Баллистическое проектирование неуправляемых реактивных снарядов (НРС)

курсовая работа

2.4.1 Выбор критерия оптимизации, системы ограничений и вектора оптимизируемых параметров

2.4.2 Выбор условий машинного эксперимента

2.4.3 Анализ результатов и принятие решения по конструкции

Заключение по разделу 2

Список используемой литературы

Приложение 1

Приложение 2

Введение

Ушел в историю XX в. - век стремительного научно-технического прогресса и двух мировых войн. Пожалуй, невозможно сейчас найти какую-либо область науки и техники, в которой не были совершены крупнейшие открытия и технологические прорывы. Естественно, что многие из них интенсивно используются в целях обеспечения безопасности государств, а именно, в военно-технической области, в результате чего были созданы самые разнообразные средства поражения и боеприпасы как для вооруженных сил, так и для других силовых структур. И хотя последнее десятилетие XX в. И начало XXI в. Ознаменовались прекращением противостояния военно-политических блоков, возглавляемых сверхдержавами, и изменением международной обстановки, обычные СП и БП и в обозримом будущем останутся основным фактором сдерживания и огневого воздействия в возможных межрегиональных конфликтах и локальных войнах. Данный вывод наглядно подтвердили результаты проведения операции «Буря в пустыне» группировкой многонациональных сил против Ирака в 1991 г. Тогда в тактической полосе обороны от артиллерийского огня иракские войска понесли более 50% общих потерь. Аналогичная ситуация имела место в Ираке и в 2003 г. при осуществлении операции «Шок и трепет».

Обеспечение военной безопасности остается по-прежнему важной задачей любого государства. Для решения этой проблемы необходимо неустанно, ответственно совершенствовать вооружение и военную технику рода войск. Главное на сегодня - оснащение ракетных войск и артиллерии высокоэффективными комплексами автоматизированного управления и разведки, а также модернизированными или перспективными ракетными и артиллерийскими комплексами, средствами всестороннего обеспечения и защиты. Именно комплексирование существующих средств разведки, поражения и всестороннего обеспечения на основе разрабатываемых автоматизированных средств управления позволит создать техническую основу разведывательно-огневых систем ракетных войск и артиллерии.

Одной из актуальнейших задач сегодня стала модернизация наиболее эффективных существующих образцов (комплексов) вооружения, военной техники и боеприпасов. За счет улучшения их характеристик, повышения боевых возможностей, продления сроков службы, поддержания вооружения в технической исправности и готовности к боевому применению можно добиться очень много. Модернизация осуществляется как путем замены отдельных компонентов, узлов, агрегатов, блоков, так посредством изменения конструкции, применения новых материалов, внедрения прогрессивных технологии в их производство и проектирование. Например, модернизация реактивных систем залпового огня достигается за счет оснащения боевой машины автоматизированной системой управления наведением и огнем. Модернизация боеприпасов является очень важным звеном модернизации артиллерийских комплексов. А благодаря современным методам проектирования с помощью ЭВМ, не прибегая к экспериментам и опытным стрельбам, стало возможно отсеивать нежизнеспособные варианты проектных решений, это значит снижается время от получения ТЗ до выхода боеприпаса с конвейера. Это позволяет оперативно изготавливать боеприпасы в нужном количестве.

В целом модернизация наличного вооружения и военной техники позволит значительно увеличить суммарный прирост реальных огневых возможностей ракетных войск и артиллерии. Но наряду с модернизацией крайне важно создавать перспективную технику, сохранить и развивать научно-технический и технологический потенциал.

1. Баллистическое проектирование боеприпасов ствольной артиллерии

1.1 Постановка задачи баллистического проектирования

Под баллистическим проектированием на основе системных принципов понимают определение оптимальных основных конструктивных, экономических и др. характеристик, предъявляемых к ствольному комплексу в целом, и к каждому элементу комплекса в отдельности.

В математической модели эти требования можно выразить при помощи системы ограничений и связей, определяющих функционирование комплекса. В данной работе система связей представлена следующими ограничениями:

* PMAX ? [PMAX]

* VOTK ? [V OTK]

* Х ? Х ГAP

* CБЗ -> CMIN

Технические характеристики артиллерийского орудия и снаряда

Наименование: Д1

Тип снаряда и его наименование: Г 530Ш

Калибр, мм 152,4

Объём зарядной каморы, м3 0,0057

Масса метательного заряда, кг 3,42

Максимальное давление пороховых газов, МПа 225

Масса штатного снаряда, кг 40

Начальная скорость V0, м/с 508

Угол бросания, рад 0,785

Наибольшая табличная дальность стрельбы, м 12400

Масса взрывчатого вещества, кг 4,9

Полная длина снаряда, м 0,5975

Высота головной части снаряда, м 0,3045

Расстояние между центром массы и основанием оживала, м 0,045

Коэффициент формы снаряда 1,15

1.2 Обоснование банка модулей баллистического проектирования

1.2.1 Модуль внутренней баллистики

Предметом изучения классической внутренней баллистики является движение снаряда внутри канала ствола артиллерийского орудия. При этом рассматривается система, состоящая из орудия, снаряда и метательного заряда.

Основная задача внутренней баллистики заключается в отыскании зависимостей между пиродинамическими элементами(t, l, V, P и др.) и параметрами(d, q, щ и др.). При этом получают и интегрируют систему дифференциальных уравнений внутренней баллистики, описывающую процессы, протекающие в орудии при выстреле.

Программное обеспечение (ПО) по функциональному назначению разбито на отдельные секции (модули). По виду выполняемой работы модули можно разделить на расчетные и сервисные. Расчетные модули предназначены для выполнения определенных вычислительных операций. Сервисные - для улучшения связи пользователя с программой, обслуживания расчетных модулей.

PROCEDURE BALRK;

Подпрограмма расчета пиродинамических параметров методом Рунге-Кутта;

PROCEDURE pmcl2;

Пoдпpoгpaммa pacчeтa пиpoдинaмичecкиx пapaмeтpoв мeтoдом Слухоцкого;

PROCEDURE GBDBB;

Пoдпpoгpaммa пpeднaзнaчeна для oпpeдeлeния cpeдинныx oшибoк cтpeльбы cиcтeмa измepeния вeличин "CИ".

1.2.2 Модуль внешней баллистики

В общем случае выбор данных, необходимых для решения поставленной задачи осуществляется исходя из требований, предъявляемых к артиллерийской системе. Проверка внешнебаллистических характеристик является подтверждением правильности выбора конструктивной схемы снаряда и выполнения всех требований технического задания.

Основная задача внешней баллистики сводится к вычислению траектории снаряда, для чего необходимо проинтегрировать дифференциальные уравнения поступательного движения. Однако в конечном виде эти уравнения не интегрируются, потому что входящие в них функции сопротивления воздуха G(V) и плотности H(y) имеют очень сложное аналитическое представление или вообще не имеют его, а задаются таблицами.

При проектировании снаряда к нарезному орудию рассчитывают устойчивость полета снаряда в момент вылета его за дульный срез ствола орудия и направленность в вершине траектории.

При этом необходимо определить:

· коэффициент гироскопической устойчивости снаряда;

· расчетную длину хода нарезов ствола орудия;

· величину углового отклонения оси снаряда в момент вылета его из канала ствола;

· динамический угол в вершине траектории;

· максимальную дальность стрельбы.

PROCEDURE GOFSTQUI;

Пoдпpoгpaммa пpeднaзнaчeна для быстрого pacчeтa элeмeнтoв тpaeктopии по формулам, аппроксимирующим таблицы внешней баллистики для угла бросания 0° - 45°;

PROCEDURE GOFST1;

Пoдпpoгpaммa пpeднaзнaчeна для pacчeтa элeмeнтoв тpaeктopии методом Эйлера;

PROCEDURE PVHAI;

Подпрограмма, осуществляющая расчет рекомендуемой высоты головной части изделия и коэффициент формы по закону 1943 года.

1.2.3 Модуль оценки эффективности действия

Для оценки правильности конструктивного решения задачи, поставленной техническим заданием, и обоснования преимущества вновь спроектированного снаряда по сравнению со штатным, необходимо выполнить проверочные расчеты параметров, характеризующих действие снаряда у цели.

При разработке осколочного изделия необходимо определить следующее:

1) число убойных осколков;

2) скорость разлета осколков;

3) распределение осколков в сфере разлета;

4) зоны поражения;

5) вероятность поражения цели.

При разработке фугасных изделий необходимо рассчитать:

· радиусы зон разрушения преграды;

· давление во фронте ударной волны;

· объем воронки;

· коэффициент фугасности.

При разработке осколочно-фугасного снаряда необходимо произвести оценку эффективности как осколочного, так и фугасного действия снаряда.

PROCEDURE RASXOD;

Подпрограмма, предназначенная для определения потребного количества изделий для решения боевой задачи.

PROCEDURE WEIGHT;

Подпрограмма, осуществляющая расчет весогабаритных характеристик ствола в зависимости от условий заряжания и механических характеристик материала.

1.2.4 Модуль оптимизации

Модуль, предназначенный для моделирования основных процессов, протекающих при функционировании ОФС, позволяющий на ранних этапах проектирования производить исследование влияния любого интересующего пользователя параметра (из набора, представленного в параметрической модели ОФС) на показатели функционирования БП в канале ствола орудия, на траектории и у цели.

Пакет прикладных программ имеет в своем составе поисковые модули, реализующие метод случайного поиска и поиска методом деформируемого симплекса соответственно, что позволяет использовать пакет в режиме постановки и решения оптимизационных задач.

Оптимизационная модель отличается от модели анализа следующим:

а) наличием оптимизационного модуля, вырабатывающего на каждом оптимизационном шаге набор значений варьируемых параметров из их области допустимых значений,

б) наличием блока проверки ограничений первого и второго рода, позволяющим поисковому модулю принимать или отвергать данный набор варьируемых параметров.

Проведенная работа направлена на решение проблемы автоматизации проектно-исследовательских работ.

PROCEDURE POISKM;

Подпрограмма, предназначенная для организации случайного поиска в задаче оптимизации.

PROCEDURE POISKS;

Программа выбора лучшего варианта методом " деформируемого симплекса ".

PROCEDURE MAIN;

головная программа задачи анализа и синтеза организует определенную последовательность обращения к подпрограммам.

1.3 Проверка адекватности имитационной модели

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Коэффициент учета нарезов KS= 0,810

Параметр расширения ПГ TE= 0,236

Характеристика формы порохового зерна KA= 0,721

Давление форсирования P0= 30000000

Плотность пороха DK= 1600,000

Предел упругости материала ствола SI= 1000000000,000

Запас прочности закрытой части ствола NK= 1,100

Запас прочности открытой части ствола ND= 2,000

Коэффициент связи стоимости ствола с его массой KST= 1,000

Плотность стали ствола GST= 7600,000

Коэфф. связи стоимости гильзы с массой пороха KG= 2,000

Коэффициент повторного использования гильзы KGI= 0,500

Коэффициент связи массы снаряда с его стоимость KCH= 0,400

Показатель степени влияния МАХ давл. на стоимость ствола HG= 0,100

Показатель степени влияния длины ствола на его стоимость HCH= 0,100

Коэффициент учета потерь K= 2,000

Стоимость 1 кг пороха CW= 3,000

МАХ давление в стволе прототипа A= 2498615,406

Коэффициент наполнения снаряда KN= 0,130

Коэффициент живой силы KGS= 16,000

Количество орудий, привлекаемых для решения боевой задачи KOR= 18,000

Математическое ожидание поражения целей MO= 0,250

Приведенные размеры цели по глубине GG= 200,000

Приведенные размеры цели по фронту FF= 300,000

Срединное отклонение в баллистическом коэффициенте RC= 0,005

Показатель степени в законе сопротивления воздуха NM= 1,500

Плотность воздуха R0= 1,250

Угол бросания TT0= 0,785

Коволюм AL= 0,001

Функция учета требований к эфф. снаряда на его стоимость FEE= 1,000

Сила пороха FT= 1013300,000

Индекс ошибок подготовки стрельбы KSP= 3,000

Калибр D= 0,152

Дальность стрельбы XXD= 12400,000

Показатель степени влияния МАХ давл. на стоимость ствола HCT= 0,100

Показатель степени влияния длины ствола на его стоимость HC1= 0,100

МАХ давление в камореp mdop= 225000000,000

Коэффициент формы снаряда по 43г.ai= 1,150

ВЫБРАННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ВАРЬИРУЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ

Масса снаряда кг 40,0

К-т уширения каморы-1,08

Масса метательного заряда кг 3,42

Длина ствола, дульная м 3,23

Плотность заряжания кг/м^3 600

Конечный импульс давл. н*с/м^2 840000

РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Площадь канала ствола м^2 0,0187

Приведенная длина каморы м 0,30

Обьем каморы м^3 0,00570

К-т фиктивности -1,09

Мах. давление ПГMП a 223,0

Нач. скорость снаряда м/с 526

К-т сгорания с.т.-1,00

К-т формы снаряда /43/-1,150

Высота гол. Части кл б2,56

Высота гол. Частим 0,389

Длина стволам 3,74

Масса ствола кг 564,3

Дальность полета м 12401

Конечная скорость м/с 286

Угол бросаниярад 0,694

Угол падениярад-0,914

Дальность полета/45 гр/м 12532

Ср. ошибки по дальности м 62,3

Ср. ошибки по направлению м 31,2

Потр.кол. изделий на пл-ти-159

Потр.кол. изделий в окопе-28

К-т могущества кг/м^2 161

Параметр Дроздова-1,63

Стоимость пз. и г.у.ед 15,6

Стоимость снаряда у.ед 25,1

Стоимость ствола у.ед 1218,1

Стоимость бз. на пл-тиу. Ед 14407,1

Стоимость бз. в окопе у.ед 2512,9

Для того чтобы сделать вывод об адекватности модели, сравним полученные результаты наиболее важных параметров со штатными значениями и для удобства занесем их в таблицу:

Таблица 1

Параметр

Штатное

Смоделированное

%

Дальность, м

12400

12532

1,07

Давление, МПа

225

223

0,89

Начальная скорость, м/с

508

526

3,54

Из таблицы видно что имитационная модель удовлетворяет поставленным условиям адекватности.

1.4 Параметрический анализ баллистического решения

В данном разделе решаем прямую задачу анализа, т.е. изучаем, как влияют определенные параметры ствольного комплекса на заданные величины.

Вектор варьируемых параметров будет состоять из массы изделия, плотности заряжания и конечного импульса давления пороховых газов.

Анализ по массе снаряда

ВЫБРАННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ВАРЬИРУЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ

Масса снаряда кг 28,032,036,040,044,048,052,0

К-т уширения каморы-1,08

Масса метательного заряда кг 3,42

Длина ствола, дульнаям 3,23

Плотность заряжания кг/м^3 600

Конечный импульс давл. н*с/м^2 840000

РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Площадь канала ствола, м^2 0,0187

Приведенная длина каморы, м 0,30

Объём каморы, м^3 0,00570

К-т фиктивности 1,101,101,091,091,091,091,08

Мах. давление ПГ, MПa 152,7174,1197,4223,0251,2282,9318,6

Нач. скорость снаряда, м/с 562552539526514502490

К-т сгорания с.т. 1,00

К-т формы снаряда /43/1,150

Высота гол. части, клб 2,682,642,602,562,522,482,44

Высота гол. части, м 0,4070,4020,3960,3890,3830,3770,371

Длина ствола, м3, 74

Масса ствола, кг 489,4510,1534,6564,3601,0647,5708,9

Дальность полета, м 11146117671221112401124021240212400

Конечная скорость, м/с2 70279286286287290293

Угол бросания, рад 0,7850,7850,7850,6940,6460,6270,618

Угол падения, рад-1,043-1,025-1,009-0,914-0,854-0,821-0,800

Дальность полета/45 гр/, м 11146117671221112532127571289812982

Ср. ошибки по дальности, м 49,154,458,962,364,767,069,0

Ср. ошибки по направлению, м 24,627,229,531,232,433,534,5

Потр.кол. изделий на пл-ти 174171166159150143137

Потр.кол. изделий в окопе 25262728282828

К-т могущества, кг/м^2 129142152161169176182

Параметр Дроздова 2,312,031,811,631,491,371,26

Стоимость пз. и г., у.ед 15,415,515,615,615,715,715,8

Стоимость снаряда, у.ед 16,919,622,325,127,930,833,8

Стоимость ствола, у.ед 1017,2 1074,11140,11218,11312,81431,31585,7

Стоимость бз. на пл-ти, у.ед 12663,7 13394,5 14022,8 14407,1 14602,9 14852,3 15177,5

Стоимость бз. в окопе, у.ед1783,32043,22293,72512,92705,02906,23124,0

Анализ по плотности заряжания

ВЫБРАННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ВАРЬИРУЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ

Масса снарядакг 40,0

К-т уширения каморы-1,08

Масса метательного заряда кг 2,392,743,083,423,764,104,45

Длина ствола, дульная м 3,23

Плотность заряжания кг/м^3 420480540600660720780

Конечный импульс давл. н*с/м^2 840000

РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Площадь канала ствола м^2 0,0187

Приведенная длина каморы м 0,30

Обьем каморы м^3 0,00570

К-т фиктивности -1,081,091,091,091,091,101,10

Мах. давление ПГMПa 105,5134,5172,4223,0292,1390,9540,1

Нач. скорость снаряда м/с 392437482526571617664

К-т сгорания с.т.-1,00

К-т формы снаряда /43/-1,150

Высота гол. Части клб 2,122,272,422,562,712,822,86

Высота гол. Части м 0,3230,3450,3670,3890,4110,4280,435

Длина ствола м 3,74

Масса ствола кг 434,4463,3503,7564,3667,0884,61690,5

Дальность полета м 9219103261142512401124001240112402

Конечная скорость м/с2 62274283286282280280

Угол бросания рад 0,7850,7850,7850,6940,5280,4400,369

Угол падения рад-0,939-0,958-0,976-0,914-0,769-0,696-0,631

Дальность полета/45 гр/м 9219103261142512532136511479316014

Ср. ошибки по дальностим 55,557,660,162,360,659,959,8

Ср. ошибки по направлениюм 27,828,830,031,230,330,029,9

Потр.кол. изделий на пл-ти-121133146159158157157

Потр.кол. изделий в окопе-21242628282828

К-т могущества кг/м^2 90111135161190221257

Параметр Дроздова-2,352,051,821,631,481,351,25

Стоимость пз. и г. у.ед 10,712,313,915,617,319,120,9

Стоимость снаряда у.ед 23,323,824,425,125,826,527,4

Стоимость ствола у.ед 870,0950,71059,61218,11479,32019,73986,6

Стоимость бз. на пл-ти у.ед 8796,1 10379,0 12290,0 14407,1 15552,017216,5 21188,5

Стоимость бз. в окопе у.ед 1563,91839,52163,32512,92718,63012,43707,9

Анализ по конечному импульсу ПГ

ВЫБРАННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ВАРЬИРУЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ

Масса снаряда кг 40,0

К-т уширения каморы-1,08

Масса метательного заряда кг 3,42

Длина ствола, дульная м 3,23

Плотность заряжания кг/м^3 600

Конечный импульс давл. н*с/м^2 588000 672000 756000 840000 924000 10080001092000

РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Площадь канала ствола м^2 0,0187

Приведенная длина каморым 0,30

Объём каморы м^3 0,00570

К-т фиктивности -1,09

Мах. давление ПГMПa 571,4420,3296,9223,0179,0149,9129,2

Нач. скорость снаряда м/с 602578552526499469434

К-т сгорания с.т.-1,00

К-т формы снаряда /43/-1,150

Высота гол. Части клб 2,802,732,642,562,472,372,26

Высота гол. Части м 0,4260,4150,4020,3890,3760,3610,344

Длина ствола м 3,74

Масса ствола кг 2080,6972,0671,8564,3514,5485,9467,6

Дальность полета м 12407124031240212401118601111110243

Конечная скорость м/с 281282282286287281273

Угол бросания рад 0,4640,5130,5790,6940,7850,7850,785

Угол падения рад -0,716-0,756-0,813-0,914-0,983-0,971-0,957

Дальность полета /45 гр/м14437138191317812532118601111110243

Ср. ошибки по дальности м 60,160,561,262,361,159,357,4

Ср. ошибки по направлению м 30,030,230,631,230,629,728,7

Потр.кол. изделий на пл-ти-158158158159152142132

Потр.кол. изделий в окопе-28282828272523

К-т могущества кг/м^22 11194178161145128110

Параметр Дроздова-0,801,051,321,631,982,352,76

Стоимость пз. и г. у.ед 16,116,015,815,615,515,415,3

Стоимость снаряда у.ед 27,526,725,825,124,524,123,7

Стоимость ствола у.ед 4934,32235,41492,31218,11086,41008,0955,7

Стоимость бз. на пл-ти у.ед 19448,1 16087,9 14939,5 14407,1 13423,0 12347,5 11291

Стоимость бз. в окопе у.ед 3402,02812,82609,42512,92353,72178,62002,1

Ниже, на рисунках 1-3 для наглядности представлены зависимости основных характеристик от параметров системы в виде графиков:

Рис. 1 (Зависимость основных характеристик системы от массы снаряда)

Рис. 2 (Зависимость основных характеристик системы от плотности заряжания.)

Рис. 3 (Зависимость основных характеристик системы от конечного импульса)

Расчет коэффициентов чувствительности:

Таблица 2

j i

q

Д

I

CБЗ

48,95

19,08

0,0117

Xmax

56,25

18,65

0,008

Таблица 3

j i

q

Д

I

CБЗ

0,14

0,80

0,68

Xmax

0,18

0,84

0,54

1.5 Оптимизация баллистического решения боеприпаса

Делись добром ;)