7.3.4. Орудия на жидких метательных веществах

Появление ракетной техники и накопление опыта экс­плуатации ракетных топлив подвело к мысли о возможности при­менения жидких метательных веществ (ЖМВ) и в ствольной ар­тиллерии.

Анализ перспектив использования ЖМВ в артиллерийских сис­темах позволяет сформулировать следующие основные их пре­имущества перед порохами:

существенное увеличение дульной скорости снаряда за счет повышенной удельной мощности (силы пороха), наличия у некото­рых композиций ЖМВ более легких, чем у порохов продуктов сгорания, а также за счет повышения коэффициента заполнения индикаторной диаграммы (площади под кривой внутрибаллистического процесса в координатах давление газа - путь снаряда по ка­налу ствола) (рис. 7.18);

повышение живучести стволов вследствие пиковых давлений газа и уменьшения температуры горения топлива;

изменение дальности стрельбы совместным варьированием уг­лами возвышения ствола и бесступенчатым дозированием заряда открывает широкие возможности маневра траекториями полета снаряда и обеспечит высокоэффективное компьютеризированное управление огнем;

размещение ЖМВ в баках произвольной формы, находящихся

в труднодоступных местах, позволяет увеличить возимый боеком­плект орудия и повысить плот­ность заполнения внугреннего объ­ема боевых машин;

раздельное хранение жидких компонентов зарядов снижает пожароопасность и создает усло­вия для повышения живучести орудий;

Рис. 7.18. Индикаторные диаграммы

удешевление производства метательных зарядов и упрощение материально-технического снабжения, связанного с транспор­тировкой и хранением ЖМВ.

Ожидаемые выгоды от реализации хотя бы части этих досто­инств будут настолько значительны, что окупят все расходы, свя­занные с разработкой новой технологии и существенно расширят возможности ствольной артиллерии.

Для применения в артиллерийских системах рассматривают­ся жидкие метательные вещества двух типов: однокомпонентные и двухкомпонентные. Однокомпонентные представляют собой го­рючие вещества, действующие на принципе межмолекулярных реак­ций либо реакций каталитического разложения. Они в свою очередь подразделяются на простые и сложные системы. К простым относятся химические соединения, например, гидразин или изопропилнитрат, а к сложным относятся смеси типа гидразин-гидразинмононитрат, которые при обычной температуре в реакцию не вступают.

Двухкомпонентные ЖМВ подразделяются на самовоспламе­няющиеся и несамовоспламеняющиеся. В первых системах оба компонента при смешивании вступают друг с другом в спонтанную реакцию, во вторых - реакция протекает очень медленно и, следо­вательно, как и в случае однокомпонентных топлив, требуется сис­тема воспламенения с внешним инициирующим энергетическим импульсом. Примером самовоспламеняющейся системы служит гидразин + азотная кислота, несамовоспламеняющейся - керосин + азотная кислота.

Для воспламенения топлива в каморе орудия возможно приме­нение пиротехнических средств, электрического разряда, микро­волн, лазерного луча, адиабатического сжатия, что наиболее удоб­ным средством воспламенения являются лазерный луч или элек­трический разряд.

В отличие от обычных пороховых зарядов подача жидких мета­тельных зарядов в камору орудия возможна только с помощью специализированных гидравлических систем. При этом различают два основных способа:

подача в камору с помощью насоса сразу всей массы топлива до производства выстрела. Этот способ называют объемным заря­жанием;

постепенное впрыскивание необходимой массы метательного заряда в процессе производства выстрела. Такой способ подачи но­сит название инжекционного и предусматривает постоянное при­сутствие в каморе сгорания лишь небольшого количества несго­ревшего топлива в каплеобразном состоянии.

Конструктивная реализация вышеназванных способов заряжа­ния привела к разработке нескольких вариантов систем подачи то­плива в камору сгорания (рис. 7.19). Наиболее простыми являются схемы подачи топлива в случае объемного заряжания, при этом по­дача осуществляется с помощью силового агрегата непосредственно в камору орудия. Для однокомпонентных топлив требуется гидро­система, состоящая из резервуара 1, насоса-дозатора 2 и обратного клапана 3 (рис. 7.19, а), а для двухкомпонентных - по одной по­добной гидросистеме на каждый компонент топлива (рис. 7.19, б). В последнем случае необходимо обеспечить тщательное перемеши­вание горючего с окислителем в каморе сгорания.

Для обеспечения инжекционного заряжания впрыск топлива в камору должен производиться под давлением, превышающим давление газов в процессе выстрела (~ 300...400 МПа). Получение! такого давления совместно с необходимостью обеспечения высоко­го расхода горючей жидкости (~ 2...5 м³/с) при помощи посторон­него привода потребовало бы чрезвычайно сложной, громоздкой и энергоемкой аппаратуры. Приемлемым техническим решением оказалось применение дифференциального поршня, использующе­го давление продуктов сгорания в каморе ствола.

Метод дифференциального поршня известен в гидравлике и ос­нован на том, что равновесие свободного поршня, имеющего различные площади на его торцах (с одной стороны из площади вычитается площадь штока), обеспечивается обратно пропорцио­нальным соотношением давлений в поршневой и запоршневой полостях.

Таким образом, при инжекционной подаче однокомпонентного топлива (рис. 7.19, б) доза жидкости заряжается силовым агрегатом

Рис. 7.19. Схемы систем заряжания ЖМВ 394

в запоршневую полость. С началом горения в каморе, заключенной между дном снаряда и поршнем 4, возникает давление газов, воз­действующих на поверхность последнего. За счет эффекта диффе­ренциального поршня происходит мультипликация давления жид­кого топлива в запоршневом пространстве, и оно под действием повышенного давления впрыскивается через форсунки, располо­женные в поршне, в камору сгорания, самопроизвольно поддержи­вая процесс выстрела.

Метод инжекционной подачи в одинаковой мере применим как для однокомпонентных, так и для самовоспламеняющихся и несамовоспламеняющихся двухкомпонентных топлив. В последнем ва­рианте система подачи должна содержать два дифференциальных поршня и два силовых агрегата заправки.

Экспериментальные работы по выбору той или иной концепции и практической реализации использования жидких метательных веществ в ствольной артиллерии ведутся в разных странах весьма активно, однако созданию боевых артиллерийских систем на ЖМВ должно предшествовать решение еще ряда научных и технических проблем.