автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Математическое моделирование баллистических процессов ствольных систем метания контейнеров с огнетушащими веществами

Потапенко Вячеслав Викторович

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ БАЛЛИСТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СТВОЛЬНЫХ СИСТЕМ МЕТАНИЯ КОНТЕЙНЕРОВ С ОГНЕТУШАЩИМИ ВЕЩЕСТВАМИ

05.13.18 - математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005046410

Санкт-Петербург - 2012

005046410

Работа выполнена в Санкт-Петербургском университете Государственной противопожарной службы МЧС России.

Научный руководитель

Сметанин Юрий Владимирович технических наук, профессор.

доктор

Официальные оппоненты

Таранцев Александр Алексеевич доктор технических наук, профессор, Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы МЧС России, профессор кафедры организации пожаротушения и проведения аварийно-спасательных работ;

Веригин Александр Николаевич доктор технических наук, профессор, Санкт-Петербургский государственный

технологический институт (технический университет), заведующий кафедрой машин и аппаратов химических производств.

Ведущая организация

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Балтийский

государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова»

Защита состоится «30» мая 2012 г. в 12 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 205.003.04 при Санкт-Петербургском университете ГПС МЧС России (196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, дом 149)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России (196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, д. 149).

Автореферат разослан <2$ » апреля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 205.003.04

доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность темы. В подразделениях пожарной охраны России пожарная техника эксплуатируется не всегда эффективно. Используемая в настоящее время наземная техника не решает вопросы доставки огнетушащих веществ (ОТВ) на расстояние более 100 м. Использование специальной авиации не всегда возможно ввиду больших финансовых затрат и зависимости от метеоусловий.

Существующие наземные технические средства предназначены только для доставки воды, водных растворов и пен на расстояние до 100 м, порошковых составов - до 70 м. Они имеют высокую стоимость и требуют больших материальных затрат на техническое обслуживание. Разработаны новые вещества и составы, огнетушащая способность, которых, по многим параметрам превосходит водные растворы и пены.

Часть исследований в настоящей работе выполнялись в соответствии с техническим заданием в рамках выполненной научно-исследовательской работы (НИР) «Выстрел». Результаты исследований позволяют сделать выводы, что создание принципиально новых технических средств и методов доставки па удаленное расстояние ОТВ при ликвидации сложных пожаров является актуальной задачей. Актуальность применения ствольных систем метания контейнеров особенно очевидна при тушении пожаров газовых и нефтяных фонтанов в заболоченной тундре, когда необходимо расчищать устья скважин и сбивать пламя ударной волной.

Цель работы - математическое моделирование баллистических процессов ствольных систем метания контейнеров, работающих по схеме с присоединенной камерой подгона.

Объект исследования - метод доставки контейнеров с ОТВ для целей пожаротушения с применением ствольных установок по схеме с присоединенной камерой подгона.

Предмет исследования - математическое моделирование особенностей баллистических процессов ствольных систем метания контейнеров с присоединенной камерой подгона.

Научная задача - разработать надежные методы моделирования процессов, протекающих при работе ствольных установок контейнерной доставки ОТВ по

схеме с присоединенной камерой подгона.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи диссертационного исследования:

1. Исследовать механику полета контейнеров доставки ОТВ на удаленные расстояния. Разработать основные положения внешней баллистики полета технологического контейнера. Разработать прикладную программу для ПЭВМ по расчету траектории полета контейнера в воздушном пространстве.

2. Разработать метод доставки ОТВ в контейнерах с применением установок, работающих по схеме с присоединенной камерой подгона.

3. Исследовать двухфазную двухскоростную математическую модель эстафетной схемы выстрела ствольной установки контейнерами с присоединенной камерой подгона.

4. Выполнить анализ баллистической эффективности установок для метания контейнеров с камерами подгона калибров 30, 100, 125 мм при различных условиях заряжания.

Научная новизна работы.

1. Обоснованы новые дополнения в основные положения теории внешней баллистики применительно к расчёту траектории полёта технологического контейнера и разработана соответствующая прикладная программа для ПЭВМ.

2. Впервые предложен и научно-обоснован метод доставки ОТВ в контейнерах с применением ствольных установок, работающих по схеме с присоединенной камерой подгона.

3. Разработаны основные принципы построения двухфазной двухскоростной математической модели эстафетной схемы выстрела и механизма задержки зажигания дополнительного заряда.

4. Впервые полученные численные результаты исследований баллистики стволовых систем калибра 30, 100, 125 мм для метания контейнеров являются оригинальными справочными материалами.

На защиту выносятся: — математическая модель внешней баллистики технологического контейнера; прикладная программа для ПЭВМ по расчету траектории полета контейнера в воздушном пространстве;

-математические модели: эстафетной схемы выстрела (внутренней баллистики) ствольных установок контейнерами с присоединенной камерой подгона; газодинамического устройства воспламенения, с помощью которого обеспечивается необходимая задержка зажигания дополнительного заряда;

—результаты анализа баллистической эффективности ствольных установок для метания контейнеров с камерами подгона калибров 30, 100, 125 мм при различных условиях заряжания.

Методы исследований. Теоретические и экспериментальные исследования выполнены с использованием; методов анализа и синтеза технических систем; математического моделирования физических процессов с использованием пакетов MathCad, Excel, Turbo-Pascal; методов расчета полета тел; методов газодинамического моделирования; экспериментальных модельных исследований механики полета контейнеров. Работа включает в себя теоретические исследования на основе теорий внешней баллистики, движения частиц в газах, внутренней баллистики и планирования эксперимента.

Достоверность результатов работы. Исследования полета контейнеров подтверждаются теоретическими и экспериментальными исследованиями внешней баллистики при метании контейнеров на удаленные расстояния. Достоверность результатов исследований эффективности метания контейнера с камерой подгона подтверждается проведением экспериментальных исследований. При сопоставлении аналитических расчетных данных и результатов экспериментов относительная погрешность составила не более 12%.

Практическая ценность работы состоит в том, что основные положения, изложенные в диссертации, могут быть использованы подразделениями пожарной охраны для локализации и ликвидации сложных пожаров с применением ствольных установок по схеме с присоединенной камерой, в условиях, когда применение другой техники не представляется возможным. Разработана математическая модель внешней баллистики полета контейнера и программа для ПЭВМ, которые позволяют проводить расчеты для определения траектории и дальности полета контейнеров с ОТВ.

Реализация и внедрение результатов работы.

Разработаны и предложены рекомендации по применению ствольных

установок пожаротушения по схеме с присоединенной камерой на объектах Министерства обороны РФ.

Материалы диссертации использованы в учебном процессе Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России и Санкт-Петербургского филиала Военной академии тыла и транспорта имени генерала армии A.B. Хрулева на кафедре «Пожарная безопасность», а также в научно-исследовательской деятельности и учебном процессе Санкт-Петербургского Государственного технологического института

(технологического университета).

Апробация работы. Основные положения диссертационного исследования обсуждались на следующих международных и всероссийских научно-практических конференциях: Ш Научно-практической конференции «Развитие ВУЗА через развитие науки» - ТфВИТУ, 2005 г.; II Международной научно-практической конференции «Развитие ВУЗа через развитие науки» - ТфВИТУ, 2005 г.; Всероссийской научной конференции «Современная баллистика и смежные вопросы механики» - Томский ГУ, 2009 г.; Международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» - СГАУ, 2009, 2011 гг.; XXIII международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы пожарной безопасности» -Москва, ВВЦ, 2011 г.; Межрегиональной выставке «Охрана труда. Пожарная безопасность - 2011» - СПб, РВК «Стачек 47», 2011 г.; XV Всероссийской научно-практической конференции «Технические средства противодействия терроризму» - РАРАН, 2012 г.

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 9 печатных статей, в том числе 5 - в журналах, рекомендуемых ВАК; подготовлен отчет по НИР.

Объем и структура диссертации. Материал диссертации изложен на 154 страницах машинописного текста и содержит 13 таблиц, 53 рисунка, список литературы из 128 наименований. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, 5-ти приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы,

сформулированы цель и задачи, отражена научная новизна и практическая значимость проводимых исследований, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Анализ технических средств и методов пожаротушения» проведен сравнительный анализ процессов, присущих известным методам доставки ОТВ к месту пожаротушения, выявлены положительные характеристики данных технических средств и определены недостатки, влияющие на эффективность их работы.

Определено, что по технико-эксплуатационным параметрам ствольные установки по схеме с присоединенной камерой значительно превосходят существующие технические средства доставки ОТВ, которые реализуют различные способы пожаротушения.

Подход к практическому применению предлагаемого метода потребовал постановки ряда конкретных задач в области внешней и внутренней баллистики метания контейнеров.

Во второй главе «Моделирование механики полета технологических контейнеров» исследованы и определены основные тактико-технические параметры к конструкции контейнера, обеспечивающих его стабилизированное движение при полете. Определено, что для обеспечения устойчивого движения контейнера, ему необходимо придать вращательное движение относительно продольной оси.

Для быстровращающегося контейнера можно принять, что его кинетический момент совпадает с продольной осью и направлен в сторону её вершины при правом вращении (по часовой стрелке, если смотреть с донной части) и в сторону донной части - при левом вращении. Этот кинетический момент «держит» контейнер на траектории, не давая ему принимать хаотические формы движения (например, «опрокидываться»).

Учитывая сопротивление воздуха „ , „

Рисунок 1 - Влияние внешних действующих

при движении контейнера, берем во сил на контейнер во время полета:

Р - сила давления воздуха; // - сила трения внимание возникающие силы давления воздуха.

Р —V

ах> —о

7« р

Р и трения ¡і, противодействующие его движению (рис.1). Суммируя действующие силы, получаем результирующую аэродинамическую силу сопротивления воздуха Я.

Расчеты траектории полета контейнеров основаны на теории полета твердых тел в однородном поле тяжести при наличии силы сопротивления воздуха. В результате формулировки задачи о движении контейнера в воздушном пространстве были определены силы, действующие на контейнер при полете в воздушном пространстве (рис. 2).

Рисунок 2 - Силы, действующие на контейнер при полете в воздушной среде: й- равнодействующая сила лобового сопротивления; Их - горизонтальная составляющая й; Иу -вертикальная составляющая /?; Иг - боковая составляющая й; М- опрокидывающий момент, создаваемый Я; а/ — ускорение (замедление), создаваемое силой лобового сопротивления, их— вектор скорости, в - угол метания; ОК - ось контейнера; ЦМ - центр масс; ЦД - центр давлений.

В процессе полета положение продольной оси Ок - Ок контейнера меняется и не имеет постоянного совпадения с направлением вектора скорости V полета контейнера, периодически отклоняясь от направления V .

Вследствие этого результирующая сила И не совпадает ни с осью контейнера, ни с направлением скорости его полета. Поэтому силу И принимаем как сумму трех составляющих сил: силы лобового сопротивления Кх, подъемной силы /?,., перпендикулярной Ях и лежащей в вертикальной плоскости; боковой силы перпендикулярной первым двум. Уравнение, описывающее зависимость изменения координаты х от времени с учетом силы лобового сопротивления имеет вид:

сіх _

— = у0 -СО50о -е , (1)

ах

где: х - расстояние, пройденное контейнером относительно оси х, м; у0 -начальная скорость метания контейнера, м-с"1; С - коэффициент силы лобового

сопротивления; 0О - угол метания, град; т - время полета контейнера, с; /и - масса контейнера, кг.

Решая (1), получим функцию дальности полета контейнера от времени с учетом силы лобового сопротивления:

= сс«©„-| 1-е

+ Х„:

(2)

где: х0 - начальное положение контейнера относительно оси х.

В вертикальной плоскости на контейнер действует сила лобового сопротивления и сила тяжести. При начальном условии Т0 = 0 получим следующее дифференциальное уравнение, описывающее зависимость изменения координаты у от времени с учетом силы лобового сопротивления и силы тяжести:

4- т-е

йу _т-<іі~ С

1 +

т-я

(3)

где: у - высота полета контейнера относительно оси у, м; §=9,81 м-с - ускорение свободного падения.

Решая (3) получим функцию зависимости координаты у от времени с учетом силы лобового сопротивления и силы тяжести:

у(т) =

с-

1 + -

- • V „• 5Ш0„

• 1-е-

т' Я С

"Х + Уо'

(4)

где уо - начальное положение контейнера относительно оси_к, м.

Для эффективного использования математической модели необходимо знать точные параметры метаемого контейнера. Учитывая то, что контейнеры должны иметь цилиндрическую форму, но могут значительно отличаться внутренней конструкцией, толщиной оболочки контейнера, предложим математическую модель формы контейнера и конфигурацию (форму) его оболочки.

Форма капсулы контейнера (рис. 3) конструктивно определяется телом вращения вокруг оси /,

ш

ограниченным функцией /¡(1), где I

- ось абсцисс. Внутренняя поверхность капсулы выражается уравнением /2(1)=А(1)- 5(1), где/2(7)

— функция, характеризующая форму внутренней образующей

Г(1)

I

л

Я1)

Рисунок 3 - Функциональная схема формы контейнера.

капсулы; ¿("/.(-функция, характеризующая изменение толщины оболочки капсулы.

При условии одинаковой толщины стенок капсулы по всей длине, граничными условиями 1ц (линия, ограничивающая коническую часть) и 1К (линия, ограничивающая цилиндрическую часть) форма контейнера может быть выражена системой уравнений:

/2(/)=1ё(ог)-/ при 0 <1<1РВ

/(0 =

/.(/) = у при lPB<l<lK

/4(0 = tg(«r) /з(0=~S

І —

2-5

sin(or)

при 0 <l<lP

(5)

при lPM <l<lK

где: О - наружный диаметр контейнера, м;

а - угол наклона конической части контейнера относительно оси /, град; 5 - толщина оболочки капсулы, м;

1рв- Ьм - соответственно координаты ординат точек пересечения внешней и внутренней образующей контейнера.

Произведя необходимые вычисления, получим выражение, позволяющее рассчитать объем оболочки контейнера:

V„„

tg(0t)2

(ctg(ccMy-5))3-

2-5 V sin(a) І

(6)

Масса оболочки контейнера равна Мов = VOB ■ род, где: ров - плотность материала, из которого изготовлена оболочка капсулы, кг /м"3.

На основании механики действия сил произведены расчеты наиболее оптимальных параметров контейнеров, необходимых для устойчивого движения: при диаметре 30 мм длина должна быть от 110 до 125 мм, масса контейнера -ш=0,100-0,110 кг; при диаметре 100 мм длина должна быть от 300 до 350 мм, масса контейнера - т=4,700 кг; при диаметре 125 мм длина должна быть от 450 до 500 мм, масса контейнера - ш=8,100-15,00 кг

На основе расчетной формулы (4) разработаны алгоритм программы расчета траектории полета контейнера и прикладные программы в средах программного

обеспечения MathCAD, Excel, Turbo-Pascal, позволяющие производить с помощью ПЭВМ моделирование траектории полета контейнера в воздушном пространстве (рис.4). Выявлено, что наиболее широкими возможностями обладает программа, разработанная в системе MathCAD. Она позволяет моделировать метод метания и наглядно отображать процесс программирования и результаты расчетов.

С

Начало

Ввод исходных данных: Уо - начальная скорость метания контейнера, м -с'1; &о-угол метания, град;

С - коэффициент силы лобового сопротивления; т - масса контейнера, кг;

х0; у о -начальные координаты центра тяжести ТК, м; Ун - высота установки среза ствола, относительно уровня земли, м;

сіт- минимальный расчетный временной промежуток

Расчет пути пройденного контейнером за элементарный промежуток времени (координата д:) по формуле: = ^ • К ■ СО50О ■ - е^ ^ + д:„

Расчет высоты полета контейнера (координата .у) в /-й момент времени по формуле:

Сравнение высоты полета контейнера с высотой расположения точки попадания

УГ<У0+УН

Построение графика траектории полета контейнера

Конец

Рисунок 4 - Алгоритм программы по расчету траектории полета контейнера в воздухе.

В третьей главе «Моделирование работы установки для метания контейнеров с камерами подгона» разработаны математические модели

эстафетной схемы выстрела (внутренняя баллистика) и приведены результаты баллистической эффективности ствольных установок при различных условиях заряжания.

Схема метания с присоединённой камерой подгона (ПКП), представлена на рис. 5. В работе рассматривается возможность увеличения начальной скорости метаемого элемента для установки с использованием присоединённой камеры подгона при неизменном максимальном давлении на дно закрытого торца цилиндрического канала (по сравнению с классической схемой метания).

3 4

- 1- - --- • —-н-— —

0 / &

Х„ X" х" X, X, X, х„

Рис. 5. Схема метания с присоединённой камерой подгона:

I - область основного заряда; II - область присоединенной камеры подгона 3 - поршень контейнера; 4 - метаемый элемент

.В этом случае движение метаемого элемента по цилиндрическому каналу происходит под действием газов, образующихся при последовательном сгорании порохового заряда в двух областях.

По схеме с присоединенной камерой подгона между последовательными частями зарядов помещается поршень. Поршень совершает движение по цилиндрическому каналу под действием давления газов, образующихся в результате сгорания основного заряда. В начальный момент времени в движение приходит вся сборка, состоящая из присоединенной камеры подгона (поршень + заряд в соответствующей области) и метаемого элемента.

Через время задержки зажигания г3 воспламеняется заряд в присоединённой камере подгона, в результате давление повышается и в момент, когда сила сопротивления становится больше силы, ускоряющей сборку, последняя разделяется: метаемый элемент отделяется и далее движется вперед самостоятельно, а поршень притормаживается. За счет работы присоединенного заряда происходит перераспределение энергии: часть энергии идет на дополнительное ускорение, вследствие, которого, достигается увеличение

скорости метаемого элемента (по сравнению с системами классического метания).

Для синхронизации времени воспламенения дополнительного заряда, предложено снабдить поршень перфорированной трубкой (рис.6). Пороховые газы основного заряда, перетекая через отверстие в поршне контейнера, попадают в перфорированную трубку, истекая затем в область дополнительного заряда, они обеспечивают прогрев и инициирование заряда с некоторой задержкой.

II

Рисунок 6 - Схема устройства задержки зажигания дополнительного заряда (камеры подгона):

0-основной заряд; 1-дополнительный заряд; 2-отверстия с мембраной; 3-поршень;

4-метаемый элемент; 5-перфорированная трубка.

При истечении газа из камеры в отверстие, скорость потока газов на скачке сечения увеличивается. На участке 1-1 и 2-2 происходит резкое увеличение площади проходного сечения, при этом статическое давление увеличивается, а движение газа у стенки уступа будет вихревым. Было проведено исследование влияния разбросов площадей отверстий, как в поршне, так и перфорированной трубке на время задержки зажигания. При номинальном значении параметров узла воспламенения, а также при увеличении и уменьшении площади отверстий перфорированной трубки на 5 %. Отклонение времени задержки зажигания в этом случае от номинального не превышает 2,2%.

Математическое моделирование схемы с присоединённой камерой подгона основано на подходе с позиций механики гетерогенных сред, модифицированном для внутренней баллистики ствольных систем, и проводится при следующих основных допущениях:

— движение камеры подгона (поршень + присоединённый заряд) и метаемого элемента начинается при достижении давления форсирования;

— горение частиц пороха происходит со скоростью, увеличивающейся в геометрической прогрессии;

— вязкость и теплопроводность учитываются при взаимодействии фаз;

0 3 1 2 5 4

— до момента разделения сборки частицы присоединённого заряда неподвижны относительно сборки;

- при движении элементов схемы метания (сборок, поршней и метаемого элемента) не учитываются трение и сопротивление воздуха в стволе;

— присоединённый заряд воспламеняется мгновенно по истечении времени задержки зажигания;

- после воспламенения присоединённого заряда перетоки газов между областями I и II отсутствуют.

Система уравнений для I области, записывается в инерциальной системе координат (0, х), области II - в неинерциальной системе координат (0', х"), связанной с поршнем (рис. 5). Далее приводится система уравнений, которая при N=0 описывает процессы в области I, а при N=1 и замене переменных и параметров на переменные и параметры со штрихом «'» (и=и') описывает процессы в области присоединенного заряда (области II) после воспламенения всего присоединенного заряда.

Уравнение неразрывности для газа

^-(р^ф)+^-(р«5ф) = М; (7)

01 ах

Уравнение движения газа

^-(ряфн) + ^-(р5ф!<2 +ртф) = ДЛо-тТр + р^—Ы(8) а! дх дх Л

Уравнение изменения энергии газа

1(Р5ф£) + |-(5ф„(РЯ+Р)) = -р^№_ +

от дх дх ^ 2 ) А

Уравнение неразрывности для пороховых частиц

(р2 (1 - <р)5) + (р2 (1 - Ф)5ш) = -м; (10)

д! дх

Уравнение движения пороховых частиц |-(Р2(1-ф)5а)) + ^-(Р2(1-ф)5ю2) + (1-ф)5^ = х7.р-Л/ю-^Р2(1-ф)5-^-; (11)

от дх дх Л

Уравнение горения

Принятые обозначения

2

Е = £ + ——; ф = 1 — пЛ0 (1 — ф(г)). 4/(z) = K,z(l + X1z).

2

и

М = SnS02p2G(z)alp ;

(14)

o(z) = l + 2^,z

1

-со|5„ -¥(г))2'3;

-+ 0.48;

Сх = Re

0.1,

0 < Re < 3 10 5;

Re > 3•10 5;

р|и - со\<Pt]S02 И

где: t - время; х - координата; Р - давление; р - плотность газа; f>i - плотность вещества заряда; Т — температура; Т0 — температура продуктов горения заряда, и -скорость газа; со — скорость частиц; ф - пористость; Е,е - полная и внутренняя энергия единицы объёма газа; S — площадь поперечного сечения канала; z -относительная толщина сгоревшего свода; М — скорость массоприхода от горения заряда; хТР- сила взаимодействия между фазами; N - признак системы координат; dun/dt - ускорение поршня; Q - тепловой эффект горения заряда; R -универсальная газовая постоянная; а - коволюм; aj - коэффициент в законе скорости горения; еь-толщина горящего свода зерна заряда; п - концентрация; Л0 — начальный объём частиц заряда; Ч'(г) - относительный сгоревший объём частиц заряда; кь X, - коэффициенты формы частиц заряда; S02 — начальная площадь частиц заряда; a(z) — относительная горящая поверхность частицы заряда; Сх — коэффициент сопротивления; d0p - диаметр шара эквивалентного по объёму частице заряда; Re - число Рейнольдса; (1 - вязкость газа.

Начальные условия в области I:

Т(х,0)=То; Р(х,0)=Рф; и(дг,0)=со(х,0)=0; ф(х,0)=ф„;

1/Д — 1/р 2ш

\t/ =-i-i-- 7 =-——; а =

Начальные условия в области II:

Т' (*'Дз)=Тс'; Р' (х', 13)=Рф'; и' (X, 13)=С0' (х, 13)=0; ф' (х, Ы=Ф„;

' 1 / А' -1 / р; ' 2\|/ ' I „ X 1т, ' (16)

^-т + а--г к,(1 + о„) ^ к,

Р. Р,

где: Д - плотность заряжания; / - сила заряда; Рф - давление форсирования. Индексы: н - означает начальные значения переменных и параметров; в -относится к газу.

Граничные условия:

и(Од) = £0(0,0 = 0; и(хпД) = ип; и'(0,0 = О)'(0д) = 0; и'(х'5Д) = и'5. (17) где: хп - координата положения левой границы поршня; дг8 - координата положения дна метаемого элемента; ип - скорость поршня; ы8 - скорость метаемого элемента. Индексы: П- означает, что параметры относятся к поршню; Б- к метаемому элементу.

Значения переменных Хп, х'5, ип, и'$ определяются интегрированием уравнения движения сборки, а после её разделения - уравнений движения поршня и метаемого элемента.

где: Р1 - давление на поршень слева; Р2 - давление на поршень справа; Р3 -давление на дно метаемого элемента; тсб - масса сборки; тп - масса поршня и осевших на него частиц; - масса метаемого элемента; /к - момент разделения сборки.

Момент разделения сборки гя определяется из условия разделения:

Рз>—(Л-^2). (20)

Яп

Начальные условия во второй области для системы уравнений (7) - (13) с замыкающими соотношениями (14) определяются в момент достижения времени задержки зажигания присоединённого заряда 13 для параметров этого заряда и давления форсирования Рф2.

Система уравнений (7) - (19) решается численно методом С.К. Годунова, где потоки массы, импульса и энергии в уравнениях (7) - (9) определяются из

решения задачи распада произвольного разрыва параметров газа на скачке площади сечения. В уравнениях (10) - (11) потоки массы и импульса находятся из решения задачи распада произвольного разрыва для среды, не имеющей «собственного» давления. Уравнение (12) решается методом, аппроксимирующим конвективный член разностями против потока. Уравнения (18) - (19) решаются методом Эйлера, где давления Р\,Рг, Ръ определяются из решения задачи распада произвольного разрыва параметров газа на неподвижной непроницаемой поверхности. Области I и II покрываются разностной сеткой с шагами И и И' соответственно.

На рис. 7 представлена баллистика системы калибра 30 мм, при = 140 г,

Рисунок 7 - Динамика изменения характерных параметров при ВЭС:

1 - давление на дно канала ствола, 2 - давление на поршень слева, 3 - давление на дно снаряда, 4 -давление на поршень справа, 5 - скорость снаряда, 6 - скорость поршня.

___- Л' = 1,10 кГ/дм3, Х,ом = 0,95 м.

--Д' = 0,72 кГ/дм3, Х|См = 0,5 м; ......... - Д' = 0,96 кГ/дм3, Хю„ = 0,9 м.

После воспламенения основного заряда и достижения давления форсирования, сборка поршень <-> дополнительный заряд «-► метаемый элемент ускоряется. После прохождения сборкой некоторого расстояния воспламеняется дополнительный заряд. В процессе движения сборки по каналу ствола давление в области II растет и при выполнении условия (20) происходит разделение сборки.

Рост давления в области II продолжается, поршень немного тормозится, а снаряд ускоряется; достигнув максимума, давление в области II начинает падать, при этом, давление на поршень справа становится ниже давления на поршень слева и поршень снова начинает ускоряться (функция 6).

Во время торможения поршня, после разделения сборки, происходит возрастание давления на поршень слева, которое препятствует дальнейшему падению его скорости. В зависимости от координаты воспламенения дополнительного заряда разделение сборки происходит при различных давлениях и, как следствие, при одинаковых условиях заряжания в области II в ней достигается различный уровень максимального давления. Однако для данной установки с выбранными условиями заряжания давление на дно сборки в районе его максимума меняется достаточно плавно (рис. 7, функция 3), поэтому в достаточно большом интервале по Х1?Г1 условия разделения незначительно отличаются по давлению.

На рис. 8 представлена зависимость дульной скорости от координаты воспламенения дополнительного заряда. В начале при увеличении Уд растет, что обусловлено тем, что метаемый элемент в составе сборки получает большую скорость, а затем происходит дополнительное ускорение метаемого элемента за счет горения дополнительного заряда. Установлено, что дульная скорость зависит от условий заряжания в области II, массы поршня и метаемого элемента.

Рисунок 8 - Зависимость конечной скорости от параметра Д': 1 - Л'= 0,72 кГ/дм3, 2 - Л'= 0,96 кГ/дм3. Исследование баллистической эффективности СПК проводилось для

установок калибра 30, 100, 125 мм с различными условиями заряжания и ограничениями на максимальное давление в стволе и камере.

В таблице 1, приведены результаты исследований для систем калибра 30мм. При фиксированной массе всего заряда для системы калибра 30 мм использование ВЭС дает прирост дульной скорости снаряда на 15,6% (строки 17 и 2 табл. 1). При увеличении массы поршня до 50 г V¿, увеличивается (строка 18), а при дальнейшем ее увеличении начинает падать. При увеличении массы а>2 за счет уменьшения qп при о>2 + (/п =сотг скорость сначала возрастает, а затем начинает падать (строки 19, 20 в табл. 1).

Таблица 1 - Баллистика системы калибра 30 мм ВЭС при различных условиях заряжания, qs =100 г.

№ п/п Шъ г 0)2, Г qп, г А', кг/дм3 Xign, м Р'гпах, МП а Р"тах, МПа Уд, м/с

1 170 - - - - 288,2 - 1666

2 170 - - - - 274 - 1608

3 140 30 29 0.72 0.5 272.5 143 1714

4 140 30 29 0.96 0.9 272.5 185 1695

5 140 30 29 1.1 0.95 272.5 269 1727

6 140 30 50 0.72 0.5 309.7 150.9 1759

7 140 30 50 0.96 0.65 309.7 235 1779

8 150 20 15 0.74 0.3 272.5 113 1618

9 135 35 30 0.84 0.7 241 173 1697

10 135 35 35 0.84 0.65 253.7 185.7 1734

11 135 35 40 0.84 0.65 267 192 1759

12 135 35 45 0.84 0.65 281.2 194.5 1766

13 135 35 55 0.84 0.65 285.9 201.8 1764

14 140 50 30 0.96 0.65 309.7 266.8 1921

15 140 70 10 0.96 0.65 309.7 2473 1949

16 140 79 10 0.96 0.65 309.7 210.6 1931

17 140 30(ВТ) 30 0.72 0.65 276 224 1859

18 140 30(ВТ) 50 0.8 0.7 309.7 312 2006

19 140 40(ВТ) 40 0.7 0.7 309.7 394.7 2108

20 140 45 (ВТ) 35 0.75 0.9 309.7 310.8 2042

В таблице 2, приведены результаты исследований для систем калибра 100

мм, здесь максимальные безразмерные давления на дно закрытого торца цилиндрического канала Я'шах; в области II - Рптах; на дно метаемого элемента - />этах; конечные импульсы зарядов в области I - 1к и в области II - Гк; время задержки зажигания - 1з для нескольких расчётных вариантов схемы с присоединённой камерой подгона, при различных значениях масс основного заряда СО) и масс присоединённого заряда Юг.

Таблица 2 - Баллистика системы калибра 100 мм ВЭС при различных условиях

заряжания, qs =4,700 кг.

№ 0)1, «»2, ч PVIAX pH г МАХ рЭщах 1к, 1'к, Уд

п/п кг КГ MC б/р б/р б/р МПа-с МПас б/р

1 6,5 0,8 6,552 0,5934 0,5904 0,5813 1,02113 0,19426 1,657

2 6,5 0,9 6,553 0,5946 0,5910 0,5788 1,02546 0,23000 1,677

3 6,5 1,0 6,554 0,5936 0,5896 0,5851 1,03129 0,26888 1,690

4 6,5 1,1 6,578 0,5933 0,6009 0,5904 1,03645 0,30927 1,698

5 6,5 1,2 6,579 0,5929 0,5831 0,5754 1,04167 0,36019 1,691

6 7,0 1Д 6,504 0,5944 0,5924 0,5836 1,14897 0,32842 1,718

7 6,5 — — 0,5916 — 0,3076 0,95030 — 1,610

8 7,0 — — 0,5939 — 0,3004 0,99044 — 1,631

Примечание: б/р - означает, что параметры приведены в безразмерном виде.

Используя СПК системы калибра 100 мм, можно повысить дульную скорость снаряда на 6,63 % по сравнению с С0]=7 кг (строки 6,8, табл.2), а по сравнению с cö!=6.5 кг - на 5,46 % (строки 4,7, табл.2) классического выстрела при одинаковом максимальном давлении на дно канала ствола (415 МПа) и максимальном давлении в области II не выше максимального давления на дно канала ствола.

Наибольший интерес представляют исследования с применением СПК калибра 125мм и массой контейнера qs=8,l4-15,00 кг. Результаты исследований представлены в таблице 3. Возможность применения СПК для метания тяжелых контейнеров с массой до 15 кг оценивалась расчетами для установки калибра 125 мм с объёмом камеры 18,96 дм , Ьд = 7,5 м, Д = 851,8 кг/ м3, Д' = 823,0 кг/ м3,

Рф=30 МПа.

Таблица 3 - Баллистика системы калибра 125 мм ВЭС при различных условиях заряжания, qs =8,100 -И5,00 кг.

№ п/п «Ol, кг (Ol, кг qn, кг qs, кг Ртах, МПа Р"тах, МПа Ртах, МПа äsnjS t3, MC Уд, м/с

1 11,76 3,0 2,0 8,1 644,0 711,0 684,0 2,800 5,148 2009

2 11,76 3,0 2,0 8,1 644,0 679,0 658,0 2,800 5,148 1991

3 11,76 - - 8,1 647,0 - - - 1878

4 16,15 7,4 4,0 15,0 700,0 700,0 644,0 1,500 4,49 1795

5 16,15 7,4 4,0 15,0 700,0 762,0 700,0 1,500 4,49 1881

6 16,15 - - 15,0 698,0 - - - 1721

Из результатов расчета (см табл.3.) видно, что при ограничении давления в

стволе и на дне канала значением 700 МПа, расчетная скорость метания снаряда qs=15 кг составляет 1795 м/с (строка 4, табл.3). При ограничении максимального давления на снаряде значением 700 МПа расчетная скорость достигает значения 1881 м/с, а максимальное давление во II области равняется 762 МПа (строка 5, табл.3).

Реализация схемы с присоединённой камерой подгона на модельных установках калибра 30, 100, 125 мм позволит повысить начальные скорости метаемых контейнеров примерно на 7% при неизменных максимальных давлениях на дно закрытого торца цилиндрического канала по сравнению с классической схемой метания элементов.

В четвертой главе «Экспериментальные исследования метода метания огнетушащих веществ в контейнерах» разработан и создан опытно-экспериментальный стенд, а также представлены результаты проведения стендовых испытаний.

Опытно-экспериментальный стенд - ствольная установка, с условным диаметром ствола 30 мм, позволяющий экспериментальным путем исследовать метание огнетушащих веществ в контейнерах. Разработана методика проведения экспериментальных исследований, испытаний СУДТК и обработки результатов испытаний.

Результаты экспериментальных исследований метания контейнеров с условным диаметром ствола 30 мм на полигоне подтвердили разработанные положения внешней баллистики движения и полета контейнеров с ОТВ. Полученные показатели позволяют рассматривать метод пожаротушения, реализуемый СУДТК, как метод доставки огнетушащих веществ на удаленное расстояние. При сопоставлении аналитических расчетных данных и результатов экспериментов относительная погрешность составила не более 12%.

В заключении сформулированы основные выводы и предложения по результатам исследования с указанием возможных областей их применения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ:

1. Предложен и научно обоснован метод доставки ОТВ контейнерами с присоединенной камерой подгона с применением ствольных установок.

2. Созданы математическая модель и программа для ПЭВМ, моделирующих

внешнюю баллистику движения контейнеров в воздухе.

3. Разработаны математические модели внутрикамерных процессов (внутренняя баллистика) нетрадиционной схемы для высокоскоростного метания.

4. Осуществлен анализ результатов исследований баллистики систем калибра 30, 100, 125 мм для метания контейнеров по схеме с присоединенной камерой подгона.

РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации:

1. Сафронов А.И., Потапенко В.В. Анализ и баллистическое проектирование системы с присоединенной камерой подгона // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П.Королёва. 2009. - №3 (19). Часть 1. - 0,4/0,2 п.л.

2. Сафронов А.И., Зоркин В.А., Потапенко В.В. Анализ и баллистическое проектирование лабораторной установки малого калибра с присоединенными камерами подгона // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королёва. 2011. - №3 (27). Часть 2. -0,6/0,2 п.л.

3. Сафронов А.И., Потапенко В.В. Решение частной задачи внутренней баллистики для систем с двумя областями // Вопросы оборонной техники. - СПб.: Изд-во «Любавич». 2012. Серия 16. Выпуск 1-2. - 0,55/0,2 п.л.

4. Сафронов А.И., Потапенко В.В., Зоркин В.А. Внутренняя баллистика систем нетрадиционной схемы метания с двумя камерами подгона // Актуальные проблемы защиты и безопасности. - СПб.: Изд-во НПО «Специальных материалов». 2012. Том 2.- 0,55/0,2 п.л.

5. Потапенко В.В. Математическая модель газодинамического устройства воспламенения дополнительного заряда, присоединенной камеры подгона // Проблемы управления рисками в техносфере. 2012. - №2. - 0,4/0,4 п.л.

В иных изданиях:

6. Потапенко В.В., Сметанин Ю.В., Маслаков М.Д. Математическое моделирование артиллерийских систем метания с присоединенной камерой подгона. Природные и техногенные риски. 2012. - №2. - 0,6/0,3 п.л.

7. Старков Н.Н, Потапенко В.В., Харитонов Д.В. О механизме перемешивания при тушении пожаров нефтепродуктов и полярных жидкостей твердой двуокисью углерода // Материалы III Научно-практической конференции. Развитие ВУЗа через развитие науки - Тольятти: 2005 - 0,2/0,1 п.л.

8. Царев A.M., Жуйков Д.А., Потапенко В.В. Математическая модель контейнеров в виде капсул, используемых в установках пожаротушения контейнерной доставки огнетушащих веществ // Материалы II Международной научно-практической конференции - Тольятти: 2005 - 0,3/0,1 п.л.

9. Комаровский JI.B., Сафронов А.И., Потапенко В.В. Анализ и баллистическое проектирование систем с присоединенной к метаемому телу камеры // Современная баллистика и смежные вопросы механики. Материалы Всероссийской научной конференции - Томск: Изд-во НИИПММ ТГУ; 2010 -0,3/0,1 п.л.

Подписано в печать 27.04.2012 г. Формат 60*84 1/16 Печать цифровая Объем 1,5 п.л. Тираж 100 экз.

Отпечатано в Санкт-Петербургском университете Государственной противопожарной службы МЧС России 196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, дом 149

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, СИМВОЛОВ И ИНДЕКСОВ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И МЕТОДОВ ПОЖАРОТУШЕНИЯ.

1.1. Классификация технических средств доставки огнетушащих веществ

1.2. Эффективность применения технических средств пожаротушения и методов доставки огнетушащих веществ.

1.3. Сохраняемость массы и потери объемов доставки огнетушащих веществ в очаг пожара.

Выводы по первой главе.

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕХАНИКИ ПОЛЕТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОНТЕЙНЕРОВ.

2.1. Исследование факторов, обеспечивающих стабильность контейнера при метании.

2.2. Разработка основных положений внешней баллистики метода метания огнетушащих веществ в контейнерах.

2.3. Моделирование формы и оболочки контейнера.

2.4. Разработка программы моделирования.

Выводы по второй главе.

ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ УСТАНОВКИ ДЛЯ МЕТАНИЯ КОНТЕЙНЕРОВ С КАМЕРАМИ ПОДГОНА.

3.1. Физическая постановка задачи.

3.2. Математическая постановка прямой задачи внутренней баллистики.

3.3. Особенности воспламенения ускоряемого дополнительного заряда.

3.4. Исследование работы газодинамического устройства воспламенения.

3.5. Моделирование метания заряда схемы.

3.6. Анализ баллистической эффективности установки.

Выводы по третьей главе.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕТОДА МЕТАНИЯ

ОГНЕТУШАЩИХ ВЕЩЕСТВ В КОНТЕЙНЕРАХ.

4.1. Обоснование задач экспериментальных исследований.

4.2. Разработка методики проведения экспериментальных исследований и испытаний СУДТК.

4.3. Результаты экспериментальных исследований.

Выводы по четвертой главе.

ВЫВОДЫ.

Актуальность темы. В подразделениях пожарной охраны России пожарная техника эксплуатируется не всегда эффективно. Используемая в настоящее время наземная техника не решает вопросы доставки огнетушащих веществ (ОТВ) на расстояние более 100 м. Использование специальной авиации не всегда возможно ввиду больших финансовых затрат и зависимости от метеоусловий.

Существующие наземные технические средства предназначены только для доставки воды, водных растворов и пен на расстояние до 100 м, порошковых составов - до 70 м. Они имеют высокую стоимость и требуют больших материальных затрат на техническое обслуживание. Разработаны новые вещества и составы, огнетушащая способность, которых, по многим параметрам превосходит водные растворы и пены.

Часть исследований в настоящей работе выполнялись в соответствии с техническим заданием в рамках выполненной научно-исследовательской работы (НИР) «Выстрел». Результаты исследований позволяют сделать выводы, что создание принципиально новых технических средств и методов доставки на удаленное расстояние ОТВ при ликвидации сложных пожаров является актуальной задачей. Актуальность применения ствольных систем метания контейнеров особенно очевидна при тушении пожаров газовых и нефтяных фонтанов в заболоченной тундре, когда необходимо расчищать устья скважин и сбивать пламя ударной волной.

Цель работы - математическое моделирование баллистических процессов ствольных систем метания контейнеров, работающих по схеме с присоединенной камерой подгона.

Объект исследования - метод доставки контейнеров с ОТВ для целей пожаротушения с применением ствольных установок по схеме с присоединенной камерой подгона.

Предмет исследования - математическое моделирование особенностей баллистических процессов ствольных систем метания контейнеров с присоединенной камерой подгона.

Научная задача - разработать надежные методы моделирования процессов, протекающих при работе ствольных установок контейнерной доставки ОТВ по схеме с присоединенной камерой подгона.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи диссертационного исследования:

1. Исследовать механику полета контейнеров доставки ОТВ на удаленные расстояния. Разработать основные положения внешней баллистики полета технологического контейнера. Разработать прикладную программу для ПЭВМ по расчету траектории полета контейнера в воздушном пространстве.

2. Разработать метод доставки ОТВ в контейнерах с применением установок, работающих по схеме с присоединенной камерой подгона.

3. Исследовать двухфазную двухскоростную математическую модель эстафетной схемы выстрела ствольной установки контейнерами с присоединенной камерой подгона.

4. Выполнить анализ баллистической эффективности установок для метания контейнеров с камерами подгона калибров 30, 100, 125 мм при различных условиях заряжания.

Научная новизна работы.

1. Разработаны основные положения внешней баллистики и прикладная программа для ПЭВМ по расчету траектории полета технологического контейнера в воздушном пространстве.

2. Разработан метод доставки ОТВ в контейнерах с применением установок, работающих по схеме с присоединенной камерой подгона.

3. Разработаны основные принципы двухфазной двухскоростной математической модели эстафетной схемы выстрела и механизма задержки зажигания дополнительного заряда.

4. Выполнен анализ баллистической эффективности ствольных установок для метания контейнеров с камерами подгона калибров 30, 100, 125 мм.

Все результаты диссертационной работы были получены автором лично или при его участии.

На защиту выносятся: -математическая модель внешней баллистики технологического контейнера; прикладная программа для ПЭВМ по расчету траектории полета контейнера в воздушном пространстве;

-математические модели: эстафетной схемы выстрела (внутренней баллистики) ствольных установок контейнерами с присоединенной камерой подгона; газодинамического устройства воспламенения, с помощью которого обеспечивается необходимая задержка зажигания дополнительного заряда;

-результаты анализа баллистической эффективности ствольных установок для метания контейнеров с камерами подгона калибров 30, 100, 125 мм при различных условиях заряжания.

Методы исследований. Теоретические и экспериментальные исследования выполнены с использованием: методов анализа и синтеза технических систем; математического моделирования физических процессов с использованием пакетов MathCad, Excel, Turbo-Pascal; методов расчета полета тел; методов газодинамического моделирования; экспериментальных модельных исследований механики полета контейнеров. Работа включает в себя теоретические исследования на основе теорий внешней баллистики, движения частиц в газах, внутренней баллистики и планирования эксперимента.

Достоверность результатов работы. Исследования полета контейнеров подтверждаются теоретическими и экспериментальными исследованиями внешней баллистики при метании контейнеров на удаленные расстояния. Достоверность результатов исследований эффективности метания контейнера с камерой подгона подтверждается проведением экспериментальных исследований.

При сопоставлении аналитических расчетных данных и результатов экспериментов относительная погрешность составила не более 12%.

Практическая ценность работы состоит в том, что основные положения, изложенные в диссертации, могут быть использованы подразделениями пожарной охраны для локализации и ликвидации сложных пожаров с применением ствольных установок по схеме с присоединенной камерой, в условиях, когда применение другой техники не представляется возможным. Разработана математическая модель внешней баллистики полета контейнера и программа для ПЭВМ, которые позволяют проводить расчеты для определения траектории и дальности полета контейнеров с ОТВ.

Реализация и внедрение результатов работы.

Разработаны и предложены рекомендации по применению ствольных установок пожаротушения по схеме с присоединенной камерой на объектах Министерства обороны РФ.

Материалы диссертации использованы в учебном процессе кафедры «Пожарная безопасность» Санкт-Петербургского филиала Военной академии тыла и транспорта имени генерала армии A.B. Хрулева - лекционные курсы по дисциплинам кафедры «Пожарная безопасность», а также в научно-исследовательской деятельности и учебном процессе Санкт-Петербургского Государственного технологического института (технологический университет).

Апробация работы. Основные положения диссертационного исследования обсуждались на международных и всероссийских научно-практических конференциях: на 3-й научно-практической конференции «Развитие ВУЗА через развитие науки» - ТфВИТУ, 2005 г.; на 2-ой международной научно-практической конференции «Развитие ВУЗА через развитие науки» - ТфВИТУ, 2005 г.; на Всероссийской научной конференции «Современная баллистика и смежные вопросы механики» - Томский ГУ, 2009 г.; на международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестрое-ния» - СГАУ, 2009, 2011 гг.; на XXIII международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы пожарной безопасности» - Москва, ВВЦ, 2011 г.; на межрегиональной выставке «Охрана труда. Пожарная безопасность -2011» - СПб, РВК «Стачек 47», 2011 г.; на 15-й Всероссийской научно-практической конференции «Технические средства противодействия терроризму» - PAP АН, 2012 г.

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 9 печатных статей, в том числе 6 - в журналах, рекомендуемых ВАК; подготовлен отчет по НИР.

Объем и структура диссертации. Материал диссертации изложен на 154 страницах машинописного текста и содержит 13 таблиц, 53 рисунка, список литературы из 128 наименований. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, 5-ти приложений.

ВЫВОДЫ

1. В результате системного анализа существующих технических средств и методов пожаротушения установлено, что метод контейнерной доставки огне-тушащих веществ, реализуемый стволовыми установками доставки технологических контейнеров с ОТВ по схеме с присоединенной камерой, является наиболее предпочтительным при тушении сложных пожаров.

2. Исследована механика полета контейнеров с доставкой огнетушащего вещества на удаленное расстояние. Разработана модель и программа для ПЭВМ моделирования внешней баллистики движения и полета контейнеров.

3. Предложена двухфазная двухскоростная математическая модель функционирования установки для метания контейнера с камерой подгона (внутренняя баллистика), в рамках которой были решены следующие задачи:

- изучен процесс воспламенения дополнительного заряда через малое отверстие в поршне контейнера. Теоретически показано, что невозможно организовать необходимую задержку зажигания без регулирующего объема, куда первоначально втекали бы воспламеняющие газы;

- разработана математическая модель предложенного газодинамического устройства воспламенения, с помощью которого обеспечивается необходимая задержка зажигания дополнительного заряда;

- на основе исследования процесса выстрела проведена оценка влияния отклонения параметров устройства воспламенения от номинальных значений на время задержки зажигания дополнительного заряда. Показано, что даже при существенных отклонениях диаметров отверстий в поршне и перфорированной трубке (до 5 %) время задержки меняется в допустимых пределах.

- в результате решения прямой (краевой) задачи внутренней баллистики проведен анализ баллистической эффективности установки для метания контейнера с камерой подгона калибра 30, 100, 125 мм при различных условиях заряжания. Показано, что получается прирост дульной скорости по сравнению с классическим выстрелом при одинаковом максимальном давлении на дно канао ла ствола на 5 ч- 9 % при метании снарядов с Сд = 4,15 ч- 4,55 (кг/дм ). Эффект прироста скорости метания обладает достаточной устойчивостью к отклонениям задержки воспламенения дополнительного заряда.

5. Проведены экспериментальные исследования, которые подтвердили разработанные положения внешней баллистики движения и полета контейнеров с огнетушащими веществами. При сопоставлении аналитических расчетных данных и результатов экспериментов относительная погрешность составила не более 12%.

6. Применение установок возможно в подразделениях Государственной противопожарной службы МЧС России, в военных командах противопожарной защиты и спасательных работ Вооруженных Сил Российской Федерации, для ликвидации сложных пожаров при тушении газовых и нефтяных фонтанов в заболоченной тундре, когда необходимо расчищать устья скважин, сбивать пламя ударной волной и д.р.

1. А. с. 1000037 (СССР). Устройство для метания огнетушителя / A.A. Ва-женин. // Б.И. 1983. - №8.

2. А. с. 1085601 (СССР). Установка комбинированной подачи пены / И.М. Абдурагимов, К.Ш. Албаев, М.П. Волков, Ю.Н. Климов, В.Р. Малинин, А.Н. Писарев. // Б.И. 1984. - №14.

3. А. с. 1151245 (СССР). Порошковый огнетушитель / В.Д. Захматов, Р.П. Козлов, Р.И. Нигматуллин, В.А. Надубов, В.В.Дьяков, Н.Т. Романенко. // Б.И. -1983.-№15.

4. А. с. 1240419 (СССР). Автоматический огнетушитель / A.A. Родэ, В.А. Кухарук, В.А. Пехотиков. // Б.И. 1986. - №24.

5. А. с. 1442226 (СССР). Автоматический огнетушитель / В.А. Кухарук, В.А. Пехотиков, Ш.Т. Резников, М.П. Суковатов. // Б.И. 1988. - №45.

6. А. с. 1463319 (СССР). Лафетный пожарный ствол / Л.Г. Иванов, С.Д. Любарский. // Б.И. 1989. - №9.

7. А. с. 1551386 (СССР). Способ тушения пожаров / В.Н. Вайсман, A.B. Долговидов, М.В. Казаков, М.В. Пузако. // Б.И. 1990. - №11.

8. А. с. 1736521 (СССР). Метаемый из пусковой трубы огнетушитель

9. И.А. Якушев, В.Б. Петрушанский, С.Ю. Меньшиков. // Б.И. 1992. - №20.

10. А. с. 1830700 (СССР). Устройство для тушения пожаров / В.А. Андреев, Е.И. Воробьев, В.И. Горелов, В.И. Жагрин, В.И. Макеев, В.Б. Киселев, А.И. Сидоров.//Б.И. 1995.-№11.

11. А. с. 370949 (СССР). Ранцевый огнетушитель / О.М. Курбатский, Р.Г. Лящук, Л.М. Кузнецов, В.В. Лепехин. // Б.И. 1973. - №12.

12. А. с. 952276 (СССР). Устройство для тушения пожара / И.М. Абдурагимов, П.В. Куцын, В.Е. Макаров. // Б.И. 1982. - №31.

13. Абдурагимов И.М., Говоров В.Ю., Макаров Е.В. Физико-химические основы развития и тушения пожаров. М., 1980. - 255 с.

14. Баратов А.Н. Горение-Пожар-Взрыв-Безопасность. М., 2003. - 364 с.

15. Баратов А.Н., Макеев В.И., Кулаков В.Г. Бромхладоны 114В2, 13В1 и 12В1 как средства пожаротушения // Труды ИФВЭ: Сб. ст. ОКУ 77-17. Серпухов, 1977.-С. 5-18.

16. Боевой устав пожарной охраны. М., 1995. - 60 с.

17. Бромфреоны получение, свойства и применение: Отчет о ПИР / ГИПХ; Руководитель В.Ф. Томановская. - № ГР 01742200003; Инв. № 427810. -Л., 1972.-110 с.

18. Бурлов В.В. Баллистика ствольных систем. М., 2006. - 461 с

19. Бухтояров Д.В., Копылов С.Н., Кущук В.А. Установки импульсного пожаротушения // Пожарная безопасность. 2005. - №3. - С 89-94.

20. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. Издание восьмое, дополненное. М., 2005. - 991 с.

21. ГОСТ 12.1.004-91. Пожарная безопасность. Общие требования. М., 1992.-78 с.

22. ГОСТ 12.1.033—81* Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Термины и определения. М., 1981. - 16 с.

23. ГОСТ 12.4.009-83* ССБТ. Пожарная техника для защиты объектов. Основные виды. Размещение и обслуживание. М., 1977. - 11 с.

24. ГОСТ 12162-77. Двуокись углерода твердая. Технические условия. Carbon dioxide, solid. Specification. -M., 1977. 18 с.

25. ГОСТ 26952-86* Порошки огнетушащие. Общие технические требования и методы испытаний. (СТ СЭВ 6851-89). М., 1988. - 48 с.

26. Дмитриевский A.A., Лысенко Л.Н. Внешняя баллистика: Учебник для студентов вузов. М., 2005. - 608 с.

27. Заявка на изобретение (РФ) 2003117573. Модуль порошкового пожаротушения и способ его сборки / H.A. Макаровец, P.A. Кобылин, В.М. Кореньков, М.С. Кугучев, А.Ф. Трудов, Г.Г. Тулупов, В.И. Субботин, P.A. Строганов. -2003.

28. Заявка на изобретение (РФ) 2003120520. Способ доставки огнетушаще-го вещества в очаг пожара перемещением его в окружающем воздухе / И.В. Холодков. 2004.

29. Крупные пожары. Предупреждение и тушение: Материалы XVI научно-практической конференции. М., 2001. - 346 с.

30. Кудрявцев Е.М. Mathcad 2000 Pro. М., 2001. - 576 с.

31. Кукиб Б.Н., Росси Б.Д. Высокопредохранительные взрывчатые вещества. М., 1980.- 172 с.

32. Кухлинг X. Справочник по физике: Пер. с нем. М., 1982. - 520 с.

33. Лупанов С.Л. Статистика пожаров // Пожарная безопасность. 2005. -№5. - С 87-90.

34. Микеев А.К. Пожар. Социальные, экономические, экологичесие проблемы. М., 1994.-198 с.

35. Моделирование пожаров и взрывов. / Под ред. Брушлинского H.H. и Корольченко А.Я. М., 2000. - 492 с.

36. Новоселов В.А. Заводов стало больше, а пожарных машин меньше

37. Автобизнес: экономический автомобильный журнал. -2002. №1. - С. 2

38. Патент (РФ) 2008048. Пожаротушащая установка / В.Д. Захматов1. Б.И.-№2.- 1994.

39. Патент (РФ) 2026696. Способ изготовления огнегасительного средства / М.Н. Вайсман, A.B. Долговидов, Г.В. Тархов, Т.Ю. Ляпина // Б.И. №1. - 1995.

40. Патент (РФ) 2027452. Способ тушения пожара / К.К. Лайша, В.А. Аве-нян, Д.И. Мацуков, А.Е. Ермаков. // Б.И.- №1 1995.

41. Патент (РФ) 2043778. Огнетушитель / А.З. Найманов, М.А. Израилев // Б.И. №9.- 1995.

42. Патент (РФ) 2066656. Пусковая установка / С.Н. Исаков, И.Н. Исаков, C.B. Юркин // Б.И. №9. - 1996.

43. Патент (РФ) 2068286. Бомба противопожарная и способ тушения пожара / A.C. Криворотов // Б.И. №10. - 1996.

44. Патент (РФ) 2085235. Устройство порошкового пожаротушения / В.А. Авенян, В.А. Кушук, А.Е. Курепин, A.M. Малинин // Б.И. №7. - 1997.

45. Патент (РФ) 2098318. Управляемый аэростатический летательный аппарат кран / Ю.Г. Ишков // Б.И. - №12. - 1997.

46. Патент (РФ) 2111032. Способ локализации и/или тушения пожаров и устройство для его реализации / А.И. Гуров, В.И. Захаров, М.Р. Либерзон, Б.С. Митин, Л.А. Одновол, A.C. Сысцов, А.Н. Сытников // Б.И. №5 - 1998.

47. Патент (РФ) 2111781. Забрасываемый огнетушитель / В.Н. Аликин, А.Е. Степанов, А.Ю. Тихонов, H.H. Федченко // Б.И. №5 - 1998.

48. Патент (РФ) 2121856. Пожаротушащая установка / В.А. Авенян, П.А. Алехин, Б.Н. Бровкин, А.Е. Ермаков, А.Е. Курепин // Б.И. -№11 1998.

49. Патент (РФ) 2122874. Пожарный монитор / Ю.И. Горбань // Б.И. №12.- 1998.

50. Патент (РФ) 2127622. Способ импульсного распыления жидкости или порошка и устройство для его осуществления / Г.Б. Пахомов, A.B. Зинин // Б.И.- №3 1999.

51. Патент (РФ) 2128536. Роботизированная установка пожаротушения / Ю.И. Горбань // Б.И. №4. - 1999.

52. Патент (РФ) 2129895. Устройство тушения пожаров / М.В. Алешков, В.Л. Волков // Б.И. №5.- 1999.

53. Патент (РФ) 2142305. Распыляемый порошковый заряд и установка для его распыления / В.А. Иванов, Г.А. Балика // Б.И. № 12 - 1999.

54. Патент (РФ) 2144404. Устройство для импульсной подачи и мелкодисперсного распыления веществ / В.А. Достовалов, В.Д. Ермак, В.Н. Филонов, И.Ф. Щербаков // Б.И. №1.- 2000.

55. Патент (РФ) 2175877. Устройство для импульсной подачи и мелкодисперсного распыления жидких и порошкообразных огнетушащих веществ / В.Н. Филонов // Б.И. №11.- 2001.

56. Патент (РФ) 2179048. Установка пожаротушения стволового типа / A.M. Царев, Н.Г Колпин // Б.И. №4. - 2002.

57. Патент (РФ) 2180607. Способ формирования струи пены средней кратности повышенной дальнобойности и устройство для его осуществления (варианты) / Г.Н. Куприн, С.Г. Куприн // Б.И №3,- 2002.

58. Патент (РФ) 2191611. Устройство импульсного расширения жидкости / A.B. Зинин, А.Е. Печорских, Г.Б. Пахомов // Б.И. №11.- 2002.

59. Патент (РФ) 2199360. Порошковый огнетушитель / В.А. Иванов // Б.И. -№2.- 2003.

60. Патент (РФ) 2210412. Способ пожаротушения / И.В. Прангишвили, Ф.Ф. Пащенко, Б.П. Бусыгин // Б.И №8. - 2003.

61. Патент (РФ) 2233681. Способ контейнерной доставки огнетушащего вещества. Установка пожаротушения стволового типа и контейнер доставки для реализации способа / A.M. Царев // Б.И. №22 - 2004.

62. Патент (РФ) 2242259. Авиационное средство пожаротушения / В.В. Кореньков, A.A. Терешин, H.A. Супрунов, В.Ф. Власов, A.A. Тихомиров, В.Т. Кишкурно, Н.П. Копылов, С.Г. Цариченко // Б.И. №35 - 2004.

63. Патент (РФ) 2261982. Способ ликвидации открытых фонтанов на нефтегазовых скважинах / P.A. Бакеев, A.B. Кустышев, О.В. Сизов, Л.У. Чабаев // Б.И.-№10.- 2005.

64. Пенообразователь «Легкая вода» путь к ликвидации пожаров. И, наверное, самый прямой // Пожарное дело. - 1995. - № 9. - С. 56 -57.

65. Пивоваров В.В., Навуеня Н.В. Автомобили порошкового тушения. Развитие производства на предприятиях России, эффективность применения // Пожарная безопасность. 2004. - №5. - С 91-97.

66. Пневматическое оружие в России. 2003. - № 3. - С. 12-18.

67. Повзик Я.С. Пожарная тактика: М., 1999. 416 с.

68. Повзик Я.С. Справочник руководителя тушения пожара. М., 2000. -188 с.

69. Серебренников Е.А. Состояние дел в области пожарной безопасности в России // Пожарная безопасность 2002: Специализированный каталог. - М., 2002.-С. 14-17.

70. Сомонов В.П. Тушение пламен компактных газовых струй взрывом. -М., 1981.- 167 с.

71. Статистика пожаров и их последствий: Статистический сборник. М., 2005.-Часть 1.- 113 с.

72. Степанов К.Н., Повзик Я.С., Рыбкин И.В. Справочник. М., 2003. - 400с.

73. Теребнев В.В. Справочник руководителя тушения пожара. Технические возможности пожарных подразделений. М., 2004. - 248 с.

74. Шароварников А.Ф. Противопожарные пены. Состав, свойства, применение. М., 2000. - 464 с.

75. Enclosure integrity procédure for Halon 13B1 total flooding fire suppression systems / Casey C., Grant, 1989.

76. Златин H.A., Красильников А.П., Мишин Г.И., Попов Н.Н. Баллистические установки и их применение в экспериментальных исследованиях. М.: Наука, 1974.-344с.

77. Газовая динамика и внутренняя баллистика ствольных систем с высокой начальной скоростью снаряда / Под общ. ред.Л.В.Комаровского. М.: Машиностроение, 1975. 128с.

78. Горяинов М.Ф. исследование возможности увеличения начальных скоростей артиллерийских снарядов последовательным воспламенением зарядов в канале ствола орудия. Известия ААН, 1949, вып. 9, с.8-42.

79. Горяинов М.Ф. 0 некоторых возможностях увеличения начальных скоростей снарядов. Доклады ААН, 1952, вып.Х, с.45-74.

80. А.с. 129731 (СССР). Унитарный двухступенчатый выстрел/ А.И.Сафронов, И.Г.Русяк. Опубл. 1979.

81. Сафронов А.И., Ушаков В.М., Никулин О.А. Схема с последовательным воспламенением для высокоскоростного метания. Оборонная техника, 1981, № 1, с. 61-63.

82. Погорелов Е.И., Сафронов А.И. Оптимизация параметров установок эстафетной схемы выстрела для высокоскоростного метания // Боеприпасы. -1987. -№ 12.-С.31-35.

83. Вилюнов В.Н., Сафронов А.И., Крайнов А.Ю. Анализ баллистики установки среднего калибра эстафетной схемы// Оборонная техника. 1990. № 10. С. 5-10.

84. Bhushan Chandra. Ballistique interioure d'un canon a deux Etages. Sciences et techniques de l'armement, Memorial de l'Artillerie française, 1976, tome 50, 2-е fase., p. 349-377.

85. Сафронов А.И. Оценка времени задержки зажигания дополнительного заряда высокоскоростной баллистической установки с ускоряемым контейнером расчетным газодинамическим методом.-Вопр.спец. машиностроения, 1982, сер.Ш, вып.5(100), с.20-24.

86. Вилюнов В.Н. Теоретические основы зажигания, горения газовой динамики РДТТ.- Дис. докт.физ.-мат.наук.- Томск, ТГУ, 1967.- 557 с.

87. Владимиров B.C., Колобаев Л.И., Колыхалов К.В. и др. Математическая модель процесса выстрела двухступенчатой схемы метания,- Оборонная техника, 1980, № 7, с.61-64.

88. Вилюнов В.Н. Газодинамическая система уравнений внутренней баллистики РДГТ с учетом совместного горения воспламенителя. М.: Дом техники. Труды СФТИ, вып.46, 1964, с. 3-22.

89. Вилюнов В.Н., Ушаков В.М., Шрагер Э.Р. О воспламенении цилиндрического канала конденсированного вещества в полузамкнутом объеме. ФГВ, вып.З, 1970, с. 311-317.

90. Вилюнов В.Н., Шрагер Э.Р. и др. Исследование выхода давления в РДТТ на стационарный режим с учетом постепенного воспламенения заряда. -Томск, 1967- 62с. (отчет/НИИПММ: инв. № 731с)

91. Шрагер Э.Р. Газодинамическое исследование процесса выхода давления на стационарный режим в крупногабаритных РДТТ. Дис. . канд.физ.-мат.наук. - Томск, ТГУ, 1970.-112с.

92. Русяк И.Г., Ушаков В.М. Исследование влияния начального периода на баллистику выстрела. В сб.: Вопросы баллистического проектирования артиллерийских систем. 1 вып., Томск, изд.ТГУ, 1973. с. 29-44.

93. Русяк И.Г., Ушаков В.М., Путятин С.М. Особенности постепенного воспламенения трубчатых и зерненых порохов в условиях артиллерийского выстрела. В сб.: Вопросы баллистического проектирования артиллерийских систем. 2 вып., Томск, изд.ТГУ, 1974, с. 20-31.

94. Русяк И.Г. К вопросу о воспламенении трубчатых порохов.- В сб.: Вопросы баллистического проектирования артиллерийских систем. 2 вып., Томск, изд.ТГУ, 1974, с. 32-46 .

95. Русяк И.Г., Ушаков В.М. О математическом моделировании процесса выстрела в артиллерийском орудии. Оборонная техника, 1975, № 2, с. 30-35.

96. Русяк И.Г. Применение газодинамического метода к исследованию влияния отставания заряда и начального периода на баллистику выстрела артиллерийских систем. Дис. . канд.техн. наук. - Томск, ТГУ, 1975. - 181с.

97. Рахматулин Х.А. Основы газодинамики взаимопроникающих движений сжимаемых сред. Прикладная матем. и механика, 1956, т.20, № 2, с. 104195.

98. Нигматулин Р.И. Методы механики сплошной среды для описания многофазных смесей. Прикладная матем. и механика, 1970, т.34, с. 1097-1112.

99. Нигматулин Р.И. Некоторые вопросы гидромеханики двухфазных полидисперсных систем. Изв. АН СССР, Мех.жидкости и газа, 1968, № 3, с. 6367.

100. Золотарев П.П., Николаевский В.Н. О распределении скачков напряжения и давления в водонасыщенном грунте. Изв. АН СССР, Механика, 1965, № 1, с. 191-196.

101. Николаевский В.Н., Басниев К.С., Горбунов А.Т. и др. Механика насыщенных пористых сред. М.: Недра, 1970.-355с.

102. Жуковский Н.Е. Теоретическое исследование о движении подпочвенных вод. М.: ГПИ, Полное собрание соч., т.7, 1937. - 410с.

103. Аэров М.Е., Тодес О.М. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем.-М.-Л.: Химия, 1968.-С.176.

104. Зельдович Я.Б. К теории горения порохов и взрывчатых веществ. -ЖЭТФ, 1942, т. 12, вып. 11/12, с. 498-525.

105. Альтшуль А.Д., Киселев Р.Г. Гидравлика и аэродинамика// М.: Строй-издат, 1970. 273с.

106. Нигматулин Р.И. Основы механики гетерогенных сред. // М.: Наука, 1978. 336с.

107. Комаровский JI. В., Христенко Ю.Ф. Численное решение задачи о движении поршня, имеющего отверстия, под действием давления неадиабатически расширяющегося газа. // Томск: Сб.работ по газовой динамике, изд. ТГУ, 1974, т. 5, с. 98-102.

108. Кутателадзе С.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче. -М: Госэнергоиздат, 1958.- 414с.

109. Сафронов А.И. Газодинамический анализ баллистических возможностей ствольных систем с различными схемами выстрела // Дисс. канд.ф.-м.наук, Томск, 1983. 192 с.

110. Вилюнов В.Н. Теория зажигания конденсированных веществ,-Новосибирск: Наука. 1984. - 190 с.

111. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М. Наука. 1967. 491 с.

112. Аверсон А.Э., Барзыкин В.В., Мержанов А.Г. Приближённый метод решения задач тепловой теории зажигания. ДАН СССР. 178. №1, 1968.

113. Годунов С.К., Забродин A.B., Иванов М.Я., Крайко А.Н., Прокопов Г.П. Численное решение многомерных задач газовой динамики. // М.: Наука. -1976.-400 с.

114. Яушев И.К. Распад произвольного разрыва в канале со скачком площади сечения // Известия СО АН СССР. 1967. - В. 2.- № 8. - серия технических наук.-С. 109-120.

115. Берковский Б.М., Ноготов Е.Ф. Разностные методы исследования задач теплообмена. Минск: Наука и техника. - 1976. — 143с.

116. Седов Л.И. Механика сплошной среды.Т.1. М.: Наука.- 1976. - 536 с.

117. Гинзбург И.П. Прикладная гидрогазодинамика. Изд-во ЛГУ. - 1958.256с.

118. Русяк И.Г., Ушаков В.М. Исследование влияния учета отставания заряда на решение основной задачи внутренней баллистики// Вопр. балл, проект, арт. систем. Томск, ТГУ, - 1974. - В.2.- С.2-12.

119. Крайко А.Н., Нигматулин Р. И., Старков В.К., Стернин Л.Е. Механика мнофазных сред // Итоги науки и техн. ВИНИТИ. Гидромеханика. 1972. 6. С.93-174.

120. Дейч М.Е., Филиппов Г.А. Газодинамика двухфазных сред. М.: Энер-гоиздат. 1981. 472 с.

121. Васенин И.М., Архипов В.А., Бутов В.Г., Глазунов A.A., Трофимов В.Ф. Газовая динамика двухфазных течений в соплах. Томск: Изд. Томск, ун-та. 1986. 262 с.

122. Сверхзвуковые двухфазные течения в условиях скоростной неравновесности частиц /Яненко H.H., Солоухин Р.И., Панырин А.Н., Фомин В.М. Новосибирск: Наука, 1980.-160с.

123. Серебряков М.Е. Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ракет. М.: Оборонгиз, 1962.- 703с.