Термогазодинамические процессы в приборах снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия

В статье рассмотрены особенности термогазодинамических процессов в приборах снижения уровня звука выстрела (ПСУЗВ) стрелкового оружия. Приведены результаты визуализации течения газа в прозрачных моделях ПСУЗВ и натурных образцах, полученные авторами. Материалы статьи позволят совершенствовать методи...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2012
Автори:	Коновалов, Н.А., Пилипенко, О.В., Поляков, Г.А., Скорик, А.Д., Чаплиц, А.Д.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут технічної механіки НАН України і НКА України 2012
Назва видання:	Техническая механика
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/88355
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Термогазодинамические процессы в приборах снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия / Н.А. Коновалов, О.В. Пилипенко, Г.А. Поляков, А.Д. Скорик, А.Д. Чаплиц // Техническая механика. — 2012. — № 4. — С. 13-26. — Бібліогр.: 27 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-88355
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-883552025-02-09T09:31:21Z Термогазодинамические процессы в приборах снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия Коновалов, Н.А. Пилипенко, О.В. Поляков, Г.А. Скорик, А.Д. Чаплиц, А.Д. В статье рассмотрены особенности термогазодинамических процессов в приборах снижения уровня звука выстрела (ПСУЗВ) стрелкового оружия. Приведены результаты визуализации течения газа в прозрачных моделях ПСУЗВ и натурных образцах, полученные авторами. Материалы статьи позволят совершенствовать методики расчета и разрабатывать новые конструкции ПСУЗВ с улучшенными характеристиками. В статті розглянуто особливості термогазодинамічних процесів в приладах зниження рівня звуку пострілу (ПЗРЗП) стрілецької зброї. Приведено результати візуалізації течії газу в прозорих моделях ПЗРЗП та натурних зразках, отримані авторами. Матеріали статті дозволять удосконалити методики розрахунку та розробляти нові конструкції ПЗРЗП з покращеними характеристиками. The paper deals with the special features of the thermogasdynamical processes in sound suppressors (PSUZVs) for small arms. The author’s results of the gas flow visualization in the PSUZV transparent models and full-scale specimens are reported. The presented data will allow improvements in the calculated techniques and development of new designs of PSUZVs with the enhanced characteristics. 2012 Article Термогазодинамические процессы в приборах снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия / Н.А. Коновалов, О.В. Пилипенко, Г.А. Поляков, А.Д. Скорик, А.Д. Чаплиц // Техническая механика. — 2012. — № 4. — С. 13-26. — Бібліогр.: 27 назв. — рос. 1561-9184 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/88355 623.443(048.8) ru Техническая механика application/pdf Інститут технічної механіки НАН України і НКА України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	В статье рассмотрены особенности термогазодинамических процессов в приборах снижения уровня звука выстрела (ПСУЗВ) стрелкового оружия. Приведены результаты визуализации течения газа в прозрачных моделях ПСУЗВ и натурных образцах, полученные авторами. Материалы статьи позволят совершенствовать методики расчета и разрабатывать новые конструкции ПСУЗВ с улучшенными характеристиками.
format	Article
author	Коновалов, Н.А. Пилипенко, О.В. Поляков, Г.А. Скорик, А.Д. Чаплиц, А.Д.
spellingShingle	Коновалов, Н.А. Пилипенко, О.В. Поляков, Г.А. Скорик, А.Д. Чаплиц, А.Д. Термогазодинамические процессы в приборах снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия Техническая механика
author_facet	Коновалов, Н.А. Пилипенко, О.В. Поляков, Г.А. Скорик, А.Д. Чаплиц, А.Д.
author_sort	Коновалов, Н.А.
title	Термогазодинамические процессы в приборах снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия
title_short	Термогазодинамические процессы в приборах снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия
title_full	Термогазодинамические процессы в приборах снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия
title_fullStr	Термогазодинамические процессы в приборах снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия
title_full_unstemmed	Термогазодинамические процессы в приборах снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия
title_sort	термогазодинамические процессы в приборах снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия
publisher	Інститут технічної механіки НАН України і НКА України
publishDate	2012
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/88355
citation_txt	Термогазодинамические процессы в приборах снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия / Н.А. Коновалов, О.В. Пилипенко, Г.А. Поляков, А.Д. Скорик, А.Д. Чаплиц // Техническая механика. — 2012. — № 4. — С. 13-26. — Бібліогр.: 27 назв. — рос.
series	Техническая механика
work_keys_str_mv	AT konovalovna termogazodinamičeskieprocessyvpriborahsniženiâurovnâzvukavystrelastrelkovogooružiâ AT pilipenkoov termogazodinamičeskieprocessyvpriborahsniženiâurovnâzvukavystrelastrelkovogooružiâ AT polâkovga termogazodinamičeskieprocessyvpriborahsniženiâurovnâzvukavystrelastrelkovogooružiâ AT skorikad termogazodinamičeskieprocessyvpriborahsniženiâurovnâzvukavystrelastrelkovogooružiâ AT čaplicad termogazodinamičeskieprocessyvpriborahsniženiâurovnâzvukavystrelastrelkovogooružiâ
first_indexed	2025-11-25T09:41:56Z
last_indexed	2025-11-25T09:41:56Z
_version_	1849754890151133184
fulltext	УДК 623.443(048.8) Н.А. КОНОВАЛОВ, О.В. ПИЛИПЕНКО, Г.А. ПОЛЯКОВ, А.Д. СКОРИК, А.Д. ЧАПЛИЦ ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПРИБОРАХ СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ ЗВУКА ВЫСТРЕЛА СТРЕЛКОВОГО ОРУЖИЯ В статье рассмотрены особенности термогазодинамических процессов в приборах снижения уровня звука выстрела (ПСУЗВ) стрелкового оружия. Приведены результаты визуализации течения газа в прозрачных моделях ПСУЗВ и натурных образ- цах, полученные авторами. Материалы статьи позволят совершенствовать методики расчета и разрабатывать новые конструкции ПСУЗВ с улучшенными характеристиками. В статті розглянуто особливості термогазодинамічних процесів в приладах зниження рівня звуку по- стрілу (ПЗРЗП) стрілецької зброї. Приведено результати візуалізації течії газу в прозорих моделях ПЗРЗП та натурних зразках, отрима- ні авторами. Матеріали статті дозволять удосконалити методики розрахунку та розробляти нові конструкції ПЗРЗП з покращеними характеристиками. The paper deals with the special features of the thermogasdynamical processes in sound suppressors (PSUZVs) for small arms. The author’s results of the gas flow visualization in the PSUZV transparent models and full-scale specimens are reported. The presented data will allow improvements in the calculated techniques and development of new designs of PSUZVs with the enhanced characteristics. Как показано в [1, 2], представления о термогазодинамических процессах в приборах снижения уровня звука выстрела (ПСУЗВ), используемые при разработке методик определения их характеристик, не учитывают ряд суще- ственных особенностей этих процессов. Для дальнейшего уточнения и развития методов определения характери- стик ПСУЗВ необходимо проанализировать особенности термогазодинамиче- ских процессов в их полостях как проявление таких физических явлений: 1) околодульные струйные течения при выстреле (дульный выхлоп); 2) сверхзвуковые импульсные струйные течения; 3) течение и торможение высокотемпературных сверхзвуковых потоков в цилиндрических каналах, снабженных загромождающими поперечное сече- ние препятствиями; 4) распространение детонационных волн в газовзвесях по прямолиней- ным каналам, претерпевающим внезапное расширение, ограниченное боко- выми стенками при наличии препятствий. Цель настоящей работы – анализ особенностей этих физических явлений для подготовки базы данных и последующего уточнения представлений и параметров термогазодинамических процессов в ПСУЗВ. Особенности «дульного выхлопа» как околодульного струйного течения при выстреле (п.1) и сверхзвукового импульсного струйного течения (п. 2), а также частично проблемы по п. 3 изложены в [2]. Проблема торможения вязкого сверхзвукового потока в каналах решает- ся, в основном, в связи с важностью этой задачи для современных перспек- тивных воздушно-реактивных двигателей и аэродинамических труб. Некоторые аспекты этой проблемы важны для разработки математиче- ских моделей, установления картины течения и характера термогазодинами- ческих процессов в полостях ПСУЗВ.  Н.А. Коновалов, О.В. Пилипенко, Г.А. Поляков, А.Д. Скорик, А.Д. Чаплиц, 2012 Техн. механика. – 2012. – № 4. 13 Вопросу торможения вязкого сверхзвукового потока в каналах посвящен ряд работ, например [3 – 12]. «Процессы торможения сверхзвуковых течений в каналах, несмотря на долголетние предшествующие исследования, все еще остаются во многих аспектах terra incognita газовой динамики» [3]. При входе в канал сверхзвукового потока на стенках образуются погра- ничные слои. Баланса между развитием пограничных слоев и невязкого сверхзвукового ядра нет. Режим реализующегося течения может быть закри- тическим (сверхзвуковым в среднем), и может иметь место переход в дозву- ковое течение под влиянием каких-либо причин на выходе (дросселирования, энерговыделения, вдува массы). Переход в дозвуковое течение, как показано в [3], происходит через сложную структуру скачков и областей отрывного пристеночного течения, которую называют псевдоскачком. Образование псевдоскачка связано с проявлением сил вязкости при одновременном прояв- лении газодинамических эффектов невязких течений. Распределения чисел Маха в поперечных сечениях канала при различных отношениях длины к диаметру канала ( D u ) приведены на рис. 1 [3]. Рис. 1 – Распределения чисел М в поперечных сечениях канала Из рис. 1 видно, что профили чисел М в поперечных сечениях канала при различных D u имеют «провалы», которые связаны с наличием дисков Маха в ядре потока. В отличие от прямого скачка в невязком потоке, в реальных течениях из- за наличия пограничного слоя область перехода сверхзвукового потока в доз- вуковое течение, образующаяся при взаимодействии турбулентного погра- ничного слоя и скачков уплотнения, занимает некоторую длину. При доста- точно толстых пограничных слоях, например в длинных трубах, протяжен- ность области перехода сверхзвукового потока в дозвуковое течение состав- ляет  5 – 10 диаметров трубы. На рис. 2 [3] приведены типичные снимки процесса торможения сверх- звукового потока в плоском канале. 14 Рис. 2 – Фотоснимки процесса торможения в плоском канале Поток, сверхзвуковой на входе, трансформируется в дозвуковой в систе- ме скачков и волн разрежения, взаимодействующих с пограничным слоем. У стенки наблюдается изменение давления с определенной периодичностью. При рассмотрении проблемы торможения сверхзвуковых высокотемпе- ратурных течений в каналах следует иметь в виду, что используемые расчет- но-теоретические методы далеки от совершенства и иногда не подтвержда- ются экспериментальными результатами. Это объясняется сложностью картины течения и многообразием структу- ры «псевдокачка», что существенно затрудняет построение обобщенной фи- зической и математической модели развития картины течения в области вяз- кого сверхзвукового неравномерного потока газа в каналах. Особенности втекания недо- расширенной сверхзвуковой струи в полость (канал) рассмотрены также в [13]. Рассмотрено явление втекания струи и нагрев внутри глубокой полости. Недорасширенная струя сверх- звукового потока газа втекает в полость, расположенную напротив и осесиметично соплу (рис. 3 [13]). Если перемещать полость вниз по потоку, то на некотором рассто- янии от сопла, сразу за диском Маха, в полости возбуждаются ус- тойчивые периодические колебания давления с частотой, близкой к основному тону. Рис. 3 – Схема газодинамического взаимодействия недорасширенной струи с цилиндрической полостью При этом амплитуда колебаний может превышать давление подачи, а температура вблизи дна полости может увеличиться намного выше температуры торможения струи. Дальней- шее перемещение полости приводит к замиранию колебаний и нагрева. Пе- риодическим колебаниям давления соответствует наибольший нагрев. 15 Согласно ударно-волновой модели, периодическое повышение и пони- жение давления в полости вызывается тем, что струя сначала втекает в по- лость, а затем её покидает. Втекание недорасширенной струи вызывает зарождение ударной волны, уходящей вперед по газу полости. За ударной волной давление и температура газа, находящегося в полости, скачком поднимаются от исходных значений давления и температуры до и . 1! 1Š 2! 2Š Дойдя до дна полости, ударная волна отражается и движется теперь уже навстречу втекающему газу. Прохождение отраженной ударной волны пере- водит оба газа в неподвижное состояние, а в газовой полости вызывает ещё одно повышение давления и температуры до уровня и . 3! 3Š В результате после прохождения отраженной волны оказывается, что вблизи дна полости имеется участок длиной L , куда внешний газ не дошел. Этот участок заполнен неподвижным газом полости, нагретым до температу- ры и сжатым до давления , которое выше полного давления струи. 3Š 3! 0! Газ, нагретый сжатием на участке L , изотропно расширяется и вытес- няет внешний газ из полости. Струя перед входом в трубу перестраивается и растекается в стороны, способствуя опорожнению полости и восстановлению исходных условий для повторного втекания. На рис. 3, б изображено состоя- ние после завершения второго этапа единичной пульсации: полость на всем протяжении заполнена газом, расширившимся до исходного давления . 1! Ускорить и усилить нагрев стенки можно повышением частоты колеба- ний давления, так как этим увеличивается тепловая мощность, которую вте- кающая струя оставляет в полости. Глубина полости имеет некую оптимальную величину, при которой дос- тигается наибольший, хотя и не самый быстрый разогрев газа. В такой ци- линдрической полости с длиной, составляющей 20 – 30 диаметров, был впер- вые обнаружен аномальный газо- динамический нагрев и получена температура на уровне 1000ºС [13]. Рис. 4 К выбору оптимального контура резонансной трубы (резонатора) В диффузоре с малым углом су- жения сверхзвуковой поток после- довательно теряет скорость в боль- шом количестве косых скачков уп- лотнения, пока в каком-то сечении диффузора после замыкающего сла- бого прямого скачка не станет дозвуковым. За замыкающим скачком дальнейшее течение в сужающемся канале диффузора идет с нарастанием скорости, и в цилиндрическую полость L газ втекает с критической скоростью, вызывая перед фронтом появление ударной волны. Таким образом, в резонансной трубе, снабженной сверхзву- ковым диффузором, можно получить ударно-волновые колебания давления, сопровождаемые интенсивным разогревом. В работе [6] приведены экспериментальные данные о нагреве газа, вте- кающего в цилиндрическую либо коническую полости, имеющие отверстия в дне. Измерения, проведенные авторами [6], показали, что в цилиндрической полости температура нагрева получается несравненно ниже, чем в кони- ческой с углом конусности nT  5,3 . Так, при относительном диаметре выпу- 16 Рис. 5 – Схема акции ударной волны на газах течения при дифр обратном уступе в скного отверстия 20,jc dd максимальный прирост температуры )( 0TTn  в конической полости с  53, был выше по сравнению с цилиндрической примерно в 2,5 раза. Этот эффект необходимо иметь в виду при проектирова- нии ПСУЗВ, так как в коническом корпусе эффективность преобразования энергии втекающих в него пороховых газов должна быть более высокой, чем в цилиндрическом. Выход сильной ударной волны из осесимметричного канала, а также де- тонационные волны в каналах переменного сечения рассмотрены в работах [4, 14 – 19]. Для рассматриваемой нами проблемы особый интерес представляет ди- фракция ударной волны при внезапном расширении канала. Такая конфигу- рация типична для соединения канала ствола оружия с надульным устройст- вом, например глушителем. В течении за уступом со временем развиваются процессы взаимодействия ударной волны и вихря, ударной волны и сдвигового слоя, возникают раз- личные типы отражения пристенной ударной волны, вторичная ударная вол- на и пары ударных волн, индуцированных вихрем [4]. В работе [4] на основе физико-математической модели движения двух- фазной среды в рамках двухскоростной двухтемпературной механики гетеро- генных сред и численного моделирования проанализированы волновые структуры, возникающие при дифракции ударных волн (УВ) умеренной ин- тенсивности при внезапном изме- нении сечения плоского канала. В качестве основы взят чис- ленный метод для расчета двумер- ных нестационарных детонацион- ных течений газовзвесей реагиру- ющих частиц в рамках двухско- ростного, двухтемпературного при- ближения механики гетерогенных сред [4]. В [4] приведены характерные черты течения в газе при прохож- дении обратного уступа ударной волной. На рис. 5 приведена схема течения, которое наблюдается в экспери- ментах и выявляется на шлирен-фотографиях [4]. При выходе УВ из узкой части канала в широкую на угле расширения возникают волны разрежения, которые приводят к искривлению фронта падающей УВ. Течение, схема ко- торого приведена на рис. 5, является сверхзвуковым. Сдвиговой слой, образовавшийся при отрыве потока от поверхности уз- кой части канала, сворачивается в вихрь. Вблизи вихря образуется вторичный скачок, который позволяет согласовать условия за искривленной УВ и рас- ширяющимся течением. Кроме того, вторичный скачок, как и вихрь, позво- 17 ляет согласовать условия, возникающие за проходящей и искривленной УВ. К точке пересечения падающего плоского скачка и крайней характеристики веера волн разрежения примыкает искривленная контактная поверхность, ко- торая отделяет газ, прошедший через проходящую плоскую УВ, от газа за дифрагированной волной. Перечисленные особенности (контактная по- верхность и вторичный скачок) наиболее ярко выражены при достаточно больших значениях числа Маха ( ). 251  ,M Рис. 6 – Расчетные картины дифракции удар- ной волны на обратном уступе в воздухе. Изолинии плотности газа, Указанные особенности течения воспроизведены в численных расчетах, результаты которых приведены на рис. 6 [4].  1,5 M В [17] рассмотрены особенности распространения детонационных волн в газовзвесях в каналах с внезапным расширением. Описаны особенности взаимодействия вышедшей из узкой части канала УВ со стенками, ограничивающими широкую часть канала. Показано, что развитие детонационного процесса в канале с расшире- нием во многом обусловлено протеканием начального этапа – дифракцией детонационной волны на обратном уступе. После достижения фронтом ударной волны стенки широкой части канала и его отражения происходит формирование сильной поперечной волны. Ти- пичная картина соответствующего течения показана на рис. 7 в виде числен- ных шлирен-фотографий в последовательные моменты времени. Отраженная волна видна на рис. 7, а (обозначена символом А). Фронт отраженной волны искривляется при прохождении вихревой зоны (рис. 7, б, участок В) и смыка- ется с присущими этой зоне скачками (рис. 7, в, участок С). Известен ряд работ, посвященных численному моделированию газодинами- ческих процессов в приборах снижения уровня звука выстрела стрелкового ору- жия [20 – 23], в которых рассмотренные особенности термогазодинамических процессов в глушителях звука выстрела частично учтены. Пакет прикладных программ Gas Dynamics Tool (GDT) [23, 24] предназна- чен для численного моделирования газодинамических процессов в широком диапазоне начальных и граничных условий струйных течений, задачах внутрен- ней и внешней аэродинамики, баллистики, горения и детонации. Моделирование осуществляется посредством решения нелинейных уравнений Эйлера или Навье–Стокса при наличии значительного количества подмодулей, опи- сывающих такие физико-химические процессы, как теплопроводность, диффузия, многофазность течения, химические реакции в фазах и др. 18 Рис. 7 – Развитие течения после отражения волны от стенки в закритическом режиме На рис. 8 [22] представлено сопоставление теневой фотографии (сверху) и результатов численного моделирования для процесса прохождения ударной вол- ной системы препятствий (как это, например, имеет место в полости глушителя звука выстрела стрелкового оружия). Основной трудностью при моделировании термогазодинамических про- цессов, происходящих в дульных насадках (дульный тормоз и дульный глуши- тель), является сложная геометрия этих задач. Это трехмерные или двумерные задачи с геометрией, которую трудно или невозможно привести к комбинации стандартных геометрических примитивов, таких как сфера, параллелепипед, конус и т.п. Вследствие сложной геометрии течение имеет множество взаимодействующих разрывов, что на фоне неста- ционарности задачи накладывает весьма жесткие требования не только на каче- ство расчетных схем, но и на вычислительные ресурсы, используемые при мо- делировании процесса. 19 Рис. 8 – Распределение модуля первой производной плотности (снизу) и теневая фотография прохождения ударной волны через систему препятствий Задача о движении пули в дульном глушителе, например, решена в [22], см. рис. 9, 10, на которых представлены распределение давления и положение ударных волн в форме распределения модуля градиента плотности в полости глушителя, полученные с помощью этой методики. Рис. 9 – Распределение давления при прохождении пулей дульного глушителя 20 Рис. 10 – Расположение скачков уплотнителя в глушителе Фирма ООО «Тесис», Москва, Россия, разработала систему моделирова- ния движения жидкости и газа [24] Flow Vision версия 2.5.4, которая позволя- ет моделировать газодинамические процессы в ПСУЗВ. Сложные и трудоемкие численные исследования процессов движения га- за в полости ПСУЗВ привели авторов статьи к необходимости эксперимен- тального подтверждения полученных в расчетах газодинамических характе- ристик газового потока. Авторы провели экспериментальные исследования по визуализации кар- тины течения газа в полости прибора снижения уровня звука выстрела, ре- зультаты которых частично изложены в [25]. 1 – (Р0 = 0,2 МПа); 2 – (Р0 = 0,4 МПа); 3 – (Р0 = 0,6 МПа); 4 – (Р0 = 0,8 МПа) Рис. 11 – Теплеровские снимки последовательных стадий развития течения (М = 2) в канале модели ПСУЗВ 21 На фотографиях (рис. 11 (поз. 1)) показана визуализационная картина течения в прозрачной модели ПСУЗВ, полученная с помощью поляризаци- онного интерферометра при давлении на входе Р0 = 0,8 МПа. Варианты по- следовательной цифровой обработки кадров показаны на том же рисунке (поз. 2, 3, 4). На фотографиях (рис. 12) показаны визуализационные картины течения в модели ПСУЗВ, полученные с помощью поляризационного интерферометра (рис. 12 а) и методом Теплера (рис. 12 б). а) поляризационный интерферометр; б) метод Теплера (искровая экспозиция, длительность вспышки 10 мкс) Рис. 12 – Визуализационные картины, полученные различными методами при Р0 = 0,8 МПа Полученная информация о течении в каналах ПСУЗВ (см. рис. 11) согла- суется с полученными ранее результатами и дополняет их. При этом, исследовано обтекание большого количества элементов внут- ренних каналов ПСУЗВ. Например, получены визуализационные картины в первой и второй камерах модели глушителя, течение в его канале исследова- но на большую относительную длину (см. рис. 12). Анализ рис. 11 – рис. 12 показывает корреляцию визуализационных кар- тин, полученных на интерферометре и на приборе Теплера. 22 Анализируя рис. 13, можно подтвердить вывод о зависимости структур- ных и турбулентных возмущений в полостях модели ПСУЗВ от давления на входе. Авторы провели также натурные испытания ПСУЗВ-122А с целью уточ- нения термогазодинамической картины течения в полости глушителя. После испытаний глушитель был разобран и выполнены оттиски следов пороховых газов на наружной поверхности втулок (рис. 13). В целом, термогазодинами- ческая картина течения подтверждает изложенную авторами в [26]. Рис. 13 – Следы пороховых газов на наружных поверхностях втулок ПСУЗВ-122А В [20] приведена рентгенограмма скоростной съемки процессов, проис- ходящих в корпусе глушителя звука выстрела стрелкового оружия (рис. 14), коррелирующая с картиной течения, полученной авторами статьи. 23 Рис. 14 – Скоростная рентгеновская съемка процессов, происходящих в корпусе глу- шителя звука выстрела стрелкового оружия при прохождении через него пули Из приведенной картины следует, что в испытанном глушителе работает, в основном, первая половина полости с перегородками. Плотность газа, давление и скорости во второй половине корпуса существенно ниже. Давление частично восстанавливается у дна корпуса глушителя, где наблюдается также некоторое повышение температуры газа. В связи с изложенным представляется излишним наличие в этом глушителе десяти перегородок, т.к. перегородки, установлен- ные во второй половине корпуса глушителя, нагружены незначительно. Уточнение характера термогазодинамических процессов в корпусе ПСУЗВ и разрабатываемых методик их определения должно основываться на особен- ностях рассмотрения физических явлений, рассмотренных в настоящей работе. Существуют методики, в которых эти особенности частично учтены. Напри- мер, Gas Dynamics TOOL (GDT) [21, 22] или Flow Vision, версия 2.5.4. Выполненные по различным методикам расчетные исследования течения пороховых газов в полости ПСУЗВ и результаты испытаний выявили ряд зако- номерностей, присущих термогазодинамическим процессам в ПСУЗВ [1, 27]: – характеристики газового потока в полости ПСУЗВ определяются пара- метрами пороховых газов на дульном срезе ствола, геометрическими харак- 24 теристиками камер, конструктивными и кинематическими характеристиками снаряда, зазором между снарядом и диафрагмами, разделяющими камеры; – влияние процесса установления течения на процесс формирования по- тока в каждой последующей камере существенно увеличивается при умень- шении размеров предыдущей камеры; – наличие снаряда в потоке приводит к его торможению в центральной части и образованию отраженной от дна снаряда ударной волны, которая, действуя на диафрагмы камер, увеличивает тянущее усилие ПСУЗВ на ору- жие и тормозит поток в камерах; – наибольшим тепловым нагрузкам у многокамерного ПСУЗВ подверга- ется первая камера; – максимальные значения давления наблюдаются в первой камере на по- верхности диафрагмы – в местах ее сочленения с оболочкой и вблизи снаряд- ного входа в диафрагму; – в камерах образуются вихри, массовая скорость потока в которых су- щественно меньше скорости на оси потока, что приводит к интенсификации процесса догорания пороховых газов в камерах и уменьшению поперечного сечения центральной части потока; – процесс установления течения в объеме ПСУЗВ приводит к возникно- вению нестационарных ударных волн, давление на фронте которых соизме- римо с давлением в потоке, а также зон разрежения, давление в которых ниже атмосферного; эти ударные волны обуславливают пульсирующий характер изменения давления в камерах, причем наиболее существенные пульсации возникают в первой камере, где интенсивность потока максимальна; – пульсации давления в полости ПСУЗВ могут создавать дополнитель- ный шум пороховых газов; – наличие снаряда в потоке пороховых газов приводит к увеличению максимальных значений давления в режиме установления течения и к боль- шему динамическому воздействию на оружие со стороны ПСУЗВ; – режим установления течения приводит к возникновению знакопере- менного тянущего усилия, действующего со стороны ПСУЗВ на оружие 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 вы- стрела. Таким образом, рассмотренные в настоящей работе физические явления и их особенности, приведенные результаты, описание особенностей физиче- ских явлений в полостях ПСУЗВ, в том числе полученных экспериментально, позволят уточнить методики определения значений параметров термогазодина- мических процессов в глушителях звука выстрела стрелкового оружия с целью их эффективного проектирования. 1. Коновалов Н. А. О термогазодинамических процессах в приборах снижения уровня звука выстрела стрел- кового оружия / Н. А. Коновалов, О. В. Пилипенко, Ю. А. Кваша, Г. А. Поляков, А. Д. Скорик, В. И. Коваленко // Техническая механика. – 2011. – № 2. – С. 73 – 85. 2. Коновалов Н. А. Характеристики термогазодинамического процесса на выходе из прибора снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия / Н. А. Коновалов, О. В. Пилипенко, Г. А. Поляков, А. Д. Скорик, Г. А. Стрельников // Техническая механика. – 2012. – № 3. – С. 64 – 78. 3. Процессы торможения сверхзвуковых течений в каналах / О. В. Гуськов, В. И. Копченов, Н. И. Липатов, В. Н. Острась, В. П. Старухин. – М. : ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 168 с. 25 26 4. Федоров А. В. Численное исследование дифракции ударных волн в каналах переменного сечения в газо- взвесях / А. В. Федоров, Ю. В. Кратова, Т. А. Хмель // Физика горения и взрыва. – 2008. – Т. 44, № 1. – С. 85 – 95. 5. [Электронный ресурс] / Режим доступа http//gpa.ugatu.su/index science.shtml?www/science/issl sverchhzv tech/gaz din dla ily/gaz din dla i ey. 6. Купцов В. М. Пульсация давления и нагрева газа при втекании сверхзвуковой струи в коническую полость / В. М. Купцов, К. Н. Филиппов // Известия АН СССР : Механика жидкости и газа. – 1981. – № 3 – С. 167 – 170. 7. Тимошенко В. И. Численное моделирование струйных течений / В. И. Тимошенко, И. С. Белоцерковец // Техническая механика. – 2008. – № 2. – С. 107 – 122. 8. Набоко И. М. Параметры потока за ударными волнами в СО2, N2 и смесях СО2, + N2 / И. М. Набоко, Т. В. Баженова. – Издания АН СССР. Теплофизика высоких температур. – 1971. – Т. 9, № 3. – С. 550 – 556. 9. Гавриленко И. П. Особенности массообмена в канале при взаимодействии с высокотемпературным пото- ком / И. П. Гавриленко, В. А. Золотов // Известия высших учебных заведений : Машиностроение. – 1984. – № 1. – С 42 – 46. 10. SUGIUAMA Hiromu Location and Oscillation Phenomena of Psendo-Shock Waves in a Straight Rectangular Duct / Hiromu SUGIUAMA, Hideki TAKEDA, Jianping ZHANG, Kuokai OKUDA and Hideaki YAMAGISHI // JSME International Journal, Series II. – 1988. – Vol. 31, № 1. – P. 9 – 15. 11. Райхенбах Г. Ударные волны в газах : Физика быстропротекающих процессов / Г. Райхенбах. – М. : «Мир», 1971. – С. 56 – 102. 12. Фрайвальд Г. Быстрые химические реакции, горение и детонация в газах : Физика быстропротекающих процессов / Г. Фрайвальд – М. : «Мир», 1971. – С. 209 – 242. 13. Кесаев Х. В. Термодинамика резонансной трубы / Х. В. Кесаев // Вестник Московского авиационного института. – 2008. – Т. 15, № 3. – С. 15 – 24. 14. Васильев Е. И. Расчет нестационарных течений сжимаемого газа с внутренними ударными волнами : дис. канд. физ.-мат. наук. : утв. 1984 / Е. И. Васильев. – М., 1984. – 133 с. – 01.02.05 «Механика жидко- сти, газа и плазмы». 15. Журавская Т. А. Распространение волн детонации в плоских каналах с препятствиями / Т. А. Журавская // Механика жидкости и газа. – 2007. – № 6. – С. 135 – 143. 16. Кратова Ю. В. Дифракция плоской детонационной волны на обратном уступе в газовзвеси / Ю. В. Кратова, А. В. Федоров, Т. А. Хмель //Физика горения и взрыва. – 2009. – Т. 45, № 5. – С. 95 – 107. 17. Кратова Ю. В. Распространение детонационных волн в газовзвесях в каналах с внезапным расшире- нием / Ю. В. Кратова, А. В. Федоров, Т. А. Хмель // Физика горения и взрыва. – 2011. – Т. 47, № 1. – С. 80 – 91. 18. Кратова Ю. В. Распространение ударных и детонационных волн в каналах различной геометрии в газовзвесях / Ю. В. Кратова, А. В. Федоров, Т. А. Хмель, В. М. Фомин // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. – 2008. – Т. 7. – Электронный журнал. – Режим доступа к журн. http://www.chemfhys.edu.ru/media/files/2008-09-01-006.pdf. 19. Кратова Ю. В. Численное моделирование ударно-волновых и детонационных течений газовзвесей в каналах : дис. канд. физ.-мат. наук : утв. 2009 / Ю. В. Кратова. Новосибирск, Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христановича Сибирского отделения РАН, 2009. – 154 с. 20. [Электронный ресурс] / Режим доступа www.silensertests.com/flash.html. 21. [Электронный ресурс] / Режим доступа http://.cfd.ru/rusian/products/GDT/gdt_app.htm.art. 22. [Электронный ресурс] / Режим доступа http://www.sapr.ru/article.aspx?id=7982&iid=322. 23. [Электронный ресурс] / Режим доступа www.silensertalk.com/forum/viewtopic.php?t- 497738.start=O&postdays=O&postdader-ase&highlight. 24. Flow Vision, версия 2.5.4. Система моделирования движения жидкости и газа. Руководство пользовате- ля. – Россия, Москва : ООО «ТЕСИС», 2008. – 285 с. 25. Коновалов Н. А. Ударная газодинамическая установка и ее использование при визуализации течения газа в приборах снижения уровня звука выстрела / Н. А. Коновалов, О. В. Пилипенко, А. Д. Скорик, Г. А. Поляков, Г. А. Стрельников, Д. В. Семенчук, А. Д. Чаплиц, А. И. Астапов // Оптические методы исследования потоков : Одиннадцатая международная научно-техническая конференция : сб. докла- дов. – М. : МЭИ, 2011. – [Электронный ресурс]: труды конференции. – Электрон. дан. – М.: МЭИ (ТУ), 2011. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). – Доклад №65, 9 с. – ISBN 978-5-9902974-1-8 – № гос. регистрации 0321101669. 26. Пат. на винахід № 95693 Україна, МПК (2011.01), F41A 21/30 (2006.01), F41A 17/00. Глушник звуку пострілу стрілецької зброї / Коновалов М. А., Пилипенко О. В., Пугач Є. О., Скорік О. Д., Стрельніков Г. О., Авдєєв А. М.; заявник і патентовласник Інститут технічної механіки НАН України і НКА України. – a2009 13359: заявл. 22.12.09; опубл. 25.08.2011, Бюл.№ 16. – 12 с. 27. Поляков Г. А. Определение характеристик приборов снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия / Г. А. Поляков // Техническая механика. – 2010. №4. – C. 57 – 74. Институт технической механики Получено 23.05.12, НАН Украины и НКА Украины, в окончательном варианте 23.05.12 Днепропетровск

Термогазодинамические процессы в приборах снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия

Репозитарії

Схожі ресурси