Szczegóły ebooka

Balistyka wewnętrzna klasycznych broni lufowych

Balistyka wewnętrzna klasycznych broni lufowych

Zbigniew Wrzesiński

Ebook

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

Wielkości ekstensywne (WE) 15

Kryteria istnienia granicy pozornej 15

Gęstości zasobów wielkości substancjalnych (WS) oraz wielkości komponencjalnych (WK) 17

Prędkości substancjalna i komponencjalna 20

Wielkości intensywne (WI) 21

Pęd cieplny i energia kinetyczna zbioru cząsteczek substancji 21

Wielkości referencjalne 22

Obszary substancjalny, niesubstancjalny oraz komponencjalny 23

Zasady zapisu tensorów w symbolice kreskowej (metoda Gibbsa) 24

Różniczka i pochodna referencjalna wielkości polowej 25

Pochodna substancjalna i komponencjalna skalarnych i wektorowych wielkości polowych 29

Aksjomat bilansowy dla wielkości ekstensywnych (WE) 29

Bilans podstawowy dla wielkości ekstensywnych (WE) 30

Przekształcenie Leibnitza-Reynoldsa 32

Bilanse podstawowe ciągłej wielkości ekstensywnej 33

Referencjalny bilans objętościowej gęstości zasobu skalarnej wielkości ekstensywnej (WE) 35

Referencjalny bilans objętościowej gęstości zasobu wektorowej wielkości ekstensywnej (WE) 35

Referencjalny bilans objętościowej gęstości zasobu energii kinetycznej 36

2. Modelowanie matematyczne zjawisk fizycznych balistyki wewnętrznej 41

Referencjalny oraz substancjalny bilans objętościowej gęstości zasobu masy mieszaniny gazowo-prochowej (MGP) we współrzędnych Eulera 41

Metoda Lagrange’a opisu ruchu mieszaniny gazowo-prochowej (MGP) 42

Substancjalny bilans objętościowej gęstości zasobu masy MGP we współrzędnych Lagrange’a 46

Referencjalny oraz substancjalny bilans objętościowej gęstości zasobu pędu MGP we współrzędnych Eulera 48

Substancjalny bilans objętościowej gęstości zasobu pędu MGP we współrzędnych Lagrange’a 50

Referencjalne bilanse objętościowych gęstości zasobu energii wewnętrznej, kinetycznej oraz potencjalnej MGP we współrzędnych Eulera 50

Referencjalny oraz substancjalny bilans objętościowej gęstości zasobu energii łącznej MGP we współrzędnych Eulera 54

Substancjalny bilans objętościowej gęstości zasobu energii łącznej MGP we współrzędnych Lagrange’a 56

Zestawienie termodynamicznych substancjalnych równań bilansowych zasobu masy, pędu i energii łącznej MGP dla stanów nieustalonych we współrzędnych Eulera 56

Zestawienie termodynamicznych substancjalnych równań bilansowych zasobu masy, pędu i energii łącznej MGP dla stanów nieustalonych we współrzędnych Lagrange’a 57

3. Pirostatyka 58

Materiały miotające i ich właściwości 58

Cechy balistyczne i fizykochemiczne materiałów wybuchowych (MW) 62

Cechy fizykochemiczne gazowych produktów spalania (GPS) 63

Molowe i masowe współczynniki stechiometryczne materiałów wybuchowych (MW) i gazowych produktów spalania (GPS) 64

Równanie wybuchu 65

Wyznaczanie składu GPS dla MW zaliczanych do pierwszej grupy 66

Wyznaczenie masowej gęstości ilości ciepła wybuchu MW 71

Średnie ciepło właściwe i temperatura wybuchu gazowych produktów spalania (GPS) 72

Warunek zgodności temperatur wybuchu złożonej i obliczonej 72

Wyznaczanie składu GPS dla MW zaliczanych do drugiej grupy 73

Równanie Nobla-Abla 75

Rozwój ciśnienia w bombie manometrycznej w funkcji względnej masy spalonego ładunku MW 77

Zasada działania bomby manometrycznej 78

Geometryczne prawo spalania prochów bezdymnych 82

Charakterystyki kształtu dla funkcji względnej masy i względnej powierzchni spalonego Ziarna 86

Szybkość spalania materiałów wybuchowych (MW) 93

4. Pirodynamika 96

Balistyczny model lufowego układu miotającego 97

Fazy charakterystyczne zjawiska strzału w balistycznym modelu lufowego układu Miotającego 99

Bilans energii dla zjawiska strzału w układach lufowych 102

Rozkład prędkości i ciśnień mieszaniny gazowo-prochowej (MGP) w przestrzeni między dnem komory nabojowej a dnem pocisku w przewodzie lufy 105

Prace drugorzędne 114

Balistyczne równania bilansowe zasobu masy, pędu i energii łącznej MGP we współrzędnych Lagrange’a 121

5. Równania balistyki wewnętrznej klasycznych broni lufowych 126

Równanie szybkości przyrostu grubości spalonej warstwy prochu 126

Równanie szybkości kreacji objętości po spalanych ziarnach ładunku prochowego 127

Równanie szybkości kreacji względnej masy GPS prochu 127

Równanie szybkości kreacji względnej masy GPS zapłonnika 128

Równanie szybkości produkcji masy GPS 129

Równanie szybkości przyrostu prędkości pocisku w przewodzie lufy 130

Równanie szybkości przyrostu drogi dna pocisku w przewodzie lufy 130

Równanie szybkości zmian objętościowej gęstości zasobu masy MGP 131

Równanie szybkości zmian objętości swobodnej 131

Równanie szybkości zmian temperatury GPS 132

Równanie szybkości zmian ciśnienia całkowitego GPS 133

Równanie szybkości zmian objętościowej gęstości zasobu masy GPS 133

Równanie szybkości zmian ciśnienia dynamicznego MGP na dnie pocisku 134

Równanie szybkości zmian ciśnienia statycznego na dnie pocisku 134

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

Równania balistyki wewnętrznej dla fazy przedwstępnej pirostatycznej 136

Równania balistyki wewnętrznej dla fazy wstępnej pirostatycznej 137

Równania balistyki wewnętrznej dla fazy pirodynamicznej (głównej) 139

Równania balistyki wewnętrznej dla fazy adiabatycznego rozprężania GPS 141

Rozwiązanie układów równań balistyki wewnętrznej faz zjawiska strzału w klasycznej broni

lufowej 144

Zarys metody całkowania numerycznego Rungego-Kutty czwartego rzędu 144

Zarys działania programu BalWew-ZW 151

8. Przykłady symulacji cyfrowych rozwiązań problemu głównego balistyki wewnętrznej (PGPW) klasycznych broni lufowych 161

Symulacja rozwiązania problemu głównego balistyki wewnętrznej (PGBW) armaty 76 mm

wzór 1936 161

Symulacja rozwiązania problemu głównego balistyki wewnętrznej (PGBW) armaty

o kalibrze 75 mm 172

Symulacja rozwiązania problemu głównego balistyki wewnętrznej (PGBW) karabinka kbk AK wzór 43 dla ziaren prochu w kształcie prostopadłościanu 183

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

Metoda empiryczna Leduca 206

Straty cieplne w bombie manometrycznej 212

10. Tablice 215

Alfabet grecki 219

Wielokrotności i podwielokrotności jednostek miar 219

Bibliografia 220

  • Tytuł: Balistyka wewnętrzna klasycznych broni lufowych
  • Autor: Zbigniew Wrzesiński
  • ISBN: 978-83-7814-959-0, 9788378149590
  • Data wydania: 2020-08-27
  • Format: Ebook
  • Identyfikator pozycji: e_1qhs
  • Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej