DZIAŁANIE MECHANIZMÓW BRONI AUTOMATYCZNEJ Z ODPROWADZENIEM GAZÓW PO ZATRZYMANIU TŁOKA GAZOWEGO

Transkrypt

1 mg inż. ałgozata PAC pof. d hab. inż. Stanisław TORECKI Wojskowa Akademia Techniczna DZIAŁANIE ECHANIZÓW BRONI AUTOATYCZNEJ Z ODPROWADZENIE GAZÓW PO ZATRZYANIU TŁOKA GAZOWEGO Steszczenie: W efeacie pzedstawiono model fizyczny i matematyczny działania mechanizmów boni automatycznej z odpowadzeniem gazów pochowych po zatzymaniu tłoka gazowego. W modelu uwzględniono okesy chaakteystyczne wynikające z wykesu cyklicznego działania automatyki ozpatywanego układu. Powyższe modele zostały uzupełnione pzykładem obliczeń dla paametów geometycznych demonstatoów technologii kaabinków standadowych odułowego Systemu Boni Stzeleckiej kalibu 5,56 mm (SBS-5,56). ECHANISS OF ACTION OF GAS OPERATED WEAPON AFTER GAS PISTON DETAINING Abstact: Physical and mathematical models of gas opeated weapon afte gas piston detaining ae pesented in this pape. The phenomenon was divided into eight specific peiods egading cycle of opeation. oeove some simulations esults complemented by examples of calculations fo geometic paametes of the odule-based Fieam System (SBS-5,56) assault ifle technology demonstatos ae included.. odel fizyczny odel fizyczny ozpatywanego układu pzedstawiono na ys.. Rys. odel fizyczny boni działającej na zasadzie odpowadzenia części gazów pochowych pzez boczny otwó w lufie z kótkim uchem tłoka gazowego: spężyna powotna, 2 suwadło, zamek, 4 łuska, 5 lufa, 6 kuek Rozpatywany będzie model układu miotającego z odpowadzeniem części gazów pochowych pzez boczny otwó w lufie z kótkim uchem tłoka gazowego. Pzedmiotem analizy będzie uch zespołu suwadła ozpędzonego do pędkości maksymalnej waz 85

2 z współpacującymi z nim elementami pod wpływem siły spężyny kuka (podczas odzutu) i siły spężyny powotnej po zatzymaniu się tłoka gazowego. W pzyjętym modelu uwzględniono następujące odcinki chaakteystyczne cyklu automatyki pzedstawione na ysunkach 2 i. Stan początkowy: zamek odyglowany i pzyłączony do suwadła, kuek częściowo napięty, zespół suwadła z zamkiem ma pędkość początkową max (uzyskaną w okesie popzedzającym zatzymanie się tłoka gazowego), tylny płask suwadła znajduje się w odległości x=l-x od zdezaka. Rys. 2 Etapy uchu zespołu suwadła podczas odzutu Rys. Etapy uchu zespołu suwadła podczas powotu Odzut: okes I uch zespołu suwadła z zamkiem i współpacującym z nim kukiem od chwili zatzymania się tłoka gazowego do końca współpacy z kukiem x 2 >x ; okes II uch zespołu suwadła z zamkiem po zatzymaniu kuka do wyzucenia łuski x >x 2 ; okes III uch zespołu suwadła z zamkiem od wyzucenia łuski do ganicznego tylnego położenia (do zdezaka) x 4 >x ; Powót: okes I uch powotny zespołu suwadła z zamkiem z ganicznego tylnego położenia do początku dosyłania naboju x 5 <x 6 ; okes uch z dosłaniem naboju do pzyłączenia tłoka gazowego x 7 ; okes I uch suwadła z dołączonym tłokiem gazowym i zamkiem do zatzymania zamka x 8 ; okes II uch suwadła z tłokiem i obacanie się, yglowanie zamka x 9 ; okes III uch swobodny suwadła z tłokiem gazowym x 0. W analizie układu pominięte zostaną siły tacia suwadła o powadnice oaz ścianki komoy gazowej, a także masa i moment bezwładności kuka. 2. odel matematyczny W ównaniach modelu matematycznego, zastosowano następujące oznaczenia: 86

3 I - III sumayczne masy zespołu pzesuwnego w poszczególnych okesach, zs masa zespołu suwadła, k masa zedukowana kuka, sp masa spężyny powotnej, z masa zamka, z masa zedukowana obacającego się (podczas odyglowania i zayglowania) zamka, ł masa łuski, nb masa naboju, tł masa tłoka gazowego, F I -F III sumayczne siły działające na zespół pzesuwny w poszczególnych okesach, F sp siła spężyny powotnej, F k siła zedukowana spężyny kuka, F k siła spężyny kuka, pędkość zespołu pzesuwnego. Odzut: W okesie I ealizowany jest uch zespołu suwadła z zamkiem, łuską i kukiem o sumaycznej masie: I + k + z + ł Zespół pzesuwny pousza się w kieunku zdezaka pod wpływem siły bezwładności. Siłami hamującymi są: siła spężyny powotnej oaz zedukowana siła spężyny kuka: F = F x F x [ ( ) ( )] I sp + W okesie II pzemieszcza się suwadło z zamkiem i łuską o sumaycznej masie: II + z + ł Jedyną siłą jest siła spężyny powotnej: F = F II W końcu okesu II zmniejsza się masa zespołu pzesuwnego o masę wyzuconej łuski. Pzyjmiemy, że pędkość zespołu pzesuwnego nie zmienia się. W okesie III pzemieszcza się zespół suwadła z zamkiem o masie: III + z do ganicznego tylnego położenia (do zdezaka), hamowany siłą: F = F x III W końcu okesu III następuje udezenie zespołu suwadła z zamkiem o zdezak komoy zamkowej, a co za tym idzie zmiana zwotu i watości pędkości. Pędkość zespołu po zdezeniu wyznaczymy z zależności: ' = ε sp sp k ( x) ( ) III k III Gdzie: ε współczynnik wznowienia pędkości (estytucji) zależny od właściwości zdezających się elementów. Powót: Od chwili odbicia suwadła pzez zdezak zaczyna się powót zespołu z pędkością początkową: ' = Siłą napędzającą jest siła spężyny powotnej. 0I IIIk 87

4 W okesie I ealizowany jest uch zespołu suwadła z zamkiem o masie: I + z z ganicznego tylnego położenia do początku dosyłania naboju. W końcu okesu I (chwila udezenia zamka o nabój) zwiększa się masa zespołu pzesuwnego o masę naboju: I k + z + nb z jednoczesnym skokowym zmniejszeniem pędkości od I do Ik : ' I I = k I + I nb W okesie kontynuowany jest uch zespołu suwadła z zamkiem i nabojem o sumaycznej masie: + z + nb W końcu okesu (chwila udezenia suwadła o tłok gazowy) zwiększa się masa zespołu pzesuwnego o masę tłoka gazowego, do: I k + z + nb + tł z jednoczesnym skokowym zmniejszeniem pędkości: ' = k + tł W okesie I pzemieszcza się zespół suwadła z zamkiem, nabojem i tłokiem gazowym o sumaycznej masie: I + z + nb + tł W końcu okesu I ozpoczyna się yglowanie zamka. W okesie II odbywa się uch zespołu pzesuwnego o sumaycznej masie: II + nb + tł + z Okes III jest uchem swobodnym suwadła o masie: III Okes ten kończy się, gdy suwadło udezy o zayglowany zamek.. Obliczenia.. asy i siły zedukowane asy i siły F zedukowane oblicza się według zależności: 2 i e e = e () η 2 i e Fe = Fe (2) ηe w odniesieniu do mechanizmów, w któych elementy e (części) pouszają się z pędkościami óżnymi od pędkości suwadła. e 88

5 W () i (2) oznaczono: e masa zedukowana elementu, F e siła zedukowana działająca na suwadło ze stony elementu e, e masa (zeczywista) elementu e, F e siła działająca na element e, i e pzełożenie (stosunek pędkości elementu do pędkości suwadła), η e spawność mechanizmu (suwadła z współpacującym z nim elementem). Pzełożenia oaz spawności wyznacza się indywidualnie dla poszczególnych mechanizmów cechujących się okeśloną konfiguacją. W ogólnym pzypadku wielkości i oaz η są funkcjami dogi x ogniwa powadzącego (suwadła), w związku z tym ównież: x F F x = ( ) i = ( ).2. Pędkości ogniwa powadzącego (suwadła) na poszczególnych odcinkach Pędkości ogniwa powadzącego (suwadła) na poszczególnych odcinkach (od x i do x i+ ) oblicza się z ównania: d = F () dx W odniesieniu do pzedziału od x i do x i+ mamy: ( ) = x i F i dx (4) xi 0 i = x i pędkość, z jaką ozpoczyna się uch na ozpatywanym odcinku (pędkość początkowa) Jeśli w punkcie x i nie ma udezenia to 0i jest pędkością obliczoną dla końca odcinka x i-. Jeśli udezenie występuje to 0i obliczamy z ównania pędu. 4. Pzykład Obliczenia zostały pzepowadzone dla paametów geometycznych demonstatoów technologii kaabinków standadowych SBS-5,56 o następujących danych: Spężyna kuka skętna śubowa z dutu okągłego, k = 0,0646 [kg] masa kuka (do obliczeń biezemy zedukowaną masę kuka), 0 = 0,24 [Nm] końcowy moment siły spężyny kuka względem osi obotu, 02 =0,200 [Nm] początkowy moment siły spężyny kuka względem osi obotu, d=0,00 [m] śednica dutu spężyny kuka, Spężyna powotna śubowa walcowa z dutu okągłego, F 0 =7 [N] siła wstępnego napięcia spężyny powotnej, F c =70 [N] siła końcowego napięcia spężyny powotnej, f 0 =0,27 [m] ugięcie wstępne, f =0,25 [m] ugięcie obocze, s =0,500 [kg] masa zespołu suwadła, z = 0,08 [kg] masa zamka, tł =0,0606 [kg] masa tłoka gazowego, sp = 0,0975 [kg] masa spężyny powotnej (ø,2 mm), x =0,20 [m] doga zespołu suwadła Odzut suwadła chaakteystyczne punkty: x=0,0085 [m] odsłonięcie otwoów pzedmuchowych, 89

6 x=0,06 [m] początek uchu zamka, x=0,075 [m] zatzymanie tłoka gazowego, x=0,075 [m] koniec współpacy suwadła z kukiem, x=0,080 [m] wyzucenie łuski, x=0,20 [m] udezenie w zdezak Powót suwadła chaakteystyczne punkty: x=0,088 [m] dosyłanie naboju, x=0,075 [m] pzyłączenie tłoka gazowego, x=0,06 [m] początek yglowania zamka, x=0,008 [m] koniec yglowania zamka, Siłę i masę zedukowaną kuka okeślone na podstawie obliczeń ozpatywanych mechanizmów pokazano na ysunkach 4 i 5: Rys. 4 Wykes zmiany masy zedukowanej kuka w funkcji dogi zespołu suwadła Rys. 5 Wykes zmiany siły zedukowanej spężyny kuka w funkcji dogi zespołu suwadła Bioąc pod uwagę masy pzemieszczających się elementów spoządzono wykes mas zespołu pzesuwnego w funkcji dogi zespołu suwadła podczas odzutu (ys. 6) i podczas powotu (ys. 7). Rys. 6 Wykes mas zespołu pzesuwnego w funkcji dogi suwadła (odzut) 90

7 Rys. 7 Wykes mas zespołu pzesuwnego w funkcji dogi suwadła (powót) Bioąc pod uwagę siły działające na pzemieszczający się zespół elementów spoządzono wykes sił zespołu pzesuwnego w funkcji dogi zespołu suwadła podczas odzutu (ys. 8). Rys. 8 Wykes sił w funkcji dogi suwadła (odzut) W obliczeniach pzyjęto, że watość pędkości zespołu suwadła w chwili zatzymania tłoka gazowego wynosi 6,5 m/s, a współczynnik wznowienia pędkości pzy udezeniu o zdezak ε=0,4. W odniesieniu do takiej pędkości początkowej oaz danych z punktu otzymano pędkości (x) suwadła podczas jego odzutu i powotu pzedstawiono na ysunkach 9 i 0. Rys. 9 Wykes pędkości zespołu odzutowego z funkcji dogi suwadła od momentu zatzymania się tłoka gazowego do udezenia w zdezak 9

8 Rys. 0 Wykes pędkości zespołu odzutowego z funkcji dogi suwadła podczas uchu do pzodu 5. Wnioski. W pzypadku boni automatycznej działającej na zasadzie odpowadzenia gazów pochowych po zatzymaniu tłoka gazowego suwadło pzemieszcza się pod wpływem siły bezwładności, siłami hamującymi są: siła spężyny powotnej oaz zedukowana siła spężyny kuka. 2. Siły hamujące powodują zmniejszanie pędkości zespołu suwadła aż do momentu udezenia zespołu suwadła z zamkiem o zdezak komoy zamkowej.. Podczas powotu suwadła jedyną siłą napędzającą jest siła spężyny powotnej. 4. Istotny wpływ na pędkość zespołu suwadła mają zdezenia części uchomych zmieniające chwilowe masy i pędkości. 5. Z ozwiązania powyższego pzykładu wynika, że pzy paametach podanych w punkcie 4 szybkostzelność boni wynosiłaby oientacyjnie 000 stz./min. W celu ewentualnego zmniejszenia szybkostzelności należałoby zwiększyć długość i początkowe ugięcie lub sztywność spężyny powotnej albo zmienić inne paamety układu (np. paamety węzła gazowego). Liteatua [] Wasseman E., Zasady pojektowania boni atyleyjskiej, Waszawa, 968. [2] Kafliński Z., Lotnicza boń lufowa, Część II Podstawy obliczeń uządzeń i mechanizmów boni, Waszawa, 98. Paca naukowa finansowana ze śodków na naukę w latach , jako pojekt ozwojowy 92