Study on the effects of gun barrel vibrations on the firing angle of a projectile
The problem of longitudinal and transverse vibrations of an artillery gun barrel during firing is considered. Unsteady stress-strain equations for the gun barrel are solved together with equations of internal ballistics. Ballistic parameters and dynamics of the projectile motion inside a gun bore are determined using a thermodynamic approach. Formulation of the vibration problem accounts for the initial gravitational deflection of the barrel, mass forces, varying distribution of the propellant gas pressure, and the effect of moving projectile mass on gun barrel vibrations. To solve the equations for longitudinal and transverse gun barrel vibrations, difference schemes are obtained by integro-interpolation method. It has been revealed that the solution to the problem in a one-dimensional formulation is almost as accurate as the results obtained in a three-dimensional formulation. Moreover, the former case is significantly less time consuming. The decay time of the barrel longitudinal vibrations after shot is shown to be much less than the time between shots in the burst. Deviations of the transverse barrel vibrations from the initial firing angle are more significant, and the vibration decay time is longer than the time between shots, which affects the accuracy of single shots and the dispersion of shells in the burst mode. Thus, when firing from a 30 mm gun at the range of 1 km, lateral vibrations lead to a change in the height of target hit point by 8.7 m.
Keywords
internal ballistics,
gun barrel vibrations,
mathematical model,
computational algorithm,
firing angle,
gun elevation angleAuthors
| Lipanov Aleksey M. | Institute of Applied Mathematics named after M.V. Keldysh of the Russian Academy of Sciences; Kalashnikov Izhevsk State Technical University | aml35@yandex.ru |
| Rusyak Ivan G. | Kalashnikov Izhevsk State Technical University | primat@istu.ru |
| Sufiyanov Vadim G. | Kalashnikov Izhevsk State Technical University | vsufiy@mail.ru |
Всего: 3
References
Орлов Б.В., Ларман Э.К., Маликов В.Г. Устройство и проектирование стволов артиллерийских орудий. М.: Машиностроение, 1976. 432 с.
Дмитриевский А.А., Лысенко Л.Н. Внешняя баллистика. М.: Машиностроение, 2005. 608 с.
Серебряков М.Е. Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ракет. М.: Оборонгиз, 1962. 705 с.
Хоменко Ю.П., Ищенко А.Н., Касимов В.З. Математическое моделирование внутрибаллистических процессов в ствольных системах. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999. 256 с.
Гордон В.А., Семенова Г.А. Влияние радиальных осесимметричных колебаний ствола на начальные внешнебаллистические характеристики // Известия Орловского государственного технического университета. Серия: Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2008. № 4 (272). С. 3-7.
Игнатов А.В., Богомолов С.Н., Федянин Н.Д. Метод расчета свободных поперечных колебаний ствола автоматической пушки при заданном условии закрепления // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 11. Ч. 2. С. 70-77.
Артемова М.О., Скоробогатский В.Н., Федоров С.В. Колебания подвижного ствола и угол вылета пули при выстреле // Экстремальные состояния вещества. Детонация. Ударные волны: сборник Материалов международной конференции XIII Харитоновские тематические научные чтения. 2011. С. 540-549.
Маликов Н.Ш., Слуцкий В.Е. Пространственная модель исследования динамики взаимодействия в системе «орудие - ствол - выстрел» для решения задач точности стрельбы // Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева. 2014. № 5(107). С. 184-190.
Yang Z., Qizheng Z., Pengfei Y. Research on vibration characteristics of gun barrel based on contact model // AIP Conference Proceedings 1829. 2017. 020017. https://doi.org/10.1063/ 1.4979749.
Chaturvedi E. Numerical investigation of dynamic interaction with projectile and harmonic behaviour for T-finned machine gun barrels // Defence Technology. 2020. No. 16. P. 460469. https://doi.org/10.1016/j.dt.2019.07.018.
Eichhorst Ch., Minnicino M., Hopkins D., Drysdale W.H. Inclusion of Rifling and Variable Centerline in Gun Tubes for Enhanced Modeling of Launch Dynamics // Proceedings of 26th International Symposium on Ballistics. Miami, Florida USA, 12-16 September, 2011. P. 966-975.
Koc M.A, Esen I., Cay Y. Dynamic analysis of gun barrel vibrations due to effect of an unbalanced projectile considering 2-D transverse displacements of barrel tip using a 3-D element technique // Latin American Journal of Solids and Structures. 2018. V. 15. No. 9. https://doi.org/10.1590/1679-78254972.
Ahmed N., Brown R.D., Hetherington J.G. Modeling of dynamic interaction between gun system components during the recoil motion of the gun // International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference. 2009. P. 733-738. https://doi.org/10.1115/DETC2009-87292.
Stiavnicky M., Lisy P. Influence of barrel vibrations on the barrel muzzle position at the moment when the bullet exits // Advanced Military Technology. 2013. No. 8(Issue 1). P. 89-102. http://aimt.unob.cz/articles/13_01/13_01%20%288%29.pdf.
Azulayl I., Touatiz D., Manilovz B., Gur Y. Launch dynamics of the APAM-MP round // Proceedings of 26th International Symposium on Ballistics. Miami, Florida USA, 12-16 September, 2011. P. 956-965.
Keinanen H., Moilanen S., Tervokoski J., et al. Influence of rotating band construction on gun tube loading - Part I: Numerical approach // Journal of Pressure Vessel Technology. 2012. 134(4):041006. https://doi.org/10.1115/1.4006354.
Leonhardt D., Garnich M. A Finite Element Model to Predict the Influence of Asymmetries on Barrel Dynamics in Small Arms // Proceedings of 31st International Symposium on Ballistics, Hyderabad, India, 4-8 November 2019. DOI: 10.12783/ballistics2019/33139.
Тимошенко С.П. Прочность и колебания элементов конструкций. М.: Наука. 1975. 704 с.
Русяк И.Г., Липанов А.М., Ушаков В.М. Физические основы и газовая динамика горения порохов в артиллерийских системах. М.: Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2016. 456 с.
Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2011. 640 с.
Самарский А.А. Введение в теорию разностных схем. М.: Наука, 1971. 553 с.
Зенкевич О.С. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975. 541 с.
Мусхелишвили Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. М.: Наука, 1966. 708 с.
Суфиянов В.Г. Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния ствола при выстреле // Интеллектуальные системы в производстве. 2016. № 3. С. 13-17. http://dx.doi.org/10.22213/2410-9304-2016-3-13-17.
Королев С.А., Русяк И.Г., Суфиянов В.Г. Исследование влияния возмущающих факторов на траекторию движения снарядов и ракет при стрельбе с подвижного носителя // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. № 11-3. С. 23-33.
