Balistyka wewnętrzna klasycznych broni lufowych

Balistyka wewnętrzna klasycznych broni lufowych

rok wydania: 2018
ilość stron: 230
ISBN: 978-83-7814-774-9
oprawa: miękka

Opis

Treści przedstawione w opracowaniu dotyczą balistyki wewnętrznej, która wykorzystuje podstawowe prawa termodynamiki i mechaniki płynów. Specyfika zjawiska strzału wymaga jednak odpowiedniego przystosowania tych praw ze względu na dynamikę strzału. Problemy te zostały przedstawione w rozdziale pierwszym omawiającym wybrane elementy teorii bilansów i drugim przedstawiającym modelowanie matematyczne zjawisk fizycznych balistyki wewnętrznej. Badaniem zjawiska strzału, czyli szybkiej konwersji energii chemicznej ładunku prochowego na energię cieplną gazowych produktów spalania, a następnie zamianę jej na energię kinetyczną pocisku w przewodzie lufy oraz innych ruchomych części układu miotającego, zajmują się dwa działy balistyki wewnętrznej – pirostatyka i pirodynamika. Jednakże metody pirostatyki wykorzystywane są przede wszystkim do określania własności fizykochemicznych i balistycznych materiałów wybuchowych miotających (prochów), co zostało przedstawione w rozdziale trzecim. W rozdziale czwartym omówiono zadania pirodynamiki, która opisuje główną fazę zjawiska strzału. Dla przyjętego balistycznego modelu lufowego układu miotającego sformułowano balistyczne równania bilansowe zasobu masy, pędu i energii łącznej mieszaniny gazowo-prochowej we współrzędnych Eulera oraz Lagrange’a. W rozdziale piątym do równań bilansowych dołączono równania fenomenologiczne balistyki wewnętrznej oraz termodynamiki, tworząc zamknięty układ piętnastu równań różniczkowych, opisujących proces zjawiska strzału w klasycznej broni lufowej. W rozdziale szóstym rozpisano równania balistyki wewnętrznej na cztery fazy zjawiska strzału występujące w klasycznej broni lufowej. Metodę rozwiązania układu równań różniczkowych balistyki wewnętrznej oraz zarys działania programu numerycznego BalWew-ZW napisanego w języku programowania obiektowego Delphi 7, całkującego układy równań różniczkowych, omówiono w rozdziale siódmym. W rozdziale ósmym przedstawiono wyniki symulacji cyfrowej rozwiązania problemu głównego balistyki wewnętrznej, czyli określenia w funkcji czasu między innymi takich wielkości, jak: ciśnienia całkowite, statyczne na dnie pocisku, średnie statyczne między dnem pocisku a dnem komory nabojowej oraz dynamiczne, temperaturę GPS, prędkość oraz drogę dna pocisku w lufie dla dwu rodzajów układów lufowych, a mianowicie armat i broni strzeleckiej. W rozdziale dziewiątym wspomniano o istnieniu metod analitycznych, syntetycznych katalogów balistycznych oraz empirycznych rozwiązania problemu głównego balistyki wewnętrznej i ich realnego znaczenia w dobie zaawansowanych elektronicznych technik obliczeniowych, umożliwiających posługiwanie się efektywnymi metodami bezpośredniego całkowania numerycznego układów równań różniczkowych. Z metod empirycznych wybrano i przedstawiono metodę Leduca rozwiązania oraz metodę Muraoure’a wyznaczania strat ciepła w bombie manometrycznej.

Spis treści

Informacje wstępne / 9
Wykaz ważniejszych oznaczeń / 11

1. Wybrane elementy teorii bilansów / 15
1.1. Wielkości ekstensywne (WE) / 15
1.2. Kryteria istnienia granicy pozornej / 15
1.3. Gęstości zasobów wielkości substancjalnych (WS) oraz wielkości komponencjalnych (WK) / 17
1.4. Prędkości substancjalna i komponencjalna / 20
1.5. Wielkości intensywne (WI) / 21
1.6. Pęd cieplny i energia kinetyczna zbioru cząsteczek substancji / 21
1.7. Wielkości referencjalne / 22
1.8. Obszary substancjalny,niesubstancjalny oraz komponencjalny / 23
1.9. Zasady zapisu tensorów w symbolice kreskowej (metoda Gibbsa) / 24
1.10. Różniczka i pochodna referencjalna wielkości polowej / 25
1.11. Pochodna substancjalna i komponencjalna skalarnych i wektorowych wielkości polowych / 29
1.12. Aksjomat bilansowy dla wielkości ekstensywnych (WE) / 29
1.13. Bilans podstawowy dla wielkości ekstensywnych (WE) / 30
1.14. Przekształcenie Leibnitza-Reynoldsa / 32
1.15. Bilanse podstawowe ciągłej wielkości ekstensywnej / 33
1.16. Referencjalny bilans objętościowej gęstości zasobu skalarnej wielkości ekstensywnej (WE) / 35
1.17. Referencjalny bilans objętościowej gęstości zasobu wektorowej wielkości ekstensyw-nej (WE) / 35
1.18. Referencjalny bilans objętościowej gęstości zasobu energii kinetycznej / 36

2. Modelowanie matematyczne zjawisk fizycznych balistyki wewnętrznej / 41
2.1. Referencjalny oraz substancjalny bilans objętościowej gęstości zasobu masy mieszaniny gazowo-prochowej (MGP) we współrzędnych Eulera / 41
2.2. Metoda Lagrange’a opisu ruchu mieszaniny gazowo-prochowej (MGP) / 42
2.3. Substancjalny bilans objętościowej gęstości zasobu masy MGP we współrzędnych Lagrange’a / 46
2.4. Referencjalny oraz substancjalny bilans objętościowej gęstości zasobu pędu MGP we współrzędnych Eulera / 48
2.5. Substancjalny bilans objętościowej gęstości zasobu pędu MGP we współrzędnych Lagrange’a / 50
2.6. Referencjalne bilanse objętościowych gęstości zasobu energii wewnętrznej, kinetycznej oraz potencjalnej MGP we współrzędnych Eulera / 50
2.7. Referencjalny oraz substancjalny bilans objętościowej gęstości zasobu energii łącznej MGP we współrzędnych Eulera / 54
2.8. Substancjalny bilans objętościowej gęstości zasobu energii łącznej MGP we współrzędnych Lagrange’a / 56
2.9. Zestawienie termodynamicznych substancjalnych równań bilansowych zasobu masy, pędu i energii łącznej MGP dla stanów nieustalonych we współrzędnych Eulera / 56
2.10. Zestawienie termodynamicznych substancjalnych równań bilansowych zasobu masy, pędu i energii łącznej MGP dla stanów nieustalonych we współrzędnych Lagrange’a / 57

3. Pirostatyka / 58
3.1. Materiały miotające i ich właściwości / 58
3.2. Cechy balistyczne i fizykochemiczne materiałów wybuchowych (MW) / 62
3.3. Cechy fizykochemiczne gazowych produktów spalania (GPS) / 63
3.4. Molowe i masowe współczynniki stechiometryczne materiałów wybuchowych (MW) i gazowych produktów spalania (GPS) / 64
3.5. Równanie wybuchu / 65
3.6. Wyznaczanie składu GPS dla MW zaliczanych do pierwszej grupy / 66
3.7. Wyznaczenie masowej gęstości ilości ciepła wybuchu MW / 71
3.8. Średnie ciepło właściwe i temperatura wybuchu gazowych produktów spalania (GPS) / 72
3.9. Warunek zgodności temperatur wybuchu złożonej i obliczonej / 72
3.10. Wyznaczanie składu GPS dla MW zaliczanych do drugiej grupy / 73
3.11. Równanie Nobla-Abla / 75
3.12. Rozwój ciśnienia w bombie manometrycznej w funkcji względnej masy spalonego ładunku MW / 77
3.13. Zasada działania bomby manometrycznej 78
3.14. Geometryczne prawo spalania prochów bezdymnych / 82
3.15. Charakterystyki kształtu dla funkcji względnej masy i względnej powierzchni spalonego ziarna / 86
3.16. Szybkość spalania materiałów wybuchowych (MW) / 93

4. Pirodynamika / 96
4.1. Balistyczny model lufowego układu miotającego / 97
4.2. Fazy charakterystyczne zjawiska strzału w balistycznym modelu lufowego układu miotającego / 99
4.3. Bilans energii dla zjawiska strzału w układach lufowych / 102
4.4. Rozkład prędkości i ciśnień mieszaniny gazowo-prochowej (MGP) w przestrzeni między dnem komory nabojowej a dnem pocisku w przewodzie lufy / 105
4.5. Prace drugorzędne / 114
4.6. Balistyczne równania bilansowe zasobu masy, pędu i energii łącznej MGP we współrzędnych Lagrange’a / 121

5. Równania balistyki wewnętrznej klasycznych broni lufowych / 126
5.1. Równanie szybkości przyrostu grubości spalonej warstwy prochu / 126
5.2. Równanie szybkości kreacji objętości po spalanych ziarnach ładunku prochowego / 127
5.3. Równanie szybkości kreacji względnej masy GPS prochu / 127
5.4. Równanie szybkości kreacji względnej masy GPS zapłonnika / 128
5.5. Równanie szybkości produkcji masy GPS / 129
5.6. Równanie szybkości przyrostu prędkości pocisku w przewodzie lufy / 130
5.7. Równanie szybkości przyrostu drogi dna pocisku w przewodzie lufy / 130
5.8. Równanie szybkości zmian objętościowej gęstości zasobu masy MGP / 131
5.9. Równanie szybkości zmian objętości swobodnej / 131
5.10. Równanie szybkości zmian temperatury GPS / 132
5.11. Równanie szybkości zmian ciśnienia całkowitego GPS / 133
5.12. Równanie szybkości zmian objętościowej gęstości zasobu masy GPS / 133
5.13. Równanie szybkości zmian ciśnienia dynamicznego MGP na dnie pocisku / 134
5.14. Równanie szybkości zmian ciśnienia statycznego na dnie pocisku / 134
5.15. Równanie szybkości zmian średniego ciśnienia statycznego GPS w przestrzeni między dnem komory nabojowej a dnem pocisku / 135

6. Równania balistyki wewnętrznej faz zjawiska strzału w klasycznej broni lufowej / 136
6.1. Równania balistyki wewnętrznej dla fazy przedwstępnej pirostatycznej / 136
6.2. Równania balistyki wewnętrznej dla fazy wstępnej pirostatycznej / 137
6.3. Równania balistyki wewnętrznej dla fazy pirodynamicznej (głównej) / 139
6.4. Równania balistyki wewnętrznej dla fazy adiabatycznego rozprężania GPS / 141

7. Rozwiązanie układów równań balistyki wewnętrznej faz zjawiska strzału w klasycznej broni lufowej / 144
7.1. Zarys metody całkowania numerycznego Rungego-Kutty czwartego rzędu / 144
7.2. Zarys działania programu BalWew-ZW / 151

8. Przykłady symulacji cyfrowych rozwiązań problemu głównego balistyki wewnętrznej (PGPW) klasycznych broni lufowych / 161
8.1. Symulacja rozwiązania problemu głównego balistyki wewnętrznej (PGBW) armaty 76 mm wzór 1936 / 161
8.2. Symulacja rozwiązania problemu głównego balistyki wewnętrznej (PGBW) armaty o kalibrze 75 mm / 172
8.3. Symulacja rozwiązania problemu głównego balistyki wewnętrznej (PGBW) karabinka kbk AK wzór 43 dla ziaren prochu w kształcie prostopadłościanu / 183
8.4. Symulacja rozwiązania problemu głównego balistyki wewnętrznej (PGBW) karabinka kbk AK wzór 43 dla ziaren prochu w kształcie rurki / 194

9. Metody analityczne, syntetyczne oraz empiryczne rozwiązania problemu głównego balistyki wewnętrznej (PGBW) klasycznej broni lufowej / 206
9.1. Metoda empiryczna Leduca / 206
9.2. Straty cieplne w bombie manometrycznej / 212

10. Tablice / 215

Alfabet grecki / 219
Wielokrotności i podwielokrotności jednostek miar / 219
Bibliografia / 220