2.1.1.Требования к стволам и условия их работоспособности

При обеспечении требуемых баллистических характери­стик, обусловленных баллистическим решением орудия, к стволам артиллерийских орудий предъявляют следующие требования, выполнение которых определяет работоспособную и рациональную конструкцию ствола.

1. Надлежащая (гарантированная) прочность. Удовлетворение этого требования, общего для всех объектов техники, - основная задача, решаемая при проектировании артствола, так как исключи­тельно высокие силовые и тепловые нагрузки на ствол (давление пороховых газов несколько сотен МПа, температура до 3000 °С и выше) и динамичность его работы (время выстрела составляет сотые и тысячные доли секунды). В качестве норматива прочности ствола и его частей принимают отсутствие каких-либо остаточных деформаций в конструкции ствола при всех возможных условиях эксплуатации.

2. Достаточная жесткость ствола. Его изгиб как от собственного веса, так и от внешних воздействий (ударная волна, односторонний лучистый нагрев, одностороннее охлаждение от осадков и т. п.) не должен превышать некоторой допустимой величины. Эта величина связана с колебаниями ствола и определяет в значительной степени точность стрельбы орудия.

3. Наименьший износ канала ствола и приемлемая живучесть как свойство ствола сохранять баллистические качества в допусти­мых пределах при типовом режиме огневой эксплуатации. Износ канала нормируется по внутренним параметрам (удлинение каморы, увеличение диаметра канала), а живучесть - по внешним парамет­рам (потеря начальной скорости, увеличение рассеивания снарядов и т. д.). Износ и живучесть тесно связаны между собой и зависят как от широкого ряда конструктивно-технологических факторов (рациональная конструкция каморы, направляющей части канала, ведущих элементов снаряда, качество металла и покрытий, наличие флегматизаторов и других защитных средств в составе пороха, эф­фективность искусственного охлаждения и т. п.), так и от соблюде­ния правил эксплуатации (тщательность подготовки ствола и бое­припасов перед стрельбой, своевременная чистка, смазка, соблю­дение заданных режимов огня и т. д.).

4. Обеспечение массы в заданных пределах и расположение центра масс в достаточной близости от казенного среза. Первое требование обусловливается заданной массой откатных частей, что, в свою очередь, определяет динамические характеристики орудия. Второе требование связано с уравновешиванием качающейся части орудия.

5. Надежное направление движения при откате и накате, на­дежное крепление противооткатных устройств, казенника, дульно­го тормоза и других наствольных устройств. Ствол должен обеспе­чивать сравнительно простую выверку приборов наводки, легкую сборку, разборку, замену сопряженных с ним узлов и деталей.

6. Термостойкость стволов, под которой понимается свойство оружия не допускать самопроизвольного срабатывания элементов боеприпаса от нагрева при длительном нахождении его в нагретом стволе или в потоке воздуха от разогретого ствола. Повышать тер­мостойкость можно как за счет боеприпаса, так и за счет ствола (увеличение его массы, исключение длительного нахождения бое­припаса в каморе, применение охлаждения, применение легирован­ных сталей с повышенной теплопроводностью). Последнее может быть ограничено экономическими и стратегическими соображе­ниями. Например, для изготовления наиболее массового индивиду­ального оружия (автоматов) у нас в стране применяется сталь 50РА, а для пулеметов, потребность которых в количественном от­ношении значительно меньшая, а требования к режиму огня более жесткие - сталь 30ХНФА.

7. Технологичность и экономичность изготовления ствола. Это обеспечивается выбором оптимальных механических свойств ма­териала ствола, чистоты и точности его обработки, совершенством технологических процессов получения заготовок, процессов тер­мической и механической обработки и т. п.

Чрезвычайно высокая термосиловая нагруженность стволов обусловливает следующие требования к металлам для стволов.

1. Достаточная прочность, то есть высокие характеристики прочности: предел упругости, предел текучести, предел прочности (высокая категория прочности).

2. Достаточная стойкость при воздействии химических продук­тов разложения и температуры горения пороха, атмосферных и дру­гих условий.

3. Сочетание достаточной твердости, ударной вязкости (не ме­нее 0,003...0,004 Нм/м² для сопротивления ударным нагрузкам) и пластичности (относительное остаточное сужение не менее 20 %). Металл должен иметь в аварийном случае разрушение в виде раз­дутия, а не разрыва с осколками

4. Экономичность производства и обработки металла; отечест­венная сырьевая база.

Перечисленным требованиям удовлетворяет в наибольшей мере специальная орудийная сталь - среднеуглеродистая (С ~ 0,4 %) хромоникель-молибденовая или хромоникельвольфрамовая сталь со сле­дующим ориентировочным процентным содержанием легирующих элементов: С_г ~ 1...2,6 %; Ni ~ 1...4 %; Mo ~ 0,2.-0,5 %; W ~ 0,5...0,8 %. Орудийные стали - это высококачественные стали с содержанием серы и фосфора не более 0,03 % каждого.

В зависимости от величины предела упругости ствольные стали подразделяются на категории прочности: 0-55, 0-60, 0-65,..., 0-90, 0-95, 0-100 (может быть и выше), что означает предел ее упруго­сти, выраженный в кг/мм² (не менее).

При назначении категории прочности орудийной стали для ствола следует иметь в виду накладываемые стандартом ограниче­ния на толщину заготовки ствола. Например, для кованых и ката­ных заготовок с толщиной стенки до 80 мм обеспечивается наи­большая категория 0-100, с толщиной стенки 80...120 мм - 0-85, с толщиной 120... 160 мм - только 0-70.

Перечисленные выше требования формализуются в виде систе­мы условий работоспособности ствола с учетом следующих сооб­ражений.

Эффективность и работоспособность ствольных комплексов определяются при рассмотрении внешних моделей функционирования, то есть моделей решения боевых задач Работа же ствола описывается, как правило, внутренними моделями напряженно-деформированного состояния, нагрева, износа, динамики и.т.д. Связи между внешними и внутренними моделями сложны и, как правило, носят опытно-эмпирический характер Например, для категорирования стволов по живучести (по кучности стрельбы - па­раметру внешней модели) производят замеры износа, а затем, зная из опыта связь между износом и живучестью ствола, производят категорирование и выбраковку

В связи с этим представляется целесообразным рассматривать вопрос о работоспособности стволов, оставаясь в рамках внутрен­них моделей, и определять отказ ствола через параметры, непосред­ственно относящиеся к нему Отметим, что рассматривая взаимо­действие в системе «снаряд - заряд - гильза - затвор - ствол» и ана­лизируя случаи, классифицированные как отказ ствола, можно убедиться, что этот отказ проявляется не только как выход за уста­новленные пределы параметров ствола, но чаще как отказ одного из элементов названной системы (то есть как зависимый отказ) Например, самосрабатывание боеприпаса (отказ - самовоспламе­нение заряда) часто является следствием нагрева выше нормы по­верхности каморы (отказ ствола) Или, например, срыв снаряда с на­резов (отказ снаряда) является следствием чрезмерного износа ка­нала ствола (отказ ствола)

Весьма важным является тепловой аспект условий работоспо­собности, влияние нагрева сказывается в большей или меньшей степени на большинство условий работоспособности Универсаль­ной характеристики не существует Так, иногда важен перепад температуры и общий уровень нагрева, в других случаях - макси­мальные (пиковые) температуры на поверхности канала ствола, те­пловое расширение ствола при стрельбе и.т.д.