и последующего истечения продуктов сгорания в атмосферу. В расчете учитывались тепловые потери на прогрев стенок, которые считались изотермическими. В каждом из сосудов S32—S37 рассматривались четыре участка теплообмена стенок. При этом участок 1 представлял собой цилиндрическую поверхность стенки пусковой трубы, вступающую в тепловой контакт с продуктами сгорания по мере перемещения ПЭ. Участки теплообмена стенок сосуда S32 схематично изображены на рис. 8.42.

Рассчитывалось вскрытие модельного контейнера со следующими параметрами. Корпус контейнера считался цилиндром длиной 1,7 м, с диаметром 0,03 м, массой 30,7 кг, осевым моментом инерции J_xl = = 0,412 кг-м², экваториальными моментами инерции J_yl = J_zl = = 19,64 кг-м². Шесть пусковых труб располагались соосно корпусу на расстоянии 0,115 м от оси корпуса. Суббоеприпасы представляли собой осесимметричные тела вращения с длиной 0,288 м, массой 1,96 кг, диаметром 0,065 м, осевым моментом инерции J_l = 1,035 • 10^_3 кг • м², и эк;

Рис. 8.42. Участки теплообмена со стенками в подпоршневом объеме

ваториальными моментами инерции 7,742 • 1СГ³ кг ?? м². Суббоеприпасы собирались в блоки (ПЭ) по пять штук. Расстояние от торца собранного блока до среза пусковой трубы составляло 0,24 м. ПЭ фиксировались элементами форсирования в виде срезаемых штифтов. Диаметр и материал штифтов выбирались так, чтобы обеспечить давление форсирования 40 ати. Начальная длина подпоршневых объемов составляла 0,02 м. В них располагались вышибные заряды пороха ДРП1 массой 0,01 кг. При расчете аэродинамического сопротивления суббоеприпасов и корпуса учитывались лобовое сопротивление и поперечная сила, а также стабилизирующий момент. На рис. 8.43 представлены вводившиеся в расчет зависимости С_х(5), С_у(5), М_ст(8) для трех значений числа Маха М = 0,8, 0,9, 1,2. Зависимости вводятся в базу данных ППП «МАТМЕХ» в виде таблиц. Промежуточные значения получаются линейной интерполяцией по переменным 5, М.

Аэродинамические характеристики корпуса считались равными таковым для суббоеприпасов. В начальный момент движение корпуса предполагалось горизонтальным и правильным. Начальная скорость центра масс корпуса равнялась 300 м/с. Начальная угловая скорость ю_х1 = 628 1/с. Рассматривалось два способа включения вышибных зарядов. В случае 1 полагалось, что вышибные заряды срабатывают одновременно. При этом движение ПЭ в корпусе должно быть близким.

Рис. 8.43. Аэродинамические характеристики суббоеприпасов:

7 —/И = 0,18; 2 —/И = 0,9; 3 —/И = 1,18.

к симметричному, что обеспечивает динамическую симметрию системы и близкое к правильному движение корпуса в процессе вскрытия. В случае 2 вышибные заряды в сосудах S32, S33, S34, S35, S36, S37 включались последовательно с интервалом 0,01 с.