Моделирование баллистики охотничьей системы ВПО-208 эстафетной схемы метания
|
Введение 6
Глава 1. Теоретическое обоснование 9
1.1 Основные понятия баллистики 9
1.2 Описание ружья ВПО-208 и его снаряда 13
Глава 2. Разработка математической модели 16
2.1 Эстафетная схема метания 16
2.2 Постановка задачи 18
2.3 Математическая модель 27
Глава 3. Разработка программы 32
3.1 Описание компьютерной модели 32
3.2 Описание входных данных 35
3.3 Анализ полученных данных 38
Заключение 48
Список используемой литературы 50
Глава 1. Теоретическое обоснование 9
1.1 Основные понятия баллистики 9
1.2 Описание ружья ВПО-208 и его снаряда 13
Глава 2. Разработка математической модели 16
2.1 Эстафетная схема метания 16
2.2 Постановка задачи 18
2.3 Математическая модель 27
Глава 3. Разработка программы 32
3.1 Описание компьютерной модели 32
3.2 Описание входных данных 35
3.3 Анализ полученных данных 38
Заключение 48
Список используемой литературы 50
Артиллерия, как объект исследования, изучается уже более шести веков, но внутренняя баллистика начала развиваться лишь после того как в 1964 году Резаль вывел уравнение энергии [9].
Одна из главных особенностей классического подхода при решении ОЗВБ (то есть основная задача внутренней баллистики) заключается в отвлечении от определенных составляющих заряда и применении усредненных термодинамических величин в пределах всей области заснарядного пространства.
Есть несколько способов изучения внутренней баллистики:
- эмпирический;
- полуэмпирический;
- численные методы.
Экспериментальные методы исследования не дают должного результата, так как их применение затруднено, ведь процесс выстрела является быстропротекающим и зачастую данные методы просто не могут быть реализованы. В настоящее время существуют два направления решения ОЗВБ:
- Классический способ решения или по-другому
термодинамический;
- Газодинамический.
Огневая мощь в большинстве своём оценивается не с помощью количества орудий, а с помощью того насколько эти орудия способы эффективно поражать противна. Для артиллерии, например, важными параметрами будут: максимальная дальность поражения, скорострельность, начальная скорость снаряда. Обычно, чтобы улучшить данные параметры необходимо полностью изменить дизайн ружья, фактически, создать новую модель оружия с использованием современных доступных технологий или модифицировать какой-либо из параметров за счет других. Это очень трудоёмкий процесс, поэтому необходимо проводить моделирование, в частности, использовать различные математические модели баллистического процесса. При использовании различных математических моделей можно оценить, как повлияет изменение, например, состава заряда, веса заряда, других параметров на характеристики выстрела. То есть, можно определить, комплекс тех или иных параметров обеспечивающий повышение эффективности оружия.
Применение математического моделирования сильно упрощает работу конструктора или экспериментатора, ведь проводя соответствующие вычислительные эксперименты можно быстрее добиться желаемого результата после оценки проведенного моделирования. Также можно повысить точность вычислений, используя не округленные реальные значения параметров, и не используя стандартных допущений или сокращений, применяемых при вычислении вручную.
Использование современных компьютеров или рабочих станций для расчётов по математическим моделям позволяет намного лучше, быстрее и дешевле разрабатывать новые схемы метания снаряда или совершенствовать их в силу того, что появляются возможности протестировать данную схему с различными характеристиками, выбирая более эффективные значения параметров.
В данный момент времени всё ещё стоит вопрос разработки новой схемы метания, которая могла бы добиться определенного прироста к скорости снаряда на срезе ствола (к дульной скорости), не меняя при этом само орудие, то есть его конструкцию.
В работе при постановке задачи будет использован численный метод решения, а именно разностный метод численного решения уравнений гидродинамики С.К.Годунова. Основная суть данного метода состоит в использовании для аппроксимации функции ступенчатых функций.
Объектом изучения в данной работе будут внутрибаллистические газодинамические процессы, протекающие во время работы эстафетной схемы метания на охотничьей системе, а предметом исследования - принципиально новая схема метания и процессы, сопровождающие работу данной схемы на охотничьем ружье ВПО-208.
Цель выпускной квалификационной работы состоит в том, чтобы разработать математическую модель, при использовании которой провести численные эксперименты по повышению скорости полёта снаряда охотничьей баллистической системы ВПО-208.
Задачи исследования:
1. Изучить моделирование внутренней баллистики ствольных систем эстафетной схемы метания с использованием модели гетерогенных сред;
2. Изучить возможности повышения начальной скорости метания снаряда на ружье охотничьей системы ВПО-208 при применении эстафетной схемы метания;
3. Подобрать входные данные для математической модели, то есть такие значения параметров, чтобы были улучшены внутрибаллистические параметры рассматриваемого ружья;
4. Изучить используемые на данный момент схемы метания снарядов;
5. Разработать программу решения основной задачи внутренней баллистики ствольных систем эстафетной схемы метания на объектно-ориентированном языке программирования C++;
6. Проанализировать результаты, полученные в ходе исследования, внутренней баллистики рассматриваемого ружья эстафетной схемы метания из сравнения расчетных скоростей и давлений;
7. Сделать выводы.
Одна из главных особенностей классического подхода при решении ОЗВБ (то есть основная задача внутренней баллистики) заключается в отвлечении от определенных составляющих заряда и применении усредненных термодинамических величин в пределах всей области заснарядного пространства.
Есть несколько способов изучения внутренней баллистики:
- эмпирический;
- полуэмпирический;
- численные методы.
Экспериментальные методы исследования не дают должного результата, так как их применение затруднено, ведь процесс выстрела является быстропротекающим и зачастую данные методы просто не могут быть реализованы. В настоящее время существуют два направления решения ОЗВБ:
- Классический способ решения или по-другому
термодинамический;
- Газодинамический.
Огневая мощь в большинстве своём оценивается не с помощью количества орудий, а с помощью того насколько эти орудия способы эффективно поражать противна. Для артиллерии, например, важными параметрами будут: максимальная дальность поражения, скорострельность, начальная скорость снаряда. Обычно, чтобы улучшить данные параметры необходимо полностью изменить дизайн ружья, фактически, создать новую модель оружия с использованием современных доступных технологий или модифицировать какой-либо из параметров за счет других. Это очень трудоёмкий процесс, поэтому необходимо проводить моделирование, в частности, использовать различные математические модели баллистического процесса. При использовании различных математических моделей можно оценить, как повлияет изменение, например, состава заряда, веса заряда, других параметров на характеристики выстрела. То есть, можно определить, комплекс тех или иных параметров обеспечивающий повышение эффективности оружия.
Применение математического моделирования сильно упрощает работу конструктора или экспериментатора, ведь проводя соответствующие вычислительные эксперименты можно быстрее добиться желаемого результата после оценки проведенного моделирования. Также можно повысить точность вычислений, используя не округленные реальные значения параметров, и не используя стандартных допущений или сокращений, применяемых при вычислении вручную.
Использование современных компьютеров или рабочих станций для расчётов по математическим моделям позволяет намного лучше, быстрее и дешевле разрабатывать новые схемы метания снаряда или совершенствовать их в силу того, что появляются возможности протестировать данную схему с различными характеристиками, выбирая более эффективные значения параметров.
В данный момент времени всё ещё стоит вопрос разработки новой схемы метания, которая могла бы добиться определенного прироста к скорости снаряда на срезе ствола (к дульной скорости), не меняя при этом само орудие, то есть его конструкцию.
В работе при постановке задачи будет использован численный метод решения, а именно разностный метод численного решения уравнений гидродинамики С.К.Годунова. Основная суть данного метода состоит в использовании для аппроксимации функции ступенчатых функций.
Объектом изучения в данной работе будут внутрибаллистические газодинамические процессы, протекающие во время работы эстафетной схемы метания на охотничьей системе, а предметом исследования - принципиально новая схема метания и процессы, сопровождающие работу данной схемы на охотничьем ружье ВПО-208.
Цель выпускной квалификационной работы состоит в том, чтобы разработать математическую модель, при использовании которой провести численные эксперименты по повышению скорости полёта снаряда охотничьей баллистической системы ВПО-208.
Задачи исследования:
1. Изучить моделирование внутренней баллистики ствольных систем эстафетной схемы метания с использованием модели гетерогенных сред;
2. Изучить возможности повышения начальной скорости метания снаряда на ружье охотничьей системы ВПО-208 при применении эстафетной схемы метания;
3. Подобрать входные данные для математической модели, то есть такие значения параметров, чтобы были улучшены внутрибаллистические параметры рассматриваемого ружья;
4. Изучить используемые на данный момент схемы метания снарядов;
5. Разработать программу решения основной задачи внутренней баллистики ствольных систем эстафетной схемы метания на объектно-ориентированном языке программирования C++;
6. Проанализировать результаты, полученные в ходе исследования, внутренней баллистики рассматриваемого ружья эстафетной схемы метания из сравнения расчетных скоростей и давлений;
7. Сделать выводы.
В заключении можно отметить, что все заданные цели на выпускную квалификационную работу были выполнены.
В ходе работы были рассмотрены и изучены характеристики охотничьего ружья ВПО-208, а также его снаряда калибра 366 ТКМ и изучены схемы метания снаряда, как классическая, так и новая эстафетная схема метания снаряда.
Здесь была поставлена задача на исследование и описана эстафетная схема метания. Её суть состоит в том, что при изменениях параметров ружья, но при этом, не изменяя модель, дизайн, то есть, не конструируя новое ружьё добиться выигрыша по какому-либо из параметров ружья. Это добивается разделением порохового снаряда на две части и добавлении перегородки в само ружье из-за чего возникают в ружье новые газодинамические процессы, что добавляет, например, выигрыш по скорости пули при одинаковых максимальных давлениях в ружье.
В данной выпускной квалификационной работы описаны входные параметры для работы программы и приведены входные данные подобранные в ходе исследования, так же были представлены главные функции программы и описан сам алгоритм работы программы, которая считает выходные параметры снаряда по его входным данным.
В работе представлен сравнительный анализ работы программы при использовании подобранных внутри баллистических параметров. Сравниваются две схемы метания снаряда, а именно: эстафетная схема и классическая схема.
В ходе исследования, было получено, что при подобранных параметрах эстафетная схема даёт улучшение по скорости примерно в 20%, при этом давление не превышает 100МПа. Это абсолютно новый результат, ведь до этого не было такого прироста скорости в таком жестком ограничении по давлению внутри ствола ружья.
С научной точки зрения было показано, каким образом можно проводить эксперименты, не тратя при этом много времени на создание нового оружия.
Математические модели, как было отмечено выше, намного упрощают работу конструкторам оружия, ведь повысить его эффективность проще, подобрав необходимые внутри баллистические параметры, а не конструировать их заново.
Таким образом, в данной выпускной квалификационной работе было выполнено сравнение двух схем метания снаряда: классической и эстафетной. Применяемая в данной работе схема оказалась намного эффективнее, чем та, что используется в ВПО-208 в настоящий момент времени. Это наглядно показано в графиках, приведенных в работе.
В ходе работы были рассмотрены и изучены характеристики охотничьего ружья ВПО-208, а также его снаряда калибра 366 ТКМ и изучены схемы метания снаряда, как классическая, так и новая эстафетная схема метания снаряда.
Здесь была поставлена задача на исследование и описана эстафетная схема метания. Её суть состоит в том, что при изменениях параметров ружья, но при этом, не изменяя модель, дизайн, то есть, не конструируя новое ружьё добиться выигрыша по какому-либо из параметров ружья. Это добивается разделением порохового снаряда на две части и добавлении перегородки в само ружье из-за чего возникают в ружье новые газодинамические процессы, что добавляет, например, выигрыш по скорости пули при одинаковых максимальных давлениях в ружье.
В данной выпускной квалификационной работы описаны входные параметры для работы программы и приведены входные данные подобранные в ходе исследования, так же были представлены главные функции программы и описан сам алгоритм работы программы, которая считает выходные параметры снаряда по его входным данным.
В работе представлен сравнительный анализ работы программы при использовании подобранных внутри баллистических параметров. Сравниваются две схемы метания снаряда, а именно: эстафетная схема и классическая схема.
В ходе исследования, было получено, что при подобранных параметрах эстафетная схема даёт улучшение по скорости примерно в 20%, при этом давление не превышает 100МПа. Это абсолютно новый результат, ведь до этого не было такого прироста скорости в таком жестком ограничении по давлению внутри ствола ружья.
С научной точки зрения было показано, каким образом можно проводить эксперименты, не тратя при этом много времени на создание нового оружия.
Математические модели, как было отмечено выше, намного упрощают работу конструкторам оружия, ведь повысить его эффективность проще, подобрав необходимые внутри баллистические параметры, а не конструировать их заново.
Таким образом, в данной выпускной квалификационной работе было выполнено сравнение двух схем метания снаряда: классической и эстафетной. Применяемая в данной работе схема оказалась намного эффективнее, чем та, что используется в ВПО-208 в настоящий момент времени. Это наглядно показано в графиках, приведенных в работе.
Подобные работы
- Моделирование внутренней баллистики охотничьих систем эстафетной схемы
Магистерская диссертация, информатика. Язык работы: Русский. Цена: 4800 р. Год сдачи: 2019