Жуков Б.П. - Энергетические конденсированные системы, страница 10

Первый курс ВБ для ствольных систем был написан и прочитан в России в Артиллерийской академии в 1870 г. П.М.Альбицким; в 1903 г. профессор Артиллерийской академии Н.Ф.Дроздов впервые в мировой литературе дал математически точное решение основной задачи ВБ артиллерийского выстрела. В 30-х годах нашего столетия в России профессором И.П.Граве был написан наиболее полный в мировой литературе курс теоретической ВБ ствольных систем, сосгоящий из 4-х выпусков. Физические и теоретические основы ВБ РДТТ определяются фундаментальными законами теории горения энергетических конденсированных систем, химической термодинамики, газодинамики, теплопередачи, динамики двухфазных потоков, теории вероятности и математической статистики.

Решение задач ВБ РДТТ на начальных этапах ее создания осуществлялось полуэмпнрическнми методами; к ним относится, напрвмер, графический метод определения максимального давления в камере Ю.А.Победоносцсва по заданным характеристикам сопла, размерам шашек заряда н диафрагмы. Основные допущения при рассмотрении внутр~камерных процессов принимались из классической ВБ: — осреднение параметров продуктов сгорания по объему; — геометрический закон горения топлива заряда; — полнота выделения энергии и др. Однако уже в 30-х годах профессор М.Е.Серебряков решает классическую задачу ВБ для физического закона горения; Ю.А.Победоносцев н В.Г.Бессонов по результатам экспериментальных исследований выявили степенную зависимость скорости горения топлива от давления в условиях РДТТ У = У1 Р', обнаружили зависимость скорости горения от скорости движения газов в камере и аномальное горение (в несколько приемов) с потерей импульса реактивной снль1 (тяги) при низких давлениях в камере.

Внугрнбаллистические характеристики РДТТ (Р, Т, р, к', К и др.) являются функциями времени и координат; прн осреднении параметров по объему камеры — функциями только времени. Для нх опеределения используются системы дифференциальных уравнений 50 Вяяяясгняя ян1 снняя РЛТТ газодинамики, выражающие законы сохранения массы, импульса и энергии при течении продуктов сгорания в каналах с пропнцаемыми н непроницаемыми стенками.

Системы уравнений замь1кюотся термическим и калорическим уравнениями состояния. Термодинамические н теплофнзические свойства продуктов сгорания определяются из условий термоднпамнческого и химического равновесия. Уравнения ВБ РДТТ для осредпспных параметров впервые были сформулированы в 1952 г.

Р.Н.Уимпрессом. Применительно к РДТТ, имеющему переменные по времени поверхность горения и свободный объем, в предположении замороженности состава продуктов сгорания и справедливости уравнения состояния идеального газа для продуктов сгорания в камере система уравнений при осрсднении параметров впервые была получена и решена проф. Р.Е.Соркиным. Газодииамическне основы ВБ для артиллерийского выстрела наиболес полно б1яли разработаны на основе решения уравнений нестациопарной одномерной газодинамики методом характеристик С.А. Бетехтнным, для РДТТ этот метод был развит проф. В.Н. Вил1оновым, член-корр. РАН А.М.Липановым, что позволило изучить влияние волновых процессов, тсплопотерь, гидравлического сопротивления, эрознонного горения па внутрибаллистическис характеристики и перейти в теории ВБ РДТТ к совместному регпению задач газовой динамики, горения н теплообмена на повсрхностн горения, к моделированию физико-химичсских процессов, протекающих в кондспсированной фазе при воспламенении и горении твердого топлива.

Современная теория горения объясняет механизм воспламенения твердых ракетных топлив как процесс интенсивного разложения при достижении на поверх»ости горения топлива температуры Т > Т „„„ и запаса тепла в прогретом слое (профиля температуры), достаточных для самоподдерживающихся реакций. Аккумулнрующее (инерциощ1ое) свойство и реакционная способность к-фазы объясняют механизм погасания и условия устойчивого ГОРения конденсированных систем, колсбателъные режимы ГО- рения, горение в стационарных н пестацгюпарных условиях, Модель нсстациопарной скорости горения при отсутствии реакции в конденсированной фазе разработана Я.Б.Зельдовичем— Б.В.Новожиловым, фспомепологичсская модель с учетом кинетики реакций в прогретом слое конденсированной фазы — Р.Е.Соркиным.

Рс1пеннс задач квазистационарной одномерной и двумерной газодинамики в канале заряда и сопле РДТТ для смеси газов и Бвляивтикв внут линяя РДТТ двухфазных потоков получено в работах А.А.Шттшкова, Б.А.Райзберга, Б.Т.Ерохина, В.Е.Алемасоэа, А П.Тишина, А.Ф,Дрегалтша и др. отечественных н зарубежных учсных, что позволило перейти от полуэмпирических аналнтичсских методов прогнозирования внутри- баллистических характеристпк к численным методам, а с конца 80-х — начала 90-х годов — к совместному решению задач газовой динамики, прочности н теплообмспа.

Применяемыс в практике методы расчета газотсрмодинамических и впутрнбаллистяческих характеристик отличаются различной информативностью (количеством прогнозируемых параметров) и погрешностью прогнозирования. В таблице приведены предельные погрешности расчета и определения на опыте основных внутрнбаллистнческих характеристик. Требования повыцзсння массового совершенства РДТТ и точности стрельбы ограничивают величину предельных отклонений и разбрасов внутрибаллистических характеристик. Для расчета отклонений н разбросов нашли применение методы вариаций, статистических испытаний (яэлсктрониая стрельбав); фактические отклонения определяются на основс приведения опытных данных к единым (номинальным) условиям. В трудах Р,Е.Соркина получены выражения для вариаций и разработаны методы расчета отклонений и разбросов для регулирусмого и нерегулируемого сопла, многосопсльной конструкции я пакета РДТТ, Отдельный класс задач ВБ РДТТ составляют обратные задачи. В результате их решения определяются с использованием экспериментальных данных по внутрибаллистическим характеристикам РДТТ, заморенных на огневых испытаниях, наиболее вероятные характеристики закона скорости горения топлива, опытные зависимости поверхности горения заряда в функции свода, коэффициента теплоотдачя, потерь удельного импульса и т.д.

в зависимости от объема опытных данных н постановки задачи. Баллистика зи нняя ствольных систем Прн этом используются как детерминированные модели, так и вероятностные с применением статисттгческих критериев согласования опытных н расчетных данных или критериев максимума информационной энтропии. и Соркин Р.Е. Газодинамика ракетных двигателей на твердом топливе. — М л 'г1аука, 1967. Ю М.Мвлелиг!, Б.И.Лгг7нгоагя!, Д.С.Понос Баллистика анутрскклл ствгэлькик слстсм- ( не м.

Вай!з(гк, от греч. ()а)Ьо — бросаю) — наука о движении метаемых тел в канале ствола орудия (артиллерийских снарядов, пуль, мин, гарпунов и т.п.) при выстреле под действием пороховых газов. Выстрел представляет собой сложный, быстропротекающий при давлениях, достигающих нескольких тысяч атмосфер, процесс превращения химической энергии пороха в кинетическую энергию снаряда и подвижных составляющих частей системы, продолжительностью в сотые или тысячные доли секунды. Проблематика вопросов, связанных с метанием из ствольных систем, тесно переплетается с химической физикой горения порохов, математикой, термодинамикой, газодинамикой. Задачами ВВСС являются: установление закономерностей, которым подчиняются процессы, протекающие при выстреле; нх физическое и математическое моделирование; изучение факторов, определяющих характер изменений внутрибзллистнческнх параметров.

При выстреле обычно выделяют несколько временных участков (рис д ): 1) предварительный период, 2) период горения заряда и движения снаряда (основной нериод), 3) период адиабатического расширения пороавление ховых газов, 4) период после- Й» ! действия поро! ховых газов на ! снаряд. Предварительный период также называют периодом ы ! ! ! ! форсирования. Он начинается с ! ! ! ! момента восплаГм к мснения пороха ф в камере сгорания и заканчивается с началом Рк Рд Рф Рис, 1.

диаграмма давления пороховых газов в стволе артнллериггского орудия, Баллистике вил еикли стволеиввк систем движеиия снаряда — ((,, Считается, что в предварительный период горение пороха идет в замкнутом объеме. Следующий период иачииается с момента начала движения снаряда и завершается по окончании горения пороха-(к.