Программный комплекс для проектирования гладкоствольного стрелкового оружия с гранулированными снарядами

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Механика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 541. 43
ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГЛАДКОСТВОЛЬНОГО СТРЕЛКОВОГО ОРУЖИЯ С ГРАНУЛИРОВАННЫМИ СНАРЯДАМИ
Д.И. Копылов
Для повышения эффективности проектирования гладкоствольного оружия предлагается разработать специализированный программный комплекс. Излагается структура программного комплекса, описываются методы, используемые при расчетах в каждом блоке. Иллюстрируются результаты расчетов.
Ключевые слова: математическое моделирование, динамика, неудерживающие связи, гладкоствольное оружие, гранулированный снаряд
Производство современного вооружения невозможно без применения средств автоматизированного проектирования. Автоматизированное проектирование позволяет решать трудоемкие и громоздкие задачи по нахождению оптимального варианта в условиях многокритериальности, дает возможность обрабатывать большие массивы информации и использовать для её обработки сложные разветвленные алгоритмы. Это, в свою очередь, снижает сроки проектирования, повышает производительность труда проектировщиков и качество решений, принятых на основе самого полного использования потенциальных возможностей математических и других формализованных методов и автоматических средств обработки информации.
В настоящее время для проектирования оружия используются современные программные комплексы, позволяющие создавать трехмерные чертежи деталей и узлов оружия, проводить кинематический анализ механизмов, а так же выполнять многие другие функции, позволяющие упростить и ускорить процесс проектирования. Однако современные комплексы для автоматизированного проектирования ориентированы на более широкую специализацию для использования в различных областях машиностроения и не имеют в своем составе ряда средств, позволяющих автоматизировать многие расчеты, необходимые при проектировании стрелкового оружия. Ввиду отсутствия таких средств многие вычисления и операции при проектировании приходится производить вручную. Это влечет за собой увеличение количества времени, затрачиваемого на проектирование, что, в свою очередь, не позволяет рассмотреть большее количество вариантов при выборе оптимального решения, и, в конечном счете, может отрицательно сказаться на эффективности разработанного образца. Отсюда вытекает необходимость в программах, ориентированных на более узкую специализацию, коей является проектирование оружия.
Одной из сложных задач при проектировании оружия является проектирование системы ствол-патрон с гранулированным снарядом. При решении такой задачи важно учитывать контактное взаимодействие элементов снаряда внутри ствола и на траектории, возможность деформации элементов снаряда, а так же влияние, оказываемое элементами снаряда на характер обтекания соседних с ними элементов при движении в воздухе. В соответствие с поставленными задачами, программный комплекс для выполнения этих задач будет состоять из трех блоков, способных функционировать как по отдельности, так и взаимодействуя между собой: 1) основного блока, описывающего движение дробин в стволе и заствольном пространстве, 2) блока расчета деформации, подключаемого в случае, если необходимо учитывать при расчете деформируемость дробин, 3) блока расчета внешней баллистики, позволяющего учитывать взаимное влияние элементов снаряда на траектории.
Для учета контактного взаимодействия элементов снаряда можно воспользоваться методом, предложенным в работе [1]. Данный блок является основным блоком в рассматриваемом программном комплексе, так как он формирует исходные данные для двух других блоков. Исходными данными для расчетов в данном блоке являются количество и координаты элементов снаряда, коэффициенты трения, наборы функций ограничений. Уравнения динамики системы описаны в работе [1] и имеют вид:
q = G-1 (J j + Ф j) T l + G-1Q,
1-Т — -T --l Cl + QTCl ® min, 2 i
J j G-1 (J j + Ф j) T l = - J j G-1Q — w, l & gt- 0,
— 2 где q — матрица обобщенных ускорений м/ с — G — матрица инерционных
характеристик системы, кг- l — матрица величин нормальных реакций в точках контакта тел, Н- Q — матрица обобщенных активных сил, Н- C -положительно определенная матрица коэффициентов влияния- J j — матрица Якоби набора функций ограничений- Ф j — матрица направлений сил
трения- w — матрица центростремительных ускорений, м/ с2.
В результате расчетов, проведенных в данном блоке, для каждого шага интегрирования определяются значения нормальных реакций между любыми элементами системы (рис. 1). Эти данные можно использовать в качестве исходных данных для проведения расчетов в остальных блоках.
В случае если необходимо произвести учет деформируемости элементов снаряда, например при моделировании динамики снаряда со свинцовой дробью или картечью, необходимо задействовать блок, отвечающий за расчет деформации. Исходными данными для расчетов в данном блоке являются величины нормальных реакций, вычисленные в основном блоке. Величины деформаций определяются с помощью формул теории упругости, предложенных в работе [2]:
8 * = 1[а * - Ц (а У + а *)],
8 у=Е [а у — ц (а *+а *)],
8 * = Е [а * - ц (ау + а *)],
где 8 *, 8 у, 8 * - главные деформации- Е — модуль Юнга, Па- а *, а у, а. главные напряжения, Па- ц — коэффициент Пуассона.
N, 4 1200
1000 800 600 400
200
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Ь, м
Рис. 1. Зависимость реакций между дробиной и поверхностью канала ствола от пути снаряда
В результате расчетов, проведенных в данном блоке, определяются величины деформаций, определяющие форму и размеры деформированных элементов. В свою очередь, изменение формы и размеров элементов может оказывать влияние на характер движения этих элементов в канале
ствола, а так же на их аэродинамические характеристики после выхода за пределы канала ствола.
После выхода снаряда за пределы ствола каждый элемент снаряда в процессе движения будет оказывать влияние на характер обтекания соседних с ним элементов, вызывая при этом изменение их аэродинамических характеристик. Для того чтобы учесть это влияние необходимо задействовать блок, отвечающий за расчет внешней баллистики. Исходными данными для расчетов в данном блоке являются геометрические и инерционные характеристики элементов снаряда, а так же их скорости.
Для описания движения воздуха используется известная система уравнений Навье — Стокса [3]. Используемая система уравнений решается методом конечных разностей:
Эу 1 —
— = -(у • А) у + иАУ — - Ур + $. Э^ р
Уу = 0,
где У — векторное поле скоростей, м/с- ^ - время, с- А — векторный опера-
2
тор Лапласа- и — коэффициент кинематической вязкости, м /с- р — плот-
3 —
ность, кг/ м — У — оператор набла- р — давление, Па- $ - векторное поле массовых сил, Н.
Для экономии времени при моделировании можно использовать уравнения внешней баллистики, предложенные в работе [4]:
Хо =-^^^ ^ & amp-,
& amp-&-0 =-^тг^+ у2 • У-§, 4су
где 3& amp-0, Уо — компоненты ускорения дробины, м/ с2- Сх- коэффициент ло-
3
бового сопротивления- р — плотность воздуха, кг/ м — С — диаметр дробины, м- у — плотность материала дробины, кг/м3- X, у — компоненты скорости
дробины, м/с- § - ускорение свободного падения, м/с.
В результате расчетов, проведенных в данном блоке с помощью уравнений Навье — Стокса, определяются коэффициенты лобового сопротивления элементов снаряда (рис. 2). При расчете для каждого элемента учитывается влияние соседних элементов на характер его обтекания.
Cx'- 1.5 1.0 0. 5


iV
ir -1-«.
_1_|_|_|_|_|_|_|_|_I к
О 2 4 6 8 10 12 14 16 18 201, с Рис. 2. Значения коэффициента лобового сопротивления поражающего элемента в разные моменты времени
Объединение описанных программ в один программный комплекс позволит прогнозировать влияние геометрических характеристик канала ствола, способа снаряжения патрона, а так же форм и размеров поражающих элементов на характеристики осыпи, что позволит повысить эффективность и уменьшить время, затрачиваемое на проектирование дульных устройств для дробового оружия.
Список литературы
1. Никольский В. В. Математическое моделирование динамики механизмов и механических подсистем циклической автоматики. Тула: Изд-во, ТулГУ, 2008. 260 с.
2. Партон В. З. Механика разрушения. М.: Наука, 1990. 240 с.
3. Роуч П. Вычислительная гидродинамика. М.: Мир, 1980. 618 с.
4. Петров К. П. Аэродинамика тел простейших форм. М.: Факториал, 1998. 432 с.
Копылов Дмитрий Игоревич, асп, dmitry. kopylov. 88@inbox. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
A PROGRAM COMPLEX FOR SMOOTHBORE FIREARMS WITH GRANULAR
PROJECTILES DESIGNING
D.I. Kopylov
This paper proposes to design a special program complex to increase the efficiency of smoothbore firearms designing. This paper describes a structure of the program complex and methods of calculation in each block. There are some examples illustrating the results of calculations.
Key words: mathematical modeling, dynamics, unilateral constraints, smoothbore firearms, granular projectile.
Kopylov Dmitry Igorevich, postgraduate, dmitry. kopylov. 88@inbox. ru, Russia, Tula, Tula State University

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой