Моделирование процесса выстрела из табельного оружия в режиме травматического действия

Настоящая задача возникла вследствие необходимости теоретического рассмотрения явлений, протекающих в разработанных специальных надульных устройствах [1, 2], обеспечивающих возможность ведения стрельбы из табельного автоматического оружия в режиме травматического действия.

Разработанные специальные надульные устройства [1, 2] позволяют, в зависимости от ситуации, использовать оружие, находящееся на вооружении силовых структур в двух режимах: 1 – боевого оружия; 2 – специального оружия травматического действия, стреляющего легкодеформируемыми пулями, обеспечивающими, с одной стороны, останавливающее действие на правонарушителей а, с другой стороны, проведение учебно-тренировочных боев со стрельбой «на поражение».

Сложность математического описания процесса выстрела легкодеформируемой пулей при использовании специального надульного устройства является следствием необходимости совместного решения основной задачи внутренней баллистики в канале ствола табельного оружия со специальным надульным устройством при выстреле холостым патроном и задачи определения параметров движения легкодеформируемой пули, подаваемой за дульным срезом оружия и разгоняемой в надульном устройстве посредством силового воздействия порохового газа, поступающего из канала ствола оружия.

На рисунке представлена расчетная схема надульного устройства.

Рис. Расчетная схема надульного устройства

В основу расчета внутренней баллистики при стрельбе легкодеформируемой пули с использованием специального надульного устройства была положена классическая термогазодинамическая модель. Однако, ввиду необходимости совместного решения двух задач, поставленных выше, модель пришлось видоизменить и создать расширенную математическую модель взаимосвязанных процессов, протекающих в канале ствола табельного оружия газоотводного типа и в канале ствола специального надульного устройства при стрельбе легкодеформируемыми пулями с использованием холостых патронов.

Так как горение пороха происходит в стволе табельного оружия с предварительным сужением (входное отверстие надульного устройства), то одновременно с притоком газов, образующихся при горении пороха, происходит частичное их истечение. Уравнения изменения массы газа имеют вид:

 ,   (1)

  ,    (2)

где G₁₂ – расход массы газа в надульном устройстве,

Стрельба ведется холостым патроном, а длина канала ствола составляет несколько десятков его диаметров, поэтому учитывается неодновременность заполнения пороховым газом канала ствола оружия, посредством расчета начального периода заполнения, причем полагается, что величина контрольного объема газа в канале ствола переменная и определяется положением границы раздела «пороховой газ – воздух» относительно входного сечения осевой координатой.

Движение границы раздела «пороховой газ-воздух» и изменение давления газа на ней определяется соотношениями (3) и (4) соответственно:

  (3)

  (4)

Уравнения для давления газа и изменения скорости газа в канале ствола оружия у дульного среза в периоде последействия:

  ,  (5)

    (6)

где М₁ находится из соотношения: 

по величине безразмерной скорости λ₁, вычисляемой с помощью таблицы газодинамических функций из соотношения: G₁₂.

Специфика исследуемого процесса потребовала учета в уравнении изменения внутренней энергии порохового газа работ по истечению порохового газа через предварительное сужение надульного устройства.

 , (7)

  (8)

Полагаем, что при l=lд1 происходит мгновенное повышение внутренней энергии в результате ударного торможения движущегося в канале ствола порохового газа и переход его кинетической энергии во внутреннюю энергию, т.е. имеет место приращение внутренней энергии, равное:

Струя газа, поступающего в камору надульного устройства, изменяет свою скорость и количество движения вследствие внезапного расширения и удара о рабочую поверхность пули, передавая ей силовое воздействие и разгоняя в канале дополнительного ствола. Определение силы сопротивления перемещению легкодеформируемой пули по каналу дополнительного ствола надульного устройства позволило исключить из коэффициента фиктивности составляющую, связанную с сопротивлением трения.

 (9)

Для расчета силового воздействия порохового газа на подвижное звено автоматики оружия использовались данные численного расчета параметров порохового газа у газоотводного отверстия. При этом величина приведенного удельного импульса давления порохового газа определяется давлением порохового газа в канале ствола у газоотводного отверстия:

, (10)

где  - давление порохового газа в канале ствола у газоотводного отверстия;

Кроме того, соответствующие изменения были сделаны в начальных условиях и дополнительных соотношениях.

Таким образом, в результате анализа влияния основных конструктивных параметров специальных надульных устройств на баллистику выстрела и кинематику боеприпаса была разработана математическая модель процесса выстрела легкодеформируемой пулей из табельного оружия при использовании надульного устройства и холостого патрона, позволяющая определять рациональные значения параметров специальных надульных устройств, обеспечивающих дульную скорость легкодеформируемой пули не выше допустимой и надежную работу автоматики оружия.