Проектирование штурмовой винтовки

 

Введение

штурмовой винтовка ствол баллистика

Штурмовая винтовка (автомат) - основное наступательное оружие современной пехоты. Современные автоматы обычно имеют калибр от 5,45 до 7,62 мм, емкость магазинов от 20 до 30 и более патронов, режимы огня полностью автоматический (очередями) и одиночными выстрелами, а некоторые модели - еще и с отсечкой (т.е. очередями по 2 или 3 выстрела). Эффективная дальность стрельбы в среднем до 600 м, эффективная практическая скорострельность - до 400 выстр/мин очередями. Многие автоматы являются "прародителями" или составными частями целых семейств автоматического оружия (от коротких "карабинов" до ручных пулеметов - хороший тому пример австрийский AUG или семейство АК/РПК). Почти все автоматы могут оснащаться штыком, ночным, оптическим или коллиматорным прицелом, а некоторые - еще и подствольным 30-40 мм гранатометом или насадкой для метания ружейных гранат (ружейные гранаты одеваются на ствол и выстреливаются холостым патроном).

Современные тенденции для автоматов - широкое использование композитных пластиков и легких сплавов, установка встроенных оптических или коллиматорных прицелов с кратностью от 1х до 4-6х, переход к схеме "Булл-пап" (механика в прикладе)




Эффективность. Выбор боеприпасов для проектирования


Для расчетов выбираем ряд близко лежащих патронов:

Задание боеприпасов Табл 1.


Таблица

ПатронКалибр d, ммМасса пули q, г5,45х395,453,425,56х455,563,577,62х517,629,3

Описания патронов

. Автоматный патрон 5,45х39 с пулей со стальным сердечником (7Н6) и с трассирующей пулей (7ТЗ) был разработан под руководством В.М. Сабельникова. Гильза патрона бутылочной формы без закраины. Малокалиберная пуля, имея высокую начальную скорость (900 м/сек) и большую поперечную нагрузку, обеспечивает лучшую настильность траектории, обладает хорошей пробивной способностью и убойной силой. С расстояния 350 м такая пуля пробивает 5-мм стальной лист. Малый импульс отдачи при стрельбе благоприятно сказывается на меткости, особенно при автоматической стрельбе, а уменьшение массы патрона позволяет увеличить носимый боекомплект. Переход от 7,62-мм патрона к 5,45-мм малоимпульсному патрону повысил эффективность стрельбы из автомата АК-74 по сравнению с АКМ в 1,2…1,6 раза. Также почти на 100 метров увеличилась дальность прямого выстрела.

. Патрон 5,56х45 (.223Rem; M193) был принят на вооружение Армии США в 1964году. Разработки 5,56-мм патрона начались тогда, когда стало ясно, что патрон 7,62 мм НАТО не может обеспечить возможность ведения прицельного автоматического огня из легкого стрелкового оружия. В конкурсе на разработку патрона и оружия под него участвовали несколько фирм, победил проект, разработанный с участием Юджина Стонера, работавшего в американской фирме «Aramalite». Патрон позже был назван .223 Remington, а на вооружение принят под обозначением М193, винтовка получила название AR-15 и принята на вооружение под обозначением М16.

В 80-е годы прошлого века в Бельгии был разработан новый вариант патрона 5,56х45 под обозначением SS109. Этот патрон, отличавшийся от М193 более тяжелой пулей, рассчитанной на меньший шаг нарезов (178 мм вместо 305 мм для М193), был принят в качестве стандартного для всех стран НАТО. В США SS109 был принят на вооружение под обозначением М855, и под него принята на вооружение новая модификация винтовки М16А2 с более тяжелым стволом и измененным шагом нарезов. Патроны М193 также могут использоваться в оружии под М855, как и патроны М855 могут использоваться в М16А1, но при этом ухудшится точность стрельбы.

3. Патрон 7,62х51 (.308 Win) стал штатным боеприпасом НАТО в 1952 году. Разработчики, с одной стороны, стремились создать патрон «промежуточного» размера, схожий с советским 7,62х39 мм, с другой стороны, в особенности это касается американцев, - патрон «винтовочного» размера по типу патрона .30-06. В результате появился патрон .30-06 в укороченной гильзе, который мало кого удовлетворил. Мощность этого патрона для штурмовой винтовки слишком велика, например, в Японии даже были вынуждены уменьшить в нем пороховой заряд, чтобы снизить импульс отдачи. С другой стороны, в качестве боеприпаса единого пулемета, патрону даже несколько не хватает энергии. Тем не менее этот боеприпас стал штатным винтовочно-пулеметным патроном в странах НАТО и получил широкое распространение по всему миру. Патрон чаще имеет латунную гильзу, иногда стальную. На донышке гильзы ставится товарное клеймо НАТО - крест в круге, которое означает взаимозаменяемость боеприпаса. Патрон снаряжается всеми допустимыми в военных целях пулями - обычными, трассирующими, бронебойными и т.д. Параметры для расчета в программном комплексе «Strelec2009» Табл 2.


Таблица

Боеприпас Параметр5,45х395,56х457,62х51Образец аналогАК-74G36G3Длина ствола Lcтв , мм415480450Начальная скорость пули V0 ,м/c900920780Составляющая коэф. фиктивности ?11,11,1271,1Сила трения в нарезах Fтр , Н000Длина каморы lкам , мм36,741,8847,59Путь пройденный пулей по каналу ствола lд ,мм378,3438,12402,41

Результаты решения ОЗВБ согласованные с выходными данными системы аналога


Исходные данные для расчета внутренней баллистики:

Боеприпас: 5,45х39

Площадь канала: 23,99 мм2

Масса снаряда: 3,42 г

Масса заряда:1,4 г

Объем каморы:1,6 см3

Коэф. конусности: 2,35

Давление форсирования: 10 МПа

Сост. коэф. фиктивности: 1,1

Сила трения: 0 Н

Сила пороха: 1,05 МДж/кг

Коволюм:0,95 дм3/кг

Параметр расширения:0,2

Плотность пороха:1,6 кг/дм3

Импульс пороха:0,2108 МПа*с

Каппа1:1,5

Лямбда1:-0,333

Мю1: 0к:1

Каппа2:0

Лямбда2:0

Тип пороха: Пироксилиновый

Длина каморы:36,7 мм


Таблица. Результаты расчета при t=15 C

к=0,2108 МПа*сЕд=1386 Дж Vп=1873,4 м/с Коэф. исп. заряда=989,95 КДж/кгКПД=18,856 %

Коэф. могущества=8210 МДж/м3 Vд=900,27 м/сLд=378,3 мм



Рис.


Исходные данные для расчета внутренней баллистики:

Боеприпас: 5,56х45

Площадь канала:25,03 мм2

Масса снаряда:3,57 г

Масса заряда:1,6 г

Объем каморы:1,8 см3

Коэф. конусности:2

Давление форсирования:10 МПа

Сост. коэф. фиктивности:1,127

Сила трения: 0 Н

Сила пороха: 1,05 МДж/кг

Коволюм:0,95 дм3/кг

Параметр расширения:0,2

Плотность пороха:1,6 кг/дм3

Импульс пороха:0,1981 МПа*с

Каппа1:1,2

Лямбда1:-0,167

Мю1: 0к:1

Каппа2:0

Лямбда2:0

Тип пороха: Пироксилиновый

Длина каморы:41,88 мм


Таблица. Результаты расчета при t=15C

к=0,1981 МПа*сЕд=1509 Джп=1928,1 м/с

Коэф. исп. заряда=943,14 КДж/кгКПД=17,965 %

Коэф. могущества=8388 МДж/м3Vд=919,45 м/сд=438,849 мм




Рис.


Исходные данные для расчета внутренней баллистики: (G3)

Боеприпас: 7,62х51

Площадь канала:47,51 мм2

Масса снаряда:9,3 г

Масса заряда:2,9 г

Объем каморы:3,36 см3

Коэф. конусности:2

Давление форсирования:10 МПа

Сост. коэф. фиктивности:1,1

Сила трения: 0 Н

Сила пороха: 1,05 МДж/кг

Коволюм:0,95 дм3/кг

Параметр расширения:0,2

Плотность пороха:1,6 кг/дм3

Импульс пороха:0,1987 МПа*с

Каппа1:1

Лямбда1:0

Мю1: 0к:1

Каппа2:0

Лямбда2:0

Тип пороха:Пироксилиновый

Длина каморы:47,59 мм


Таблица. Результаты расчета при t=15C

к=0,1987 МПа*сЕд=2830 ДжVп=1654,4 м/с

Коэф. исп. заряда=975,92 КДж/кгКПД=18,589 %

Коэф. могущества=6015 МДж/м3Vд=780,15 м/сд=402,41мм




Рис.


Расчет прямой задачи внешней баллистики


Исходные данные расчета внешней баллистики: патрон 5,45х39

Начальная скорость пули900 м/с

Баллистический коэффициент8,6 м2/кг

Калибр пули 5,45 мм

Масса пули3,42 г

Угол наклона касательной0,221?


Таблица с результатами (полет)

x, мt, сy, мV, м/сteta, градEц, ДжЕуд, МДж/м2RST0,0000,0000,000900,0000,2211385,10059,37412,69510,7330,0120,041888,7920,2131350,81657,90512,53720,4540,0230,076878,7140,2061320,35556,59912,39530,0650,0340,110868,8180,1991290,78355,33112,25540,4270,0460,146858,2240,1921259,49853,99012,10650,6630,0580,179847,8360,1841229,19152,69111,95960,7760,0700,211837,6460,1761199,82451,43211,81570,7670,0820,241827,6510,1681171,36150,21211,67480,6400,0940,269817,8440,1591143,76649,02911,53690,3960,1060,296808,2200,1511117,00747,88211,400100,0380,1180,320798,7750,1431091,05146,76911,267110,3570,1310,345788,7380,1341063,80445,60111,126120,5460,1440,368778,8990,1241037,42944,47110,987130,6090,1570,389769,2520,1151011,88943,37610,851140,5480,1700,408759,7910,105987,15342,31610,717150,3640,1830,425750,5120,096963,18941,28810,586160,0620,1960,441741,4090,086939,96640,29310,458170,3740,2100,455731,7980,075915,75339,25510,322180,5530,2240,468722,3800,064892,33338,25110,190190,6010,2380,478713,1490,053869,67437,28010,059200,5220,2520,486704,1000,042847,74436,3409,932210,3170,2660,493695,2280,031826,51535,4309,807220,6750,2810,497685,9130,019804,51634,4879,675230,2180,2950,499677,3920,007784,65133,6359,555240,3120,3100,5668,442-0,005764,05332,7529,429250,2720,3250,497659,672-0,018744,13731,8989,305260,1030,3400,493651,078-0,031724,87431,0739,184270,4480,3560,486642,099-0,045705,01830,2229,057280,0170,3710,478633,852-0,058687,02329,4508,941290,0900,3870,466625,231-0,072668,46328,6558,819300,0260,4030,453616,788-0,087650,53027,8868,700310,4360,4200,436608,005-0,102632,13627,0978,576320,0990,4360,417599,911-0,117615,41726,3818,462330,2260,4530,395591,488-0,133598,25625,6458,343340,2110,4700,370583,242-0,149581,69224,9358,227350,0570,4870,343575,167-0,166565,69824,2498,113360,3350,5050,312566,800-0,183549,35723,5497,995370,4630,5230,278558,613-0,201533,60222,8747,880380,4460,5410,241550,602-0,220518,40722,2227,767390,2860,5590,202542,799-0,238503,81921,5977,656400,5220,5780,158534,741-0,258488,97120,9607,543410,0800,5960,113527,273-0,277475,40820,3797,437420,0250,6150,063519,561-0,297461,60319,7877,329430,3370,6350,008511,629-0,319447,61819,1887,217431,8700,638-0,001510,456-0,322445,56719,1007,200



Таблица с результатами (пробитие)

Рис.


Исходные данные расчета внешней баллистики: патрон 5,56х45


Таблица. Начальная скорость пули920 м/с

Рис.


Баллистический коэффициент8,2 м2/кг

Калибр пули 5,56 мм

Масса пули 3,57 г

Угол наклона касательной0,215?



Таблица с результатами (полет)

x,мt,сy,мV,м/сteta,градEц,ДжЕуд,МДж/м2RST0,0000,0000,000920,0000,2151510,82462,22614,09910,0640,0110,037909,8390,2081477,63560,85913,94320,0170,0220,073899,8570,2011445,39259,53113,79030,7510,0340,110889,1680,1941411,25758,12613,62640,4790,0450,142879,5480,1871380,88556,87513,47950,1020,0560,173870,0940,1801351,35955,65813,33460,4820,0680,205859,9650,1721320,07954,37013,17970,7420,0800,235850,0230,1641289,73353,12013,02680,0430,0910,261841,0700,1571262,70752,00712,88990,0780,1030,288831,4740,1491234,05750,82712,742100,8200,1160,315821,2730,1401203,96249,58812,586110,6200,1280,338812,0320,1321177,02048,47812,444120,3100,1400,360802,9540,1231150,85347,40012,305130,6850,1530,381793,3010,1141123,34746,26712,157140,1520,1650,399784,5520,1061098,70545,25212,023150,2910,1780,417775,2440,0961072,79144,18511,880160,3090,1910,433766,1090,0871047,65743,15011,740170,2100,2040,447757,1420,0771023,27642,14611,603180,7440,2180,461747,6680,067997,82941,09811,458190,4070,2310,471739,0360,057974,92240,15411,325200,6890,2450,480729,9130,046951,00139,16911,186210,1240,2580,487721,5980,036929,45738,28211,058220,1650,2720,493712,8080,025906,94937,35510,923230,0830,2860,496704,1820,014885,13236,45610,791250,2510,3150,5686,822-0,009842,02834,68110,525260,4880,3300,494678,101-0,022820,78033,80510,392270,5950,3450,489669,549-0,034800,20832,95810,261280,5750,3600,482661,162-0,047780,28732,13810,132290,4310,3750,473652,936-0,060760,99131,34310,006300,1640,3900,462644,865-0,073742,29430,5739,882310,4140,4060,448636,423-0,087722,98729,7789,753320,5310,4220,431628,149-0,101704,31029,0089,626330,5160,4380,412620,038-0,115686,23728,2649,502340,3730,4540,391612,084-0,130668,74527,5449,380350,1030,4700,368604,284-0,145651,81026,8469,260360,3070,4870,341596,161-0,160634,40326,1299,136370,3740,5040,311588,201-0,177617,57525,4369,014380,3070,5210,279580,400-0,193601,30324,7668,894390,1080,5380,245572,754-0,209585,56424,1188,777400,3460,5560,206564,821-0,227569,45623,4548,656410,4430,5740,164557,052-0,245553,89722,8138,537420,4010,5920,120549,448-0,263538,87822,1958,420430,2240,6100,073542,028-0,282524,42221,5998,306440,4500,6290,021534,357-0,302509,68320,9928,189444,7120,637-0,002531,176-0,310503,63320,7438,140

Рис.


Рис.


Рис.


Таблица

Дальность Х, м050100150200250300350400444Скорость V, м/с920870821,2775,2729,9686,8644,8604,2564,8531,1Энергия пули Ец, Дж1510135112031072951842742651569503Удельная энергия пули Еуд, МДж/м262,2255,6549,5844,1839,1634,6830,5726,8423,4520,73Вероятность пробития незащищенной цели, %3617323528832568227720161777156013631205Вероятность пробития каски, %11311011901803,3712,1630,5555,8488,1426,4377,1Вероятность пробития бронежилета 1-го уровня, %691,4618,4550,9490,9435,2385,3339,6298,2260,6230,4Вероятность пробития бронежилета 2-го уровня, %345,7309,2275,4245,4217,6192,6169,8149,1130,3115,2Вероятность пробития бронежилета 3-го уровня, %230,4206,1183,6163,6145,0128,4113,299,4386,8676,82Вероятность пробития бронежилета 4-го уровня, %172,8154,6137,7122,7108,896,3384,9274,5765,1557,60Вероятность пробития бронежилета 5-го уровня, %138,2123,6110,198,1887,0477,0667,9459,6552,1246,09Вероятность пробития бронежилета 6-го уровня, %115,2103,091,8281,8272,5364,2256,6149,7143,4338,41Эффективность останавливающего действия пули p, %106,196,6187,2478,4169,7261,4553,445,6238,0531,60Относительное останавливающее действие RSР14,013,312,5811,88011,18610,5259,8829,2608,6568,140

Исходные данные расчета внешней баллистики: патрон 7,62х51

Начальная скорость пули780 м/с

Баллистический коэффициент6,8 м2/кг

Калибр пули 7,62 мм

Масса пули 9,3 г

Угол наклона касательной0,249?


Таблица с результатами (полет)

x, мt, сy, мV, м/сteta, градEц, ДжЕуд, МДж/м2RST0,0000,0000,000780,0000,2492829,06062,03658,48730,7320,0400,126756,8020,2202663,28558,40156,74760,5580,0800,232734,6690,1902509,78355,03555,08890,2320,1210,322713,0140,1582364,00751,83853,464120,4230,1640,397691,3500,1232222,53748,73651,840150,3730,2080,452670,2190,0872088,74845,80250,255180,0660,2530,487649,6180,0491962,31643,03048,710240,4370,3490,5608,779-0,0371723,34737,79045,648270,3780,3990,463589,034-0,0841613,36835,37844,168300,4960,4510,406569,505-0,1341508,16133,07142,703330,1740,5040,323550,583-0,1871409,61030,91041,284360,4730,5600,209531,684-0,2451314,50128,82439,867390,2540,6170,065513,441-0,3071225,83926,88038,4994020,6400,000506,353-0,3321192,22726,14337,968



Рис.


Рис.


Рис.



Таблица с результатами (пробитие)

Дальность x, м050100150200,250300350400402Скорость V, м/с780742,2705,8670,2635,5602,3569,5537,9507,26506,35Энергия пули Ец, Дж28292562,12316,72088,71878,21687,11508,11345,81196,51192,2Удельная энергия пули Еуд, МДж/м262,0356,18450,80145,80241,18736,99633,07129,51226,23826,143Вероятность пробития незащищенной цели, %3606,73266,42953,52662,92394,52150,91922,71715,81525,41519,9Вероятность пробития каски, %1127,91021,5923,65832,76748,84672,65601,29536,57477,05475,33Вероятность пробития бронежилета 1-го уровня, %689,28624,26564,45508,91457,62411,06367,45327,90291,53290,48Вероятность пробития бронежилета 2-го уровня, %344,64312,13282,22254,45228,81205,53183,72163,95145,76145,24Вероятность пробития бронежилета 3-го уровня, %229,76208,08188,15169,63152,54137,02122,48109,3097,17796,827Вероятность пробития бронежилета 4-го уровня, %172,32156,06141,11127,22114,40102,7691,86481,97772,88372,620Вероятность пробития бронежилета 5-го уровня, %137,85124,85112,89101,7891,52682,21473,49165,58258,30658,096Вероятность пробития бронежилета 6-го уровня, %114,88104,0494,07684,81976,27268,51161,24354,65148,58948,413Эффективность останавливающего действия пули p, %319,47300,63282,42264,61247,29230,70214,29198,54183,19182,73Относительное останавливающее действие RSР58,48755,66052,92750,25547,65645,16642,70340,34038,03737,968

Окончательное решение по выбору боеприпаса


Для пробития бронежилета 4-го уровня необходимо удельную энергию у цели Еуд=36МДж/м2, также учтем относительное останавливающее действие RSР.

·Патрон 5,45х39 нам не подходит, так как не хватает удельной энергии Еуд=31,898 МДж/м2 и малое относительное останавливающее действие RSР=9,305;

·Патрон 5,56х45 также не удовлетворяет требованию технического задания: Еуд=34,68Мдж/м2 и RSР=10,525, но показатели лучше, чем у патрона 5,45х39;

·Патрон 7,62х51 нам подходит, так как удельная энергия соответствует требуемой Еуд=36,996 МДж/м2 и высокое останавливающее действие RSР=45,166, т.е. поражение противника обеспечено.

Вывод: учитывая все приведённые выше посчитанные значения, наилучшим вариантом будет патрон 7,62х51. Следовательно, дальнейший расчет проводим для боеприпаса 7,62х51.


Проектирование ствола


Ствол является основной и самой ответственной деталью оружия, потому к нему предъявляются повышенные требования по надежности, в частности - безотказности, долговечности (живучести), прочность, жесткость, износостойкость, коррозионная и эрозионная стойкость. Безотказность обеспечивается прочностью стенок ствола, способностью его выдерживать давление до 450 МПа и более. При этом расчет ствола производим при нормальной температуре +15С, а также сертификационными патронами, усиленными за счет дополнительной навески пороха.

Долговечность обеспечивается износостойкостью и жаропрочностью канала ствола. Увеличение срока службы канала ствола может быть достигнута применением высоколегированных износостойких и термостойких сталей, жаропрочных сплавов и покрытий.

К материалам для изготовления стволов также предъявляются определенные требования: высокие значения прочности, пластичности, вязкости, износостойкости, жаропрочности, коррозионной и эрозийной стойкости.

Основными конструкционными материалами для производства стволов являются стали типа углеродистой 50РА ОСТ 3-98-88, хромоникельмолибденованадиевых 30ХН2МФА ОСТ 3-98-88 (ГОСТ 4543-88) и ОХНЗМФА ГОСТ В 5192-88. Применительно к данному образцу спроектируем ствол - моноблок, состоящий из:

1. Каморы, состоящей из основного и опорного конуса, цилиндрической части и конуса врезания;

. Ведущей части с нарезами.

Материалом ствола назначим углеродистую сталь 50РА. Данная сталь применяется для изготовления стволов калибром до 9 мм с темпом стрельбы до 600 выстрелов в минуту. Малые добавки бора используются для прокаливаемости.


Таблица. Химический состав стали 50РА

CSiMnSPCrNiBCu0.50.370.760.0230.0160.270.110,0020,02

Исходные данные для расчета баллистики



Таблица

Калибр d7,62ммПлощадь канала ствола Sкн47,51мм2Масса снаряда (масса пули) q9,3гМасса заряда (масса пороха) ?2,9гОбъем каморы W03,36см3Крешерное давление Pmax кр275МПаКоэффициент Nкр1,12-Коэффициент конусности ?2-Давление P010МПаСоставляющая коэффициента фиктивности ?11,1-Сила пороха f1,05МДж/кгКоволюм пороховых газов ?0,95дм3/кгПараметр расширения пороховых газов ?0,2-Физическая плотность пороха ?1,6кг/дм3Коэффициент формы пороха ?11-Коэффициент формы пороха ?10-Коэффициент формы пороха ?10-Коэффициент формы пороха Zk1-Коэффициент формы пороха ?20-Коэффициент формы пороха ?20-Тип порохаПироксилиновыйДлина каморы Lкам47,59ммДлина ведущей части ствола Lд402,41ммДлина ствола Lств450мм



Таблица. Эскиз патрона и патронника




Таблица. Результаты расчета при t=150C

к=0,1987 МПа*с Ед=2831 Дж Vп=1654,4 м/с

КПД=18,597 % Коэф. могущества=6020 МДж/м3Vд=780,32 м/с Lд=402,41 мм


Таблица. Результаты расчета при t=+500C

t, мксPкн, МПаРсн, МПаР, МПаl, ммV, м/сПсиzФиW, см3Qт, ДжНачало основного периода010,2939,54910,0000,0000,000,0050,0051,1521,5430,0007322,67321,03022,0260,1564,920,0110,0111,1521,5440,03614649,21845,61947,8010,85915,710,0250,0251,1531,5650,295219101,57393,97498,5792,74038,540,0530,0531,1541,6271,504292188,664173,886182,8437,01383,080,1090,1091,1571,7786,204365293,293268,569283,55315,625158,240,2040,2041,1612,09821,109438364,298330,696351,06130,812261,370,3340,3351,1682,69657,520Момент достижения максимального давления480375,741339,270361,37443,162327,020,4180,4181,1723,20492,311553354,145317,034339,52571,178439,260,5610,5621,1784,399179,266626308,450274,205294,960106,999539,680,6910,6911,1835,979297,299699260,939230,739249,042149,604625,130,8010,8011,1877,899440,923772219,746193,542209,423197,933696,830,8940,8941,19010,107604,699845186,125163,443177,190251,065757,140,9720,9721,19312,557784,201875174,192152,810165,769274,113779,171,0001,0001,19313,626861,697948137,108120,034130,382332,736825,071,0001,0001,19516,4101048,834Дульный момент1031107,73694,152102,385402,41866,041,0001,0001,19619,7471252,951к=0,1799 МПа*с Ед=3488 Дж Vп=1654,4 м/с Коэф. исп. заряда=1202,63 КДж/кг КПД=22,907 %Коэф. могущества=7415 МДж/м3Vд=866, /с Lд=402,41 мм


Таблица. Результаты расчета при t=-500C

t, мксPкн, МПаРсн, МПаР, МПаl, ммV, м/сПсиzФиW, см3Qт, ДжНачало основного периода010,2939,54910,0000,0000,000,0050,0051,1521,5430,0009222,10620,50221,4740,2466,120,0110,0111,1521,5490,05418445,96742,58644,6351,33419,090,0230,0241,1531,5890,42027687,93081,24585,2964,15144,910,0480,0481,1551,6992,002368144,626132,954140,02810,20790,470,0930,0931,1591,9457,402460193,467176,504186,78421,462157,340,1580,1581,1642,41821,686552211,544191,284203,56339,555237,020,2360,2361,1713,20450,495Начало основного периода554211,569191,269203,57240,031238,800,2370,2371,1713,22551,310646200,670179,892192,48565,715318,720,3160,3161,1774,37197,727738177,164157,715169,50298,435390,990,3870,3881,1825,858160,559830152,030134,610145,168137,351453,370,4490,4491,1867,648237,412922129,639114,314123,602181,567506,410,5020,5021,1899,699325,7481014110,93797,519105,651230,288551,530,5470,5471,19211,970423,369110695,63883,87091,002282,851590,170,5860,5861,19414,431528,480119883,15672,78879,072338,719623,550,6190,6191,19517,053639,629Дульный момент129872,11963,02668,537402,41655,000,6510,6511,19620,062765,917

Iк=0,2336 МПа*с Ед=1995 ДжVп=1654,5 м/с

Коэф. исп. заряда=687,93 КДж/кгКПД=13,103 %

Коэф. могущества=4242 МДж/м3Vд=655,00 м/сLд=402,41 мм


Рис.


Таблица. Назначение коэффициентов запаса прочности

Запас прочности по патроннику na0,8Запас прочности в начале нарезов nb1,1Запас прочности в точке макс. давления nc1,1Запас прочности в дульной части nd2,5

Таблица. Выбор материала ствола

Марка сталиСталь 50РАПредел упругости ?e, Мпа850Плотность материала ?, кг/м37830

Таблица. Результаты прочностного расчета ствола

№l, ммd1, ммd2, ммР, МПаN2Рж, МПаРд2, МПаПроч.21011,9922375,4921,04300,394390,197+235,6311,5622,00363,1931,12290,555405,504+33810,1822362,3751,25289,900452,551+439,438,7920,00361,8821,30289,505469,059+5478,7718359,2691,21287,415434,585+647,598,7417,25359,0651,17287,252419,944+748,197,8716,50358,8581,23394,744442,172+854,577,6215,75356,6561,23392,321437,121+92997,6215163,1752,57307,852418,929+103077,6217159,3822,90305,875462,914+113657,6217127,3423,64274,387462,914+123707,6215124,8743,35271,606418,929+134507,621494,4284,14236,070390,762+

Рис.


Расчет автоматики


Предварительные расчеты

Исходные данные для расчета периода последействия:



Рд= 97,06 МПа, Vд=780 м/с, ?д= 0,909, tд=1,128 ? 10-3 с




Расчет периода последействия


Коэффициент полного действия газов ?



где ад - скорость звука в газе в дульный момент времени;

n - показатель политропы;



где Pд - давление в дульный момент времени;

?д - плотность в дульный момент времени;

k - показатель адиабаты k=1,2;



где ?д - относительная масса сгоревшего пороха в дульный момент времени(из расчета ОЗВБ);

Wкн - объем канала ствола;

м3

где Sкн - площадь канала ствола (из ПМК) ;




где F - внутренняя площадь канала ствола;



Расчет «b» в зависимости профессора Бравина



где Pкнд - давление в канале ствола в дульный момент времени (из расчета ОЗВБ)


Длительность периода последействия



Расчет давлений в периоде последействия по формуле профессора Бравина



Рассчитаем давление в периоде последействия для десяти точек с шагом времени 0,000433 с.


Таблица. Результаты расчета давления в периоде последействия

t ·10-3 , c00,4330,8661,2991,7322,1652,5983,0313,4643,8974,33P, МПА97,0648,7824,5112,326,23,111,560,7860,3950,1980,1

Расчет импульса отдачи за время выстрела


Н·c - импульс за все время выстрела;

Н·c - импульс за основной период;

где - коэффициент Пиобера;



где l0 - приведенная длина зарядной камеры;

?- коэффициент конусности каморы;



д - полный относительный путь пули по каналу ствола;



Н·с - импульс за период последействия.


Предварительные расчеты, связанные с гильзой. Геометрические размеры гильзы


Рис. 1. Эскиз гильзы


Найдем длину контактной линий m:

m=39,62-5,91=33,71 мм

Приведем гильзу к цилиндрической форме с постоянными стенками на участке 1-2

Обозначим индексами: «1» - внутренний размер гильзы;

«2» - наружный размер гильзы.

Средняя толщина стенки на участке m:



d1=10,42 мм, d2=11,73 мм

Относительная длина гильзы:



Прочностные характеристики материала гильзы


Материал гильзы - латунь;

?т=220 МПа

?в=300 Мпа

?s=35%

Найдем дополнительные характеристики материала гильзы, используя линеаризованную диаграмму напряженного состояния материала гильзы:


Рис. 2. Линеаризованная диаграмма напряженного состояния материала гильзы




- модуль пластичности





М - параметр упрочнения


1,


где Е=0,8·105МПа - модуль упругости.


?е ? ?т


Основные расчеты


Pe - давление, при котором устраняется зазор между гильзой и патронником.


1,15·220·ln(11,73/10,42)=30МПа

- зазор между гильзой и патронником, принимаем по чертежу;





[Pk] - допускаемое контактное давление между гильзой и патронником.



где [?] - допускаемое напряжение;

fтр - коэффициент трения;

fтр=0,07, так как имеются канавки Ревелли



где n - запас прочности n=1,5.


[P]- допускаемое давление извлечения гильзы из патронника


( период последействия).


Допускаемая деформация гильзы



Найдем [Мз] из условия Xз[p]=[]


Xз[p]=, где



?1 =0,43 - коэффициент Пиобера;

?1=1,1 - коэффициент фиктивности;

Так как в конструкции патронника имеются канавки Ревелли, то fтр=0,07 и примем


?з ал=1,4;

=2100 г


Найдем Mз[E] из условия обеспечения энергии [E].



Рис. 3. Схема для определения коэффициента фиктивности затвора за весь период выстрела



= д+DI=8,95+0,827=9,777 Н·с

DI=Iпп·(1-е-b·t[p])=3,21·(1-е-1589·0,000188)=0,827Н·с

= = 12,16-9,777 = 2,383 Н·с

=


На интервале от 2100 г до 3650 г будет обеспечена как надежность работы гильзы, так энергия в конце работы двигателя.

По регрессионным зависимостям Алексеева вычислим ?з.

Для латунной гильзы при fтр=0,12


3,42 + 0,27· - 2,46· + 0,22·

3,42+0,27· - 2,46· + 0,22· =2,061


При fтр=0,07 получим .

Определим максимальную массу подвижных частей из условия надежной работы автоматики.

k1=1,3 - коэффициент учета дополнительных работk2=

3=1,5 м - высота падения оружия.


1340 г


У данного образца Мпч=753 г <1340 г, т.е. данное условие выполняется.


Расчет приведенной массы затвора


Для роликовой схемы полусвободного затвора определяем значения конструктивных параметров (значения углов ? и ?). При назначении значений углов ? и ? необходимо учитывать требование отсутствия заклинивания механизма. Для рассматриваемой схемы при учете трения качения (fтр=0,05) интервалы возможных значений углов: ?? 60? и ??30?.

Примем ?=35? и ?=45?.

Вычислим кинематическое передаточное отношение i=1+ =1.7 и КПД



Определяем приведенную массу затвора



Масса подвижных частей в конце работы ускорительного механизма:




Расчет элементов движения полусвободного затвора


находится в периоде последействия.


Рис. 4. Схема для расчета элементов движения полусвободного затвора


0<t<tд

=tд

Vзр02= ·i=2,535·1,7=4,31 м/с

Хзр02= · i=1,31·1,7=2,227 мм

·t=t[p]


Vз[p]= +

зр[p]= ·i=2.77·1,7=4,71 м/с

Хзр[p]= · i=1.81·1,7=3,073 ммз= +

t=tум

Vз= +

зр = ·i=3,652·1,7=6,21 м/с

Хзр = · i=8,57·1,7=14,57 мм


В конце работы ускорительного механизма происходит ударное взаимодействие затвора и затворной рамы.


м/с

0<t<tпп-tум-t[p]

= +


Iост= Iпп-DI=3,21-3,073=0,137 Н·с

DI=Iпп·(1-е-bt)=3,21·(1-е-1589·0,001983)=3,073Н·с

t= tпп-tум-t[p]

= +4,94+

Хзр04=+DХ=19,5+6=25,5мм


Для оценки надежности работы полусвободного затвора справедливы выражения, полученные для свободного затвора

Энергия подвижных частей, требуемая для надежной работы автоматики:


,


а энергия подвижных частей в конце работы двигателя автоматики




Таблица. Сводная таблица результатов

Период выстрелаt,мкс123р, Мпаv,м/сl, ммVз,м/сVзр,м/сХз,ммХзр,ммОсновной периодРабота ускорительного механизма0100000008021,885,380,1870,0174850,0297250,0006080,00103416046,86817,051,0250,0554130,0942010,0033310,00566324094,2241,253,2460,1340630,2279060,010550,017935320167,186,838,1970,2821980,4797360,026640,045288400243,805159,6917,8780,5189930,8822870,05810,09877480285,258253,8534,3260,8250131,4025210,111560,189652508288,11288,9541,9250,9390881,5964490,1362560,231635588271,454387,1469,0121,2582052,1389490,2242890,381291668237,236475,4103,5951,545052,6265850,3366840,572363748201,562550,98144,7341,7906853,0441650,4703860,799656828170,422614,77191,4371,9980033,3966040,622171,057689908144,835668,69242,8342,1732433,6945120,7892111,341659988124,174714,62298,2142,3225153,9482760,9691961,647633112897,06780402,412,5354,311,312,227Период последействия1316188722,774,711,813,077156124548,783,0675,21392,52744,29658199467824,53,3775,74093,936,6812427111112,323,5336,00615,439,2312516120010,73,5546,04185,7459,7665261613009,133,5746,07586,10210,3734271614007,7843,59156,105556,4610,982281615006,643,6066,13026,8211,594301617004,8323,636,1717,54412,8248329919833,13,6526,218,5714,57Отдача подвижных частей329919833,14,948,5714,5737264271,5635,01410,716,741598600,7855,116212,8718,87459212930,45,1526515,0721,07502517260,25,186417,26623,266545821590,15,2119,525,5

Расчёт приведённой массы и силы и скорости затвора на участках циклограммы


Циклограмма представляет собой программу работы автоматики. Она позволяет определить, в каком из интервалов функционирует тот или иной механизм при любом положении ведущего звена.

Таким образом, циклограмма характеризует последовательность работы механизмов оружия в функции координаты его ведущего звена.




Таблица. Циклограмма работы автоматики оружия (G3) Табл 5.

Характерные периоды работы автоматикиПеремещение ведущего звена (затвора) Хз, ммПолный ход затвора0________________________________ 135ОТКАТРабота ускорительного механизма0___8,57Взведение курка0______________70Отражение гильзы.106НАКАТИзвлечение патрона из магазина83 __________ 118Досылание патрона в патронник0 118Запирание канала ствола0___6

Таблица. Масс-инерционные характеристики звеньев автоматики штурмовой винтовки G3 Табл. 6

Масса затворной рамы0,6506 кгМасса затвора0,1024 кгМасса направляющей пружины0,086 кгМасса возвратной пружины0,019 кг.Масса ударника0,007 кг.Масса боевой пружины0,0049 кгМасса курка0,0366 кг

Расчет коэффициентов удара


Откат:

прямой удар при отражении гильзы:




Накат:

прямой удар при извлечении патрона из магазина



Расчет возвратного механизма


·Находим предварительное поджатие возвратной пружины:



Примем П0=35Н.

·Зададимся отношением (наилучшее, с точки зрения долговечности пружины, значение n=2)

- максимальное усилие поджатия.

·Определим энергию возвратной пружины.


, ?=0,135 м - длина отката;


Жесткость возвратной пружины.




Необходимо выполнение условия:

1)

>29 - условие выполняется;


Рис. 6. Изменение усилия поджатия пружины от длины отката


70Н?80Н - условие выполняется.


Расчет ударного механизма


Из условия 100% воспламенения:


, где Еб - кинетическая энергия бойка;


Кинетическая энергия курка:


;


Энергия боевой пружины:


, где 0.75 - коэффициент потерь при разжатии.


Жесткость боевой пружины:



?бн и ?бк - деформация боевой пружины в начале и в конце взведения.

Момент инерции курка:



Vу - скорость ударника;

h - расстояние от оси вращения курка до ударника.

Выбор массы бойка из условия отсутствия инерционного накола капсюля:



Определение передаточных чисел, нахождение КПД


Передаточное отношение кинематической пары «курок - затворная рама» определяются как:



Для определения КПД нам необходимо построить планы реакции связи и найти силовые передаточные отношения ? (графическим путем).



где , - потерянные силы 1 и 2 звеньев;

Результаты кинематического анализа пары «курок - затворная рама» Табл. 7


Таблица

?,градХз, ммiк-зр?к-зр??, ммh, ммrк, ммМб, Н·м000111310,6238,70,1218,74,751,171,280,9144,6711,4937,550,2217,49,691,11,190,9246,4112,0735,110,29326,114,171,081,140,9478,2312,3930,970,38434,818,371,0561,10,9610,0711,9529,530,45543,522,611,0191,040,9811,8611,72290,52652,2270,951,040,91313,611,129,10,565760,933,810,85710,85715,2210,1629,70,58869,637,830,7650,9560,816,678,8929,160,555978,344,910,5770,8460,68217,917,3232,410,4910877000,4018,885,4850,140,387



Рис. 7. Расчетная схема для определения передаточного отношения механизма взведения курка штурмовой винтовки G3


Расчет приведенных масс и сил


Расчет приведенной массы в период отката:

Исходные данные для расчета приведенной массы:

·Масса затвора mз=0,1024 кг;

·Масса затворной рамы mзр=0,6506 кг;

·Масса направляющей пружины mнп=0,086 кг;

·Масса возвратной пружины mвп=0,019 кг;

·Масса курка mк=0,0366 кг;

·Масса гильзы mг=0,0138кг;

·Масса патрона mп=0,026 кг

·Момент инерции курка ;

Хз=0




Хз=8,57 мм - характер движения звеньев меняется скачкообразно ввиду конца работы ускорительного механизма.



В конце работы ускорительного механизма:



Хз=15 мм


Хз=35 мм


В точке Хз=70 мм конец взведения курка.



В точке Хз=106 мм - характер движения звеньев меняется скачкообразно, так как происходит отражение гильзы.

До отражения:


После отражения:



На участке Хз=106…135мм Mпр=0.845кг.

Расчет приведенной массы в период наката:


Хз=135…118мм


Хз=118 мм - характер движения звеньев меняется скачкообразно, так как в движение включается извлекающийся из магазина патрон.



На участке Хз=118…0 , т.е. до КПП приведенная масса меняться не будет и составит:


Расчет приведенной силы сопротивления в период отката:

Исходные данные для расчета приведенной силы:

·Жесткость возвратной пружины Свп=260 Н/м;

·Жесткость боевой пружины Сбп=3742 Н/м;

·Коэффициент трения между патроном и закраинами или нижними поверхностями затвора и выступа затворной рамы fтр = 0,2;

·Начальное поджатие возвратной пружины ?0вп = 0,135м;

·Рабочий угол курка ?к=870;

·Средняя сила пружины подавателя магазина Fпм = 25 Н;

При этом:

.Сила возвратной пружины определяется по формуле


Fвп = (?0впзСвп


2.Сила сопротивления курка определяется по формуле



3.Сила трения определяется по формуле


Fтр = Fпм×fтр


4. Сила трения затвора о направляющие ствольной коробки находится по формуле


Fтрпч·fтр·g=0,753·0,17·9,81=1,26 Н


Хз=0



Хз=15мм



Хз=30мм





Хз=45мм



В точке Хз=70мм заканчивается взведение курка, поэтому произойдет скачкообразное изменение приведенной силы.



После взведения курка:



Хз=80мм



Хз=90мм




Хз=100мм



Хз=118мм



В точке Хз=118мм затвор с затворной рамой выйдут из взаимодействия с верхним патроном, находящимся в магазине.



На участке Хз=118…135мм будет действовать сила сопротивления возвратной пружины и сила трения затвора о направляющие ствольной коробки.



Расчет приведенной силы в период наката:


Хз=135мм




Хз=118мм



В точке Хз=118мм начинается извлечение патрона из магазина.


На участке Хз=118….0 мм состав и характер действующих на ведущее звено сил останется прежним.


Хз=0 мм


Таблица. Результат расчета приведенных масс и сил Табл. 8

Хз, ммОткатНакатМпр, кгМпр, кг02,5240,8718,572,5410,8940,871150,8960,871350,8850,871700,8590,8711060,8590,8450,8711180,8450,8450,8711350,8450,845

Таблица.

Хз, ммОткатНакатFпр, НFпр, Н044,4632,41562,82-3070,63-4567,41-7064,2161,12-8063,72-9066,32-10068,92-11873,668,666,0861,0813573,0270,5

Расчет скоростей затвора


Откат:

V0=5,21м/с - скорость затвора в конце работы двигателя.

На первом участке от 19,5 мм до 31,5 мм:



х=25мм



х=30мм



На втором участке от 31,5мм до 70мм:




х=40мм



х=60мм



х=70мм



х=90мм



В точке х=106мм происходит отражение гильзы, поэтому произойдет скачкообразное изменение скорости.

До отражения:



После отражения:


Vз2= Vз1·aуд=3,545·0,984=3,488м/с


х=120мм



х=135мм



Накат:

Vн= -b·Vкзп=-0,4·2,07=-0,828м/с

х=130мм



В точке х=118мм начинается извлечение патрона, что приведет к скачкообразному изменению скорости.

До извлечения:


Vз2= Vз1·aуд=1,853·0,97=1,797м/с



х=90мм



х=50мм



х=30мм



х=0



Таблица. Результат расчета скоростей затвора

Хз, ммОткатНакатVз, м/сVз, м/с003,8219,55,21-305,0463,532404,889-50-3,279604,572-704,411-903,9512,5631063,5453,488-118-1,8531,7971202,778-130-1,231352,070,828



Заключение


В ходе курсового проекта были спроектированы основные узлы для образца штурмовой винтовки под патрон 7,62×51 с длиной ствола 450 мм , обеспечивающий пробитие бронежелета 4 класса на расстоянии 250м. При расчетах баллистики и автоматики использовались следующие программные обеспечения кафедры «Стрелковое оружие»: «Внешняя баллистика VB-3», «Strelec 2009» и «OS2007».




Список литературы


1. Алексеев С. А. Проектирование автоматического оружия с инерционным запиранием канала ствола: учеб. пособие. - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2007. - 120 с.

. Драгунов М. Е., Галаган Л. А. Проектирование образца автоматического стрелкового оружия для условий современного боя: Методические указания по выполнению курсового проекта по курсу «Проектирование автоматического оружия». - Ижевск: Издательство ИМИ, 1991. Ч.1, Ч. 2.

3. Кириллов В.И., Сабельников В.М. «Патроны стрелкового оружия» М.: Воениздат , 1980

4. Михайлов Л.Е. «Конструкции стрелкового автоматического оружия» М : 1983

. Останин В. Е. Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Теория механизмов и машин».


Введение штурмовой винтовка ствол баллистика Штурмовая винтовка (автомат) - основное наступательное оружие современной пехоты. Современные автоматы обычно

Больше работ по теме:

КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]

Скачать реферат © 2019 | Пользовательское соглашение

Скачать      Реферат

ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ