Balistyka wewnętrzna klasycznych broni lufowych

Zbigniew Wrzesiński

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.

Balistyka wewnętrzna lufowych układów bezodrzutowych w ujęciu teorii bilansów

Zbigniew Wrzesiński

Współczesne pole walki wymaga od projektantów i wytwórców broni ciągłej modernizacji istniejącego sprzętu uzbrojenia, modernizacji zmierzającej w kierunku miniaturyzacji jego wymiarów a co za tym idzie zmniejszenia jego masy, jak również doskonalenia systemów automatycznego przechwytywania celu dla precyzji jego osiągania. Kierując się tymi przesłankami, w monografi i podjęto próbę stworzenia narzędzia analitycznego, umożliwiającego szybką cyfrową symulację rozwiązania problemu głównego balistyki wewnętrznej (PGBW) lufowych układów bezodrzutowych, służących jako urządzenia startowe dla przeciwpancernych pocisków rakietowych automatycznie przechwytujących cel. Symulacje cyfrowe balistyki wewnętrznej lufowych układów bezodrzutowych zastosowanych jako urządzenia startowe dla przeciwpancernych pocisków rakietowych stanowią podstawę dla poszukiwania optymalnego rozwiązania balistyki wewnętrznej z punktu widzenia dynamiki układu będącego zestawem „urządzenie startowe–rakieta przeciwpancerna–człowiek”. Osiągnięcie optymalnego rozwiązania PGBW dla tak postanowionej funkcji celu prowadzi do możliwości miniaturyzacji projektowanego sprzętu, a co się z tym wiąże – do zmniejszenia masy urządzenia startowego dla założonych maksymalnych wymagań taktycznych pola walki. Do opisu przyjętego modelu fi zycznego balistyki wewnętrznej konsekwentnie stosowano wyniki teorii bilansów wielkości ekstensywnych zaprezentowane w rozdziale pierwszym monografi i. Umożliwiło to precyzyjne opisanie modelu fi zycznego balistyki wewnętrznej lufowych układów bezodrzutowych. Znajomość rozwiązania problemu głównego balistyki wewnętrznej (PGBW) lufowych układów bezodrzutowych umożliwia obliczenie siły odrzutu i energii odrzutu działających na swobodny lufowy układ bezodrzutowy zastosowany jako urządzenie startowe dla rakietowych pocisków przeciwpancernych przechwytujących cel.

Niepewność pomiarów w laboratorium balistyki

Zbigniew Wrzesiński

W badaniach laboratoryjnych balistyki, narzędziem umożliwiającym obiektywne i prawdopodobne oszacowanie parametrów rozkładu wybranych cech elementów populacji, jest teoria niepewności pomiaru wykorzystująca elementarne prawa rachunku prawdopodobieństwa i statystyki matematycznej. Dlatego też w części początkowej pracy omówiono niezbędne wybrane wiadomości z rachunku prawdopodobieństwa i statystyki matematycznej, takie jak: zmienne losowe jednowymiarowe, zmienne losowe wielowymiarowe oraz parametry rozkładu badanej cechy elementów populacji, wartość oczekiwaną, estymację punktową i przedziałową oraz współczynnik korelacji liniowej Pearsona. Istotną częścią pracy jest omówienie rozkładów statystycznych. Rozkładem statystycznym który omówiono szczegółowo jest rozkład jednopunktowy. Postąpiono tak z tego względu, że rozkład ten jest podstawą do zdefiniowania rozkładów wielopunktowych będących w istocie złożeniem wielokrotnym rozkładu jednopunktowego. Rozkład jednopunktowy przedstawiono jako degenerację rozkładu ciągłego jednostajnego do punktu. Dalej dokonano złożenia rozkładu jednopunktowego w rozkład n-punktowy zwany inaczej rozkładem dwumianowym Bernoulliego. Przytoczono również twierdzenie Moivere’a-Laplace’a odnoszące się do rozkładu dwumianowego Bernoulliego które wskazuje, że w przejściu granicznym dla tego rozkładu zbiega się on do rozkładu normalnego Gaussa, który to rozkład znajduje zastosowanie w prawie wszystkich procesach zachodzących w przyrodzie i w wielu innych dziedzinach życia. Omówiono również rozkład chi-kwadrat i rozkład t-Studenta stosowany przy ocenie niepewności pomiaru dla oszacowania przedziału ufności i poziomu ufności znalezienia w nich parametru rozkładu średniej arytmetycznej zmiennej losowej populacji, jeżeli próba losowa nie przekracza trzydziestu pomiarów (n < 30). Omówiono również regresję liniową, która sprowadza zagadnienie współzależności zmiennych losowych do zależności funkcyjnej. Natomiast regresję nieliniową opisano jako ogólną procedurę służącą do dopasowania dowolnego rodzaju zależności między zmiennymi Y objaśnianą oraz X objaśniającą. Podano przykłady kilku funkcji nieliniowych, które po transformacji zmiennych losowych doprowadzono do modelu regresji liniowej. W pracy uwzględniono dokument Głównego Urzędu Miar zatytułowany „Wyrażanie niepewności pomiaru: Przewodnik”, wydany w 1999 roku. Na podstawie tego dokumentu określono niepewności standardowe typu A oraz typu B, niepewności wzorcowania dla podstawowych przyrządów stosowanych w laboratoriach, obliczanie niepewności standardowej dla wielkości złożonych, niepewność rozszerzoną oraz weryfikację hipotezy liniowości.

Termodynamika

Zbigniew Wrzesiński

Skrypt zawiera najważniejsze pojęcia oraz metody rachunkowe stosowane w termodynamice fenomenologicznej i statystycznej. Pomyślany został jako wprowadzenie do podstawowego wykładu termodynamiki, jednak może być traktowany jako zamknięta całość, gdyż większość zagadnień opracowana została od podstaw. W wybranych problemach stosowane są pojęcia oraz metody mechaniki statystycznej i kwantowej. Zamieszczony w podręczniku materiał zawiera podstawowy zbiór zagadnień i praw termodynamiki opisanych głównie z wykorzystaniem teorii bilansów, co spowodowało konsekwentne posługiwanie się pojęciem zasobu wielkości ekstensywnych i ich gęstości. Omówione zostały przede wszystkim te problemy, które znajdują praktyczne zastosowanie w termodynamice i technice. Pominięto zagadnienia wymagające zaawansowanej znajomości innych działów fizyki i matematyki. Umożliwia to korzystanie z podręcznika studentom z różnych wydziałów. Tekst uzupełniony nowymi zagadnieniami dotyczącymi zjawisk transportu energii oraz termodynamiki kwantowej.

Termodynamika odnawialnych źródeł energii

Zbigniew Wrzesiński

W opracowaniu przedstawiono teorie niezbędne do zrozumienia procesów termodynamicznych, leżące u podstaw wybranych technologii Odnawialnych Źródeł Energii. Omówione teorie dotyczą m.in.: rozkładów statystycznych, termodynamiki gazów kwantowych, struktury pasmowej ciała stałego, termodynamiki zjawisk kontaktowych, idei technologii bezemisyjnej synergii węglowo-jądrowej (BSWJ) oraz termodynamiki jednorodnego wysokotemperaturowego reaktora jądrowego IV generacji chłodzonego helem.

Termodynamika. Zbiór zagadnień i zadań z rozwiązaniami

Zbigniew Wrzesiński

Tekst wydania drugiego został poprawiony i przystosowany do wykorzystania przez studentów studiów inżynierskich, magisterskich i doktoranckich kierunku inżynieria mechaniczna na Wydziale Mechanicznym-Technologicznym Politechniki Warszawskiej. Autor ma nadzieję, że zaprezentowany w książce materiał może być także przydatny studentom i doktorantom innych uczelni akademickich i szkół wyższych do pogłębiania i utrwalania wiedzy z obszaru termodynamiki, w celu umożliwienia stosowania jej w tak zwanych zaawansowanych technologiach.