Баллистические установки и их применение в кспериментальных исследований

Под ред. Н, А, Элатина, Г. И. Мишина . – М.: Из-во Гл. ред. ФМЛ. 1974. 533.601/Б №251220.

ВВЕДЕНИЕ

В ходе технического прогресса перед учеными и инженерами возникают новые, все более и более сложные задачи. Решение этих задач невозможно без использования современных, отвечающих уровню задач, методов исследования. Так, в пятидесятых годах бурное развитие энергетической, космической, авиационной и некоторых других, отраслей новой техники потребовало изучения процессов, характеризующихся скоростями порядка нескольких километров и даже десятков километров в секунду. nike air max soldes К таким процессам относятся, например, движение космических аппаратов в различных газовых средах, взаимодействие космических аппа ратов с метеорными телами и т. п. Естественно, что для ис следования этих процессов необходимо было, прежде всего, раз работать методы сообщения высоких скоростей телам различ ных, заранее заданных форм и размеров. Необходимо было, далее, разработать аппаратуру, позволяющую регистрировать интересующие исследователя параметры указанных быстропротекающих процессов. Необходимо было, наконец, построить физически обоснованные модели изучаемых процессов и предложить расчетные схемы. Известно, что с помощью обычных артиллерийских и стрел ковых систем твердым телам могут быть сообщены скорости, не превышающие 1000 -|- 1500 м/сек. Если в этих системах удлинит! ствол (до 160 калибров или более) и использовать пороховьк заряды, вес которых на порядок больше веса выстреливаемое тела, то скорости метания можно увеличить примерно до 2000 — 2500 м/сек. Однако дальнейшее увеличение скоростей метания из обычных пороховых систем оказывается принципиально не возможным. Дело в том, что пороховые газы имеют высокий моле кулярный вес (около 28), т. е. характеризуются относительш малой скоростью звука и, соответственно, малой скоростью рас ширения (истечения). Поэтому необходимо было найти прин ципиально новое решение задачи. nike roshe run И такое решение было найдено. Было предложено применять для разгона тел легкие газы (водород, гелий). Заполнение каморной части стреляющих устройств легким газом и использование для повышения давления и температуры газа порохового заряда позволило снизить молекулярный вес рабочей газовой смеси до 14 — 15 и поднять скорость метания примерно до 3000 м/сек. Кардинальным шагом в развитии легкогазовых метательных устройств было применение поршня, которым каморная часть установки разделялась на два объема («двухступенчатый принцип»). Один из этих объемов предназначался для порохового заряда, а другой, примыкающий к стволу, — заполнялся легким газом. При воспламенении порохового заряда поршень начинал двигаться, сжимал легкий газ, а последний, расширяясь, сообщал скорость метаемому телу. Идея использования двухступенчатого принципа для высокоскоростного метания тел оказалась весьма плодотворной. Уже в середине пятидесятых годов в различных странах существовало, по-видимому, несколько десятков двухступенчатых легкогазовых метательных устройств. Экспериментальные исследования, проведенные на этих установках, позволили найти оптимальные конструктивные решения для различных узлов легкогазовых устройств. На отдельных установках были получены скорости метания в 10 км/сек и даже более высокие. Такие скорости существенно ‘превосходят скорость звука в рабочем газе. Это означает, что в легкогазовых метательных устройствах должны играть большую роль волновые эффекты, возникающие в рабочем газе. Следовательно, расчет конструктивных и баллистических параметров легкогазовых устройств не может опираться на методы классической баллистики, пренебрегающие волновыми процессами, а требует развития более общего подхода. Поэтому содержанием нового раздела внутренней баллистики — теории высокоскоростных легкогазовых устройств — является решение общих уравнений газовой динамики современными средствами вычислительной математики. Изложению основ теории высокоскоростных легкогазовых устройств и принципов расчета их конструктивных и баллистических параметров посвящены первая и вторая главы настоящей книги. Современные баллистические установки представляют собой комплекс, состоящий из порохового или легкогазового метательного устройства, сообщающего метаемому телу («модели») требуемую скорость и определенный вид движения, и регистрацион-но-измерительной аппаратуры, размещенной вдоль некоторого участка траектории движения модели. Особенности баллистического метода как в случае изучения процесса соударения твердых тел, так и при проведении аэробаллистических исследований обусловлены тем, что модель перемещается в пространстве, а длительность наблюдаемых процессов мала Среди задач, в решении которых установки для высокоско юст-ного метания в комплексе с аппаратурой для регистрации быстропротекающих процессов играют определяющую роль, назвают задачу о соударении твердых тел. Задача о соударении двух (или нескольких) тел — одна из наиболее древних, и изучение процесса соударения твердыл тел с целью установления закономерностей, управляющих этим процессом, привлекает ученых и практиков на протяжении многих веков. Особенно возрос интерес к этой задаче в последние десятилетия. Если раньше практически использовались скорость соударения от ~ 1 м/сек (кузнечное дело) до ~1 км/сек (артиллерия), то в настоящее время развитие геофизики, астрофизики, физики высоких давлений и ряда отраслей новой техники требует выяснения закономерностей соударения твердых тел при cкopoстях встречи, изменяющихся в широком диапазоне вплот до 100 км/сек. Например, столь высоких значений могут достигать, как уже указывалось выше, скорости соударения метеорных тел с космическими аппаратами. Исходя из самых общих физических соображений, можно был ожидать, что закономерности соударения твердых тел при скоростях порядка 10 км/сек и более высоких должны существенно отличаться от закономерностей, имеющих место при скоростях; 1 — 1000 м/сек. Так это и оказалось. Исследованиями многих отечественных и зарубежных ученых показано, что при высокоскоростном соударении твердых тел определяющую роль играют волновые явления, гидродинамические и термические (плавление, тепловой взрыв) эффекты. Установлены основные физические закономерности соударения металлических тел, и предложены различные модели процесса. Изложению этих вопросов посвящена глава четвертая. Другой областью применения баллистических установок являются аэродинамические исследования, начало которым было положено артиллеристами еще в прошлом веке при изучении вопросов внешней баллистики. Особенно быстрое совершенствование аэробаллистического метода имело место в совсем недавние годы в связи с решением задач ракетной и космической техники. В отличие от других методов аэродинамических исследований, в которых изучается взаимодействие ускоренного потока с неподвижной или совершающей ограниченное движение моделью, баллистический эксперимент является, по существу, летным испытанием в лабораторных условиях. Он обладает рядом достоинств, благодаря которым результаты баллистических испытаний существенно дополняют данные исследований в аэродинамических трубах. Наиболее важными достоинствами аэробаллистического метода являются: широкий диапазон изменения чисел Маха и Рейнольдса, возможность получения больших значений чисел Maхa и Рейнольдса и энтальпий торможения, отсутствие каких-либо державок для крепления модели, невозмущенный набегающей поток, точный и надежный контроль всех параметров набегающе о потока, возможность исследования нестационарных аэродинамических явлений. Баллистические установки, предназначаемые для аэро- и газодинамических исследований, можно разделить на два типа. К первому относятся установки, получившие название аэробаллистических стендов. Adidas Soldes В этих установках исследуемая модель выстреливается в неподвижный воздух («открытые» установки) или в камеру, в которой давление и состав газа, а иногда и температура могут изменяться («закрытые» установки). Ко второму типу относятся установки, в которых модель выстреливается навстречу сверхзвуковому потоку аэродинамичской трубы. Такие установки получили название аэробаллистических труб. эксперименты при значении числа Маха, равном 83. Ни в каких других установках столь высокие значения чисел Маха реализованы не были. С помощью баллистического метода в настоящее время определяются аэродинамические характеристики моделей в воздухе и в других средах, изучаются физико-химические явления, coпровождающие движение тел со сверхзвуковыми и гиперзвуковыми скоростями, и т. д. Большие возможности баллистический метод открывает для исследования газодинамических и физиче процессов в ближнем и дальнем гиперзвуковом следе. В последней, пятой главе приведены схемы баллистиче установок разных типов, изложена методика проведения экспериментов и обсуждаются некоторые результаты, иллюстрирующие возможности аэробаллистического метода исследований. basket nike air max 1

ГЛАВА I ВЫСОКОСКОРОСТНЫЕ МЕТАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
§ 1.1. Предварительные замечания

В последние десятилетия в области артиллерийской техники возникло новое направление — создание средств высокоскоростного метания, т. е. устройств для метания тел со скоростью, превышающей 2500—3000 м/сек. В связи с тем, что в этих устройствах применяются легкие газы (водород или гелий), их обычно называют легкогазовыми пушками, легкогазовыми или газодинамическими установками. Ниже высокоскоростные метательные устройства, в которых в качестве метающего газа используется водород или гелий, будут сокращенно обозначаться ЛГУ. В настоящее время с помощью ЛГУ телам сообщаются скорости, превышающие 10000 — 12000 м/сек. Легкогазовые установки применяются для проведения научных исследований в области аэродинамики и физики соударения твердых тел. Помимо ЛГУ в лабораторных исследованиях применяются высокоскоростные метательные устройства, в которых разгон тела производится электродинамическими силами, а также кумулятивные заряды различных конструкций. В связи с тем, что в современных баллистических установках и стендах используются главным образом пороховые и легкогазовые метательные устройства, ниже основное внимание будет сосредоточено на газодинамических методах разгона тел. I. В области теории расчета ЛГУ наметились два основных направления. Первое характеризуется стремлением получить приближенные аналитические зависимости, описывающие процесс движения снаряда при очень «вольных» предположениях (см., например, работы [1-4]). Второе характеризуется стремлением получить точную картину движения во всей ее сложности с помощью численных методов. При наличии точного решения можно получить приближенное решение с помощью тех или иных аппроксимаций (см., например, работы P~9J). 1 II. При проектировании ЛГУ используются различные, как весьма приближенные, так и вполне строгие, методы расчета. air max griffey Однако результаты расчетов в большинстве случаев щественно расходятся с экспериментальными данными (особенно существенно при определении максимального давления газа). Объяснение этого факта кроется в том, что даже наиболее совершенная методика газодинамического расчета установок вынуждена опираться на ряд неизбежных допущений (одномерное течение, отсутствие вязкости и т. д.). bottes ugg pas cher Поэтому при создании высокоскоростных устройств эксперимент играет определяющую роль, и только с помощью эксперимента удается внести необходимые уточнения в методику расчета и обеспечить работоспособность и живучесть узлов Лгу. III. Степень отработки установок можно оценить, если вспомнить, что ЛГУ являются машинами, характеризующимися определенным термодинамическим циклом в результате которого тепловая энергия, заключенная в порохе, батарее конденсаторов и т. д., превращается в кинетическую энергию снаряда. Коэффициент полезного действия таких устройств может быть оценен отношением : где т — масса снаряда, V — его скорость и Q — количество подведенной тепловой энергии. {Теплота –форма беспорядочного (теплового) двжения частиц, образующих тело: молекул, атомов, электронов, фотонов и т. nike pour homme pas cher д. См.с.748-749 Энциклоп-й слов Источником тепла служат преобразователи различных видов энергии в тепловую} Коэффициент полезного действия различных установок находится в хорошей корреляции со скоростью, сообщаемой метаемым телам с помощью этих установок. Это говорит о том, что существующие метательные устройства с точки зрения требований газо-и термодинамики достигли определенного уровня совершенства. Можно поэтому считать, что в настоящее время главной задачей является отработка конструкции установок с целью повышения их эксплуатационных качеств. IV. Об области использования ЛГУ можно судить, рассмотрев зависимость отношения веса порохового заряда w к весу метаемого элемента q от скорости метания (рис. 1.1). Из рисунка видно, что для достижения высоких скоростей метания необходимо использовать заряды большого веса. Например, при весе снаряда в 5 Г для достижения скорости порядка 8000 м/сек необходим заряд пороха в 2500 Г. Поэтому высокоскоростные метательные устройства в лабораторных условиях нашли наиболее широкое применение для метания сравнительно маленьких тел (весом от 0,01 до 10 граммов)*). Использование такого типа установок для метания тяжелых тел требует строительства специальных стендов. Количество таких стендов во всем мире исчисляется единицами, однако число их непрерывно растет. В настоящее время ЛГУ прошли первый этап своего развития и являются инструментом, который широко используется в лабораторных исследованиях явлений, происходящих при движении и соударении тел со скоростями порядка 4000 -10000 м/сек.

§ 1.2. Физические принципы метания и классификация легкогазовых метательных устройств

Легкогазовая установка является частным случаем артиллерийского орудия, состоящего, как известно, из двух основных частей: ствола (включая заряд, снаряд и т. д.) и лафета, на котором устанавливается ствол. . В легкогазовой установке, как и в любой артиллерийской установке, метание снаряда (тела) осуществляется расширяющимся в стволе газом. adidas stan smith Pas Cher Энергия к этому газу подводится либо за счет сгорания пороха, либо за счет предварительного сжатия специальным поршнем, разогрева электрическим разрядом и т. д. • Процесс метания из любого ствола может быть схематически представлен так, как это сделано на рис. 1.2, где показан ствол, имеющий длину L, а также два положения метаемого тела — начальное на расстоянии Ls от дна ствола и конечное, когда тело прошло весь путь разгона L0T. Чтобы понять физическую основу процесса метания тела с помощью расширяющегося газа и установить факторы, которые определяют скорость этого метания V, достаточно рассмотреть простейший случай мгновенного сгорания порохового заряда. jordan france basket Воспользовавшись законом сохранения энергии, можно записать где F- площадь ствола, r — плотность газа, u — скорость газа, m1— масса газа, m— масса снаряда, a- скорость звука в: в газе; воздухе при 00 С a= 331 м/с; в гелии a= 965 м/с; в водороде 1284 м/с(растет с ростом температуры и давлени), x () =— показатель адиабаты: для одноатомных газов (Ar, Ne) =1,67, для двухатомных (Н2 , О2 ..) = 1,4 *) Напомним, что в обычной артиллерии v/g примерно равно 0,1-1,5. В этом уравнении слева стоит внутренняя энергия идеального газа, умноженная на термический к. п. д. процесса расширения , а справа — кинетическая энергия снаряда и движущегося в стволе газа. Входящий в уравнение интеграл легко преобразуется: F =FL = V*, где Frср L=m1, а средняя скорость газа u ср выражена через скорость снаряда V (b1 — коэффициент пропорциональности): После преобразований из этого уравнения легко может был получена известная в баллистике формула: V = a (1.1) Эта формула показывает, что даже в предельном случае, когда термический к. п. д. процесса равен единице, т. е. когда расширение газа происходит без потерь в бесконечно длинном стволе, а снаряд бесконечно легок (или бесконечно велика масса метаю щего газа, т. е. ), скорость метания не может быть выше, чем Vпред= а. (1.2) Практически скорость снаряда не превышает значения *) V ≈ (1,842,5) а. (1.3) Итак, скорость снаряда определяется в первую очередь скоростью звука в метающем газе. Это легко понять, если учесть, что скорость звука характеризует внутреннюю энергию идеального газа Это будет подробно показано ниже, в главе II. Действительно, E = cpT = (1/4) Здесь использовано известное выражение для скорости звука в газе а2 = (1.5) и уравнение Майера сз – сv = R Если ввести универсальную газовую постоянную R*, которая как известно, равна R* = R . μ то выражение (1.5) принимает вид а2 = Таким образом, скорость звука в идеальном газе определяется его температурой Т и молекулярным весом μ. Следовательно, чтобы увеличить скорость метания тела, надо увеличит! температуру метающего газа и уменьшить его молекуляр ный вес. Из формулы (1.1) следует, что в общем случае скорость снаряда определяется не только скоростью звука, но также показателем адиабаты χ, коэффициентом полезного действия η, коэффициентом пропорциональности b1 и отношением m1/m Если использовать методы теории размерностей, то можно написать выражение для скорости снаряда, аналогичное (1. 1) но имеющее более общий вид: V= φ.a.f ( где Vl — переносная скорость всего газа как целого, φ — суммарный поправочный коэффициент, f ( ) — некоторая функция от отношения m1/m, χ и отношения длины ствола Lcт к длине каморы LK (это отношение в основном определяет к. п. д. выстрела). Основная задача теории метания заключается в том, чтобы определить влияние всех перечисленных параметров на скорость снаряда (т. е. определить функцию f) и показать наиболее перспективные направления создания метательных установок. Формула (1.6) сразу показывает три основных направления, в которых происходит развитие установок с повышенной скоростью метания:

  1. Увеличение скорости звука в метающем газе, что требует увеличения температуры газа Т и уменьшения его молекулярного веса μ.
  2. Увеличение переносной скорости V1; на практике это достигается применением гидродинамического (или пластического) поршня, ускорением газа в стволе с помощью электродинамиче ских сил и т. д.
  3. Увеличение поправочный коэффициента φ за счет уменьшения всех видов потерь.

    Все указанные направления находят свое отражение в конструкции существующих метательных устройств. Перейдем теперь к классификации средств высокоскоростного метания. По принципу разгона тела указанные устройства могут быть разделены на два класса. I. Газодинамические установки, в которых модель разгоняется газом (ЛГУ). II. Электродинамические установки, в которых модель разгоняется силами, возникающими за счет взаимодействия токов или за счет магнитного поля. Электродинамические установки подразделяются на контактные и индукционные. Газодинамические легкогазовые устройства по конструктивному принципу подразделяются на одноступенчатые и многоступенчатые. В одноступенчатых устойствах энергия к рабочему газу подводится непосредственно либо за счет горения, либо за счет электрического разряда; принципиальным преимуществом этих установок является их простота. В многоступенчатых устройствах подвод энергии к рабочему газу происходит через про межуточные ступени, например, разгоняется поршень, а затем кинетическая энергия поршня превращается в потенциальную энергию сжатого газа и т. д. По принципу подвода энергии к рабочему газу газодинамические установки делятся на три группы: а) установки с механическим сжатием (поршнем или ударной волной), б) установки с электронагревом, в) установки с горением. Переходя к краткому описанию различных метательных устройств, необходимо подчеркнуть, что целью этого описания не является рассмотрение всех известных схем (что в данный момент вряд ли вообще возможно). Здесь будут рассмотрены лишь некоторые наиболее типичные схемы.

    § 1.3. Одноступенчатые газодинамические метательные устройства

    Простейшими ЛГУ являются одноступенчатые газодинамические установки, схема работы которых полностью подобна схеме работы обычного огнестрельного оружия. Самой простой и, по-видимому, самой первой легкогазовой установкой была установка, в которой рабочим телом являлся легкий газ (водород), нагреваемый пороховым зарядом. В этом случае при сгорании пороха получается смесь с молекулярным весом меньшим, чем у пороховых газов, но с несколько меньшей температурой. Максимальная скорость, достигнутая при метании тел из устройства такого типа, была близка к скорости, достигав мой на обычных пороховых системах, и поэтому практичес ; го применения эти системы не получили. Следующим шагом в развитии одноступенчатых установок явилось применение в качестве рабочего газа смеси, состот ей из кислорода, водорода и гелия (КВГС—кислородо-водородо-гелиевая смесь). На рис. 1.4 приведены основные характеристики этого рабочего газа в зависимости от процентного содержания в смеси гелия ε. Как видно из рисунка, наибольшая скорость звука и, следовательно, наибольшая скорость метания получаются при ε ≈ 70 — 75%. В этом случае а ≈ 2330 м/сек. На установках, использующих КВГС, может быть достигнута скорость метания 3500 — 4000 м/сек. Схема такой установки приведена на рис. 1.5. Наиболее перспективной среди установок рассматриваемого типа является установка с электрическим подогревом легкого газа. В качестве источников энергии для таких установок могут использоваться аккумуляторные и конденсаторные батарее, индукционные накопители и т. д. В случае электрического подогрева температура газа может достигать 10 000 °К и более стенки и вопросами живучести. Oграничеиия температуры рабочего газа в этом случае связаны только с теплопередачей через рис. 1.6 приведена схема электроимпульсной установки, в которой механическая энергия накапливается в махониках, а источником электрической энергии служит униполярный генератор 11в]. Установка работает следующим образом: moto.i раскручивает маховики и униполярный генератор до заданных оборотов, после чего срабатывает главный переключатель и в шдук-ционном накопителе накапливается энергия; когда и роцесс накопления энергии закончен, главный переключатель вы .люча-ется,иток идет теперь только через замкнутый контакт шутри камеры. Затем контакт в камере разрывается. Энергия, тклю-ченная в индуктивности, выделяется в камере. Процесс длится примерно 30 — 50 мксек. В других электроимпулъсных установках вместо униполярного генератора и индукционного накопителя используется батарея конденсаторов или иной источник энергии. Конденсаторная батарея обеспечивает меньшее время разряда, однако, она значительно дороже индукционного накопителя и имеет большие габариты. На рис. 1.7 приведен общий вид электроимпульсной камеры в разрезе. Реальной температурой с точки зрения живучести ствола для электроимпульсных установок, по-видимому, можно считать Т ≈ 8000 °К — 10 000 °К, и поэтому предельная скорость детания для установок этого типа при использовании водорода V = 8000 — 12 000 м/сек, а при использовании гелия V=7000 – 9000 м/сек….

    § 1.4. Многоступенчатые газодинамические метательные устройства

    Многоступенчатые легкогазовые установки принципиально отличаются от обычных артиллерийских орудий тем, что в них введены дополнительные ступени, задачей которых является подогрев и сжатие легкого газа.Наиболее типичной ЛГУ этого типа является двухступенчатая поршневая установка. На рис. 1.8 приведена схема поршневой установки. В камере 4 находится легкий газ, сжатие которого производится поршнем 2, приводимым в движение пороховыми газами. После того как давление в легкогазовой камере достигнет величины р<в, бурт снаряда 5 срезается и происходит выстрел.   Воспользовавшись уравнением состояния и вводя функцию энтропии Ф извесотным соотношением Ф= р/ρχ легко выразить температуру легкого газа в конце сжатия через его начальные параметры: (1.8) Из формулы (1.8) следует, что в поршневой установке выгодно иметь высокую степень сжатия pmax/p0 и производить процесс сжатия с максимально возможным ростом энтропии Фшах/Ф0. В этом случае, при заданных р max*), χ и начальной температуре газа То, температура газа, а следовательно, и скорость звука в нем будут наибольшими. Целесообразно вывести некоторые соотношения, которые будут необходимы в дальнейшем. Принцип работы поршневой установки основан на том, что потенциальная энергия легкого газа в конце сжатия Е = (1.9) (где amax — скорость звука в газе в конце сжатия, а m1 — масса легкого газа) сначала запасается в виде кинетической энергии поршня. Кинетическая энергия поршня (переносимой массы) равна , (1.10) *) Очевидно, что максимальное давление определяется прочностью установки. где Gп — вес поршня, a V Пmax — его максимальная скорость. Следовательно, можно написать (1.11) Величина массы газового заряда равна m1 = П m где m — масса снаряда (переносимой среды), П — параметр, выбираемый из газодинамического расчета (обычно II ≈ 3 — 6). Величина аmax , на основании (1.6), равна аmax = следовательно, формула (1.12) может быть приведена к тaкому окончательному виду: Ошибка:в числителе надо 2bПq где q=mg — вес снаряда. Формула (1. 13) связывает вес поршня GП с параметрами установки: q, V, V Пmax, а также через f с П, χ и Lст /Lк Наконец, легко установить связь между размерами установки и начальным давлением легкого газа. Очевиднр, что масса газового заряда равна m1 = ρ0 Wк где ρ0 — плотность легкого газа, a WK — объем газовой камеры до сжатия; поскольку ρ0 = где а0 — скорость звука в легком газе до сжатия, то m1= Величина транспортирующего газа m1 тесно связана с массой метаемого тела m, и их отношение П= ……..(см. с.23 книги) ооычно, как отмечалось выше, задается из газодинамического расчета. adidas ultra boost Следовательно, начальное давление легкого газа Po = (1-15) Формула (1.15) ограничивает начальное давление легкого газа. Поскольку величина рmax задается конструктивными особенностями форкамеры установки , величина pmax/po для ЛГУ поршневого типа практически определяется массой снаряда m, объемом газовой камеры WK и первоначальным подогревом газа, поскольку от него зависит а0 *). Наличие связи между р0 и WK {или, что то же самое, габаритами газовой камеры) позволяет разделить поршневые ЛГУ на две подгруппы: а) Установки с низкой степенью сжатия. б) Установки с высокой степенью сжатия. В ЛГУ с низкой степенью сжатия начальное давление легкого газа лежит в пределах 60 — 120 атм**) (степень сжатия при Рmах ~ 10 000 атм порядка 100). Эти установки имеют минимальные габариты, но скорость метания из них не превышает 4000 м/сек, что следует из формулы (1. louboutin chaussures 3), если учесть, что при таком сжатии скорость звука в водороде поднимается только до ~ 2500 -f- 2800 м/сек. В установках с высокой степенью сжатия начальное давление легкого газа обычно близко к 10 атм, а степень сжатия имеет порядок 1000. Габариты этих установок при том же весе снаряда превосходят габариты установок с низкой степенью сжатия в 5 -10 раз, зато скорость метания у них значительно больше, порядка 6000 — 7000 м /сек, а в случае гидродинамического поршня и выше. Имея в распоряжении формулы (1. 7), (1. 13) и (1. 15), можно перейти к подробному рассмотрению существующих многоступенчатых ЛГУ. Установки с тяжелым недеформируемым поршнем. Наиболее успешно установки этого типа используются для исследований со скоростями снаряда 2500 -f- 4000 м/сек. Основная трудность в отработке таких ЛГУ связана с торможением поршня в переднем положении. Обычно поршневые установки с тяжелым металлическим поршнем проектируются таким образом, чтобы поршень подходил к торцу баллистического ствола с нулевой скоростью. В торможении поршня при этом первом подходе основную роль играет сжатый легкий газ, создающий подушку. Дальше см с.25 … *) ao = ÖχgRTo. **) Давление в стандартных баллонах 135^-150 атм. Электродинамические метательные установки В электродинамических установках разгон ускоряемых тел (снаряда, транспортируемого материала) производится электромагнитными силами. Простейшей электродинамической установкой является контактный ускоритель (рис. 1.22). В этом устройстве ток проходит по шинам (7) через метаемое тело (2). asics gel lyte Магнитное поле образуется либо этим же током, либо дополнительным током, протекающим в специальном контуре подмагничивания. В результате взаимодействия тока с магнитным полем возникает пондеромоторная сила F = I X H где I — сила тока, Н — напряженность магнитного поля. При отработке контактных ускорителей возникают две основные трудности: во-первых, происходит обгорание контактов, и, во-вторых, возникает разряд впереди тела вследствие «выдувания» плазмы из контактного промежутка между телом и шинами. В установках рассматриваемого типа ускорение тела происходит в специальной вакуумированной камере. В индукционных ускорителях разгон метаемого тела производится за счет сил магнитного давления, которое, как известно, равно: Простейшая схема индукционного ускорителя представлена на рис. 1.23. Ускоритель собран из отдельных катушек, включающихся синхронно с движением модели, в результате чего создается бегущая магнитная волна. На рис. Nike Air Max 1 Femme 1.24 приведена принципиальная схема индукционного ускорителя, в котором магнитная волна создается за счет сжатия магнитного поля взрывом. Принцип работы такого ускорителя заключается в следующем. Электрический ток, протекающий в соленоиде 1, создает магнитное поле внутри проводящего экрана 2. При инициировании взрывчатого вещества происходит обжатие экрана, в результате чего напряженность магнитного поля возрастает в отношении S0/SK, где So — площадь экрана, SК — площадь сжатия *). В результате обжатия на тело действует очень большое магнитное давление, разгоняющее тело. Вообще, магнитное поле можно уподобить идеально легкому газу (скорость звука в котором равна скорости света). Эта анало- •) При быстром сжатии проводящего экрана магнитное поле не успевает проникнуть через него, и поэтому выполняется соотношение HS=const. Простейшая схема комбинированной установки приведена на рис. 1.25. В этой установке легкий газ, нагретый до высокой температуры за счет сжатия или электрическим разрядом, попадает в ускорительный ствол. В стволе на газ (который термически ионизован и, следовательно, является проводником электричества) действует скрещенное электромагнитное поле, создающее ускоряющую силуF = I X H, где I — плотность тока, Н — напряженность магнитного поля. В свою очередь ускоренный газ ускоряет тело, так как давление на тело возрастает за счет пондеромоторной силы. К комбинированным установкам относится и испытанная в США установка, в которой вдоль ствола установлен ряд разрядников, которые подогревают газ за двигающейся модель о [3]. Существуют устройства, в которых сначала производите: разгон тела с помощью электроимпульсной установки, а затем разгон производится контактным методом. Вообще, двухступенчатость процесса разгона в комбинированных установках является их характерной чертой, поскольку в принципе, не желательно разгонять неподвижное тело электромагнитными силами. Рациональней сначала разгонять тело обычным газодинамическим методом, а затем уже использовать электромагнитные силы для дальнейшего ускорения. Метод плазенной струи. Газ разогретый электрическим разрядом, вытекает из сопла, увлекая за собой микрочастицы. Этот метод позволяет получить скорость разгона небольших частиц до 10 км/сек и выше. (см. 38) См. также Окунев Б.Н. Основы баллистики, том 1, кн. первая.

Добавить комментарий