Устройство измерения среднеобъёмной температуры метательного заряда

Устройство относится к области вооружения и военной техники и может использоваться для баллистической подготовки стрельбы в автоматическом режиме танковых пушек и артиллерийских орудий.

Устройство позволяет измерять среднеобъёмную температуру метательного заряда при баллистической подготовки артиллерийских орудий и танковых пушек в автоматическом режиме. Прототипом устройства является штатный батарейный термометр ТБ-15 и изобретение RU2282812 С1(МПК F41G 3/12) от 16.05.2005 г. [1].

Температура метательного заряда в основном зависит от температурного режима войсковой эксплуатации боеприпасов и влияет на изменение внутрибаллистических характеристик артиллерийских комплексов, обусловленных изменением воспламенительного периода процесса выстрела, изменением размера поверхности горения порохов и т.п. Известно, что с изменением температуры метательного заряда на каждые 100С начальная скорость снаряда изменяется до 1,6%, а дальность стрельбы артиллерийских орудий на 300 метров и более [2].

Режим войсковой эксплуатации боеприпасов характеризуется постоянно изменяющимися во времени климатическими условиями и способами хранения боеприпасов на огневой позиции, которые в комплексе влияют на закономерности изменения температурного поля зарядов, их среднеобъёмную (баллистическую) температуру и неравномерный прогрев (охлаждение) метательных зарядов в штабеле и (или) боеукладке (для самоходных артиллерийских орудий и танков). Экспериментально установлено, что в войсковых условиях эксплуатации перепад температуры по заряду достигает 120С, а разброс температуры метательных зарядов по штабелю и в боеукладке до 40С и 150С соответственно, что приводит к снижению эффективности боевого применения артиллерийских орудий до 35 процентов.

Штатный батарейный термометр ТБ-15 состоит из металлического полого корпуса в форме «гвоздя», внутри которого размещен термочувствительный элемент в виде стеклянного спиртового термометра со шкалой. Он используется для определения температуры метательных зарядов следующим образом. У одного из метательных зарядов раздельно гильзового заряжания размещенных в штабеле или в боеукладке самоходного артиллерийского орудия (танка) извлекают усиленную и нормальную крышки и между пучков пороха заряда помещают термометр на 25 минут, после чего считывают с него показания. Термометр до выполнения огневой задачи находится в метательном заряде и показания температуры уточняются каждые два час. Если боеприпасы унитарного заряжания то термометр укладывается в тару с боеприпасом [3].

При использовании штатного термометра выявлен ряд технических проблем: батарейный термометр не удовлетворяет требованиям современного боя по временным характеристикам (до 25 минут) по точности, так как на огневое поражение противника в современном бою отводится 2…3 минуты, не учитываются разброс температуры метательных зарядов в штабеле (боеукладке), неравномерное температурное поле зарядов и их изменение в интервале времени (до 2 часов) между уточнениями исходных данных для стрельбы. Кроме того, в условиях ведения боевых действий использовать данные способы и средства не всегда возможно.

Технической задачей является разработка конструкции устройства измерения среднеобъёмной температуры метательного заряда, учитывающего градиент температурного поля метательного заряда. В этих целях определена форма и координаты области среднеобъёмной температуры метательного заряда исходя из следующего. Метательный заряд представляет собой цилиндрическую оболочку заполненную пороховыми элементами в форме зерна или трубок. Оболочка может изготавливаться из металла или сгораемого материала. У металла коэффициент теплопроводности значительно выше чем у материала пороха, поэтому оболочкой из металла при создании физической модели заряда можно принебречь. Сгораемый материал оболочки заряда по теплофизическим характеристикам близки к характеристикам пороха. Таким образом, физическая модель метательного заряда условно представляет собой сплошной цилиндр. При допущении, что цилиндр прогревается равномерно со всех сторон и температурное поле распределяется по логарифмическому закону от поверхности до центра объема, область цилиндра в которой температура соответствует среднеобъёмной температуре цилиндра в целом, будет размещаться на расстоянии 1/3 радиуса цилиндра от его внешней поверхности, что было подтверждено экспериментально с использованием программного комплекса Cosmos (разработанный корпорацией SolidWorks). Эффективная температуропроводность условного материала цилиндра (физической модели) определялась экспериментально методом теплового регулярного режима [4].

С учётом вышеизложенного предлагается следующая конструкция измерительного устройства (см. рис. 1): корпус 1, круглой формы из сгораемого материала, перфорированный, диаметром соответствующим диаметру метательного заряда, на котором по окружности радиусом 2/3 радиуса корпуса размещено три и (или) более термочувствительных элементов (датчиков температуры) 2, в центре – преобразующее устройство 3. Термочувствительные элементы (датчики температуры) 2 предназначены для измерения температуры в соответствующей точке заряда, в области его среднеобъёмной темепературы, увеличение их количесва позволяет учесть неравномерный прогрев заряда по цилиндрической поверхности заряда и повысить точность измерения. Преобразующее устройство 3 предназначено для усреднения показаний всех датчиков, индикации усредненного значения температуры и (или) передачи его на считывающее устройство непосредственно перед подачей заряда в зарядную камору орудия. Данное устройство предлагается размещать в метательном заряде на постоянной основе на арсенале (заводе) при сборке зарядов.

Рис. 1. Устройство измерения среднеобъёмной температуры заряда.

Таким образом, устройство позволяет: решить указанные технические проблемы прототипа и улучшить показатели точности, с учетом градиента температурного поля метательного заряда и повысить эффективность боевого применения артиллерийских орудий в современном бою; реализовать изобретение RU 2282812 С1 (МПК F41G 3/12) от 16.05.2005 г. Технические результаты устройства подтверждены экспериментально.