2.1.2. Типовые конструктивные схемы стволов.

В настоящее время наиболее часто применяются стволы-моноблоки (рис. 2.1.) Они наиболее просты в конструктивном и тех­нологическом отношениях, их преимущественное применение, не­смотря на возросшие нагрузки, стало возможным благодаря созда­нию легированных орудийных сталей с высокими прочностными характеристиками

Для повышения прочности стволы скрепляют кольцами, ци­линдрами или при помощи специальной операции, называемой ав­тоскреплением Техническая сущность перечисленных разновид­ностей скрепления одинакова - в стенке ствола до выстрела тем или иным способом создаются благоприятно ориентированные напря­жения, которые при выстреле, накладываясь на напряжения от дав­ления пороховых газов, в определенной мере снижают последние, чем и достигается эффект упрочнения.

Рис. 2.1. Схема ствола-моноблока 1- моноблок 2- казенник 3 - муфта

4 - дульный тормоз

Ствол, скрепленный цилиндрами (или кольцами, то есть корот­кими цилиндрами) на всей длине или только на отдельных участ­ках, называется скрепленным стволом (рис. 2.2.) Кожух 2, надетый на трубу ствола с натяжением, производит в ней напряжения сжа­тия, вследствие чего и создается эффект повышения прочности при скреплении цилиндрами (кольцами).

Автоскрепленный ствол - ствол-моноблок, прошедший при из­готовлении технологическую операцию автоскрепления, после ко­торой в стенке ствола возникли благоприятно ориентированные напряжения, обеспечивающие повышение сопротивления ствола действию давления пороховых газов при выстреле Автоскрепле­нию могут подвергаться как весь ствол, так и его отдельные участки;

возможно применение автоскрепленных труб в составе скреп­ленных и других типов разбор­ных стволов.

Отдельно выделим группу лейнированных стволов (рис. 2.3). Лейнирование является ради­кальным средством повышения фактической живучести ствола, так как конструктивно обеспе­чивает возможность замены его изношенной внутренней части. Лейнированные стволы могут быть нескольких разновидностей. В ство­ле со свободным лейнером (рис. 2.3, а) внутренняя труба-лейнер 1 покрывается оболочкой 2 по Рис 2.3. Схемы лейнированных стволов всей длине; между оболочкой и лейнером предусмотрен зазор, выбирающийся при выстреле за счет упругого расширения лейнера. В некоторых конструкциях между лейнером и оболочкой пре­дусмотрен слабый натяг, допускающий разборку для замены изно­шенной трубы, это ствол со скрепленным лейнером.

В стволе со свободной трубой (рис. 2.3, б) внутренняя труба 3 покрывается оболочкой частично, а зазор между ними обеспечива­ет замену трубы по мере ее износа. Если зазор выбирается во время выстрела и оболочка участвует в сопротивлении действию давле­нию пороховых газов, то тогда свободная труба называется раз­груженной; если же свободная труба не передает давление кожуху, то неразгруженной. Иногда применение ствола со свободной тру­бой вызывается соображениями дуплексирования, то есть создания на одинаковом лафете двух разных орудий, отличающихся, напри­мер, по калибру.

В стволе с лейнирующей втулкой (рис. 2.3, в) сменной частью является лишь относительно короткая втулка 4, устанавливаемая в районе наибольшего износа канала ствола 5, то есть в районе на­чала ведущей его части, с зазором, выбирающимся при выстреле. Она может быть изготовлена из специального жаропрочного и из­носоустойчивого материала. Для лейнеров малокалиберной артил­лерии используют специальные жаропрочные сплавы типа ЭП-131, имеющие по сравнению со сталями 50РА, ОХНЗМФА более высо­кие прочностные свойства в диапазоне температур 500...650°, но худшую теплопроводность.

В некоторых случаях (для особо длинных стволов или при необходимости переме­щения орудия по частям, на­пример, для горных орудий и т. п.) оказывается целесооб­разно применение составных и разборных по длине стволов. Они помимо технологических преимуществ дают возмож­ность заменять отдельные час­ти, например изношенные. Не­достатками таких стволов яв­ляются пониженная жесткость в месте соединения частей и трудность обеспечения в сты­ке надежной обтюрации поро­ховых газов.

Канал артиллерийского ствола состоит из двух час­тей: каморной (каморы) и ве­дущей (калиберной) (рис. 2.1).

Конфигурация каморы оп­ределяется в первую очередь принятым для данного орудия способом заряжания (рис. 2.4). В современных артиллерий­ских орудиях применяются два способа заряжания: гильзо­вое и картузное (безгильзовое). Гильзовое заряжание делится на унитарное и раздельное.

Унитарное заряжание применяется для полевых орудий ка­либра менее 122 мм, а для корабельных зенитных и танковых до 130 мм включительно. Раздельно-гильзовое заряжание обычно применяется для калибров 122... 152,4 мм и в орудиях с перемен­ным зарядом. Для орудий большего калибра применяется картуз­ное (безгильзовое) заряжание; в этом случае необходим затвор со специальным упругим обтюратором.

Независимо от способа заряжания и соответствующей ему кон­струкции каморы к ней предъявляются повышенные требования по соосности с ведущей частью канала и по чистоте обработки.

Рис 2.4. Схемы камор артиллерийских ство­лов для унитарного (а), раздельно-гильзово­го (6), картузного (в) заряжания и для гладкостенных стволов (г) танковых и проти­вотанковых пушек.

1 - основной конус, 2 - переходный конус, 3 - ци­линдрический участок, 4 - конус врезания, 5 -обтюраторный конус, 6 - дополнительный конус. 7 - упорный конус

Первое требование связано с исключением перекоса снаряда, что мо­жет привести к распатронированию при заряжании или к прорыву пороховых газов вперед снаряда (это резко увеличивает износ на­правляющей части канала). Второе требование обусловлено облег­чением экстракции гильзы; шероховатость поверхности каморы должна находиться в пределах R_z < 3,2 мкм, R_a < 0,63 мкм.

В большинстве видов автоматического оружия начало извлече­ния гильзы происходит в период, когда давление пороховых газов в стволе еще недостаточно велико. Оно прижимает гильзу к стен­кам каморы (патронника). В некоторых типах оружия силы трения, возникающие между гильзой и патронником, могут быть настолько большими, что при извлечении гильзы произойдет ее поперечный разрыв или повреждение закраины гильзы выбрасывателем. Для уменьшения указанных сил трения иногда применяются канавки Ревелли, которые, создавая противодавление на некоторой части наружной поверхности гильзы, облегчают ее извлечение. Канавки Ревелли представляют собой продольные выемки на поверхности патронника, включая его скат и пульный вход (рис. 2.5). Выемки не должны доходить до казенного среза ствола, чтобы не было проры­ва пороховых газов назад. Ввиду сложности изготовления, быстро­го загрязнения и затруднений при чистке канавки Ревелли приме­няются редко.

В соответствии с назначением и типажом ведущей части кана­ла ствола и ведущих элементов снаряда необходимо обеспечить:

требуемые характеристики устойчивости снаряда на траектории (скорость вращения, отсутствие недопустимых возмущений при выходе из канала и др.);

безотказное функционирование снаряда при движении его по каналу (сохранность всех частей снаряда и его снаряжения, надеж­ное взведение инерционного взрывателя и т. д.);

минимально допустимый износ ведущей части канала и тем са­мым приемлемую живучесть ствола;

Рис. 2.5. Камора с канавками Ревели

надежную обтюрацию пороховых газов как в новом стволе, так и в имеющем некоторый допустимый износ;

максимально возможную производственную технологичность ствола и снарядов и удобство эксплуатации орудия.

Существуют несколько способов ведения снаряда по каналу. Наибольшее распространение имеет способ ведения снаряда по на­резам цилиндрического канала при помощи ведущих поясков сна­ряда из пластичного материала. Как возможную разновидность его можно назвать способ, при котором снаряд имеет готовые выступы под нарезку канала. Для танковых и противотанковых пушек полу­чил распространение способ ведения снаряда по гладкому каналу при помощи поддона снаряда, который отделяется от снаряда при выходе его из канала.

Форма, число, глубина и ширина нарезов выбираются в зависи­мости от конкретных условий взаимодействия нарезной части ка­нала и ведущих элементов снаряда не только в новом, но и в изно­шенном стволе и определяются, в основном, назначением, мощно­стью и конструктивными данными орудия и снаряда (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Характеристика нарезов.

Примечание. * Длина хода нареза у дульного среза

Рис. 2.6 Форма нарезов

В отечественной артиллерии приме­няется нарезка прямоугольной формы с гранями, параллельными радиусу, прове­денному через середину нареза (рис. 2.6).

При выборе числа и размеров наре­зов необходимо обеспечить не только прочность нарезов, но и прочность вы­ступов ведущих поясков - противоречивое требование, предусматривающее оптими­зационное решение. С учетом сущест­вующего опыта отработки и эксплуатации артиллерийских орудий число нарезов п в первом приближении может быть принято по эмпирическому соотношению:

n = (3...4)d, (2.1)

где d - калибр в сантиметрах, причем

меньшее значение предпочтительнее для гаубиц. Найденное таким образом число нарезов из технологических соображений округля­ется до кратного четырем (лучше восьми), и далее определяется суммарная ширина поля Ъ и нареза а:

a + b = d/n. (2.2)

Соотношение между шириной нареза а и шириной поля Ъ вы­бирается из соображений равнопрочности выступов пояска и на­резки и связывается эмпирически с величиной начальной скорости снаряда Vо. Так, для гаубиц рекомендуется а = (1,6...2,5)b; для сис­тем с Vo = 800...1000 м/с, а = (1,5...1,8)b, для более мощных пушек с Vo > 1000 м/с а = (1,1..1,4)b. Во всех случаях ширина поля долж­на быть более 3 мм и не менее 1,5t. Уменьшение соотношения а/b уменьшает износ ствола, но резко увеличивает вероятность срыва снаряда с нарезов. Глубина нарезов для современных стволов уста­навливается из соотношения t = (0,01...0,025)d, причем для гаубиц t = 0,01d.

Применение 2 %-ной (t = 0,02d) глубины нареза увеличивает живучесть ствола примерно в 2 раза по сравнению с 1 %-ной, но вызывает уменьшение начальной скорости снаряда на 2...3 %. Счи­тают, что для орудий с Vо < 800 м/с t = (0,01...0,015)d, для орудий с Vo > 800 м/с, t = (0,015...0,025)d радиус закругления полей и наре­зов принимается в пределах г = (2...3) мм.

Таким образом, при выборе числа и размеров нарезов прихо­дится сталкиваться с рядом противоречивых требований, для удовлетворения которых необходимо ориен­тироваться на имеющийся опыт созда­ния работоспособных конструкций.

Рис 2.7 Крутизна нарезов

В зависимости от угла наклона наре­зов к оси канала ствола нарезка может быть трех типов (рис. 2.7):

постоянной крутизны 1; характеризу­ется постоянным углом наклона нарезов;

прогрессивной крутизны 2; характе­ризуется увеличивающимся к дульному срезу углом наклона нарезов;

смешанной крутизны J; имеет участ­ки постоянной крутизны в дульной час­ти или в начале нарезов, а на остальной длине - прогрессивную крутизну.

Крутизна обычно выражается дли­ной хода нареза в калибрах л, то есть

расстоянием (в калибрах) по оси ствола, на котором нарез делает один полный оборот:

(2.3)

где Н- длина хода нареза;

d - калибр;

a = arctg ( ) - угол наклона нареза.

Главным преимуществом нарезки постоянной крутизны являет­ся ее технологичность. Применение нарезки прогрессивной и сме­шанной крутизны диктуется необходимостью снизить давление на боевую грань нарезов и сместить его максимум относительно мак­симума давления пороховых газов. Такое смещение благоприятно влияет на износ боевых граней и истирание ведущего пояска, а, сле­довательно, и на эрозионный износ канала ствола. Кроме того, на­резка прогрессивной крутизны дает возможность обеспечить тре­буемый угол наклона нарезов в дульном срезе у короткоствольных орудий без значительного повышения величины усилия на боевую грань нареза. Примером могут служить гаубицы М-30, Д-ЗО, Д-1 (табл. 2.1).

При проектировании ведущей части канала нужно обеспечить необходимую по условию устойчивости полета снаряда крутизну нарезов в дульном срезе сечении ствола которая определяется из внешней баллистики. Вопрос выбора крутизны нарезки в дульной части ствола усложняется для орудий, имеющих переменные заря­ды и различные типы снарядов. В этом случае крутизна нарезки должна определяться при сочетании заряда и снаряда, для которого величина аэродинамического коэффициента является наибольшей. Для авиационных пушек при расчете крутизны нарезки следует учитывать в скорости снаряда и скорость самолета