Учебная работа. Физические основы явления выстрела

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Физические основы явления выстрела

Физические основы явления выстрела

В некотором приближении поведение пороховых газов можно описать с
помощью уравнения Менделеева ( Клапейрона. Это позволяет качественно
проанализировать явление выстрела и построить графики зависимости давления
газа p скорости пули v от пути l, проходимого ею в канале ствола (см.
Рис.).

рассмотрим, как происходит процесс выстрела. Его длительность можно
условно разделить на такие последовательные периоды: предварительный ( от
начала горения порохового заряда до полного врезания оболочки пули в
нарезы ствола; первый ( от начала движения пули по стволу до полного
сгорания порохового заряда; второй ( от момента полного сгорания порохового
заряда до момента вылета пули из ствола; третий ( от момента вылета пули до
прекращения возрастания её скорости.

рассмотрим, как меняется давление порохового газа при выстреле
(кривая I на рис.).

предварительный период. Во время горения заряда образуется пороховой газ.
Давление его можно выразить формулой:

[pic] (1)

где Т, V и m ( соответственно температура, объём и масса порохового газа, М
( его молярная масса, R ( универсальная газовая постоянная. Поскольку объём
газа не меняется, а температура и масс резко увеличиваются, давление газа
будет расти по закону:

[pic],

где С ( постоянная величина. Давление пороховых газов будет возрастать до
тех пор, пока пуля не сдвинется с места.

Первый период. Его условно можно разделить на три полпериода.
Рассмотрим их поочередно.

1. Масса порохового газа m возрастает быстрее, чем объем V запульного пространства (объём, заключённый между дном пули и дном гильзы).

учитывая, что

[pic]

(S ( площадь сечения канала ствола, l ( путь пули в канале ствола), изменение давления газа в первый подпериод можно представить графически в виде участка 1-2 кривой I.

2. Скорость возрастания массы порохового газа становится близкой к скорости движения пули, или, что одно и то же, к скорости изменения объёма V. Тогда формула (1) принимает вид

[pic],

где С1 ( постоянная величина. Графически изменение давления в этот подпериод можно представить в виде участка 3-4 кривой I.

3. объем V запульного пространства вследствие быстрого увеличения скорости пули растет гораздо быстрее массы m притока порохового газа, и изменением массы можно пренебречь. Тогда формула (1) примет вид:

[pic], где С2 ( постоянная величина. Изменение давления газа в этот подпериод можно представить в виде участка 5-6 кривой I.

промежуточные процессы между подпериодами можно приближённо
изобразить соответствующими участками 2-3 и 4-5 кривой I.

[pic],
где С3 ( постоянная величина. Изменение давления можно представить участком
6-7 кривой I.

третий период. Часть газа вырывается из канала ствола вслед за пулей,
при встрече с воздухом образует пламя и ударную волну. следовательно, масса
газа m уменьшается. Так как при этом увеличивается объём газа, то, согласно
формуле (1), происходит резкое падение давления газа (участок 7-8 кривой
I). Это уменьшение происходит до тех пор, пока давление порохового газа на
дно пули не уравновесится сопротивлением воздуха.

График изменения скорости пули в канале ствола (кривая II на рис.)
можно построить, если предположить, что сила, действующая на пулю со
стороны пороховых газов, много больше силы сопротивления, силы трения и т.
д.

В предварительный период скорость пули не меняется. В остальные
периоды ускорение пули пропорционально давлению. действительно, на пулю
действует сила:

[pic],

где p ( давление порохового газа, S ( площадь сечения канала ствола.
следовательно, если масса пули m, то её ускорение

[pic].

Поскольку давление газа в канале ствола во все периоды много больше
атмосферного, ускорение пули будет больше нуля, т. е. Она будет двигаться
ускоренно.

В первый подпериод ускорение увеличивается, следовательно, скорость
пули будет резко возрастать. Графически это изменение скорости можно
представить в виде участка 1-2 кривой II. Во второй подпериод ускорение
почти не изменяется, поэтому движение пули будет близким к равноускоренному
(участок 3-4 кривой II). В третий подпериод ускорение пули уменьшается, но
остаётся положительным, следовательно, прирост скорости пули уменьшается
(участок 5-6 кривой II). Во второй и третий периоды происходит дальнейшее
уменьшение ускорения, что соответствует уменьшению прироста скорости
(участок 7-8 кривой II).

Можно исследовать начальную скорость пули с помощью законов
сохранения. начальной скоростью пули называется та скорость, с которой она
покидает канал ствола. Закон сохранения энергии для явления выстрела можно
записать так:

[pic]. (2)

здесь Е1 ( энергия, выделяющаяся при сгорании пороха, Е2 ( кинетическая
энергия пули в момент вылета из канала ствола, Е3 ( кинетическая энергия
стрелкового оружия, Е4 ( энергия, уносимая выброшенными пороховыми газами,
идущая на нагревание ствола, и т. д.

очевидно,

[pic] (3)

(q ( теплота сгорания пороха, m1 ( его масса);

[pic] (4)

(m2 ( масса пули, V ( её скорость в момент вылета из ствола);

[pic] (5)

(m3 ( масса оружия, u ( скорость отдачи при выстреле), причём, поскольку
согласно закону сохранения импульса,

[pic],

[pic].

(6)

Энергия Е4 зависит прежде всего от длины ствола l. При малой длине много
энергии будет выбрасываться наружу, при слишком большой окажутся
значительными потери энергии на нагревание ствола и преодоление сил
сопротивления, действующих на пулю в его канале. следовательно, важно
выбрать некоторую оптимальную длину ствола, при которой энергия Е4 будет
минимальной.

Учитывая (3)-(6) и приведённые выше рассуждения, выражение (2) можно
переписать в виде:

[pic].

Откуда начальная кинетическая энергия пули:

[pic].

С помощью этой формулы легко доказать следующие утверждения:

. начальная скорость пули зависит от длины ствола, массы пули, массы порохового заряда и от других факторов;

. чем длиннее ствол (до известных пределов), тем дольше действует на пулю пороховой газ и тем больше её начальная скорость;

. при постоянных длине ствола и массе порохового заряда начальная скорость пули тем больше, чем меньше её масса.

Можно сказать, что скорость пули зависит и от массы стрелкового оружия.

————————
[pic]

Учебная работа. Физические основы явления выстрела