СПОСОБ СКОРОСТНОЙ СТРЕЛЬБЫ БАШЕННОЙ УСТАНОВКИ ПУШЕЧНОГО ВООРУЖЕНИЯ
METHOD FOR HIGH-SPEED FIRING OF CANNON ARMAMENT TOWER PLANT

Изобретение относится к области скорострельного пушечного вооружения и может быть использовано для совершенствования систем обеспечения точности стрельбы.
Известен способ скоростной стрельбы башенной установки пушечного вооружения, заключающийся в преобразовании кинетической энергии отдачи ствола орудия в тепловую энергию [Зенитный ракетно-пушечный комплекс «Панцирь-С1»: Основы устройства и функционирования: Учебное пособие. Часть 1 / под ред. чл.-кор. РАЕН д-ра техн. наук, проф. В.А. Мальцева и Ю.А. Савенкова - Тула: АО «КБП», 2017. - 289 с.].
Известный способ реализуется снижением колебаний всего корпуса боевой машины с башенной установкой за счет повышения упругости опорных устройств (применение дополнительных опор), и преобразованием тем самым энергии отдачи ствола пушки в энергию акустических колебаний инфразвукового диапазона отдельных функциональных механических узлов и деталей. Энергия этих колебаний в конечном итоге рассеивается по всему корпусу машины и обращается в тепловую энергию по акустической и оптической ветвям атомных колебаний в материалах деталей боевой машины.
Недостатком известного способа является то, что постоянная времени диссипации (рассеивания) энергии отдачи выстрела больше периода выстрелов. Это ведет к накоплению неуправляемой энергии колебательных процессов в узлах машины и, соответственно, к нарушению работы системы наведения. При этом, повышение жесткости опор машины повышает частоту колебательных процессов в узлах машины с периодом меньше постоянной времени срабатывания системы наведения. Все это ограничивает возможности обеспечения необходимой точности стрельбы.
Технический результат направлен на уменьшение энергии упругих напряжений в корпусе башенной установки при стрельбе, создаваемых отдачей ствола пушки.
Технический результат достигается тем, что в способе скоростной стрельбы башенной установки пушечного вооружения, заключающимся в преобразовании кинетической энергии отдачи ствола пушки в тепловую энергию, кинетическая энергия отдачи ствола орудия преобразуется в электрическую энергию, которая преобразуется в тепловую энергию.
Принцип предлагаемого способа основан на преобразовании энергии движения отдачи ствола в электрическую энергию, которая преобразуется в энергию электрического тока, которая преобразуется в магнитную энергию торможения ствола и в тепловую энергию рассеивателя тепла.
На рисунке приведена функциональная схема устройства для реализации предлагаемого способа (далее - устройство).
Устройство содержит ствол 1, снаряд 2 в стволе, корпус 8, откатный цилиндр 3 и упругие элементы 7, соединенные с корпусом, шток 4, соединенный со стволом 1 и упругими элементами 7, магнит 5 связанный со штоком 4, катушка электрическая 6, закрепленная к корпусу 8. Откатный цилиндр 3 служит в качестве держателя и направляющего для ствола 1 при откате. Магнит 5 и катушка 6 выполнены секционированно для повышения величины наводимой ЭДС и повышения КПД по преобразованию движения ствола с магнитом в электрическую энергию. В катушку может быть вмонтировано нагрузочное резистивное сопротивление. Электрическая энергия может рассеиваться на резистивном сопротивлении короткозамкнутой катушки.
Устройство работает следующим образом. При вылете снаряда 2 ствол 1 получает импульс силы в обратном направлении и при движении в цилиндре 3 штоком 4 сжимает упругие элементы 7, которые распределяют по времени ударную нагрузку выстрела на корпус 8 и уменьшают величину действующей на корпус 8 силы при выстреле. При движении штока 4 магнит 5 наводит электродвижущую силу (ЭДС) в неподвижной электрической обмотке катушки 6. Электрический ток, создаваемый ЭДС в катушке 6, рассеивает энергию на резистивном сопротивлении катушки или специального нагревательного элемента, соединенного с катушкой.
Таким образом, кинетическая энергия движения ствола 1 посредством магнита 5 преобразуется в энергию электрического тока в обмотке 6, которая преобразуется в нагревательном элементе в тепловую энергию. Согласно закону сохранения энергии и практике генерации электрической энергии КПД преобразования механической энергии в электрическую может превышать 60%, что зависит от соотношения взаимодействующих масс ствола 1 и корпуса 8. По правилу Ленца, чем больше электрический ток в обмотке катушки 6, тем больше магнитное поле обмотки, противодействующее движению магнита 5 штока 4. Величина тока тем больше, чем меньше сопротивление обмотки с нагревательным элементом. В пределе наиболее эффективным электромагнитным тормозом является короткозамкнутая обмотка, выполняющая роль обмотки для наведения ЭДС (тока) и нагревательного элемента.
Количество энергии, отводимой в тепло, можно оценить по величине наводимой ЭДС и сопротивлению обмотки
где Е -электродвижущая сила катушки, В;
μ - относительная магнитная проницаемость магнита;
0
μ - магнитная проницаемость вакуума, Гн/м;
Н - напряженность магнитного поля магнита, А/м;
2
S - площадь сечения магнитного потока, м;
Δt - время изменения магнитного потока, равное времени отката ствола, с;
k - коэффициент уменьшения средней скорости движения ствола по отношению к средней скорости движения снаряда в стволе.
Наведенная электрическая мощность в катушке, превращаемая в тепловую энергию, определяется из уравнения
где R - сопротивление всей цепи обмотки, Ом.
6
-2
8
Так, при возможно реализуемых величинах Е=1000 В и R=0,05 Ом, мощность может достигать значений Р=10/10=10 Дж/с.
ств
сн
ств
8
5
При движении ствола в 10 раз медленнее снаряда t=0,1 Δt=0,06 с выделяемая энергия равна W=Pt=0,06 10=10 Дж.
Оценочный расчет показывает, что энергия движения ствола может быть распределена не менее чем в равной мере между электромагнитной системой торможения ствола и корпусом, которому энергия ствола передается через шток и упругий элемент, а в предельном случае через шток 4, магнит 5, магнитное поле, катушку 6 на корпус. Для такого распределения допустимая мощность обмотки 6 электромагнита 5, 6 должна быть больше мощности, передаваемой через шток 4 на корпус 8 через упругие элементы в отсутствии магнитного поля.
При передаче всей энергии отката ствола на корпус через магнитное поле совершаемая работа в электромагнитной системе магнит-катушка будет равна работе сжатия упругого элемента
где I - электрический ток катушки, А;
t - время перемещения катушки, с;
G - модуль упругости упругого элемента Н/м;
Δx - величина сжатия упругого элемента, м.
Из практики известно, что механическая сила, действующая на индуктор электрического генератора, превращается в механическую силу магнитного поля, называемой пондермоторной силой, которая превращается в силу тока в проводнике, не обладающей и не вызывающей механической силы реакции в проводнике. Таким образом, механическая энергия, характеризуемая механической силой, может быть преобразована в электрическую энергию, превращаемую в тепло без посредства механической силы.
Сопоставительный анализ показал, что кинетическая энергия, передаваемая движением ствола корпусу, может быть уменьшена в два раза.