Определение характеристик приборов снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия

Рассмотрены теоретические и прикладные аспекты разработки прибора снижения уровня звука выстрела (ПСУЗВ) камерного типа и особенности проектирования ПСУЗВ для автоматического оружия малошумного боя. Обобщены материалы по методическому обеспечению расчета характеристик процесса в расширительных камер...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Техническая механика
Date:	2010
Main Author:	Поляков, Г.А.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут технічної механіки НАН України і НКА України 2010
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/88122
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Определение характеристик приборов снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия / Г.А. Поляков // Техническая механика. — 2010. — № 4. — С. 57-74. — Бібліогр.: 18 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860240435607240704
author	Поляков, Г.А.
author_facet	Поляков, Г.А.
citation_txt	Определение характеристик приборов снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия / Г.А. Поляков // Техническая механика. — 2010. — № 4. — С. 57-74. — Бібліогр.: 18 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Техническая механика
description	Рассмотрены теоретические и прикладные аспекты разработки прибора снижения уровня звука выстрела (ПСУЗВ) камерного типа и особенности проектирования ПСУЗВ для автоматического оружия малошумного боя. Обобщены материалы по методическому обеспечению расчета характеристик процесса в расширительных камерах ПСУЗВ. Приведены сведения по опыту конструкторской разработки и экспериментальной отработки ПСУЗВ. Розглянуті теоретичні і прикладні аспекти розробки приладу зниження рівня звуку пострілу (ПЗРЗП) камерного типу і особливості проектування ПЗРЗП для автоматичної зброї малошумного бою. Узагальнені матеріали щодо методичного забезпечення розрахунку характеристик процесу в розширювальних камерах ПЗРЗП. Приведені дані про досвід конструкторської розробки і експериментального відпрацювання ПЗРЗП. Theoretical and applied aspects of the development of chamber-type sound suppressors (PSUZV) and features of the PSUZV design for automatic sound-suppressing weapon are considered. Data on methodical support of calculations of process characteristics through the PSUZV expansion chambers are generalized. Information about experience in development effort and experimental development is reported.
first_indexed	2025-12-07T18:29:32Z
format	Article
fulltext	УДК 519.63 Г.А. ПОЛЯКОВ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИБОРОВ СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ ЗВУКА ВЫСТРЕЛА СТРЕЛКОВОГО ОРУЖИЯ Рассмотрены теоретические и прикладные аспекты разработки прибора снижения уровня звука вы- стрела (ПСУЗВ) камерного типа и особенности проектирования ПСУЗВ для автоматического оружия ма- лошумного боя. Обобщены материалы по методическому обеспечению расчета характеристик процесса в расширительных камерах ПСУЗВ. Приведены сведения по опыту конструкторской разработки и экспери- ментальной отработки ПСУЗВ. Розглянуті теоретичні і прикладні аспекти розробки приладу зниження рівня звуку пострілу (ПЗРЗП) камерного типу і особливості проектування ПЗРЗП для автоматичної зброї малошумного бою. Узагальнені матеріали щодо методичного забезпечення розрахунку характеристик процесу в розширювальних камерах ПЗРЗП. Приведені дані про досвід конструкторської розробки і експериментального відпрацювання ПЗРЗП. Theoretical and applied aspects of the development of chamber-type sound suppressors (PSUZV) and features of the PSUZV design for automatic sound-suppressing weapon are considered. Data on methodical support of calculations of process characteristics through the PSUZV expansion chambers are generalized. Information about experience in development effort and experimental development is reported. Введение, постановка проблемы Автомат (штурмовая винтовка) – распространенный вид ручного огне- стрельного оружия, находящегося на вооружении современных армий и спец- подразделений силовых ведомств, постоянно развиваемый и совершенствуемый. Особенности автоматического оружия требуют специфических подходов к проектированию, изготовлению, отработке и эксплуатации всех его элемен- тов в частности прибора снижения уровня звука выстрела (ПСУЗВ). Следует заметить, что в настоящее время термин «бесшумное» (Silenced) или «глуши- тель» (Muffler) заменяется термином «прибор снижения звука выстрела» (The device of reduction in a sound of a shot). Самые первые эффективные «приборы бесшумной и беспламенной стрель- бы» были разработаны в виде многокамерных глушителей расширительного типа и представляли собой надульные насадки на стандартное оружие [1]. Поз- же был разработан глушитель, составляющий единое целое с конструкцией оружия – интегрированный [1]. Конструкции стрелковых комплексов (автомат + глушитель) постоянно совершенствуются, отслеживая изменения в приме- няемых боеприпасах, технологии, материаловедении и используя новейшие достижения аэрогазотермодинамики и техники экспериментов. Значительным недостатком образцов малошумного стрелкового оружия первых поколений были относительно низкие по сравнению с оружием об- щевойскового назначения боевые служебно-эксплуатационные характеристи- ки: прицельная дальность стрельбы, убойное и пробивное действие пули, га- баритно-массовые характеристики. Существовавшие образцы малошумного оружия не могли в полной мере заменить стандартное общевойсковое ору- жие. В новых образцах малошумного оружия наибольшее распространение получили надульные многокамерные ПСУЗВ расширительного типа [1]. Ими оснащены автоматные комплексы, состоящие на вооружении армейских и полицейских подразделений во всем мире. Приоритет в использовании ко- роткоствольного малошумного оружия принадлежит германским спецслуж- бам, массовое же использование винтовок с ПСУЗВ впервые было обеспече- но в СССР, а пистолетов-пулеметов – в Великобритании. Выбор конструкции ПСУЗВ в основном определяется следующими харак-  Г.А. Поляков 2010 57 Техн. механика. – 2010. – № 4. теристиками: акустическими (уровнем шумоглушения); массо-габаритными; аэродинамическими (потерями дульного давления). Уровень звука, порождаемого пороховыми газами, прорывающимися че- рез зазор между пулей и стенками ствола, достигает 125 дБ, а газами, движу- щимися за пулей и обгоняющими ее – до 135 дБ. Давление и температура по- роховых газов у дульного среза составляют 20 – 45 МПа и 1000 – 2000 оС. Снижение уровня звука на 20 – 30 дБ означает ослабление уровня звуко- вого давления до 1/100 и 1/1000 уровня источника звука, соответственно. Од- нако, поскольку кривая чувствительности уха также имеет логарифмический характер, снижение энергии звука до одной сотой доли его прежнего значе- ния лишь наполовину снижает слышимый звук. Так, в рекламе немецкого глушителя AWC для пистолета ASP-9 указывается, что уровень звука при его использовании не превышает 33 дБ, т.е. не более, чем при закрывании двери комфортабельного автомобиля. Оружие считается малошумным, если уровень звука выстрела не превы- шает этого показателя в образцах, использующих пневматический принцип стрельбы (трудноразличим на дальности 50 м). Опыт разработки многокамерных глушителей шума выхлопа, в частности двигателей внутреннего сгорания, позволяет сделать основные выводы отно- сительно эффективности конструктивных факторов при шумоглушении:  эффективное заглушение достигается применением элементов с пер- форацией (трубок, диафрагм и др.);  с увеличением площади перфорации и длины пути, проходимого вы- хлопными газами, заглушение растет;  поворот потока газов (перед выходом из глушителя) увеличивает его заглушение;  для снижения низкочастотных составляющих шума выхлопа двигате- ля внутреннего сгорания необходимо увеличивать объем глушителя, для снижения средне- и высокочастотных – увеличивать площадь перфорации в элементах глушителя. Методология борьбы с шумом включает следующие основные состав- ляющие:  теоретические исследования;  выявление и разделение источников шума;  проектирование и разработка приборного оборудования и испыта- тельных установок;  выявление механизмов генерирования шума;  разработка технических решений по снижению шума;  изготовление и отработка конструкции глушителя;  сертификационные испытания. Основными проблемами при проектировании и отработке ПСУЗВ являя- ются объективное представление о процессах, происходящих в его камерах, взаимозависимости их параметров, выбор метода расчета его характеристик, четкое представление о порядке изготовления и отработки новой конструк- ции ПСУЗВ. Несмотря на появившиеся в последнее время публикации по проектиро- ванию ПСУЗВ для автоматического оружия (например, [1]), остается откры- тым вопрос о комплексном подходе к разработке ПСУЗВ для малошумного автоматического оружия с большой скорострельностью и продолжительно- 58 стью работы в автоматическом режиме. Основная проблема заключается в необходимости учета существенной нестационарности процессов в камерах, в отличие от ПСУЗВ, предназначенных для одиночных выстрелов. Этот фак- тор является ключевым для создания ПСУЗВ автоматического стрелкового оружия с приемлемыми акустическими характеристиками. Представленные материалы обобщают опыт создания таких ПСУЗВ. Об- суждаются методические подходы к расчету их геометрических характери- стик, даются практические рекомендации по выбору рациональных конст- рукций многокамерных ПСУЗВ, подготовке экспериментальной базы и про- ведению их отработки и сертификации. 1. Методическое обеспечение проектирования ПСУЗВ для автоматического стрелкового оружия Вычислительная модель, используемая при расчете нестационарного те- чения пороховых газов в камерах ПСУЗВ [2 – 7], базируется на системе диф- ференциальных уравнений газовой динамики для невязкого сжимаемого газа с переменной удельной теплоемкостью. В общем виде для многофазного по- тока газа эта система записывается следующим образом: 0         HJ GJFJ t QJ , (1) где векторы потока имеют вид:                                       1 1 v NS E u Q ; ; ;                                            U U pEU p puU U F NS x 1 1 yvU                                            V V pEV p puV V G NS x 1 1 yvV                                            v v pEv v uv v 1 1 1 2 NS y H . Зависимая переменная является массовой долей i -й частицы от массы общего количества NS частиц потока. При этом для массы частиц вво- дится полная величина плотности соотношением: i NS . (2)    NS i ii 1 Для осесимметричного ПСУЗВ система уравнений записывается в осе- симметричной форме. При этом трехмерность течения может учитываться элементом H . Якобиан и контравариантные скорости определяются выражениями: , (3)   yxyxJ vyxuU  , (4) 59 vyxuV  . (5) Уравнение состояния вводится выражением:     NS i i i u M TRp 1 . (6) Температура потока определяется из уравнения сохранения энергии:    p he ii , (7) , (8)   T T pfi R ii dTchh 0 где – исходные энтальпия и температура частицы. Rf Th i ,0 Удельная теплоемкость для каждой частицы в каждой ячейке в каж- дый момент времени считается известной функцией от температуры. В пер- вом приближении эта функция может считаться линейной. ipс При решении задачи влияние снаряда обычно учитывается с допущением о его постоянной скорости. Ячейки, которые содержат снаряд, идентифици- руются, и вводится дополнительный член, учитывающий соответствующее объемное изменение потока. При этом применяются условия непроницаемо- сти на поверхности снаряда и стенках камер ПСУЗВ. Различные подходы к численному решению системы (например, [1, 4 – 9]), приводят к примерно одинаковым результатам при определении характери- стик потока в камерах ПСУЗВ, поэтому при расчете его характеристик можно использовать любой из указанных подходов в зависимости от наличия исход- ной вычислительной базы и квалификации вычислителя. Для повышения эффективности звукопоглощения отдельные камеры ПСУЗВ могут наполняться хладагентом. В качестве хладагента чаще всего используются пористые материалы из металлической сетки, стружки, мине- рального, базальтового волокна или минеральной ваты. Пористые материалы наиболее эффективны при глушении звуковых колебаний низких частот. Для увеличения звукопоглощения в области низких частот звукопоглотитель не- обходимо крепить не вплотную к жесткой отражающей поверхности, а на оп- ределенном расстоянии от нее. При выборе материала поглотителя необхо- димо учитывать условия его работы в полости ПСУЗВ: высокие быстроме- няющиеся температуры, вибрации, высокие динамические нагрузки. Наибо- лее подходящими в качестве наполнителей следует считать мелкоячеистую сетку из нержавеющей стали, тонкую стальную проволоку-путанку, порис- тую медь. При расчете многокамерного ПСУЗВ с частичным заполнением камер хладагентом система уравнений модифицируется следующим образом. Мо- делирование процесса производится с использованием уравнений сохранения [10] в интегральном виде, записанных для каждой камеры ПСУЗВ: – сохранения массы 60      W S dSdW t 0Vn , (9) – сохранения энергии (без учета потока тепла через ограничивающую по- верхность и работы сил трения):       S n S n W dSVdSEVdW t E , (10) где – объем газа; – поверхность, ограничивающая объем W ; – проек- ция вектора скорости газа на направление внешней нормали к элементу поверх- ности ; W S nV dS E – сумма внутренней и кинетической энергии единицы массы газа. Наполнитель в камерах учитывается при записи уравнения сохранения энергии путем учета потока тепла, проходящего через поверхность наполнителя:        W S S S nnn SdqSdVSdEVdW t E)( , (11) где – проекция вектора потока тепла, проходящего через единицу поверх- ности наполнителя, на направление внешней нормали к элементу поверхно- сти nq Sd ; S – площадь поверхности наполнителя. Изменение температуры наполнителя в единицу времени учитывается соотношением:   S n Sdq dt Td mc , (12) где c – удельная теплоемкость наполнителя; m – масса наполнителя; T – тем- пература наполнителя. Поток тепла, проходящего через поверхность наполнителя, можно опре- делять по приближенному соотношению [10]: )( TTSVSdq S n  , (13) где – эмпирический поправочный коэффициент, определяемый типом про- волочной сетки наполнителя;  32W G V   – осредненная по объему W (каме- ры с наполнителем) скорость; – расход газа, поступающего в объем ; G W T – температура газа, поступающего в объем с наполнителем; T – темпера- тура наполнителя; g g g S l d S  2 – поверхность проволочной сетки наполни- теля; – площадь сетки; – размер ячеек сетки; – диаметр проволоки; – плотность материала проволоки. gS gl gd g На основании уравнений (11), (12) получается система дифференциальных уравнений для определения параметров процесса:  t , , , , )(tV )(tW )(tx 61 )(tT , )(tT , . В качестве начальных условий в первой камере принимают- ся параметры газа в стволе и скорость снаряда в момент входа в ПСУЗВ, в ос- тальных камерах – атмосферные условия. )(tp Эффективность понижения уровня звукового давления при работе ПСУЗВ оценивается с использованием соотношения [1]: )0( )( lg20 1 1 p tp E   дБ , (14) где – давление газа в первой камере в момент вылета снаряда из глуши- теля; – баллистическое давление газа в канале ствола в момент входа сна- ряда в глушитель. )(1 t )0(1p p При проектировании ПСУЗВ с наполнителем его эффективность опреде- ляется соотношением [1]:                                     1 3 1 1 2 1 1 00 lg10 S S tV V t E b , (15) где – плотность газа в канале ствола при входе снаряда в ПСУЗВ;  01   t – плотность газа в первой камере при вылете снаряда из ПСУЗВ;  01V – ско- рость газа в канале ствола при входе снаряда в ПСУЗВ;  tV – скорость газа в первой камере при вылете снаряда из ПСУЗВ; – площадь поперечного сече- ния первой камеры; – площадь поперечного сечения снаряда. 1S bS Ниже приводятся результаты расчетов температуры и давления в камерах ПСУЗВ-30Н для автомата Калашникова АК-74, изображенном на рис. 1 (здесь: 1 – переднее дно ПСУЗВ; 2 – перегородки камер; 3 – корпус; 4 – пе- репускные отверстия в центральной трубке; 5 – наполнитель) для следующих исходных данных: Рис. 1  калибр оружия – мм45,5 ;  длина хода нарезов ствола до среза – мм415 ; 62  давление газов на срезе ствола – МПа40 ;  температура газов на срезе ствола – К1800 ;  газовая постоянная – К ; Дж/кг340   показатель адиабаты пороховых газов – 225,1 ;  скорость пули на срезе ствола – м/с900 ;  масса пули – г45,3 ;  длина центрального канала ПСУЗВ (считая от среза) – мм226 ;  диаметр центрального канала – мм0,8 ;  число камер, кроме центрального канала – 3 ;  объемы камер, начиная от среза [мм3] – 108745, ; 71230,70325  площадь сетки наполнителя – 8,856 см2. При расчете были сделаны следующие допущения:  параметры газа в каждой камере, включая камеру «ствол – центральная трубка», в каждый момент времени одинаковы во всем объеме камеры;  процессы горения остатков пороха завершаются в канале ствола;  процесс в камерах подчиняется уравнению состояния идеального га- за;  скорость пули в камере считается постоянной ( constk ); V  при прохождении камер скорость пули увеличивается на const kV . При таких допущениях система уравнений для каждой камеры записыва- ется в виде [4]:                       VS dt dW RTp dt dW V GG Vdt d dt dW V p G V RT G V RT dt dp k k   0 0 0 1 , (16) где р – давление газа в камере; Т – температура газа в камере; – темпе- ратура газа на входе в камеру; – показатель адиабаты газа; – скорость движения границ элементарного объема 0Т  V W – объем камеры; – поперечная площадь камеры. S Секундные массовые расходы газа, поступающего в камеру и истекаю- щего из нее, определяются по соотношениям: 63 1 1 2 11 1 1 1 1 2 1 1 2 2 1 2 110 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2                                                                p p pFG p p p p p p pFG при при , (17) где F – площадь отверстия истечения;  – коэффициент расхода;  – плот- ность газа в камере; 1 – плотность газа на входе в отверстие; – проти- водавление газа в отверстии. 12 , pp Решение системы (16) формулировалось как задача Коши с начальными условиями вида: 000000 WWTTpp ttt   ,, . При интегрировании дифференциальных уравнений использовался метод Рунге–Кутта третьего порядка. Недостатком изложенной методики, ограничивающим ее точность, явля- ется предположение о постоянстве параметров потока во всем объеме каждой камеры прибора [10]. В то же время камеры могут иметь значительную длину и содержать различные внутренние конструктивные элементы, например шнек. На рис. 2 изображена конструктивная схема ПСУЗВ со шнеком, где 1– корпус ПСУЗВ; 2 – центральная трубка; 3 – перепускные отверстия, соеди- няющие полость центральной трубки с камерами 4; 5 – шнек. Для таких конструктивных схем ПСУЗВ методика расчета была модифи- цирована следующим образом. Длинные камеры ПСУЗВ, а также камеры, содержащие внутренние кон- структивные части (перегородки, наполнитель и др.), разбиваются на после- довательно расположенные элементы. При этом учитывается перетекание газа через границы между элементами. При разбиении камеры на несколько элементов дополнительно задаются каналы площадью , соединяющие эти элементы и равные: S  22 rRS  , где – соответственно радиусы корпуса (1) и втулки (2) проточной части камеры. rR, Если в данной камере расположен шнек, то площади указанных каналов с учетом перетекания газа вдоль лопасти шнека вычисляются по соотношению:  rRsS ш  , где – шаг винтовой линии лопасти шнека. шs 64 4 Рис. 2 1 5 2 3 Подобным образом учитывается различные возможные конструктивные элементы камер ПСУЗВ. Модифицированная методика позволяет на началь- ном этапе проектирования ПСУЗВ с конструкцией, содержащей элементы различной формы, определить в первом приближении основные параметры в полости ПСУЗВ и эффективность снижения уровня звука выстрела. 2. Результаты расчетных и экспериментальных исследований ПСУЗВ На рис. 3, 4 приведены результаты расчетов давления и температуры газа в камерах ПСУЗВ-30Н в зависимости от расстояния и до среза ствола. Здесь – текущая координата по оси ПСУЗВ; – координаты донного сре- за снаряда, обозначенные на графике пунктирными линиями. L cL L cL На рис. 5 приведены изменения давления и температуры в пятикамерном ПСУЗВ для автомата калибра мм. 62,7 0 10 20 30 40 50 60 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 Расстояние от среза ствола L, мм Д а в л е н и е в к а м е р а х P , А тм ic L 147 Рис. 3 мм47cL 119 211 65 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 Расстояние от среза ствола L, мм Т ем п е р а ту р а в к а м е р ах T , ºК ic L 211 Рис. 4 Рис. 5 Как видно из графиков на рис. 3 и 4, давление и температура в камерах па- дают с увеличением расстояния от дульного среза ствола. Давление в первой камере ( ) падает по времени до установившейся величины в момент вылета снаряда из ПСУЗВ (рис. 5) [12]. В последующих камерах давление монотонно возрастает. Температура в первой камере падает, в последующих – возрастает по времени до установившегося значения на момент вылета. 1р Разработанный метод дает хорошие результаты при расчете эффективно- сти глушения звука выстрела для различных конструкций ПСУЗВ. На рис. 6 приведено сопоставление расчетных значений эффективности снижения уровня звука выстрела ( ) и экспериментальных данных ( ) для 16 вари- антов конструкции ПСУЗВ. Каждая точка на графике соответствует одному из испытанных ПСУЗВ. Абсцисса точки соответствует экспериментальному ТЕ ЭЕ Р1 Р2 Р3 Т1 Т2 Т3 Т4 Т5 Р4 Р5 119 147 мм47cL 66 значению эффективности глушения звука выстрела. Расстояние по вертикали от экспериментальной точки до биссектрисы угла между координатными осями составляет разницу между теоретическим и экспериментальным значе- ниями эффективности. Сравнение расчетов и экспериментов показало, что указанная разница не превышает 15 %. Рис. 6 На рис. 7 показан график, зависимости тянущего усилия F , действующе- го со стороны ПСУЗВ на оружие в процессе движения снаряда в камерах. За- висимость демонстрирует возникновение знакопеременного тянущего усилия в течение около с, что влияет на динамику движения оружия малой массы и на точность стрельбы из такого оружия. 3105  12 0 200 400 600 800 t, мкс F, кН 4 3 2 1 0 -1 -2 0 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 t c Рис. 7 Для исследования влияния наполнителя камер на эффективность глуше- ния звука выстрела был изготовлен и испытан трехкамерный ПСУЗВ типа 67 ПБС-ИТМ-5 (разработки Института технической механики НАН Украины и НКА Украины) с намоткой на центральную трубку нескольких слоев сетки из нержавеющей стали (рис. 8). В экспериментах исследовались спектральные характеристики звука выстрела автомата АКС-74У с ПБС-ИТМ-5. Эффектив- ность снижения звука выстрела определялась как разница эксперименталь- ных значений уровня звука выстрела: ГLLL  , где – уровень звука выстрела без ПСУЗВ; – с ПСУЗВ. L ГL Ниже приведены спектральные характеристики звука выстрела испы- танного на полигоне автомата АКС-74У без ПСУЗВ (рис. 9), с ПБС-ИТМ-5 без наполнителя (рис. 10) и с наполнителем (рис. 11). Рис. 8 Рис. 9 Рис. 10 68 Рис. 11 Анализ полученных при испытаниях спектральных характеристик подтвер- дил расчетные данные о снижении уровня звукового давления (на 2 – 4 дБА), в основном в области низких звуковых частот. В [1] приведен оригинальный подход к расчету основных характеристик многокамерного ПСУЗВ расширительного типа. Полагается, что эффектив- ность глушителя повышается при последовательном расположении несколь- ких камер, разделенных перегородками с отверстиями, соосными стволу. При этом рассчитывается его внутренняя газодинамика с учетом того, что при ис- пользовании фигурных перегородок сложного профиля в его корпусе созда- ются поворот потока газа, противопотоки и турбулентные завихрения. Части- цы газа, соударяясь, быстро теряют при этом свою энергию. Из новейших разработок в этой области следует отметить ПСУЗВ к вин- товке снайперской специальной (ВСС) «Винторез». В этом оружии ПСУЗВ интегрирован (но не составляет одно целое) со стволом и содержит завихри- тели потока газов. Пороховые газы попадают в полость ПСУЗВ через ряд веерообразных отверстий в стенке ствола. В расширительной камере проис- ходит сброс давления, затем газы разделяются на противопотоки и оконча- тельно охлаждаются. Известны и более ранние разработки, например [12, 13]. При проектировании ПСУЗВ возникает необходимость определения зву- кообразования от ПСУЗВ реактивного типа и со звукопоглощающими вклю- чениями. С помощью пакета прикладных программ [11, 14], был проведен вычислительный эксперимент для широкого класса неоднородностей в по- лости многокамерных ПСУЗВ реактивного и поглощающего типов для стрелкового оружия. Декомпозиционный подход [11, 14] базируется на математической модели процессов звукообразования в системе ствол – ПСУЗВ – неограниченная среда: , (18)             211 111 NTM TL В А       221 121 NTM TL       1 1 b a где A , B – векторы, компонентами которых являются коэффициенты рядов разложения акустического поля по собственным функциям шарового акустиче- ского волновода; T – матрица передачи; , L M , – матрицы с элементами N 69            2 * ,),(, 2 , 2)2( S knkn SdrrPL z   ,,,, )()( * 112 2 2 SdrprvM k S nkn                  ,,, )()( * 212 2 SdrprvN k S nkn z     здесь p – избыточное давление, r ,  ,  – сферические координаты; 2S – входное сечение ПСУ ; 1S – входное сечение полусферы воловод ;  – век- тор скорости частиц га ; , 1b – векторы, компонентами которых являются коэффициенты рядов Фурье разложения акустического поля на входном сече- и 2S по собственным функциям круглого акустического волновода (ствол ЗВ а за ни 1a а): ,))(exp(( )( )()( )()( 1 00 010 01 1 2 pin in RRJn iAna m mm mk     ,))(exp1( )( )(2 )( 1 0 01 0)1( z m m mk in in RRJ Anb     здесь ; ,...,, 210 n },0{ mk  ; )( 01 RJ m – функция Бесселя 1-го порядка; – корни уравнения mm R 00 ,/ m0  01 )(xJ ; m0 – постоянные распростра- нения собственных волн в круглом акустическом волноводе; R – радиус акустиче- ского волновода (ствола); ))() 0 0 RR A m m   ( 2 0 2 0 0 m  (2 J)(0 Rni m  2 1J – коэф- фициенты нормировки. Входными параметрами для математической модели являются: давление и скорость частиц газа в стволе (на бесконечно малом расстоянии от се- чения ); длительности 1p 1 1S  ,  импульсов и . Параметры и  на уровне 0,25 длительности импульсов 1p 1   и  определяются следующим образом: 25,0ln 1   25,0ln 1   . На рис. 12 [11] показаны результаты расчета зависимости интенсивности звука от угла наклона диафрагм в ПСУЗВ. Результаты математического моделирования получены с учетом числа временных гармоник, равного 150, и числа пространственных гармоник, равно- го 100. Геометрия поверхности диафрагм ПСУЗВ аппроксимировалась ступен- чатой моделью; число ступенек – 45. Дальнейшее расширение базиса времен- ных и пространственных гармоник и увеличение числа ступенек практически не изменяло результатов математического моделирования. 70 Рис. 12 Из графика (рис. 12) следует, что оптимальные значения угла  наклона диафрагмы составляют 6554 . При этих углах интенсивность звука (в точке наблюдения) наименьшая. На рис. 13 [11] приведено сравнение результатов математического моделирова- ния с натурным экспериментом. Сравнение результатов показало вполне удовлетво- рительное их совпадение, свидетельствующее об эффективности математической модели звуко- образования [14] для проектных разработок ПСУЗВ. Этот программно-моделирующий ком- плекс позволяет проводить вычислительный эксперимент при проектировании ПСУЗВ с широким диапазоном структур неоднород- ностей в его полости. На рис. 14 показана расчетная зависимость [11] интенсивности звука от длины звукопо- глощающего включения. Для выбранной кон- струкции ПСУЗВ наименьшая интенсивность звука наблюдалась при длине звукопоглощающего включения, равной 60 – 80 мм. L Рис. 13 Рис. 14 Результаты численных исследований с использованием методических подходов [11, 14] показали, что интенсивность звука от ПСУЗВ со звукопоглощающим вклю- чением на 20 – 24 дБ ниже интенсивности звука конструкций без наполнителя. 71 3. Особенности конструкторской отработки ПСУЗВ Основные требования, предъявляемые к разрабатываемым конструкциям ПСУЗВ, отражаются в технических условиях (ТУ). При отработке ПСУЗВ серии ПБС-ИТМ для автоматов Калашникова были разработаны ТУ [15], в которых сформулированы следующие требования к эффективности и массо- габаритным показателям:  эффективность снижения уровня звукового давления 30L дБА;  удерживающий от развинчивания момент узла стыковки-расстыковки мН 7 ; rdl  радиальное биение выходного отверстия канала относительно оси ствола оружия 3,0r мм;  масса ПСУЗВ 75,0Г кг; М  наружный диаметр 43d мм;  длина 240l мм. Перед проведением отработки ПСУЗВ разрабатывается, согласуется и утверждается Программа [16] и Методика [17] проведения исследования экс- периментальных образцов. Реальные значения эффективности снижения уровня звука выстрела раз- работанного ПСУЗВ определяются при натурных испытаниях [18]. Сравни- тельный анализ полученных экспериментальных результатов является базой для выбора направления совершенствования конструкций. В качестве иллюстрации порядка разработки и отработки ПСУЗВ ниже приводятся результаты проведенных ИТМ НАНУ и НКАУ и предприятием «Тактические системы» испытаний ПСУЗВ для оружия калибра 5,45 мм и 5,6 мм [18]. При выстреле патронами, дающими дозвуковую скорость вылета пули, все ПСУЗВ имеют удовлетворяющую техническому заданию эффек- тивность уменьшения звука выстрела. Результаты испытаний ПСУЗВ показали преимущества большого объема по- лости его корпуса. Наименее эффективным оказался ПСУЗВ со средним объемом и конусными рассекателями, ограничивающими камеры. При больших паузах ме- жду выстрелами эффективность у разных ПСУЗВ менялась по-разному, причем проявлялся эффект повышения уровня звука при первом выстреле через ПСУЗВ. Подтверждено явление повышения уровня звука выстрела с увеличением интерва- ла времени между выстрелами, что связано, по-видимому, с дополнительным вы- делением энергии при сгорании кислорода в «проветренной» полости ПСУЗВ. Из полученных результатов испытаний следует, что для снижения уровня звука выстрела оружия калибра 5,6 мм эффективны ПСУЗВ достаточно про- стой конструкции. Для оружия большего калибра со штатным боеприпасом при сохранении требований по массогабаритным характеристикам, с целью обеспечения высокой эффективности снижения уровня звука выстрела требу- ется усложнение конструкции рассекателя ПСУЗВ. Выполненные по различным методикам расчетные исследования течения пороховых газов в полости ПСУЗВ и результаты испытаний позволили вы- явить ряд закономерностей, присущих многократному расширению потока пороховых газов в камерах. В частности, было установлено следующее:  характеристики газового потока в полости ПСУЗВ определяются па- раметрами пороховых газов на дульном срезе ствола, геометрически- ми характеристиками камер, конструктивными и кинематическими 72 характеристиками снаряда, зазором между снарядом и диафрагмами, разделяющими камеры;  влияние процесса установления течения на процесс формирования потока в каждой последующей камере существенно увеличивается при уменьшении размеров предыдущей камеры;  наличие снаряда в потоке приводит к его торможению в центральной части и образованию отраженной от дна снаряда ударной волны, ко- торая, действуя на диафрагмы камер, увеличивает тянущее усилие ПСУЗВ на оружие и тормозит поток в камерах;  наибольшим тепловым нагрузкам у многокамерного ПСУЗВ подвер- гается первая камера;  максимальные значения давления наблюдаются в первой камере на поверхности диафрагмы – в местах ее сочленения с оболочкой и вблизи снарядного входа в диафрагму;  в камерах образуются вихри, массовая скорость потока в которых су- щественно меньше скорости на оси потока, что приводит к интенси- фикации процесса догорания пороховых газов в камерах и уменьше- нию поперечного сечения центральной части потока;  процесс установления течения в объеме ПСУЗВ приводит к возникно- вению нестационарных ударных волн, давление на фронте которых соизмеримо с давлением в потоке, а также зон разрежения, давление в которых ниже атмосферного; эти ударные волны обуславливают пульсирующий характер изменения давления в камерах, причем наи- более существенные пульсации возникают в первой камере, где ин- тенсивность потока максимальна;  пульсации давления в полости ПСУЗВ могут создавать дополнитель- ный шум пороховых газов;  наличие снаряда в потоке пороховых газов приводит к увеличению мак- симальных значений давления в режиме установления течения и к большему динамическому воздействию на оружие со стороны ПСУЗВ;  режим установления течения приводит к возникновению знакопере- менного тянущего усилия, действующего со стороны ПСУЗВ на ору- жие в процессе движения снаряда в камерах, что влияет на динамику движения оружия малой массы и на точность стрельбы из такого оружия;  количество перегородок в полости ПСУЗВ не должно превышать пяти; при этом отмечается наибольшая эффективность снижения уровня звука выстрела. 1. Коновалов Н. А. Ручное огнестрельное оружие бесшумного боя / Н. А. Коновалов, О. В. Пилипенко, А. Д. Скорик и др. – Днепропетровск : ИТМ. – 2008. – 304 с. 2. Keith Hudson M. CFD Approach to firearms sound suppressor design / M. Keith Hudson, C. Luchini, J. Keith Clutter, W. Shyy // AIAA Paper 96-3020. 3. Коновалов Н. А. Математическое моделирование газодинамического процесса работы прибора сниже- ния уровня звука выстрела / Н. А. Коновалов, Ю. А. Кваша и др. // Техническая механика. – 1999. – №1. – С. 13 – 17. 4. Коновалов Н. А. Математическая модель и методика расчета процесса заполнения газом камер прибора снижения уровня звука выстрела с учетом наполнителей / Н. А. Коновалов, Ю. А. Кваша, О. В. Пилипен- ко, А. Д. Скорик // Техническая механика. – 2005. – №2. – С. 137 – 146. 5. Бучарский В. Л. Проектирование прибора малошумной стрельбы методами численного моделирования / В. Л. Бучарский, К. Ю. Добринская, В. В. Сербин, А. В. Сичевой // Артиллерийское и стрелковое воору- жение. – 2009. – №2. – С. 3 – 7. 73 6. Терехин А. С. Снижение аэродинамического шума при помощи комбинированных глушителей / А. С. Терехин, В. И. Яхонтов // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. Изд. МВТУ им. Баумана. – 1984. – №4. – С. 37 – 40. 7. Абрамович Г. Н. Прикладная газовая динамика / Абрамович Г. Н. – М. : Наука, 1976. – 888 с. 8. Clutter J. K. Study of Fast Transient Flow Phenomenon for Munition Application /J. K. Clutter, G. Abate, W. Shyy, C. Segal // AIAA Paper 96-0829. 9. Стрельников Г. А. Регулируемые сверхзвуковые сопла малой длины / Г. А. Стрельников. – Днепропет- ровск : Изд-во ДГУ, 1993. – 192 с. 10. Коновалов Н. А. Определение газодинамических характеристик и эффективности многокамерных при- боров снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия с рассекателями потока оружейных газов сложной формы / Н. А. Коновалов, О. В. Пилипенко, Ю. А. Кваша, В. И. Коваленко, Е. О. Пугач, А. Д. Скорик // Техническая механика. – 2009. – №2. – С. 36 – 45. 11. Патент на изобретение 2376544 С2 РФ, МПК (2006.01) F41A 21/30.Глушитель реактивно- поглощающего типа для стрелкового оружия / И. И. Грачёв, О. А. Голованов, С. Н. Курков, А. И. Грачёв, В. В. Смогунов, Е. М. Устинов, В. И. Вареница, А. А. Тюмин, заявитель и патентообладатель Пензенский Ар- тиллерийский Инженерный Институт, 2008101683/02, заявл. 15.01.2008 ; опубл. 20.12.2009, Бюл. № 35. – 8 с. 12. Carofano G. C. Blast Field Contouring Using Upstream Venting / Carofano G. С. // ARCCB-TR-93009, US Army Armament Research, Development and Engineering Center, March 1993. 13. Carofano G. C. A Note on the Blast Signature of a Cannon / Carofano G. С. // ARCCB-TR-92014, US Army Armament Research, Development and Engineering Center, March 1992. 14. Голованов О. А. Декомпозиционный подход к решению задач прикладной электродинамики и акустики с применением базовых элементов в виде автономных блоков / О. А. Голованов, Г. С. Макеева, А. И. Грачев // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. – 2006. – № 6 (27). – С. 55. 15. Приборы снижения уровня звука выстрела для автоматов и ручных пулеметов Калашникова. Техниче- ские условия. ТУ У 88.057.004-98. 16. Программа проведения исследований экспериментальных образцов приборов снижения уровня звука вы- стрела (ПСУЗВ) для автоматов Калашникова и их модернизаций ; ПИ-ПСУЗВ/АК-01-217. – Днепропет- ровск : ИТМ НАНУ и НКАУ, 1998. – 5 с. 17. Методика проведения исследований эффективности снижения уровня звука выстрела экспериментальными образцами приборов ПСУЗВ в стрелковом автоматическом оружии (автоматы Калашникова АК и АКМ) ; МИ-ПСУЗВ-7 / АК-01-217. – Днепропетровск : ИТМ НАНУ и НКАУ, 1998. – 7 с. 18. Коновалов Н. А. Сравнительные испытания глушителей звука выстрела различных конструкций на эффективность / Н. А. Коновалов, О. В. Пилипенко, Г. А. Поляков, Е. О. Пугач, А. Д. Скорик, В. И. Кова- ленко / Техническая механика. – 2009. – № 3. – С. 132 – 140. Институт технической механики Получено 06.10.10, НАН Украины и НКА Украины, в окончательном варианте 11.10.10 Днепропетровск 74
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-88122
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1561-9184
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T18:29:32Z
publishDate	2010
publisher	Інститут технічної механіки НАН України і НКА України
record_format	dspace
spelling	Поляков, Г.А. 2015-11-07T21:36:55Z 2015-11-07T21:36:55Z 2010 Определение характеристик приборов снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия / Г.А. Поляков // Техническая механика. — 2010. — № 4. — С. 57-74. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. 1561-9184 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/88122 519.63 Рассмотрены теоретические и прикладные аспекты разработки прибора снижения уровня звука выстрела (ПСУЗВ) камерного типа и особенности проектирования ПСУЗВ для автоматического оружия малошумного боя. Обобщены материалы по методическому обеспечению расчета характеристик процесса в расширительных камерах ПСУЗВ. Приведены сведения по опыту конструкторской разработки и экспериментальной отработки ПСУЗВ. Розглянуті теоретичні і прикладні аспекти розробки приладу зниження рівня звуку пострілу (ПЗРЗП) камерного типу і особливості проектування ПЗРЗП для автоматичної зброї малошумного бою. Узагальнені матеріали щодо методичного забезпечення розрахунку характеристик процесу в розширювальних камерах ПЗРЗП. Приведені дані про досвід конструкторської розробки і експериментального відпрацювання ПЗРЗП. Theoretical and applied aspects of the development of chamber-type sound suppressors (PSUZV) and features of the PSUZV design for automatic sound-suppressing weapon are considered. Data on methodical support of calculations of process characteristics through the PSUZV expansion chambers are generalized. Information about experience in development effort and experimental development is reported. ru Інститут технічної механіки НАН України і НКА України Техническая механика Определение характеристик приборов снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия Article published earlier
spellingShingle	Определение характеристик приборов снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия Поляков, Г.А.
title	Определение характеристик приборов снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия
title_full	Определение характеристик приборов снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия
title_fullStr	Определение характеристик приборов снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия
title_full_unstemmed	Определение характеристик приборов снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия
title_short	Определение характеристик приборов снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия
title_sort	определение характеристик приборов снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/88122
work_keys_str_mv	AT polâkovga opredelenieharakteristikpriborovsniženiâurovnâzvukavystrelastrelkovogooružiâ

Определение характеристик приборов снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия

Institution

Similar Items