Артиллерийских орудий

Конструкцию современных образцов артиллерийских орудий с динамической точки зрения можно характеризовать следующими основными факторами:

1. Наличием различных нелинейных демпфирующих и упруго-податливых устройств (тормоз отката-наката, накатник, механизмы наведения, буфер наката и др.).

2. Наличием стержневых и оболочечных конструкций (направляющие люльки, люлька, ствол, станины и т.п.), являющихся упруго-инерционными системами с распределенными параметрами (массой и жесткостью).

3. Наличием подвижных звеньев, позволяющих совершать частям орудия вполне определенные относительные перемещения (угловые перемещения верхнего станка (b) и качающейся части (a)и др.).

4. Пространственным характером нагружения, что связано с различными углами вертикального (j₀)и горизонтального (y₀)

обстрела.

5. Динамичностью нагружения, поскольку продолжительность фронта нарастания и спада действующих нагрузок и полное время нагружения соизмеримо с периодами собственных колебаний частей орудия по некоторым перемещениям.

Несущие частоты возмущающих нагрузок становятся соизмеримыми с частотами собственных колебаний частей орудия по отдельным перемещениям, которые в свое время не так сказывались на динамические процессы и потому не учитывались (повышение нагруженности и применение легких высокопрочных материалов для изготовления основных элементов конструкции).

6.Наличием динамических, статических и демпфирующих связей между отдельными элементами системы, а также наличием аналогичных параметров, связанных с работой грунта под опорными устройствами для наземных установок и движением корабля на волнении.

Правильность выбора математической модели, т.е. разбиения конструкции орудия на отдельные массивные элементы и упругие безинерционные связи может быть охарактеризована числом собственных частот системы, лежащих в интересующем расчетчика диапазоне.

Динамичность нагружения заставляет учитывать многомассовость конструкции, относительные смещения отдельных частей орудия, эффект вторичного отката-наката, демпфирование, различного рода нелинейности, связанные как с работой противооткатных устройств, так и с работой грунта под опорными элементами, а также локальные нелинейности типа люфтов, зазоров и т.п.

Предположение об абсолютной жесткости таких основных элементах конструкции, как качающаяся часть (откатные части массой m₄, и люлька массой m₃), верхний станок массой m₂, нижний станок массой m₁ (без учета станин), деформации которых малы по сравнению с перемещениями их как абсолютно твердых тел, позволяет заменить инерционно-упругую систему с бесконечным числом степеней свободы системой, состоящей из конечного числа сосредоточенных масс (m₁ , m₂, m₃, m₄) и упруго-демпфирующих безинерционных связей.

Что касается станин, то из-за высокой частоты собственных колебаний их (даже по первому тону), можно учитывать только статический прогиб станин. Инерционное сопротивление станин можно учесть через коэффициенты приведения в уравнениях движения нижнего станка.

В результате расчленения конструкции на массивные, упругие и демпфирующие элементы в качестве единой математической модели артиллерийского орудия при выстреле была принята четырех массовая механическая система, конфигурация которой определяется четырнадцатью обобщенными координатами (по шесть степеней свободы у откатных частей ¾ (x₂, y₂, z₂, y ₂, q ₂, j ₂) (см.гл.1 рис. 1.1 и рис.1.3) и нижнего станка ¾(x₁, y₁, z₁, y ₁, q ₁, j ₁) или корабля ¾ (x, y, z, y, J, j), (см.гл.1 рис.1.2.и рис..) а также относительные угловые смещения качающейся части¾(b) и верхнего станка¾(a)).

Люлька допускает не только смещения откатных частей в направлении отката ¾ (x₂ =S), но линейные и угловые смещения откатных частей¾ (y₂, z₂, y ₂, q ₂, j ₂) за счет местных податливостей люльки. Такая интерпретация люльки позволяет получить в результате расчета действующие на нее со стороны откатных частей динамические нагрузки, а также более строго подойти к вопросу учета сил трения в уравнениях движения откатных частей, поскольку допускает возможность учета в системе «откатные части - люлька» не только кинематических связей, накладываемых на перемещения откатных частей, но и упругих связей.

Рис.1.3

Полученная в результате дискретизации механическая система с конечным числом степеней свободы может быть описана совокупностью взаимосвязанных обыкновенных нелинейных дифференциальных уравнений в форме уравнений Лагранжа II рода.

Основная идея используемого метода раскрытия локальных нелинейностей заключается в том, что нелинейные упругие и демпфирующие безинерционные связи разрываются в местах сочленения различных элементов конструкции, а также в местах стыковки откатных частей с люлькой и нижнего станка с основанием и заменяются соответствующими реакциями разорванных связей. В этом и состоит содержание принципа освобождения от связей, позволяющего несвободную механическую систему рассматривать как динамически ей свободную, но уже с включением в число действующих активных сил реакций разорванных связей [д.6]. Отметим, что для такого свободного движения уравнения связи являются интегралом движения и они должны быть учтены при интегрировании дифференциальных уравнений разных подсистем совместно.

Матричные преобразования координат, устанавливающие связь между прямоугольными и обобщенными координатами, позволяют определить инерционные матрицы в уравнениях движения для двух подсистем «откатные части» и «лафет» в отдельности.

Из анализа действующих на систему сил определяется структура матрицы обобщенных сил. Уравнения движения записываются в матричной форме в виде блок - матриц для двух подсистем «откатные части» и «лафет», стыковка которых осуществляется через реакции

взаимодействия откатных частей с люлькой.

Данная математическая модель позволяет провести обширные исследования на ЭВМ с целью составить полную картину о перемещениях, скоростях и ускорениях частей орудия, а также действующих на них нагрузках. На основании этих данных можно:

-произвести кинематический расчет поведения орудия при выстреле, в результате которого можно оценить точность наводки, ускорения в местах расположения боевого расчета;

-произвести частотный анализ и рекомендовать оптимальные значения конструктивных параметров орудия;

-установить наиболее неблагоприятные случаи нагружения, а также при необходимости назначить приемлемые углы вертикального и горизонтального наведения (ограничить зону обстрела);

-сопоставить различные по форме и величине нагружающие импульсы и выбрать оптимальный из них с учетом динамических характеристик орудия;

-уточнить критерии устойчивости. Орудие устойчиво, если динамические характеристики (перемещения, как линейные, так и угловые, скорости и ускорения) основных его элементов при выстреле не выходят за допустимые пределы и существенно не влияют на ухудшение его тактико-технических свойств.

Поиск по сайту: