|
|
 |
|
Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии
|
Общий каталог эффектов
 | Стабилизация тел вращения с помощью хвостового расширяющегося конуса |
 |
Стабилизация тел вращения с помощью хвостового расширяющегося конуса
Описание
Фигура называется фигурой вращения, если в пространстве существует ось такая, что при любом повороте вокруг этой оси фигура переходит в себя. Указанная ось называется осью вращения фигуры. В случае, если фигура вращения является телом, это тело называют телом вращения, а его поверхность - поверхностью вращения.
Стабилизация посредством расширяющегося конуса – это очень простая и очевидная идея; недаром один из самых древних снарядов – стрела – стабилизировался в полете подобным способом. Когда оперенный снаряд движется с углом атаки или рыскания (углом между касательной к траектории и продольной осью снаряда), отличным от нуля, площадь позади центра масс, на которую действует сопротивление воздуха, больше площади впереди центра масс. Разность неуравновешенных сил заставляет снаряд повернуться вокруг центра масс так, чтобы этот угол стал равен нулю (рис.1). Площадь поверхности со стороны набегающего потока воздуха выглядит как показано на рисунке 1. Площадь поверхности в случае наличия конуса на хвосте больше чем площадь головной части. Т.о. на хвостовюя часть тела оказывается большее давление, вследствие чего оно поварачивается по потоку воздуха.
Площади головной и хвостовой частей со стороны набегающего потока
Рис.1.
Во Франции в годы второй мировой войны для стрельбы из охотничьих гладкоствольных ружей была изобретена пуля, известная в настоящее время под названием "Блондо" (рис.2). Она использовалась бойцами французского сопротивления для выведения из строя техники противника. Пробивная способность пули достаточна для повреждения блоков автомобильных моторов.
Пуля Блондо
Рис.2.
Стабилизация пули в полете осуществляется за счет аэродинамического эффекта, создаваемого обтекающим головную часть пули потоком воздуха, попадающего на коническую поверхность хвостовой части пули.
Ключевые слова
Области техники и экономики
Применение эффекта
В последние годы заметный интерес к каплевидным телам проявлен в связи с проблемами высокоскоростного метания тел, формируемых взрывом. Аэродинамическая компоновка таких объектов сочетает в себе головной обтекатель каплевидной формы и коническую подкалиберную юбку, обеспечивающую их умеренную стабилизацию в полете с высокими сверхзвуковыми скоростями.
300-мм реактивные снаряды РСЗО "Смерч" (рис.1.) выполнены по классической аэродинамической схеме с эффективным твердотопливным двигателем на смесевом топливе. Для повышения точности стрельбы, которая не превышает 0,21% от дальности залпа и составляет около 150 м, снаряды имеют систему управления полетом, корректирующей траекторию их движения по тангажу и рысканию.
Пуск снарядов
Рис.1.
Коррекция полета осуществляется газодинамическими рулями, а стабилизация снаряда в полете происходит за счет вращательного движения вокруг продольной оси, полученного в момент пуска и поддерживаемого в полете лопастями раскрывающегося стабилизатора.
Реализации эффекта
Рассмотрим силы, действующие на пулю в процессе полета (см. рис.1.).
Сила гравитационного притяжения G приложена в центре масс пули и направлена вниз. Равнодействующая аэродинамическая сила R складывается из сил давления воздуха, направленных по нормали к поверхности пули, и сил трения воздуха об эту поверхность, касательных к ней. Силу R, расположенную в так называемой плоскости сопротивления (т.е. плоскости, проходящей через продольную ось пули и вектор скорости V), можно разложить на две составляющие. Одна из них – продольная сила сопротивления Rпрод, расположенная по продольной оси пули в сторону, противоположную её вершине. Вторая – боковая (поперечная, или применительно к рис. 1 – нормальная) сила Rбок, перпендикулярная продольной оси пули и лежащая в плоскости сопротивления.
Силы, действующие на снаряд в полете
Рис.1.
Аэродинамическая сила R приложена к пуле в точке, которую называют центром давления. Для большинства пневматических пуль, а также и для пуль стрелкового огнестрельного оружия и артиллерийских снарядов центр давления не совпадает с центром масс пули и находится впереди него, т.е. ближе к вершине. В этом случае сила R вызывает аэродинамический момент М, стремящийся увеличить угол атаки, т.е. повернуть пулю вокруг центра масс вершиной назад (опрокидывающий аэродинамический момент).
Такую пулю называют статически (аэродинамически) неустойчивой. Заметим, что существуют и статически устойчивые баллистические объекты, у которых центр давления находится позади центра масс, например, дротики для стрельбы из пневматики, "летающие" шприцы-канюли для дистанционных инъекций животным (да иногда и людям), стрелы для лука, воланчики для бадминтона и, наконец, некоторые крылатые ракеты. У этих объектов центр давления находится позади центра масс (для этого они оснащаются стабилизаторами – кисточкой, юбкой, оперением и т.п.), и аэродинамический момент стремится ликвидировать возникший угол атаки, т.е. совместить продольную ось объекта с вектором скорости (стабилизирующий аэродинамический момент). Изготовлять статически устойчивые пули не всегда возможно, да и не всегда целесообразно по баллистическим соображениям.
Литература
1. Хогг Я. Боеприпасы: патроны, гранаты, артиллерийские снаряды, минометные мины М.: Эксмо-Пресс, 2001.
2. Маркевич В.Е. Ручное огнестрельное оружие, Т. 1. Оружие до введения бездымных порохов. - Л.: Артиллерийская академия РККА им. Дзержинского, 1937.
3. Шапиро Я.М. Внешняя баллистика. М., 1946.
4. Серебряков М.Е. Внутренняя баллистика. М., 1949.
5. Костров А.В. Движение асимметричного баллистического аппарата. M., 1984
