Анализ и оптимизация пневматического спасательного линеметательного устройства тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.02, кандидат наук Пискунов, Владимир Александрович

• Пискунов, Владимир Александрович
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Пискунов, Владимир Александрович

Оглавление

Введение

Глава 1. Линеметательные устройства

1.1. Обзор существующих линеметательных устройств

1.1.1. Пороховой линемёт «АЛ- 1М»

1.1.2. Пневматический линемёт «Restech Norway PLT Rescue 230»

1.1.3. Пневматический линемёт «ResQmax»

1.2. Пневматический линемёт «ИСТА-240»

1.2.1. Конструкция устройства

1.2.2. Применяемые материалы

1.2.3. Принцип действия

1.2.4. Отказы устройства

1.2.5. Определение эффективных свойств композита клапана линемёта

Выводы по главе 1

Глава 2. Математическое моделирование динамики тел линемёта

2.1. Движение запорного элемента быстродействующего клапана линемёта

2.2. Внутренняя баллистика разгона снаряда в стволе

2.3. Движение снаряда как тела переменной массы

2.4. Исследование зависимости параметров разгона снаряда от начальных

условий

Выводы по главе 2

Глава 3. Анализ прочности запорного элемента быстродействующего клапана линемёта

3.1. Продольные волны при соударении колпака о направляющую

3.2. Колпак как коническая оболочка

3.3. Анализ напряженно-деформированного состояния деталей линемёта в

SolidWorks Simulation

Выводы по главе 3

Глава 4. Экспериментальное исследование процессов, возникающих при выстреле в пневматическом линемёте

4.1. Создание испытательного стенда. Методика проведения измерений

4.2. Исследование зависимости скорости снаряда на срезе ствола линемёта от начального давления, величины протечек и массы снаряда

4.3. Изучение влияния геометрических параметров седла на время открытия основного клапана линемёта

4.4. Испытательный стенд на статическое срабатывание клапана линемёта

4.5. Оценка погрешностей измерений и обработки экспериментальных данных 86 Выводы по главе 4

Заключение

Список литературы

Приложения: листинги Mathcad

П.1. Динамика колпака клапана

П.2. Внутренняя баллистика

П.3. Полет снаряда как тела переменной массы

П.4. Акт о внедрении результатов диссертационной работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Анализ и оптимизация пневматического спасательного линеметательного устройства»

Введение

Актуальность темы диссертации. Проблема спасения людей на море стала остроактуальной после крушения в 1914 году большого трансатлантического парохода Титаник. Расследование этой катастрофы показало абсолютную неподготовленность экипажа судна действовать в критических условиях. Однако потребовалось еще шестьдесят лет для того, чтобы была сформирована международная комиссия, определившая порядок действий, количество спасательных средств, а также правила поведения на спасаемом корабле. Все это было приведено в единый документ, Консолидированный текст Международной конвенции по охране человеческой жизни на море СОЛАС-74.

Согласно правилу 18, части В, главы III СОЛАС каждое судно должно быть оборудовано линеметательным устройством (линемётом) [79]. Линемёт -прибор, предназначенный для переброски спасательного конца с одного судна на другое, с судна на берег, с берега на судно [79].

До недавнего времени основными линемётами, применявшимися на судах, были пороховые изделия. В таких устройствах вытяжным грузом линя служила ракета с пороховым зарядом, а в качестве зажигателя использовался пиропатрон. Однако проблемы эксплуатации такие, как неуправляемый полет ракеты, сильная отдача, большое количество осечек пиропатрона, привели к идее создания пневматических линемётов.

В настоящее время единственный линемёт применяемый на кораблях РФ и сертифицированный Российским Морским Регистром Судоходства - это линемёт «ИСТА-240» [18], разработанный научно-промышленным предприятием ИСТА. «ИСТА-240» позволяет забросить контейнер с линём на расстояние более 260 м, используя при этом энергию сжатого газа, запасенного в пусковом устройстве.

В перспективе линемёт «ИСТА-240» может быть использован и для забрасывания спасательного жилета утопающему с берега или корабля. Существующие жилеты, способные надуваться автоматически в воде, могут быть особенно полезны при спасении в холодных водах, где время нахождения

человека без гидрокостюма не превышает двух минут. В отличие от используемого в настоящее время конца Александрова линемёт сможет осуществить заброс жилета не на 25 м, а на 100 - 150 м [66].

Поскольку линеметательные устройства относятся к особо важным приборам, предъявляемые к ним требования постоянно ужесточаются. Одно из таких требований - безотказность работы. Для усовершенствования существующих и проектируемых устройств необходимо проведение научных исследований, которые позволят в значительной мере повысить работоспособность линемёта, уменьшить процент отказов деталей, обеспечить заданные функции прибора с параметрами, установленными нормативно-технической документацией.

Объектом исследования данной диссертационной работы является пневматический линемёт типа «ИСТА-240». Анализ существующей конструкции линемёта, математическое моделирование его работы, оптимизация параметров прибора, а также экспериментальная верификация результатов расчета являются темой данной диссертации.

Основная сложность анализа работы пневматических линеметателей связана с высокой скоростью процессов, протекающих при выстреле. Главным узлом устройства «ИСТА-240» является быстродействующий пневматический клапан [10, 22, 27, 36] подобный тем, что используются в пневматических ударных трубах. Время открытия такого клапана не превышает 1 мс, а весь процесс разгона снаряда в стволе - 20 мс. Резкий сброс давления при выстреле вызывает скачки механических напряжений в узлах линемёта. Важным этапом анализа прибора является создание корректной физической модели, математическое описание которой даст точные значения необходимых параметров.

Трудность оптимизации «ИСТА-240» состоит в том, что изменение любого конструктивного параметра при быстропротекающих процессах вызывает значительные изменения выходных значений скорости и отдачи. Как показано в

данной диссертации, увеличение скорости снаряда, влечет за собой разгон других элементов, приводящий к их разрушению.

Математическое моделирование всех этапов работы линемёта позволяет найти оптимальные соотношения конструктивных параметров, исключающих отказы в работе устройства, а сконструированные испытательные стенды провести оптимизацию технологии и материалов.

Цель работы - анализ конструктивных элементов пневматического линемёта, разработка методов расчета деталей и узлов линемёта, позволяющих оптимизировать его параметры для повышения надежности, технологичности и конкурентоспособности на мировом рынке.

Соответствие паспорту специальности диссертационной работы имеет место согласно п. 4 паспорта: «Методы исследования и оценки технического состояния объектов машиностроения, в том числе на основе компьютерного моделирования». Родственными и смежными являются специальности: 01.02.04 (Механика деформируемого твердого тела), 01.02.06 (Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры), 01.02.05 (Механика жидкости, газов и плазмы), 05.02.11 (Методы контроля и диагностики в машиностроении).

Задачи исследования

1. Анализ отказов при эксплуатации линемёта, оценка их значимости.

2. Построение математической модели и расчет динамики системы тел линемёта.

3. Анализ напряженно-деформированного состояния колпака быстродействующего клапана при ударе.

4. Анализ прочности деталей быстродействующего клапана линемёта.

5. Создание экспериментального стенда и проведение исследований, позволяющих установить характер влияния параметров линемёта на динамику разгона снаряда в стволе.

6. Выработка рекомендаций по оптимизации линемёта.

Степень разработанности темы

Научным исследованиям линемётов посвящено крайне мало статей и публикаций. Объясняется это объективными причинами - узкой направленностью прибора, военной скрытностью пороховых изделий, коммерческой тайной пневматических устройств. Однако с научной точки зрения линемёт чрезвычайно интересен для изучения. Поскольку во время выстрела происходит значительное количество различных физических процессов таких, как движение тела переменной массы, разгон метаемого тела в стволе, срабатывание быстродействующего клапана (для пневматических прибор ов).

В настоящее время изучением пневматических линемётов занимаются С.Н. Исаков и С.В. Юркин [18, 35-37], уделяя особое внимание конструктивным возможностям ручного пуска. О других разработках в данной области сообщается в статьях [Тихонов А.А.].

Теоретическая основа математического моделирования в данной работе (главы 2, 3) базируется на книгах А.И. Лурье [49], Л.Г. Лойцянского [47, 48], С.П. Тимошенко [78], Я.Г. Пановко [56, 57], Ю.Н. Работнова [68], Ф.Р. Гантмахера [13], А.Л. Гольденвейзера [17], В.Л. Бидермана [8].

По задачам лагранжевой механики (глава 1) имеются книги А.И. Лурье и Л.Г. Лойцянского [47-49], В.В. Елисеева [24].

Вариационные методы (глава 3) изложены К. Ректорисом [71] и Л.Э. Эльсгольцем [87]. Об эффективном использовании вариационного исчисления при построении различных моделей деформируемых тел написано в работе В.Л. Бердичевского [91].

Используемые уравнения математической физики (глава 3) представлены в работах Г. Деча [20], А.Н. Тихонова и А.А. Самарского [80], Н.С. Кошлякова, Э.Б. Глинера и М.М. Смирнова [44].

В основе расчетов колпака линемёта (глава 3) лежит теория оболочек. Существует множество теорий оболочек, им посвящены научные труды [Биргер-Пановко, Гольденвейзер, Еремеев, Новожилов, Чернина]. В данной работе использован вариант классической теории оболочек как поверхностей с

материальными нормалями, построенный на основе механики Лагранжа [Елисеев-2003, Елисееев-к нелинейной теории, Eliseev-Vetyukov, Eliseev-Zinovieva].

Инженерные решения пневматических разгонных установок, а также испытательных стендов (глава 4) по теме диссертации рассматривали Е.В. Герц [14, 15], Б.Ф. Гликман [16], О.Д. Егоров и Ю.В. Подураев [21], В.И. Звегинцев [32, 33], Н.А. Златин, А.П. Красильщиков и Г.И. Мишин [34], В.В. Клюев [41], Л.Н. Лысенко [50], Н.В. Митюков [51], Р.С. Судаков и О.И. Тескин [77], В.Н. Трофимов [81], В.Н. Шунков [86]. Статьи [52, 53, 65, 73, 74] также посвящены данному вопросу.

Различные вопросы композиционных материалов (глава 1) изучали Б.П. Кишкин [40], А.С. Кравчук, В.П. Майборода и Ю.С. Уржумцев [45], Р.Кристенсен [46], Б.Нотон [55], Б.Е. Победря и В.И. Горбачев [63], А.Л. Рабинович [67], Дж. Седнецки [75], Т.Д. Шермергор [85].

Работа пневматических быстродействующих клапанов (глава 1, 2) описана в трудах Р.Л. Петрова [10, 101], С.В. Буловича [92-96], Е.Г. Рисковой и В.В. Горбунова [72], В.Г. Бакуты, О.Н. Завадской и Л.Н. Карпенко [5], K.J. Babcock at al [88], S.G. Rubin at al [102], R.C. Xin at al [103], A.M. Kharitonov, N.P. Adamov, V.F. Chirkashenko, I. Mazhuli, S.I. Shpak, A.N. Shiplyuk, L.G. Vasenyov, V.I. Zvegintsev, M. Muylaert at al [100].

Общим вопросам свойств материалов (глава 1) посвящены книги А.П. Бабичева [4], В.М. Раскатова, В.С. Чуенкова, Н.Ф. Бессонова и Д.А. Вейса [69].

Объем и структура диссертации

Суммарный объем работы 118 с. Основной текст занимает 101 с. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и 4 приложений; содержит 58 рисунков и 6 таблиц. В списке цитируемой литературы 104 наименования.

Содержание работы

Основное содержание излагается в четырех главах.

В главе 1 подробно изложены требования к морской спасательной технике, в частности, к линеметательным устройствам. Дан обзор существующих пневматических и пороховых линемётов, перспективных разработок. Подробно описан объект исследования, линемёт «ИСТА-240», а именно, показана конструкция прибора, смоделированная с помощью современных средств CAD, перечислены применяемые материалы и их гальваническое покрытие, описан принцип работы и существующие технические проблемы в виде отказов устройства. Также сформулированы задачи, решение которых в значительной степени позволит повысить безотказность работы изделия.

Особое внимание уделено главному узлу прибора - быстродействующему пневматическому клапану. Детально описаны все его составляющие. Для последующего динамического анализа клапана определены упругие свойства основной детали узла, колпака, материалом которого является дисперсно-упрочненный композит. Методами механики композитов определены эффективные жесткости материала клапана. Предложен новый способ вычисления энергии представительного объема. Приведена методика расчета свойств с помощью системы CAD. На основании данного исследования даны рекомендации по замене материала колпака клапана.

Глава 2 целиком посвящена математическому моделированию процессов, происходящих при выстреле линемёта. Высокая скорость этих процессов затрудняет проведение натурных испытаний, поэтому данное исследование имеет большую перспективу. Глава состоит из нескольких частей: первый этап -динамика запорного элемента быстродействующего клапана линемёта; второй этап - внутренняя баллистика метаемого тела; третий этап - движение в пространстве контейнера с линём как тела переменной массы. Далее приведены многовариантные расчеты разгона снаряда в стволе. Моделирование всех процессов базируется на построении аналитического решения методами лагранжевой механики и дальнейшего расчета с помощью компьютерной математики MathCad.

Динамику системы тел линемёта успешно помогли описать уравнения Лагранжа II рода. Поскольку все протекающие процессы адиабатические, то правая часть уравнений была получена с помощью уравнения адиабаты, куда входили все конструктивные объемы прибора. Это позволило в дальнейшем осуществить анализ влияния начальных параметров на скорость снаряда на срезе ствола, провести все необходимые расчеты для успешной оптимизации конструкции прибора.

С помощью математического моделирования удалось показать, что динамика клапана оказывает незначительное влияние на скорость разгоняемого тела. Однако была найдена важная величина - скорость колпака в момент соударения о направляющую. Ее значение использовалось при дальнейшем анализе ударных воздействий.

Полет снаряда как тела переменной массы, по сути, как «кембриджская» задача [57], рассмотрен с учетом деформации линя. Моделирование данного этапа позволило учесть большое количество нелинейностей в движении снаряда.

Разработанный материал второй главы дает четкое представление о процессах, протекающих на всех этапах выстрела линемёта «ИСТА-240».

В первой части Главы 3 рассматривается вопрос об ударе колпака о направляющую. Предложена модель соударения слоя и полупространства. Как оказалось, эта модель достаточно точно описывает протекающие процессы. Математическая постановка сводится к волновому уравнению, решение которого найдено операционным методом с преобразованием Лапласа.

Вторая часть главы посвящена расчету конической оболочки колпака пневматического клапана, поскольку именно она в первую очередь подвержена статическому разрушению. Физическая модель - классическая оболочка Кирхгоффа, решение для которой строится с помощью вариационного принципа Лагранжа-Ритца-Канторовича. Результаты расчетов позволили определить окружные и меридиональные напряжения на двух поверхностях конуса с течением времени.

В третьей части главы найдено напряженно-деформированное состояние двух элементов линемётательного устройства. Расчеты выполнены методом конечных элементов с помощью современного средства CAE.

Глава 4 посвящена экспериментальному исследованию. В первой части подробно описана методика измерений, модель стенда, описана работа экспериментальной установки и перспективы ее использования. Для верификации полученных расчетных данных проделана серия экспериментов, в частности, исследована зависимость скорости снаряда на срезе ствола от начального давления, величины протечек, массы снаряда. Результаты опытов подтверждают аналитическое решение динамики системы тел линемёта.

Отдельно рассматривается проблема создания стенда на статистическое срабатывание клапана устройства. В главе подробно описывается электрическая схема и принцип работы установки. Проведены исследования на количество пусков клапана.

Заключительная часть главы 4 посвящена возможным погрешностям измерений и обработки экспериментальных данных. Установлено максимальное значение экспериментальных ошибок.

Приложения (числом 4) содержат листинги алгоритмов программы Mathcad, а именно расчеты динамики клапана, внутренней баллистики, полета снаряда в пространстве, и акт внедрения результатов диссертационной работы. По этим данным читатель не только может воспроизвести полученные результаты расчетов, но также получить данные для пневматических установок других параметров. Поэтому данный раздел содержит важный практический результат.

Практическая ценность работы состоит в разработке методики расчета разгона тела в стволе линемёта, математическом моделировании и расчете всех этапов работы линемёта «ИСТА-240», создании испытательных стендов, определении области оптимальных конструктивных параметров, а также разработке численных алгоритмов для проведения расчета параметров пневматических устройств в программе MathCad.

Достоверность результатов диссертационной работы обеспечена корректным применением уравнений механики и теории упругости, использованием проверенных алгоритмов компьютерной математики, а также хорошим соответствием результатов расчета с полученными экспериментальными данными.

Научная новизна состоит в следующем:

1. Разработана методика расчета динамики разгона произвольного метаемого тела для пневматического линемёта.

2. Предложена и реализована новая методика расчета эффективных модулей композита со сферическими включениями.

3. Предложена методика расчета полета снаряда линемёта как тела переменной массы.

4. Исследованы волновые процессы, возникающие при ударе конической оболочки, и механические напряжения с использованием дифференциальных уравнений лагранжевой механики тонких оболочек.

5. Исследовано влияние геометрических параметров линемёта на скорость снаряда на срезе ствола линемёта.

Положения, выносимые на защиту:

1. Постановка и решение задачи динамики тел линеметательного устройства.

2. Методика нахождения модулей упругости композита со сферическими включениями.

3. Математическая модель и расчет удара тел быстродействующего клапана линемёта.

4. Анализ напряженно-деформированного состояния деталей быстродействующего клапана линемёта в статической и динамической постановках.

5. Верификация расчетных данных путем экспериментального исследования внутренней баллистики в пневматическом линемёте.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на конференциях:

• Научном форуме с международным участием «Неделя Науки СПбГПУ». 1-6 декабря 2014. Санкт-Петербург, Россия.

• 4-ой Международной научно-практической конференции «Современное Машиностроение: Наука и Образование». 19-20 июня 2014. Санкт-Петербург, Россия.

• Научном форуме с международным участием «Неделя Науки СПбПУ». 30 ноября - 05 декабря 2015. Санкт-Петербург, Россия.

• 5-ой Международной научно-практической конференции «Современное Машиностроение: Наука и Образование». 30 июня - 1 июля 2016. Санкт-Петербург, Россия.

• Всероссийском научно-техническом форуме «Корабельная энергетика: из прошлого в будущее». 13-17 февраля 2017. Санкт-Петербург, Россия.

Публикации

По теме работы диссертации опубликовано 11 работ [22, 26-29, 58-62, 97], из которых 2 [26, 27] - в журналах из перечня ВАК РФ и 1 [97] - в изданиях, индексируемых Scopus.

Глава 1. Линеметательные устройства

В настоящее время линеметательные устройства, применяемые на судах, представлены пороховыми приборами, в которых вытяжным грузом является ракета, и приборами пневматическими, в которых линь вытягивается снарядом, разгоняемым за счет запасенной энергии сжатого газа. Поскольку линемёт -средство спасения узкого назначения, на мировом рынке сейчас представлено крайне мало предприятий-производителей, серийно выпускающих эти устройства. Важным моментом является наличие всех разрешительных документов и сертификатов, соответствующих международной конвенции СОЛАС-74.

1.1. Обзор существующих линеметательных устройств

Основными мировыми производителями линемётов являются:

— американская компания ResQmax, осуществляющая поставки на североамериканский рынок;

— норвежская Restech Norway, имеющая международный сертификат Det Norske Veritas, обслуживающая суда Европы;

— российская НПП ИСТА, имеющая сертификат о типовом одобрении РМРС, обслуживающая РФ и азиатские страны.

Австралийские суда комплектуются линемётами собственного производства.

Пороховые приборы постепенно выводятся из эксплуатации, по причине сложности хранения и транспортировки.

1.1.1. Пороховой линемёт «АЛ-1М»

Первые линеметательные пороховые устройства были разработаны в Советском Союзе в конце шестидесятых годов. Прообразом будущих линемётов на тот момент явился ружейный гранатомет системы Дьяконова, созданный в 1928 году (рис. 1.1). Гранатомет представлял собой мортирку (рис. 1.2), прикрепляемую к стволу винтовки Мосина. Заряжание гранаты происходило с дульной части.

Рисунок. 1.1. Мортирка ружейного гранатомета, установленная на винтовке

Мосина

Винтовка снабжалась специальными вышибными патронами, при воспламенении которых резко возрастало казенное давление, и снаряд разгонялся за счет энергии горения пороха.

Рисунок. 1.2. Общий вид мортирки ружейного гранатомета Именно идея разгона снаряда в стволе за счет энергии горения пороха была положена в основу создания аварийного линеметателя «АЛ-1».

Линемёт «АЛ-1» предназначался для переброски линя с одного корабля на другой, с корабля на берег, с берега на корабль. Применялся данный прибор практически до конца восьмидесятых годов, пока не был заменен модернизированной версией «АЛ-1М». Основные характеристики «АЛ-1М» представлены в таблице 1.1.

Таблица. 1.1. Основные характеристики «АЛ-1М».

Параметр Величина

Дальность метания линя при угле возвышенности 15°, м 350

Калибр ракеты, мм 90/52

Масса ракеты, кг 1,9

Масса линемёта, кг 3,1

Материал линя капрон

Диаметр линя, мм 4

Длина линя, м 400

Разрывное усилие линя, кг не менее 300

Угол прицеливания

15°

Аварийный линеметатель «АЛ-1М» (рис. 1.3) представляет собой пистолет - ракетницу (3), к которой прикреплена труба со стволом (2). Ракета, являющаяся вытяжным грузом для линя, заряжается с дульной стороны прибора. В качестве запускающего элемента используется сигнальный патрон, с навеской дымного пороха. Поскольку «АЛ-1М» имеет достаточно большую отдачу, в качестве упора на стволе закреплена ручка (1).

Линь укладывался отдельно в дополнительном ящике, представляющем собой набор ячеек с перекрестной укладкой. Для ракеты линь служил дополнительным стабилизатором, поскольку крепление осуществлялось с тыльной стороны посредством карабина. Труба (2) линемёта представляет собой гладкий ствол, диаметром 52 мм, при выстреле в который вставляется хвостовая часть ракеты.

Порядок действий для подготовки линемёта к пуску включал в себя следующие операции:

• достать из укупорки прибор, ракету, патрон, а также ящик с линём, не нарушая целостность укладки. С ракеты снять предохранительный колпачок, размотать металлический трос с казенной части;

• открыть казенную часть ракетницы, вставить патрон, затем резким движением закрыть пистолет. При захлопывании ствола произойдет характерный щелчок, сигнализирующий о постановке экстрактора в начальное положение;

Рисунок. 1.3. Общий вид линемёта АЛ-1М

• вставить хвостовую часть ракеты до упора в ствол, оставив свободный конец троса в горизонтальном положении;

• приготовиться к выстрелу, расставив ноги на ширину плеч. Пистолет крепко держать в руках.

• взвести курок, прицелиться, плавно нажать на спусковой крючок. После спуска ракета сразу вылетает из ствола.

Эксплуатация «АЛ-1М» была достаточно трудоемкая и сложная, требующая определенных навыков у стрелка. Дополнительные трудности вызывали хранение и транспортировка прибора, так как он относился по характеристикам к оружию и требовал соответствующего отношения. В следствии всего этого данный линемёт был вытеснен более безопасными пневматическими устройствами, однако полностью был снят с производства и эксплуатации только в 2003 году.

1.1.2. Пневматический линемёт «Restech Norway PLT Rescue 230»

Пневматические линемёты работают за счет энергии сжатого газа, запасенного в ресивере. При выстреле практически вся энергия переходит в кинетическую разгоняемого тела снаряда, который в свою очередь является вытяжным грузом.

Одним из первых зарегистрированных пневматических линеметательных устройств, появившихся на рынке, является линемёт PLT Rescue 230, норвежской компании Restech Norway.

Линемёт состоит из пускового устройства с баллоном, обеспечивающего шесть выстрелов без дозаправки, ствола и четырех снарядов с внутренней укладкой линя.

Поскольку отдача прибора достаточно большая пуск следует проводить со специальной стойки-упора, закрепленного на судне.

Для запуска снаряда необходимо выполнить следующие операции:

— закрепить пусковое устройство в упоре;

— свинтить ствол;

— снять защитный колпак с казенной части снаряда, вынуть один конец линя;

— аккуратно вставить снаряд в ствол, при этом стоит учитывать, что выстрел осуществляется надкалиберным способом;

— открыть вентиль баллона, для набора пускового устройства сжатым воздухом;

— закрыть вентиль;

— взявшись обеими руками за рукоятку прибора, нажать на клавишу, осуществить пуск.

Общий вид линемёта PLT Rescue 230 представлен на рис. 1.4.

Рисунок. 1.4. Общий вид линемёта PLT Rescue 230

На базе линеметателя PLT Rescue 230 разработано достаточно большое количество спасательной пневматической техники, осуществляющей такие операции как буксировка, захват и передача троса, заводка якоря. Отдельного внимания заслуживает устройство для проведения биопсии китов и установки спутниковых меток на них.

1.1.3. Пневматический линемёт «ResQmax»

Пневматический линеметатель ResQmax позволяет осуществлять швартовочные операции с судна на берег. Основным отличием от существующих

аналогов является подсумок с уложенным линем, который располагается под прибором. Снаряд выполняет роль вытяжного груза.

Для пуска необходимо раскрыть приклад, открыть вентиль набора пускового устройства, откинуть крышку подсумка. Запуск снаряда производится нажатием на спусковой крючок.

Общий вид устройства представлен на рис. 1.5.

Рисунок. 1.5. Общий вид линемёта ЯеБРшах

Баллон со сжатым газом ставится отдельно перед выстрелом и снимается после накачивания клапана пускового устройства.

1.2. Пневматический линемёт «ИСТА-240»

В настоящее время применение пороховых линеметательных устройств ограничено на суда Российской Федерации по причине трудности хранения и транспортировки пиропатронов и ракет.

В 2004 году научно-производственным предприятием «ИСТА», город Санкт-Петербург, была начата конструкторская разработка пневматического спасательного линемёта, завершившаяся в 2003 году серийным выпуском и сертификацией о типовом одобрении Российским Морским Регистром Судоходства.

В основу идеи создания лег быстродействующий пневматический клапан [5, 32, 60, 62], с минимальным временем открытия (1 мс), который обеспечивал

выпуск сжатого газа из сосуда в камеру низкого давления (КНД). При таком протекании процессов практически вся запасенная потенциальная энергия сжатого газа в сосуде переходит в кинетическую энергию разгоняемого тела в КНД. Используемый клапан не изменял направление потока, обеспечив тем самым осесимметричную конструкцию прибора.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Пискунов, Владимир Александрович, 2018 год

Список литературы

1. Алешкевич, В.А. Курс общей физики. Механика / В.А. Алешкевич, Л.Г. Деденко, В.А. Караваев. - М.:ФИЗМАТЛИТ, 2011. - 472 с.

2. Алямовский, А.А. COSMOSWorks. Основы расчета конструкций на прочность в среде SolidWorks / А.А. Алямовский. - М.: ДМК Пресс, 2011. - 784 с.

3. Архипов, В.А. К гипотезе квазистационарности при истечении газа из ресивера / В.А. Архипов, А.П. Березиков, В.Ф. Трофимов // Прикладная механика и техническая физика. - 2004. - Т.45. - №4. - с. 50-57.

4. Бабичев, А.П. Физические величины. Справочник / А.П. Бабичев. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 1232 с.

5. Бакута, В.Г. Синтез элементов быстродействующих импульсных газовых клапанов / В.Г. Бакута, О.Н. Завадская, Л.Н. Карпенко // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. - 1991. - №7. - с. 68-74.

6. Беляев, А.К. Динамика гибкого вала в жесткой трубке / А.К. Беляев, В.В. Елисеев, С.В. Калашников // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2015. № 4. - с. 7-18.

7. Бетехтин, С.А. Газодинамические основы внутренней баллистики: учебное пособие / С. А. Бетехтин, А. М. Виницкий, М. С. Горохов, К. П. Станюкович, И. Д. Федотов; под общ. ред. К. П. Станюковича. - М.: государственное издательство оборонной промышленности, 1957. - 384 с.

8. Бидерман, В.Л. Механика тонкостенных конструкций / В.Л. Бидерман. -М.: Машиностроение, 1977. - 488 с.

9. Биргер, И.А., Пановко Я.Г. Прочность, устойчивость, колебания: Справочник в трех томах. Т. 3 / И.А. Биргер, Я.Г. Пановко. - М.: Машиностроение, 1968. - 567 c.

10. Булович, С.В. Экспериментальное исследование пульсирующего истечения газа из ресивера / С.В. Булович, В.В. Григорьев, С.Н. Исаков, Р.Л. Петров // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского Государственного

Политехнического университета. Физико-математические науки. - 2011. - Т.4. -№134. - с. 198-201.

11. Вавакин, А.С. Об эффективных характеристиках неоднородных сред с изолированными неоднородностями / А.С. Вавакин, Р.Л. Салганик // Известия АН СССР. Механика твердого тела. - 1975. - № 3. - с. 65-75.

12. Воротов, А.В. Расчет типовых элементов пневмогидравлических систем / А.В. Воротков, Е.Л. Бусыгина, Н.В. Митюков // Вестник КИГИТ. - 2011. - № 5 (18). - с. 32-36.

13. Гантмахер, Ф.Р. Лекции по аналитической механике / Ф.Р. Гантмахер. - М: Наука, 1966. - 300 с.

14. Герц, Е.В. Пневматические приводы. Теория и расчет / Е.В. Герц. - М.: Машиностроение, 1969. - 359 с.

15. Герц, Е.В. Пневматические устройства и системы в машиностроении / Е.В. Герц. - М.: Машиностроение, 1981. - 408 с.

16. Гликман, Б.Ф. Математические модели пневмогидравлических систем / Б.Ф. Гликман. - М.: Наука, 1986. - 368 с.

17. Гольденвейзер, А.Л. Теория тонких упругих оболочек / А.Л. Гольденвейзер. - М.: Наука, 1976. - 512 с.

18. Григорьев, В.В. Газодинамическое исследование пневматического линемета / В.В. Григорьев, С.Н. Исаков, Р.Л. Петров, С.В. Юркин // Журнал технической физики. - СПб. - 2006. - с.75-81.

19. Девяткина, Т.И. Анодное оксидирование алюминия и его сплавов для получения качественных гальванических покрытий / Т.И. Девяткина, М.М. Спасская, А.Н. Москвичев, В.В. Рогожин, М.Г. Михаленко // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. - 2013. - №4 (1) - с. 109114.

20. Деч, Г. Руководство к практическому применению преобразования Лапласа и Z-преобразования /Г. Деч. - М.: Наука, 1971. - 288 с.

21. Егоров, О. Д. Мехатронные модули: расчет и конструирование: учебное пособие / О. Д. Егоров, Ю. В. Подураев. - М.: МГТУ «Станкин», 2004. - 360 с.

22. Елисеев, В.В. Динамика и прочность пневмоклапана из композита / В.В. Елисеев, В.А. Пискунов // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. - 2017. - Т. 5. - №3. - с. 31-36.

23. Елисеев, В.В. К нелинейной теории упругих оболочек / В.В. Елисеев // Научно-технические ведомости СПбГТУ. - 2006. - № 3. - с. 35-39.

24. Елисеев, В.В. Механика упругих тел / В.В. Елисеев. - СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2003. - 336 с.

25. Елисеев, В.В. Применение уравнений Лагранжа для расчета колебаний лопаток / В.В. Елисеев, А.А. Москалец, Е.А. Оборин // Справочник. Инженерный журнал с приложением. - 2015. - № 8. - с. 21-25.

26. Елисеев, В.В. Cпасательные линеметы: математическое моделирование и экспериментальные исследования / В.В. Елисеев., В.А. Пискунов // Известия Самарского научного центра РАН. - 2016. - Т. 18, 1(2). - с. 205-209.

27. Елисеев, В.В. Оценка динамической прочности пневмоклапана линемёта / В.В. Елисеев, В.А. Пискунов // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. - 2017. - №46-47. - с. 51-56.

28. Елисеев, В.В. Выстрел из пневматического линемёта: три этапа процесса / В.В. Елисеев, В.А. Пискунов // Современное машиностроение. Наука и образование: Материалы 5-й Международной научно-практической конференции. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та. - 2016. - с. 421-430.

29. Елисеев, В.В. Расчет лопаток из композиционного материала для газотурбинного двигателя / В.В. Елисеев., В.А. Пискунов // Вестник машиностроения. - 2016. - №7 - с. 42-44.

30. Еремеев, В.А. Механика упругих оболочек / В.А. Еремеев, Л.М. Зубов. - М.: Наука, 2008. - 280 с.

31. Ефремов, А.К. Проблемы стендовых механических испытаний приборных устройств / А.К. Ефремов, С.В. Коршунок, В.А. Пылаев // Современные проблемы машиностроения. - 1988. - №4. - с. 95-104.

32. Звегинцев, В.И. Газодинамические установки кратковременного действия. Часть 1. Установки для научных исследований / В.И. Звегинцев. - Новосибирск: Параллель, 2014. - 552 с.

33. Звегинцев, В.И. Газодинамические установки кратковременного действия. Часть 2. Установки для промышленных приложений / В.И. Звегинцев. -Новосибирск: Параллель, 2015. - 340 с.

34. Златин, Н.А. Баллистические установки и их применение в экспериментальных исследованиях / Н.А. Златин, А.П. Красильщиков, Г.И. Мишин. - М.: Наука, 1974. - 344 с.

35. Исаков, С.Н. Пневматическое оружие / С.Н. Исаков, И.Н. Исаков, С.В. Юркин. Патент на изобретение №2024817. - 1994.

36. Исаков, С.Н. Пусковой клапан для ударных труб / С.Н. Исаков, П.А. Пакин, Г.В. Смирнов. А. с. СССР №496405. - 1975.

37. Исаков, С.Н. Пусковая установка / С.Н. Исаков, И.Н. Исаков, С.В. Юркин. Патент на изобретение №2066656. - 1996.

38. Канаун, С.К. Метод самосогласованного поля в задаче об эффективных свойствах упругого композита / С.К. Канаун // Журн. ПМТФ. - 1975. - № 4. - с. 194-203.

39. Кирьянов, Д.В. Mathcad 14 / Д.В. Кирьянов. - СПб.: БХВ - Петербург, 2007. - с. 704.

40. Кишкин, Б. П. Конструкционная прочность материалов / Б. П. Кишкин. -М.: Изд-во МГУ, 1976. - 184 с.

41. Клюев, В.В. Испытательная техника. Справочник: в 2 кн. / В.В. Клюев. -М.: Машиностроение, 1982. - 560 с.

42. Колесников, К.С. Машиностроение. Энциклопедия. Динамика и прочность машин. Теория механизмов и машин / К. С. Колесников, Д.А. Александров, В.К. Асташев. - М.: Машиностроение, 1994. - Т. 1-3. - Кн. 1. - с. 534.

43. Копанев, А. Т. Устройство для пневмоимпульсного метания / А.Т. Копанев, А.Е. Жижин, Б.А. Шалфеев, Л.А. Плеханов, А.Н. Голубев, В.А. Федосимов. Патент на полезную модель №122025. - 2012.

44. Кошляков, Н.С. Уравнения в частных производных математической физики / Н.С. Кошляков, Э.Б. Глинер, М.М. Смирнов. - М.: Высш. школа, 1970. - 712 с.

45. Кравчук, А.С. Механика полимерных и композиционных материалов / А.С. Кравчук, В.П. Майборода, Ю.С. Уржумцев. - М.: Наука, 1985. - 304 с.

46. Кристенсен, Р. Введение в механику композитов / Р. Кристенсен. - М.: Мир, 1982. - 334 с.

47. Лойцянский, Л.Г. Механика жидкости и газа / Л.Г. Лойцянский. - М.: Физматгиз, 1987. - 840 с.

48. Лойцянский, Л.Г. Курс теоретической механики / Л.Г. Лойцянский, А.И. Лурье. - М.: Наука, 1983. - 640 с.

49. Лурье, А.И. Теория упругости / А.И. Лурье. М.: Наука, 1970. - 940 с.

50. Лысенко, Л.Н. Баллистика. Учебник. / Л.Н. Лысенко, С.В. Беневольский, В.В. Бурлов, В.П. Казаковцев, В.В. Чернов, А.Ю. Козлов, А.И. Сидоров, В.Б. Шмельков, Н.М. Монченко. - Пенза: Изд-во ПАИИ, 2005. - 510 с.

51. Математическая модель гидропневмоавтоматики: отчет о НИР / Митюков Н.В. - Ижевск: Камский институт гуманитарных и инженерных технологий, 2010. - 53 с.

52. Митюков, Н.В. Внутренняя баллистика дульнозарядных гладкоствольных орудий / Н.В. Митюков, К.Р. Крауфорд, Е.Л. Бусыгина, Ю.В. Ганзий, И.В. Романенко // Химическая физика и мезоскопия. - 2012. - Т. 14. - № 3. - с. 371375.

53. Митюков, Н.В. Применение имитационного моделирования для оценки эффективности пневматической пушки / Н.В. Митюков, П.М. МакШерри // Вестник ИжГТУ. - 1999. - №4 - с. 6-9.

54. Новожилов, В.В. Линейная теория тонких оболочек / В.В. Новожилов, К.Ф. Черных, Е.М. Михайловский. Л.: Политехника, - 1991. - 656 с.

55. Нотон, Б. Композиционные материалы. Т. 3: в 8 т. Применение композиционных материалов в технике / Б. Нотон. - М.:Мир, 1978. - 510 с.

56. Пановко, Я.Г. Введение в теорию механического удара / Я.Г. Пановко. - М.: Наука, 1977. - 224 с.

57. Пановко, Я.Г. Механика деформируемого твердого тела / Я.Г. Пановко. -М.: Наука, 1985. - с. 288.

58. Пискунов, В.А. Экспериментальное исследование процессов в пневматическом линемете / В.А. Пискунов, В.В. Елисеев // Неделя Науки СПбПУ: материалы научного форума с международным участием. ИММиТ. 30.11 - 5.12

2015. Часть 1. СПб: Изд-во Политехн. ун-та. - 2015. - с. 60-62.

59. Пискунов, В.А. Испытательный стенд для пневматического линемёта / В.А. Пискунов, В.В. Елисеев // Неделя науки СПбПУ: Материалы научного форума с международным участием. Лучшие доклады. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та. -

2016. - с. 74-79.

60. Пискунов, В.А. Определение эффективных свойств композита клапана линемета. / В.А. Пискунов, В.В. Елисеев // Неделя науки СПбПУ: материалы науч.-практ. конф. ИММиТ, ч. 1. СПб: Изд-во Политехн. ун-та. - 2014. - с. 82-85.

61. Пискунов, В.А. О прочности конструктивных элементов пневматического линемета / В.А. Пискунов // Современное машиностроение. Наука и образование: Материалы 4-й Международной научно-практической конференции. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та. - 2014. - с. 419-424.

62. Пискунов, В.А. Расчет на прочность запорного колпака быстродействующего пневматического клапана / В.А. Пискунов, Е.В. Носова, В.В. Носов. // Современное машиностроение. Наука и образование: Материалы 3 -й Международной научно-практической конференции. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та. - 2013. - с. 356-364.

63. Победря, Б.Е. Механика композиционных материалов / Б.Е. Победря. - М.: Изд-во МГУ, 1984. - 336 с.

64. Победря, Б.Е. О статических задачах упругих композитов / Б.Е. Победря, В.И. Горбачёв // Вестник Московского университета. Серия Математика, механика. - № 5. - 1977. - с. 101-110.

65. Попов, А.Н. Пневматический ударный стенд / А.Н. Попов, В.В. Кузнецова, Ю.В. Никитина // XLШ неделя науки СПбГПУ: материалы научно-практ. конф. c междун. уч. - СПб: Изд-во Политехн. ун-та. - 2015. - с. 366.

66. Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях: Реферативный сборник. Вып. 11. - М.: ВИНИТИ, 1990. - с.18-20.

67. Рабинович, А.Л. Введение в механику армированных полимеров / А.Л. Рабинович. М.: Наука, 1970. - 482 с.

68. Работнов, Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела / Ю.Н. Работнов. М.: Наука, 1979. - 744 с.

69. Раскатов, В.М. Машиностроительные материалы: Краткий справочник / В.М. Раскатов, В.С. Чуенков, Н.Ф. Бессонова, Д.А. Вейс. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.:Машиностроение, 1980. - 511 с.

70. РД 24.200.11-90 Правила проведения пневматических испытаний изделий на прочность и герметичность. М.: Минхиммаш, 1989. - 24 с.

71. Ректорис, К. Вариационные методы в математической физике / К. Ректорис. - М.: Мир, 1985. - 590 с.

72. Рискова, Е.Г. Газодинамический подход к решению задачи внутренней баллистики ствольной системы / Е.Г. Рискова, В.В. Горбунов. - М., 2007. - 9 с. -Деп. в ВИНИТИ Рос. акад. наук 26.06.07, №674-В2007.

73. Родыгин, М.П. Модель пневматической установки для ударных испытаний / М.П. Родыгин // Новый университет. Серия: технические науки. - Йошкар-Ола. -2014. - № 05-06. - с. 58-80.

74. Самигуллин, Г.Х. Стенд для проведения пневматических испытаний / Г.Х. Самигуллин, Г.Г. Попов // Компрессорная техника и пневматика. - 2015. - №6. -с. 21.

75. Сендецки, Дж. Композиционные материалы. Т. 8: в 8 т. Механика композиционных материалов / Дж. Сендецки. - М.: Мир, 1978. - 563 с.

76. Сидняев, Н.И. Численное решение задачи об истечении газа из замкнутого объема в атмосферу / Н.И. Сидняев // Письма в журнал технической физики. -2005. - Т.31. - №1. - с. 17-23.

77. Судаков, Р.С. Надежность и эффективность в технике. Справочник в 10 т. Т. 6.: Экспериментальная отработка и испытания / Р.С. Судаков, О. И. Тескин. - М.: Машиностроение, 1989. - 376 с.

78. Тимошенко, С.П. Теория упругости / С.П. Тимошенко, Дж. Гудьер. - М.: Наука, 1979. - 560 с.

79. Тихонов А.А. Аварийно-спасательные средства и имущество надводных кораблей и судов ВМФ / А.А. Тихонов, В.Н. Можаев, Г.М. Папченко, Ю.И. Бабич.

- М.: Изд.9/7012, 1974. - 400 с.

80. Тихонов, А.Н. Уравнения математической физики / А.Н. Тихонов, А.А. Самарский. - М.: Наука, 1972. - 735 с.

81. Трофимов, В.Н. Пневматическое оружие. Справочник / В.Н. Трофимов. -М.: ДАИРС, 2006. - 175 с.

82. Чанкаев, С.К. Динамика движения снаряда при низких давлениях в стволе / С.К. Чанкаев, В.Я. Яковлев // Прикладная механика и техническая физика. - 2007.

- №6. - с.44-49.

83. Чернина, В.С. Статика тонкостенных оболочек вращения / В.С. Чернина. -М.: Наука, 1968. - 456 c.

84. Чернусь, П.П. Учет влияния свойств сжатого газа на параметры математической модели золотникового пневмораспределителя / П.П. Чернусь, В.Т. Шароватов // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. - 2014.

- №12. - с.22-29.

85. Шермергор, Т.Д. Теория упругости микронеоднородных сред / Т. Д. Шермергор. - М.: Наука, 1977. - 400 с.

86. Шунков, В. Н. Газовое и пневматическое оружие: справочное пособие / В. Н. Шунков. - Минск: Попурри, 2004. - 499 с.

87. Эльсгольц, Л.Э. Дифференциальные уравнения и вариационное исчисление / Л. Э. Эльсгольц. - М.: Наука, 1969. - 424 с.

88. Babcock, K. J. A numerical simulation of boundary layer effects in a shock tube / k. J. Babcock // Int. J. Numer. Meth. Fluids. - 1992. - v.14. - №10. - p. 1151-1171.

89. Belyaev, A.K. Dynamics of mechanical systems with variable mass / A.K. Belyaev, H. Irschik. - Springer Wien Heidelberg New York Dordrecht London, 2014. -266 p.

90. Belyaev, A.K. Mechanics and model-based control of advanced engineering systems / A.K. Belyaev, H. Irschik, M. Krommer. - Springer Wien New York, 2014. -316 p.

91. Berdichevsky, V.L. Variational principles of continuum mechanics. V.2. Applications / V.L. Berdichevsky. - Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2009. - 1014 p.

92. Bulovich, S.V. Calculation of heat flux from the region behind a reflected shock wave into the shock tube edge / S.V. Bulovich, V.E. Vikolainen, R.L. Petrov // Technical Physics Letters. - 2004. - T.30. - №11. - p. 887-889.

93. Bulovich, S.V. Numerical simulation of the interaction between reflected shock wave and near-wall boundary layer / S.V. Bulovich, V.E. Vikolainen, S.V. Zverintsev, R.L. Petrov // Technical Physics Letters. - 2007. - T.33. - №2. - p. 173-175.

94. Bulovich, S.V. Numerical simulation of the flow formation in a cylindrical tube upon opening of a ring slit / S.V. Bulovich, V.E. Vikolainen, R.L. Petrov // Technical Physics Letters. - 2007. - T.33. - №12. - p. 1025-1027.

95. Bulovich, S.V. Pneumatic-driven piston acceleration in a barrel / S.V. Bulovich, R.L. Petrov // Technical Physics Letters. - 2005. - T.31. - №8. - p. 682-684.

96. Bulovich, S.V. Wave expander / S.V. Bulovich, R.L. Petrov // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. - 2002. - T.75. - №5. - p. 51-55.

97. Eliseev, V.V. Composite gas-turbine blade / V.V. Eliseev, V.A. Piskunov // Russian Engineering Research. - 2016. - T.36 №10. - p. 819-822.

98. Eliseev, V. Finite deformation of thin shells in the context of analytical mechanics of material surfaces / V. Eliseev, Yu. Vetyukov // Acta Mechanica. - 2010. -Vol. 209, Issue 1-2. - p. 43-57.

99. Eliseev, V.V. Lagrangian mechanics of classical shells: theory and calculation of shells of revolution / V.V. Eliseev, T.V. Zinovieva // In: Shell Structures: Theory and Applications Volume 4 - Pietraszkiewicz & Witkowski (eds). Proceedings of the 11th International conference "Shell structures: theory and applications" (SSTA 2017). October 11-13, 2017, Gdansk, Poland. Published by Taylor & Francis Group, London, 2018. p. 73-76.

100. Kharitonov, A.M. Aerothermodynamics of expert ballistic vehicle at hypersonic speeds / A. M. Kharitonov, N.P. Adamov, V.F. Chirkashenko, I. Mazhuli, S.I. Shpak, A.N. Shiplyuk, L.G. Vasenyov, V.I. Zvegintsev, M. Muylaert // Progress in flight physics. - 2011. - p. 608.

101. Petrov, R.L. Analysis of the "Tailored" contact surface region in a shock tube / R.L. Petrov // Journal of Engineering Physics. - 1976. - T.31. - №3. - p. 106-110.

102. Rubin, S.G. Numerical and Physics Aspects of Aerodynamic Flows / S.G. Rubin // I. New-York, Berlin, Heidelberg: Springer - 1981. - p. 171-186.

103. Xin, R.C. An experimental study of single-phase and two-phase flow pressure drop in annular helicoidal pipes / R.C. Xin, A. Awwad, Z.F. Dong, M.A. Ebadian // International journal of heat and fluid flow. - 1997. - p. 482-488.

104. Zvegintsev, V.I. One-dimensional model for calculating compressible gas flow with friction through pipeline / V.I. Zvegintsev, A. Yu. Melnikov // Nova science publishers. - 2012. - p. 207-224.

Приложения: листинги Mathcad

П.1. Динамика колпака клапана

Исходные данные: m10:= 0.501 кг

Масса снаряда (пустого) m20 := 7.21: кг

Масса пускового устройства m3 := 0.01: кг

Масса колпака клапана l=260 м Длина линя р=1.3 10-3 кг/м Погонная плотность линя

p0=6106 Па Давление рабочей камеры

- 3

S1 := 2.0310 м2

Площадь ствола

- 3

S10 := 2-10 3 м2 Площадь снаряда

x10 := 0.00: м

Расстояние установки снаряда у := 1.4

Показатель адиабаты воздуха

- 3

V0 := 0.562-10 3 м3

Объем рабочей камеры

- 3

S3 := 1.4410 3 м2

Площадь колпака А := 0.01 м

Ход колпака c2 := 10( H/м Ь2 := 100 H*с/м

c3 := 10( Н/м

(да,)

дК дП_ ¿,1 д а г д а

Выражение для объема: Ч(У) := У0 + 81x10 + 81-(У0 + у) + 83(у - у) - (81 - 810)У0

Выражение для давления:

Р(У := р0-

У0 ЧУ)

Выражения масс: т1(У) := т10 + р(1 - У - У) т2(У) := т20 + р-(у + у) Обобщенная сила со стороны упора:

02СУ :=-с2•У1 - Ъ2-У4

д3(У) := -с3 • У

2

Выражения ускорений:

Б3(У) :=

т1(У)

2 р[(Уз)2

2-р^|(У3) + 2-У3-У4 + (У4) |+ р(У)^810

М2]

Б4(У) :=

т2(У)

■2-[(уз)2

(У4)2]

— •р] (У) + 2-У^ + (У4) | + р(УН81 - 83) + р2(У)

Б5(У := —-•(р(У^83 + 03(У)) тЗ

Р(1 ,у) : =

Г У3 ^

У4

У5 Б3(У) Б4(У) V Р5(У))

У : =

Г 0^ 0 0 0 0

V 0;

4

й := 510

Решение уравнений методом "стрельбы": Я := гк£хесС(у, 0,й, 1000, Б)

- 6 10 := 10 6

хВД := 1т1егр(Я^, Я"'^, 1)

х2(1) := Нтегр^0, я"2\ 1)

У

1

1

x3(t) := linterp(R/0> Given x3(t0) - x2(t0) = A

-4

t1 := Find(t0) = 2.015x 10

2x10 3

3

1.5x10 3 x1(t) 1x10-3 5x10 4 0

4 4 4 4

0 125x10 4 2.5x10 4 3.75x10 4 5x10 4

t

8x10-5 6x10-5 x2(t) 4x10-5 2x10-5 0

-4 -4 -4 -4

0 125x10 4 2.5x10 4 3.75x10 4 5x10 4 t

0.08 0.06 x3(t)0.04 0.02 0

-4 -4 -4 -4

0 1.25x10 4 2.5x10 4 3.75x10 4 5x10 4

t

v1(t) := linterp(R/0),R/4),t)

v2(t) := linterp(R/0^,R/5^,t)

v3(t) := lrnterp(R/0),R/6>,t) Графики скоростей снаряда, пускового устройства колпака клапана

t

t

t

-4

x1(t1) = 2.789х 10 4 м

x2(t1) = 1. 029х 10-5 м x3(t1) = 0.011 м

Скорости снаряда и пускового устройства в момент соударения колпака и направляющей:

v1(t1) = 2.751 м/с v2(t1) = 0.101 м/с Расчет скорости колпака в момент соударения:

v3(t1) -v2(t1) = 108.506м/с

П.2. Внутренняя баллистика

Исходные данные: m10:= 0.501 кг

Масса снаряда (пустого) m20 := 7.21: кг

Масса пускового устройства m3 := 0.01: кг

Масса колпака клапана l=260 м Длина линя р=1.3 10-3 кг/м Погонная плотность линя

p0=6106 Па Давление рабочей камеры

- 3

S1 := 2.0310 м2

Площадь ствола

- 3

S10 := 2-10 3 м2 Площадь снаряда

x10 := 0.00: м

Расстояние установки снаряда у := 1.4

Показатель адиабаты воздуха

- 3

V0 := 0.562210 3 м3

Объем рабочей камеры

- 3

S3 := 1.4410 3 м2

Площадь колпака А := 0.01 м

Ход колпака c2 := 10( H/м Ь2 := 100 H*с/м c3 := 100 H/м Выражение для объема:

ЧУ := Ч0 + 81x10 + Б1-(Уо + у) + 83А - (Б1 - БИ)У( Выражение для давления:

Р(У) := р0

Ч0

ЧУ)

Выражения масс: т1(У) := т10 + р^1 - у - у)

т2(У) := т20 + т3 + р-(у + у)

Обобщенная сила со стороны упора:

11 (у) :=-с2•у - с1 •у'

3

р2(У) :=-А (у) - Ъ2-У3 Выражения ускорений:

Б2(У) :=

т1(У)

1

р 2 •

(У2)2 + 2У2У3 + (У3)2

Б3(У) :=

т2(У)

1

-р— 2

(У)2 + + (у3)2

+ р(У)^810 + р(У)^1 + 02(У)

Начальные условия:

у0 := 2.789)10

- 4

у1 := 1. 029? 10

И := 2-10- 2 у2 := 2.75' у3 := 0.10"

- 5

Р(1,у) :=

Г у2 ^

У0

у :=

3

Б2(У) V Р3(У);

Решение уравнений методом "стрельбы":

Г у0^ у1 у2 V у3;

- 4

Ю := 2.015510 Я := гк£хесС(у, ,1000, Б)

х1(1) := 1т1егр(Я<0\1)

У

1

1

x2(t) := linterp(R<0>,R<2>,t)

t

t

v1(t) := lmterp(R<0>,R<3>,t) v2(t) := linterp(R<0>,R<4>,t)

t

8

6

v2(t)

4

2

0

- 3

0 5x10 3 0.01 0.015 0.02 t

t20 := 10- 3 L := 0.75

Given

x1(t20) + x2(t20) = L t2 := Find(t20) = 0.012 Скорости снаряда и ПУ в момент схода снаряда со среза ствола:

v1(t2) = 84.459 м/с v2(t2) = 8.789 м/с c2 -x2(t2) + b2-v2(t2) = 886.179

П.3. Полет снаряда как тела переменной массы

Декартовы координаты точек нити х(а, Р, а, б) := а - 8

у(а, Р, а, б) := а^(а - б) - Р^(а - б) Производные координат

2

ха(а, Р, а, б) := —х(а, Р, а, б) ^ 0 ёа

хР(а, Р, а, б) := —х(а, Р, а, б) ^ 0 ёр

ха(а, Р,а, б) := —х(а, Р, а, б) ^ 1 ёа

х8(а, Р, а, б) := —х(а, Р, а, б) ^-1

уа(а, Р, а, б) := —у (а, Р, а, б) ^ а - б ёа

уР(а, Р,а,б) := —у(а,Р, а, б) ^-(а - б)2 ёР

уа(а, Р,а, б) := —у(а, Р, а, б) ^ а - Р'(2'а - Ъб) ёа

8(а, Р, а, б) := — у(а, Р,а, б) ^ Р•(2•а - 2^) -а

Компоненты скорости

ух(а, Р, а, уа, уР, уа, б) := ха(а, Р, а, Б^уа + хР(а, Р, а, б)уР + х—(а, Р, а, Б^уа уу(а, Р, а, уа, уР, уа, б) := уа(а, Р, а, s)•уа+ уР(а, Р, а, s)•ур + уа(а, Р, а, s)•уа Компоненты матрицы инерции нити при единичной плотности

таа(а,Р,а):=

1

(ха(а, Р, а, б)2 + уа(а, Р, а, б)2) ёБ ^ —

тРР(а,Р,а):= -2 ^

\ 5

2 2) а , Р, а, б) ) Сб ^ —

(хР(а, Р, а, б) + уР (а, Р, а, б)

10

таа(а, Р,а) := — • 2

( 2 2), —^ФР^—2 - + 3^ + 3

\ха(а, Р, а, б) + уа(а, Р,а, б) / аБ '

)

таР(а, Р, а) := — • 2

(ха(а, Р, а, Б)^хР(а, Р, а, б) + уа(а, Р,а, Б)^уР(а, Р,а, ^ —

а

2

0

а

0

а

0

4

а

mao(a, ß, ст) := — -2 .

mßCT(a, ß, ст) := 1 -2

ст 2

ст -(3-a - 4-ß-CT)

(xa(a, ß, ст, s)-xCT(a, ß,ст,s) + ya(a, ß, ст, s)-yCT(a, ß, ст, s))ds ^-

0 12

•ст 4 3

ß-ст a-ст

(xß(a, ß, ст, s)-x^(a, ß,cr, s) + yß(a, ß, ст, s)-yст(a, ß, ст, s))ds ^---

0 4 6

Координаты снаряда

X1(a, ß, ст) := x(a, ß, ст, 0) ^ст

2

Y1(a, ß, ст) := y(a, ß, ст, 0) ^ a-ст-ß-ст Компоненты скорости снаряда vX1(a, ß, ст, va, vß, уст) := xa(a, ß, ст, 0)-va + xß(a, ß, ст, 0)-vß + xr(a, ß, ст, 0)-уст ^уст

2

vY1(a, ß, ст, va,vß,vст) := ya(a, ß, ст, 0)-va + yß(a, ß, ст, 0)-vß + yст(a, ß, ст, 0)-vст ^ vст-(a - 2^-ст) - ст -vß + ст-va

Матрица инерции снаряда при единичной массе

2 2 2 mQxa(a, ß, ст) := xa(a, ß, ст, 0) + ya(a, ß, ст, 0) ^ст

2 2 4

mCßß(a, ß, ст) := xß(a, ß, ст, 0)2 + yß(a, ß, ст, 0)2 ^ ст4

2 2 2 mten^, ß, ст) := xст(a, ß, ст, 0) + у<ст(о, ß, ст, 0) ^ (a - 2^-ст) + 1

3

mQxß(a, ß, ст) := xa(a, ß, ст, 0)-xß(a, ß, ст, 0) + ya(a, ß, ст, 0)-yß(a, ß, ст, 0) ^-ст mü^^, ß, ст) := xa(a, ß, ст, 0)-xr(a, ß, ст, 0) + ya(a, ß, ст, 0)-yст(a, ß, ст, 0) ^ст-(о-2-ß-ст)

2

m03ст(a, ß, ст) := xß(a, ß, ст, 0)-xст(a, ß, ст, 0) + yß(a, ß, ст, 0)-yст(a, ß, ст, 0) ^ -ст -(a - 2ф-ст)

Плотность нити и масса снаряда

- 3

p := 1.3-10 3 кг/м m1 := 0.50: кг Полная матрица инерции Maa(a, ß, ст) := p-maa(a, ß, ст) + m1-mQxa(a, ß, ст) Mßß(a,ß, ст) := p-mßß(a,ß, ст) + m1-mCßß(a, ß, ст) Мстст(a, ß, ст) := p-гастст(a, ß, ст) + m1-mCCTст(a, ß, ст) Maß(a, ß, ст) := p-maß(a, ß, ст) + m1-mQxß(a, ß, ст) Мост^, ß, ст) := p-ma^^, ß, ст) + m1-mCXст(a, ß, ст) Mßст(a, ß, ст) := p-m^^, ß, ст) + m1-mCßст(a, ß, ст)

'Maa(a,ß, ст) Maß(a, ß, ст) Moö(o,ß,cr)^ M(a, ß, ст) := Maß(a, ß, ст) Mßß(a, ß, ст) Mßст(a, ß,cr) vMaст(a,ß, ст) Mßст(a,ß, ст) Mстст(a, ß,cr)J

Производные матрицы инерции

MSa(a, p, a) := —M(a, p, a) ^ da

- 4 2

3.25x 10 -a + 0.508a

2 - 4 3

-0.508a + -2.167x 10 -a

Ma(a, p, a) :=

- 42 2 - 43 - 4

3.25x 10 -a + 0.508a -0.508a +-2.167x 10 -a 1.016a + -2.032p-a + 2.167x 10 -a-(6-a - 6-p-a)_

- 4 2

0 0 2.825x 10 -a + 0.508a

2 - 4 3

0 0 -0.508a2 + -1.883x 104-a3

- 42 2 - 43 - 4

2.825x 10 -a + 0.508a -0.508a +-1.883x 10 -a 1.016a + -2.032p-a + 1.883x 10 -a-(6-a - 6-p-a)_

MSp(a, p, a) := —M(a, p, a) ^ dp

0

0

0

0

2 - 4 3

-1.016a + -4.333x 10 -a

3 - 4 4

1.016a + 3.25x 10 -a

2 .....„- 4 3 ,„,,3 _ „ ,„- 4 4 „ ,,„ ,„- 4 i 2

-a-\, 8

Mp(a, p, a) :=

_-1.016a~ +-4.333x 10 -a3 1.016a3 + 3.25x 10 '-a' 2.167x 10 -a-(8-p-a~ - 6-a-a) +-2.03^a-(a - 2-p-a)_

2 - 4 3

0 0 -1.016a +-3.767x 10 -a

3 -4 4 1.016a + 2.825x 10 -a

00

2 - 43 3 - 44 - 4^2 ^

-1.016a +-3.767x 10 -a 1.016a + 2.825x 10 -a 1.883x 10 -a-(8-p-a - 6-a-a) + -2.032a-(a - 2-p-a)_

Матрица инерции M(Y) := M(Y0, Yj, Y2)

Обратная матрица

-1

R(Y) := M(Y) 1 Матрицы-производные M0(Y) := Ma(y,^,Y2)

M1(Y) := Mp(Y0,Yj,Y2)

M2(Y) := Ma(Y0,^,Y2)

,T

,T

S(Y,V) := 1 -stack(VT-M0(Y)-V,VT-M1(Y)-V,VT-M2(Y)-V) F(Y, V) := (V,M0(Y) + V M1(Y) + VM2(Y))-V - S(Y, V) Потенциальная энергия в поле тяжести

(

ng(a, p, a) := g-

P-

Л

y(a, p, a, s) ds + ml Y1(a, p, a)

2 - 3 2

^-4.9833p-a + 2.125x 10 -a -(3-a - 2-p-a) + 4.983a-a

Энергия растяжения (с деформацией Коши)

г R ^ 1 (^ R .2 ) [a-p-(2-a- 2-s)] js(a, p, a, s) :=--\xs(a, p, a, s) + ys(a, p, a, s) - 1) ^---

2