Определение характеристик реальных пороховых газов с использованием манометрической бомбы
Автор: Бабаев Д.Д.
Журнал: Мировая наука @science-j
Рубрика: Естественные и технические науки
Статья в выпуске: 4 (37), 2020 года.
Бесплатный доступ
Обоснована необходимость учёта теплопотерь и сил межмолекулярного взаимодействия пороховых газов при решении прямой задачи внутренней баллистики, получено уравнение пиростатики, рассмотрена методика определения характеристик реальных пороховых газов с использованием манометрической бомбы.
Прямая задача внутренней баллистики, характеристики реальных пороховых газов, уравнение пиростатики, манометрическая бомба, теплопотери
Короткий адрес: https://sciup.org/140265539
IDR: 140265539
Текст научной статьи Определение характеристик реальных пороховых газов с использованием манометрической бомбы
В настоящее время при решении прямой задачи внутренней баллистики (ПЗВБ) выстрел из артиллерийского орудия рассматривается как адиабатический процесс, а реальные свойства пороховых газов учитываются только через их коволюм [1, с. 31] .
Однако, при больших плотностях заряжания в области высоких давлений пороховых газов необходимо учитывать не только собственный объем молекул пороховых газов, но и силы межмолекулярного взаимодействия. Кроме того, при низких плотностях заряжания доля теплопотерь увеличивается и их необходимо так же учитывать при решении ПЗВБ.
Для учёта реальных свойств пороховых газов предлагается при решении ПЗВБ вместо неполного уравнения Ван-дер-Ваальса
P • W - a ) = R ^ T (1)
применять полное уравнение с учётом сил межмолекулярного взаимодействия пороховых газов
RT as • n 2
P = 1. (2)
W , - a W,2
На основании сравнения результатов расчёта давления пороховых газов по формулам (1) и (2) установлено, что в области высоких давлений (200–400 МПа) при температурах 2000–2500 К расхождение в расчётах составляет до 10% [2, с. 48] .
На основании уравнения (2) получено уравнение пиростатики [2, с. 42]
( ^ 2 |
|
f • A^ V |
n •A^ v |
P A a S 1 ( 1 - V )- a "A^ V P |
1 -A ( 1 - V ) I P ) |
Для применения формулы (3) при решении ПЗВБ необходимо определить характеристики реальных пороховых газов
( α , аs) и
теплопотерь при выстреле. Их предлагается определять экспериментально с использованием манометрической бомбы.
При отсутствии теплопотерь адиабатическая «сила» пороха может быть рассчитана по формуле f = nRTi, (4)
где n – число молей газообразных продуктов горения;
Т 1 – адиабатическая температура пороховых газов.
Значения n и T1 рассчитываются термодинамическим методом.
При наличии теплопотерь «сила» пороха будет равна f = nRT, (5)
где Т – реальная температура пороховых газов при наличии теплопотерь.
При сжигании пороха в манометрической бомбе с постоянным объемом (изохорический процесс) имеет место соотношение
T Pm
-
1 расч
,
mоп где к – коэффициент, учитывающий теплопотери.
На основании термодинамического расчёта параметров п, Т1, Pmрасч и определения Pmоп по опытам в манометрической бомбе установлено, что теплопотери увеличиваются с увеличением времени горения пороха.
В свою очередь время горения пороха увеличивается при уменьшении плотности заряжания Δ, при увеличении толщины горящего свода 2е 1 и при уменьшении «единичной» скорости горения и1 .
При ψ=1 для двух плотностей заряжания получим p = A pm1 1 - a-A1
^-
a s ( n -A 1 ) 2
,
P m = f A 2 - a s ( n -A 2 ) 2 . (8)
-
2 1 - a -A 2
Таким образом, для определения характеристик реальных пороховых газов ( α , аs) необходимо на основе термодинамического расчёта определить f и п , затем определить при двух больших плотностях заряжания Δ 1 и Δ 2 в манометрической бомбе максимальное давление пороховых газов Pm1 и Pm2 , на основе решения полученной системы уравнений рассчитать характеристики α и а s.
Список литературы Определение характеристик реальных пороховых газов с использованием манометрической бомбы
- Чурбанов Е.В. Внутренняя баллистика. - Л.: Артакадемия им. Калинина, 1975. - 243с.
- Бабаев Д.Д., Боклашов Н.М. Отчет о НИР № 0-04-164П. Оценка возможности совершенствования термодинамической модели выстрела из артиллерийского орудия с учетом свойств реальных продуктов горения. Шифр "Реальность". - Пенза: АИИ, 2005. - 76 с.