Измерительная система для оценки износа стволов артиллерийского оружия

Безопасность боевого применения артиллерийского оружия, повышение его эффективности на фоне совершенных тенденций по увеличению количества огневых задач артиллерии, использования высокоэнергетичных пороховых зарядов, ужесточения режимов стрельбы и условий эксплуатации артиллерийских установок, зависят от степени износа артиллерийских стволов и качества боеприпасов в целом [1]. Поэтому вопросы по оценке степени диаметрального износа ствола артиллерийского оружия посредством соответствующих технических средств, особенно автоматических, является актуальным.

Оценка износа стволов артиллерийского оружия проводят с целью определения баллистики стволов в зависимости от его настрела, и определения, таким образом, предела его живучести. Например, признаком достижения предела живучести ствола современного артиллерийского оружия является систематическое срезание ведущих поясков снаряда, обусловленная этим резкое ухудшение кучности боя, неправильный полет снаряда, снижение его начальной скорости при выходе из ствола, изменения баллистической траектории и др. [2].

Контроль состояния нарезных и гладких артиллерийских стволов осуществляется в настоящее время разными методами:

• осмотром канала ствола оптической трубой;
• обмером канала ствола и длины зарядной каморы;
• фотографированием начала нарезов и снятия с них слепка;
• измерением начальной скорости снаряда при выходе из ствола;
• определением правильности полета снаряда по силуэту пробоины в мишени и др.

Потому при испытаниях по оценки степени радиального износа внутренние поверхности стволов артиллерийских установок (оружия) периодически проверяют:

• дальность и кучность боя;
• правильность полета снаряда к цели;
• состояние и работу ведущих поясков снаряда;
• начальную скорость снаряда.

Выполнение этих операций является комплексной задачей, требующей соответствующего дорогостоящего оборудования и наличия обученного персонала.

Как нам видится, для решения задачи оценки износа ствола артиллерийского оружия, не прибегая к изучению и измерению внутрибаллистических характеристик, может служить цифровая измерительная система с применением магнитострикционных преобразователей в автоматическом режиме может оценить состояние артиллерийского ствола по признакам – «годный» и «негодный». Критерием здесь служит измеренное время прохождения снаряда через ствол в контрольных его точках.

Экспериментальные исследования на износ (живучесть) нарезных и гладких стволов артиллерийского оружия относятся к основным методам и проводятся в ходе полигонных испытаний образцов военной техники.

При этом, штатные образцы артиллерийских орудий проходят контрольные испытания с целью оценки их доброкачественности в процессе соответствующего настрела, решая такие задачи, как:

• испытание и оценка баллистики артстволов;
• оценка их износа и живучести;
• специальные виды испытаний;
• измерения баллистических характеристик ствола.

Испытания на живучесть или износ артствола проводят с целью определения падения его баллистических характеристик в зависимости от настрела и установления числа выстрелов, при которых он достигает предела живучести. Здесь используются снаряды на полном заряде.

Качество внутренней поверхности артствола от выстрела к выстрелу изменяется из-за износа в результате трения и термохимических процессов при сгорании пороховых зарядов, не обеспечивая необходимых баллистических характеристик при выстреле. Наиболее существенный износ происходит при стрельбе с короткими интервалами и между выстрелами и с зарядами большой мощности.

Для повышения живучести стволов современного артиллерийского оружия, для которых характерным является высокие начальные скорости снарядов, высокий темп стрельбы, большие нагрузки при одиночном выстреле, разрабатывают и используют конструктивно-технологические методы при изготовлении артстволов [1, 2].

Процесс движения снаряда по каналу ствола артиллерийского орудия подчиняется некоторому закону изменения трения системы «заряд-канал-ствол», который можно представить в виде графика (рис.1).

Рис. 1. График кинетического трения системы «заряд-снаряд-ствол»

Параметр X может обозначать расстояние L_c или время прохода t_c прохода снаряда через рабочую часть ствола, а параметр Y – рабочее давление P в каморе орудия или величину трения Q_T в системе «снаряд-ствол».

Из вышесказанного следует, что оценка внутрибаллистических процессов системы «заряд-снаряд-ствол» по значениям изменения скорости пролета снаряда через рабочую часть ствола (участок x₂-x₃) позволяет оценить степень износа канала ствола артиллерийского орудия при его полигонных испытаниях.

Контроль состояния стволов артиллерийского оружия осуществляется путем измерения скорости V_c пролета снаряда системы «заряд-снаряд-ствол». Данные измерения могут проводиться на дистанциях «ствол-мишень», либо в пределах системы «снаряд-ствол».

Для регистрации моментов прохода снаряда через задаваемые контрольные точки его траектории здесь могут быть использованы измерительные системы на базе: фотоэлектронных, индуктивных, пьезоэлектрических и магнитострикционных преобразователей, обладающие разными метрологическими и эксплуатационными характеристиками [3, 4].

Характер изменения скорости V_c снаряда зависят от характеристик самого заряда снаряда, количества настрела орудия, его внутренних и внешних баллистических характеристик.

Для автоматической оценки износа канала ствола артиллерийского оружия предлагается измерительная система с использованием сигнальных магнитострикционных преобразователей МП [5]. Ее обобщенная структура содержит следующие основные элементы, как показано на рисунке 2.

Назначение блоков и элементов представленной измерительной системы исходит из их наименования. Так, магнитострикционные преобразователи МП₁-МП_n, число которых может быть n>2, фиксируют моменты времени прохода через ствол снаряда с момента его подрыва, вырабатывая сигналы Э.Д.С. e_x.1 ... e_x.1, которые далее усиливаются до величины U_x.1 ... U_x.1 линейными усилительными элементами Y₁-Y_n.

Рис. 2. Структурная схема магнитострикционной измерительной системы:
МП₁-МП_n – магнитострикционные преобразователи, Y₁-Y_n – усилительные элементы

Далее эти сигналы U_x.1 ... U_x.1 проходят через RC-фильтры и преобразуются в информативные прямоугольные сигналы, которые записывают блок измерения (БИ). В результате преобразования «время-код» на его m-разрядном выходе формируется результат измерения:

 (1)

где L_x – путь прохода снарядом контрольного расстояния со скоростью V_c, f_o – частота дискретизации искомого временного интервала T_x.

Далее полученный результат N_x (1) обрабатывается блоком БОР, где вырабатывается экспертная оценка износа канала ствола объекта испытаний – артиллерийского ствола, по критериям износа 1%, 2,5% и 5% изменения первоначальной скорости V_c снаряда. При этом, для набора статистики из БОР, текущие значения N_x могут передаваться на внешнее вычислительное устройство, например ПЭВМ.

Предложенная измерительная система ориентирована на использование недорогих и доступных материалов и электронных компонентов, выпускаемых отечественной промышленностью сегодня. Это делает ее привлекательной для реализации и применения при полигонных экспериментальных испытаниях артиллерийского вооружения.