Перейти к содержанию

Оружейный опыт

Авторизация  
  • записей
    46
  • комментариев
    637
  • просмотров
    114 798

Авторы этого блога

Гидродинамические аспекты проектирования подводных ружей.

Авторизация  
admin

45 просмотров

Пригожаев А.К., Чалов С.А.

В статье изложены особенности устройства и использования подводных ружей. Поставлена и решена задача об определении параметров движения гарпуна, предcтавлены соответствующие дифференциальные уравнения и метод их решения. На основании результатов решения сформулированы основные направления совершенствования подводных ружей.

В настоящее время в России и за рубежом наблюдается рост интереса к такому виду отдыха, как подводная охота, где одним из необходимых элементов снаряжения подводного охотника является подводное ружье. Существует множество типов подводных ружей, но наибольшее распостранение получили ружья, выстреливающие гарпун посредством энергии, аккумулируемой пружиной, резиновым жгутом или сжатым воздухом. Использование сжатого воздуха имеет ряд преимуществ. Главным является то, что в этом случае можно добиться более эффективного использования аккумулируемой энергии за счет создания оптимального закона изменения разгоняющей гарпун силы, чем в случае применения пружины или резинового жгута. У ружей, разгоняющих гарпун с помощью резинового жгута или пружины зависимость разгоняющего усилия от пути гарпуна убывающая практически до нуля в конце пути разгона и близка к прямой. У пневматических подводных ружей эта зависимость убывает только до значения, на 8-10 % меньшего разгоняющего усилия в начале пробега и тоже близка к прямой.

Таким образом, наиболее эффективными являются пневматические подводные ружья, поскольку в этом случае при правильном подборе параметров удается передать гарпуну большую, чем у других типов ружей энергию при том же максимальном усилии зарядки. По этой причине в работе мы будем рассматривать пневматические подводные ружья.

Достижения современной гидроаэродинамики позволяют предсказать с достаточной точностью характеристики ружья на стадии проектирования, исследованию этого вопроса и описанию соответствующей методики проектирования пневматических подводных ружей посвящена работа [ 1 ] .Там подробно изложены правила определения оптимальных значений параметров практически всех конструктивных узлов ружья, но явно недостаточно освещен вопрос о влиянии параметров ружья и гарпуна на характеристики движения последнего при выстреле. Рассмотрение этого вопроса и является темой данной статьи.

Конструкция ружья выполняется такой, чтобы при разгоне траектория гарпуна была максимально близка к прямой, включающей ось его симметрии и поэтому при расчетах будем считать, что во время разгона он движется поступательно.


Рис.1 Вид гарпуна.

Гарпун представляет собой сильно удлиненное плохообтекаемое тело, форма которого очень близка к осесимметричной. На рис.1 показан общий вид гарпуна. В кормовой части гарпун имеет стабилизатор, к которому крепится соединяющий его с ружьем линь. Исходя из практики использования подводных ружей можно утверждать, что сила, разгоняющая гарпун при выстреле, в начальный момент времени Fo примерно в 50 - 100 раз превышает его силу тяжести в воде, а расстояние от ружья до цели S, при котором ее поражение реально, как правило, не превышает 4 м. Все вышеперечисленное позволяет сделать вывод о том, что можно принять следующие далее допущения. Первое о том, что гарпун движется по прямой, включающей ось его симметрии, а линь будем считать согласно второму допущению цилиндром, длина которого равна расстоянию от переднего среза ружья до стабилизатора гарпуна и ось этого цилиндра совпадает с осью симметрии гарпуна. Кроме того, поскольку масса линя во много раз меньше массы гарпуна будем считать ее нулевой. Исходя из практики использования подводных ружей следует рассматривать движение в безграничной жидкости.

Результаты исследований разгона гарпуна, приведенные в работе [1], позволяют предположить, что зависимость разгоняющей гарпун силы от его пути можно заменить наклонной прямой. Для проверки этого предположения фирмой ADV был проведено сравнение рассчитанных с учетом этого предположения и полученных с помощью подводной киносъемки параметров движения гарпуна при разгоне. При эксперименте перед выстрелом измерялись значения усилия зарядки при нескольких значениях перемещения гарпуна. Результаты эксперимента показаны на рис. 2. Сравнение экспериментальных и расчетных результатов позволяет говорить о правомочности замены зависимости разгоняющей силы от пути гарпуна наклонной прямой. По этой причине и принимая во внимание пренебрежение силой тяжести гарпуна, приведенные в работе [1] уравнения движения гарпуна при выстреле были несколько упрощены.

При движении гарпуна по инерции будем считать, что коэффициенты сопротивления гарпуна Сх и линя Схl равны соответствующим коэффициентам сопротивления гарпуна с линем, движущихся с постоянной скоростью, равной мгновенной скорости в этот момент времени, аналогично тому, как это принято в работе [2] для расчета выбега судна. Необходимо заметить, что длина линя при расчете коэффициента его сопротивления берётся равной мгновенной длине линя в данный момент времени.

Имеющаяся в книгах [3] и [4] информация позволяет сделать вывод о том, что постоянным Будет только коэффициент составляющей сопротивления формы Cv, а коэффициент составляющей трения Cf Будет зависеть от числа Рейнольдса, а следовательно и от скорости, согласно известной формуле Прандтля - Шлихтинга. С целью определения зна¬чения коэффициента составляющей сопротивления формы гарпуна были проведены его буксировочные испытания. Этот коэффициент определялся как разность Сх и Cf , вычисленного по формуле Прантля - Шлихтинга.

Введем координатную ось QX, направленную по оси симметрии гарпуна, за начало отсчета примем точку, в которой находится носик гарпуна до выстрела (рис.1).

Таким образом, уравнения движения гарпуна будут иметь вид:

 

 (1)

 

 (2)

 






при начальных условиях: 

где:

m - масса гарпуна,

l - длина пути разгона гарпуна (длина ствола ),

L - длина гарпуна,

D- диаметр гарпуна

E- p - плотность воды,

d - диаметр линя,

v - кинематическая вязкость воды.

- присоединенная масса гарпуна. Её можно определить на основании имеющейся в книге [5] информации.

- значение этого параметра; определяется на основании информации, опубликованной в работе [1].

Для решения уравнений 1 и 2 был разработан численный метод, основанный на предположении о том, что в течении любого малого проме¬жутка времени зависимость скорости гарпуна от времени можно заменить прямолинейным отрезком. На базе этого метода была создана программа для РС и с ее помощью выполнены расчеты зависимостей характеристик движения гарпуна при выстреле от его массы, геометрических параметров и усилия зарядки.

Из результатов этих расчетов наибольший интерес представляют зависимости кинетической энергии гарпуна и времени прохождения им интересующего участка пути от его параметров и усилия зарядки. На рис. 3 показаны зависимости кинетической энергии гарпуна от его перемещения при различных усилиях зарядки, а на рис. 4 аналогичные зависимости для гарпунов различных длин. Представленные на этих рисунках результаты позволяют сделать выводы о том, что кинетическая энергия гарпуна во всех точках пути практически прямо пропорциональна его длине и усилию зарядки. Время движения гарпуна весьма незначительно изменялось при изменении параметров ввода и во никогда не превышало 0.6 с, что позволяет не считать этот параметр определяющим при проектировании подводных ружей.

ЛИТЕРАТУРА.

1. Бегак М.В., Лобанов С.И. Проектирование пневма¬тических подводных ружей. Тезисы доклада кон¬ференции "Научно-технический прогресс в рыбной промышленности". Калининград, 1979.
2. Артюшков Л.С.,Ачкинадзе А.Ш.,Русецкий А.А. Судовые движители. Л. "Судостроение",1988.
3. К.К.Федяевский, Я.И.Войткуне кий, Ю. И. Фаддеев. Гидромеханика. Л. "Судостроение" , 1968 .
4. Справочник по теории корабля т.1.Под обшей ред. Войткунского Я.И. Л. "Судостроение",1985.
5. Короткий А. И. Присоединенные массы судна. Справочник. Л."Судостроение", 1986.


 

 

Рисунок 2. Сравнение расчетных и экспериментальных скорости движения гарпуна (вверху) и пути гарпуна (внизу).

 

 

Рисунок 3. Зависимость кинетической энергии гарпуна от пройденного пути при различных усилиях зарядки.

 

Рисунок 4. Зависимость кинетической энергии гарпуна от пройденного пути при различных длинах гарпуна.

 

Приложение.

 

 

Кинограмма разгона гарпуна.

Сергей Чалов,
Личная страничка http://armourer.sitecity.ru

Авторизация  


7 Комментариев


Рекомендуемые комментарии

Возникают три вопроса:
- рис.2 Если скорость гарпуна нарастает почти линейно, то почему путь гарпуна имеет такую сложную форму?
- рис.4 Гарпуны длиной 0,6 м, 0,95 м и 1,3 м имеют одинаковую массу?
- рис.3 При разгоне гарпуна, почему кривая графика вогнутая, а не как на рис.4 - выпуклая?
З повагою

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий
Уважаемый Сергій Кравченко, на рис. 2 кривые построены по измеренных с помощью киносъемки скорости и пути. Выпуклости и вогнутости получились из-за низкой точности. Главное в том, что качественные теденции совпадают.
Гарпуны имеоют разную массу. Они все стальные, массу определить несложно.
На рис. 3 показаны результаты для гарпуна длиной 0,95 м. Вогнутая форма кривой на рис.4 получена только для самого длинного гарпуна, там уже становится заметным влияние гидродинамического сопротивления.

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий
Шановний Сергей Чалов,
Я также использую кинокамеру для измерения скорости гарпуна, как Дапиран и Испанци,но весь "прикол" в том, що в кадре должна быть видна измерительная СЕТКА!
Начальную скорость гарпуна я измеряю с помощью привязанного к гарпуну тросика с дробинкой. Прибор для измерения скорости пуль. В конце дистанции стрельбы я фотографирую гарпун на фоне ЛИНЕЙКИ. Использую цифровую видеокамеру.
З повагою

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий
[quote name="Сергій Кравченко"]Шановний Сергей Чалов,
Я также использую кинокамеру для измерения скорости гарпуна, как Дапиран и Испанци,но весь "прикол" в том, що в кадре должна быть видна измерительная СЕТКА!
Начальную скорость гарпуна я измеряю с помощью привязанного к гарпуну тросика с дробинкой. Прибор для измерения скорости пуль. В конце дистанции стрельбы я фотографирую гарпун на фоне ЛИНЕЙКИ. Использую цифровую видеокамеру.
З повагою[/quote]
Уважаемый Сергій Кравченко, прошу Вас выслать мне описание прибора для измерения начальной скорости гарпуна. При использовании видеокамеры все изображение "поплыло". Пришлось снимать на пленку.

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий
Шановний Сергей Чалов,
Расстояние между двумя измерительными датчиками - 6 см.
Измерительные датчики - свето/фото диоды.
Индикация - цыфровая.
Минимальная скорость - 0,1 м/сек.
Максимальная скорость - 400,0 м/сек.
З повагою

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий
[quote name="Сергій Кравченко"]Шановний Сергей Чалов,
Расстояние между двумя измерительными датчиками - 6 см.
Измерительные датчики - свето/фото диоды.
Индикация - цыфровая.
Минимальная скорость - 0,1 м/сек.
Максимальная скорость - 400,0 м/сек.
З повагою[/quote]
СПАСИБО

Поделиться этим комментарием


Ссылка на комментарий
Гость
Добавить комментарий...

×   Вставлено с форматированием.   Вставить как обычный текст

  Разрешено использовать не более 75 эмодзи.

×   Ваша ссылка была автоматически встроена.   Отображать как обычную ссылку

×   Ваш предыдущий контент был восстановлен.   Очистить редактор

×   Вы не можете вставлять изображения напрямую. Загружайте или вставляйте изображения по ссылке.

Загрузка...


×
×
  • Создать...