Автореферат (1143922), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

1. Общий вид линемёта «ИСТА-240»Линемёт по принципу действия аналогичен пневматической пушке. Егоработа осуществляется за счет запасенной энергии сжатого газа. Главный узелустройства – это быстродействующий пневматический клапан, через проходноеотверстие которого газ поступает в ствол устройства. Запирающим элементомклапана является тонкостенный колпак, включающий коническую ицилиндрическую тонкостенных части.В процессе эксплуатации линемёта было выявлено разрушение колпакаклапана (КК), происходящее в следующих случаях:1) разрушение статическим давлением при заполнении сжатым воздухомкамеры пускового устройства (ПУ) непосредственно перед выстрелом;2) разрушение при ударе КК об эквидистантную поверхность направляющей вмомент выстрела.По этой причине в главе 1 был проведен анализ применяемых материалов,а также приведена методика расчета эффективных модулей упругостикомпозита ПОМ С27021 марки GV 3/30 как перспективного материала КК.Рассмотренный композит представляет собой полимерную матрицу,наполненную стеклянными микросферами с объемной долей 30%.

Решениезадачи об эффективных модулях найдено через энергию деформациипредставительного объема. Для объемного модуля, задача сферическисимметричная, если в качестве представительного объема принять шаррадиусом b: a 3 b3  c , где a – радиус включений, с – их объемная концентрация.Определены константы интегрирования A1 , A, B в выражениях дляперемещения u, радиального σ r и окружного σ φ напряжений:A1r , r  au  r  3kA  4 B / r 3 ,   3kA  2 B / r 3  r  a . (1)2 Ar  B / r , r  aС использованием равенства энергий неоднородного представительногообъема и его однородной модели (с эффективными свойствами), а такжетеоремы Клапейрона получено выражение для объемного модуля:6k  k13k1  4k* (2)k  k11  3c3k1  4По формуле (2) определено значение эффективного объемного модуля дляматериала ПОМ С27021 марки GV 3/30 k*=2,61 ГПа.

В литературныхисточниках, посвященных механике композитов представлен более сложныйвывод уравнения для эффективного объемного модуля с помощью формулЭшелби.Для нахождения эффективного модуля сдвига была создана модельпредставительного объема в среде SolidWorks. Граничные условия данноймодели соответствуют чистому сдвигу.На каждой из шести граней куба n   0  const , поэтому в уравненииКлапейрона вклад грани определяется средним перемещением:k  4c n    udO  n   0 su S, u  N1N uk –(3)k 1осреднение по узлам сетки на грани куба.

Из этого равенства был определенмодуль сдвига композита µ*=928 МПа.Глава 2 посвящена динамике трех тел линемёта «ИСТА-240»: КК,снаряда, пускового устройства (ПУ). Основная сложность анализа работыустройства связана с высокой скоростью процессов, протекающих привыстреле; он условно разбит на три этапа:1) движение КК в момент открытия основного клапана;2) внутренняя баллистика;3) движение снаряда в пространстве.На первом этапе за время менее 1 мс пневматический клапан полностьюоткрывает проходное сечение и сжатый газ, воздействуя на торцевую частьснаряда, начинает разгонять его.

Скорость ПУ в этот момент практическинулевая. Второй этап соответствует разгону снаряда в стволе, при его изучениинеобходимо учесть влияние различных начальных параметров на скоростьснаряда на срезе ствола. Эта величина крайне важна, поскольку былоустановлено, что для заброса контейнера с линём на расстояние 240 м, метаемоетело должно иметь скорость на срезе не менее 77-80 м/с. Сложность расчетатретьего этапа объясняется тем, что снаряд в пространстве двигается как телопеременной массы, высвобождая линь.Для расчета сил, действующих на каждый элемент линемёта, созданыматематические модели, позволяющие описать процесс выстрела, а такжепровести многовариантные расчеты.Расчетная схема линемёта представлена на рис. 2.

Для решения задачидинамики тел переменной массы на всех трёх этапах использованы уравненияЛагранжа II рода. В движении участвуют три тела: снаряд, ПУ, КК, они имеютмассы m1, m2, m3 соответственно. Движение в принятой модели плоское,обобщенные координаты х1, х2, х3.7На первом этапе выражения кинетической и потенциальной энергийимеют следующий вид1(4)K ( qi , qi )  m1  x1  x12  m2  x2  x22  m3 x32  ,2m1  m10   (l  x1  x2 ), m2  m20   ( x1  x2 ),p0V0 1ПП V ,p, pV   p0V0 ,1 V(5)V ( xi )  V0  S1 x10  S1  x1  x2   S3  x3  x2   x1  S1  S10  .Рисунок. 2.

Расчетная схема линемёта «ИСТА-240»Размотка линя из снаряда приводит к переменным массам m1, m2.Поскольку открытие клапана происходит примерно за 1 мс, то происходящиепроцессы можно считать адиабатическими. В выражение для объема V входятпрактически все геометрические параметры линемёта. Первое слагаемое –начальный объем ПУ, второе описывает «паразитный объем» в стволе, третье ичетвертое описывают движение снаряда и КК, последнее характеризуетпротечки казенного давления в ствол.Система уравнений для первого этапа принимает вид:1m1 x1    x12  2 x1 x2  x22   p V  S10 ,21(6)m2 x2    x12  2 x1 x2  x22   p V   S1  S3   Q2 ,2m3 x3  p V  S3  Q3 .Q2 и Q3 – обобщенные силы со стороны упора (плеча стрелка) и направляющейсоответственно. Первый этап завершается соударением КК и направляющей внекоторый момент времени t1.

При этом выполняется условие:(7)x3 (t1 )  x2 (t1 )  ,где   0,011 м – ход колпака по направляющей. Важной величиной дляпрогнозирования прочности КК является его скорость в момент соударения снаправляющей. В расчетах она составила v*  v3  t1   v2  t1   108,506 м/c.На втором этапе КК как самостоятельное тело отсутствует, системауравнений имеет вид:81 2x1  2 x1 x2  x22   p V  S10 ,21(8) m2  m3  x2    x12  2 x1x2  x22   p V  S1   Q2* ,2V ( xi )  V0  S1 x10  S1  x1  x2   S3   S1  S10  x1.Второй этап заканчивается выходом снаряда со среза ствола в момент времениt2 и выполнением условия(9)x1 (t2 )  x2 (t2 )  L,где L=0,75 м – длина ствола.

Скорость снаряда на срезе ствола: v1  t2   83,852м/c.На основе полученных решений построены зависимости скорости снарядаот начальных параметров (рис. 3).m1 x1  (a)(b)(c)(d)Рисунок. 3. Зависимость скорости снаряда на срезе ствола от: начального давления в ПУ (a),зазора между снарядом и стволом (b), массы снаряда (c), величины смещения снарядаотносительно нулевой точки (d)Расчет третьего этапа рассмотрен в двух постановках. В первой задаче ополете контейнера с разматывающимся линем не учитывается деформация линя,для описания движения достаточно двух обобщенных координат – полярныхкоординат положения снаряда r(t), φ(t).

Кинетическая и потенциальная энергиясистемы в поле силы тяжести имеют вид:111K  M  r 2  r 2 2    r 3 2 , П  Mgr sin    gr 2 sin .(10)262Масса снаряда-контейнера с линем уменьшается в процессе размотки:(11)M  m    l  r .09Уравнения Лагранжа вместе с начальными условиями составляют задачу Коши,она решена численно.Во второй постановке учитывается деформация линя. Вводитсяматериальная (лагранжева) координата s частиц линя. Для линя со снарядомпринята аппроксимация с тремя обобщенными координатами2(12)x  qi , s     s, y  qi , s      s      s  .Для радиус-вектора частиц линя, скорости частиц и кинетической энергииимеем:r  r ( s, t ),0  s   (t ), r  r ( s, qi ),(13)r1 qi , K     v 2 ds  m1v12  , v1  v (0, t ).2 0i qiПотенциальная энергия имеет два слагаемых – от сил тяжести и растяжениялиня: П  П g  П , П g (qi )  g    y  qi , s  ds  m1 y  qi ,0   , 0(14)B 212П (qi )    (qi , s)ds,   r '  1 .202Здесь В – жесткость на растяжение.

Результаты расчета показаны на рисунке 4.vРисунок. 4. Зависимость дальности полета снаряда от начального угла выстрелаМаксимальная дальность полета в задаче с учетом деформации линя равна279 м и достигается она при угле выстрела 23°. Дальность полета при таком жезначении угла без учета деформации линя составила 709 м, а с дополнительнымучетом сопротивления воздуха – 446,5 м.Глава 3 посвящена вопросам прочности деталей и узлов линемёта«ИСТА-240». Решена задача о соударении колпака клапана о направляющуюпри выстреле.

Поскольку КК является тонкостенной оболочкой, он представленв виде слоя h  x  0 , полупространство же x  0 – направляющая (рис. 5).vhx0Рисунок. 5. Слой и полупространство10Для нахождения перемещений u  x, t  использовано волновое уравнение приотсутствии объемных сил:(15)c2u ''  u, c     2  / 3 .Здесь с – скорость распространения продольных волн,  ,  – упругие константыЛаме,  3 – объемная плотность материала.Начальные и граничные условия:x  h : u '  0 v, x  0;.(16)t  0 : u  0, u  x0:u,u'непрерывны0,x0Решение задачи найдено операционным методом, функция перемещенияклапана имеет вид: 1  x   x   x  2 h   x  2h   u  x, t   v t   t     t     t t    ,  x  0 .

Характеристики

Список файлов диссертации