Оценка состояния канала ствола артиллерийского оружия

УДК 623.526

ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ КАНАЛА СТВОЛА АРТИЛЛЕРИЙСКОГО ОРУЖИЯ

А.М. Пушкарёв, А.А. Вершинин, И.Г. Вольф

Рассматривается вопрос оценки состояния канала ствола артиллерийского оружия. Проанализированы основные факторы изменения работоспособности канала ствола при выстреле. Проведены исследования оценки живучести артиллерийского оружия.

Ключевые слова: артиллерийский ствол, канал ствола, износ ствола, ресурс артиллерийского ствола.

Одной из тенденций развития современного артиллерийского оружия является предъявление повышенных тактико-технических требований к создаваемым и модернизируемым системам данного вида оружия. Модернизация существующих и создание новых образцов артиллерийского оружия направлено на уменьшение габаритов, снижение массы, увеличение темпа стрельбы и длины очереди.

Для артиллерийского ствола, непосредственно выполняющего функцию стрельбы, последнее приводит к резкому возрастанию термосилового воздействия потока пороховых газов и ведущих элементов снаряда на поверхность канала и, как следствие, к интенсивному его повреждению, главным образом в виде износа направляющей части, и как следствие, к снижению живучести артиллерийского оружия. Потеря ресурса образцами артиллерийского оружия обуславливается реализацией в их конструкциях сложных физико-химических процессов, которые приводят к деформации, поломке, износу, коррозии и другим видам повреждений деталей и сборочных единиц. Поэтому проблема установления закономерностей влияния состояния ствола на живучесть ствольных систем в настоящее время остается актуальной.

Необходимо отметить, что срок боевого использования ствола характеризуется его живучестью. Под живучестью ствола понимается способность ствола выдерживать определенное количество выстрелов, после которого он изнашивается и теряет свои качества (значительно увеличивается разброс пуль, уменьшается начальная скорость и устойчивость полета пуль).

Следует также отметить, что живучесть ствола непосредственно зависит от степени его износа. Здесь под износом канала ствола подразумевается совокупность изменений его геометрических размеров и конфигураций [1].

В свою очередь технический ресурс стволов артиллерийского оружия определяется и закладывается в технические характеристики образца на этапе его разработки и проектирования и измеряется, как правило, в количестве выстрелов (циклов нагружения).

Однако, следует отметить, что эффективность применения артиллерийского оружия, как правило, оценивается при традиционном допущении о сохранении живучести их стволов в пределах назначенного ресурса, что не всегда соответствует действительности и приводит к ошибочным оценкам того или иного исходного параметра. При этом необходимо отметить, что научное нормирование значений ресурса образцов артиллерийского оружия до настоящего времени не проведено и руководящими документами не предусмотрено [2].

Каждый образец артиллерийского оружия характеризуется определенными выходными параметрами - величинами, определяющими показатели его качества. Выходные параметры, могут характеризовать самые разнообразные свойства изделия в зависимости от его назначения и предъявляемых к нему требований. Это могут быть показатели точности функционирования, кинематические и динамические параметры, экономические и другие показатели.

В процессе эксплуатации образец артиллерийского оружия подвергается воздействиям окружающей среды, статических и динамических нагрузок, а также технически неправильным действиям личного состава. В результате этих воздействий изменяются начальные значения выходных параметров изделий, происходит потеря ресурса.

Следует также отметить, что эффективность применения артиллерийского оружия находится в прямой зависимости от условий его применения, в данном случае от настрела ствола, где настрел определяется характеристиками состояния канала ствола по износу [3].

Здесь следует отметить, что качество внутренней поверхности канала ствола ствольной системы от выстрела к выстрелу изменяется и, в конце концов, достигает такого состояния, которое не обеспечивает необходимых баллистических характеристик при выстреле. Так, например, переменные по величине и направлению нагрузки в запредельной области износа резко меняют свои значения, вызывая существенное ухудшение кучности стрельбы, потерю устойчивости конструкции артиллерийского оружия и т. п. При этом назначенные предельные величины выходных параметров должны обеспечить устойчивую динамику конструкции артиллерийского оружия.

На основании вышесказанного определим остаточную величину ресурса (износа ствола) применительно к конструкциям автоматического артиллерийского оружия. Зная закономерности изменения процессов, вызывающих потерю ресурса, можно определить остаточную величину ресурса (износа ствола) из выражения

Т = Х - Х ,

ср пр экспл

где Хпр, Хэкспл - соответственно предельная величина износа ствола и величина износа ствола, измеренная в процессе эксплуатации, мм.

С другой стороны справедливо равенство

Т = N ^ ,

ср ост 1в

где ^ст - остаточное (до предельного состояния) количество выстрелов; Jlв - интенсивность изнашивания ствола за один выстрел, мм/выстр.

Тогда из выражения (1) и (2) следует, что оценить остаточный ресурс (живучесть) стволов автоматического артиллерийского оружия можно по остаточному (до предельного состояния) количеству выстрелов

X - X

N = пр экспл.

ост J

1в

Следует отметить, что интенсивность изнашивания ствола за один выстрел ^1в) является апостериорной характеристикой, достоверность определения которой во многом зависит от строгости учета настрела артиллерийского оружия. Здесь под апостериорной характеристикой понимается информация о процессе эксплуатации артиллерийского оружия по данным контроля его технического состояния, предсказанная на момент прогноза. Учитывая данные изменения допустимо предположить, что технический ресурс ствола изменится в связи с изменением параметров внутрибалли-стического процесса. Результаты исследований свидетельствуют о том, что внутрибаллистические характеристики выстрела в совокупном действии существенно влияют на износ ствола и эффективность применения артиллерийского оружия.

Таким образом, не отходя, от сути, вышеприведенных подходов прогнозирования остаточного ресурса сложных технических систем, применительно к конструкциям автоматического артиллерийского оружия предлагается следующая методика оценки ресурса, включающая следующие этапы:

1. Определение износа ствола в рамках мероприятий контрольно-технических осмотров или технического диагностирования конструкций артиллерийского оружия.

2. Прогнозирование остаточного ресурса стволов артиллерийского оружия с учетом априорной и апостериорной информации о процессе эксплуатации. Здесь под априорной информацией понимается информация о процессе эксплуатации, известная заранее, то есть до начала контроля технического состояния артиллерийского оружия.

3. Определение вида технического состояния артиллерийского оружия.

4. Уточнение информации об интенсивности отказов однотипных конструкций артиллерийского оружия.

430

5. После установления вида технического состояния артиллерийского оружия принимается решение о проведении его дальнейшей эксплуатации или организации соответствующего вида ремонта.

Из рассмотренной методики следует, что при эксплуатации образца оценку ресурса, производят на основании нормативных документов, которые в свою очередь основаны (явно или неявно) на статистических данных о материалах, воздействиях и условиях эксплуатации изделий. Следовательно, прогнозирование ресурса при эксплуатации образца должно быть основано на вероятностных методах (моделях). Необходимо также отметить, что применительно к эксплуатируемым изделиям основным понятием ресурса здесь является индивидуальный остаточный ресурс - продолжительность эксплуатации от данного момента времени до достижения предельного состояния. В условиях эксплуатации по техническому состоянию межремонтные периоды также назначаются индивидуально. Поэтому вводят понятие индивидуального ресурса до ближайшего среднего (СР) или капитального (КР) ремонта, то есть остаточный ресурс должен соответствовать наработке (Тн), кратной проведению среднего или капитального ремонта. Например, Гн (СР) - наработка (ресурс), назначенная до СР; Гн (КР) - наработка (ресурс), назначенная до КР.

Таким образом, результатом исследования следует считать выявленную закономерность состояния канала ствола артиллерийского оружия, связанного с износом ствола от количества выстрелов, которая может служить для обеспечения необходимого ресурса стволов, то есть проблема обеспечения необходимого ресурса стволов при эксплуатации ствольных систем может быть решена на основе полученных закономерностей (1), (2), (3) износа ствола от количества выстрелов. Приведенная методика оценки ресурса стволов позволяют более обоснованно готовить предложения по назначению предельного допуска определяющего параметра при длительной эксплуатации изделий. Наряду с другими известными методиками, разработанная методика учитывает специфику возникновения и интенсивность отказов в реальных условиях эксплуатации изделий.

Список литературы

1. Шипунов А.Г. Эффективность и надежность стрелково-пушечного вооружения: учебное пособие / А.Г. Шипунов, В.П. Грязев и др. Тула: Тул. гос. ун-т, 2002. 124 с.

2. Артемов И.И. Моделирование изнашивания и прогнозирование ресурса трибосистем / И.И. Артемов, В.Я. Савицкий, С. А. Сорокин. Пенза: Пенз. гос. ун-т, 2004. 373 с.

3. Шипунов А.Г. Живучесть стволов скорострельных пушек и способы ее обеспечения / А.Г. Шипунов, Ю.С. Швыкин. М.: Машиностроение, 1977.

Пушкарёв Александр Михайлович, канд. техн. наук, проф., versh-aleksei2@yandex. ru, Россия, Пермь, Пермский военный институт войск национальной гвардии Российской Федерации,

Вершинин Алексей Аркадьевич, канд. техн. наук, доц., versh-aleksei2@yandex.ru, Россия, Пермь, Пермский военный институт войск национальной гвардии Российской Федерации,

Вольф Илья Григорьевич, канд. техн. наук, доц., нач. кафедры, ilvolf@yandex.ru, Россия, Пермь, Пермский военный институт войск национальной гвардии Российской Федерации

ESTIMA TION THE BORE STA TE OF AN ARTILLERY GUN A.M. Pushkaryov, A. А . Vershinin, I.G. Volf

The paper estimates the bore state of an artillery gun. It analyzes the main factors leading to changes on the working of a bore during firing. Studies on evaluating survivability artillery gun.

Key words: artillery barrel, upper layer, barrel degradation, resource artillery barrel.

Pushkaryov Aleksander Mikhailovich, candidate of technical sciences, professor, versh-aleksei2@yandex. ru, Russia, Perm, the Perm Military Institute of the National Guard's Forces of the Russian Federation,

Vershinin Aleksey Arkadyevich, candidate of technical sciences, lecturer of the department, versh-aleksei2 @yandex. ru, Russia, Perm, the Perm Military Institute of the National Guard's Forces of the Russian Federation,

Volf Ilya Grigorievich, candidate of technical sciences, docent, head of the department, ilvolf@yandex.ru, Russia, Perm, the Perm Military Institute of the National Guard's Forces of the Russian Federation