intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE

Va đập và biến dạng của Piston và Xilanh trong đạn giảm thanh theo nguyên lý Piston thuận

Chia sẻ: Thi Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

31
lượt xem
1
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung bài báo trình bày kết quả nghiên cứu, khảo sát va đập và biến dạng của piston-xilanh trong đạn giảm thanh theo nguyên lý piston thuận. Thiết lập phương trình va đập và biến dạng của piston-xilanh. Rút ra các biểu thức tính ảnh hưởng của kết cấu và động học tới biến dạng của piston-xilanh và thời gian va đập. Mời các bạn tham khảo!

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Va đập và biến dạng của Piston và Xilanh trong đạn giảm thanh theo nguyên lý Piston thuận

Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> <br /> Va ®Ëp vµ biÕn d¹ng cña piston vµ xilanh<br /> trong ®¹n gi¶m thanh theo<br /> nguyªn lý piston thuËn<br /> VÕ THIÊN SƠN*, LÊ VĂN HOÀNG**, BÙI NGỌC HỒI **<br /> <br /> Tóm tắt: Nội dung bài báo trình bày kết quả nghiên cứu, khảo sát va đập và<br /> biến dạng của piston-xilanh trong đạn giảm thanh theo nguyên lý piston thuận.<br /> Thiết lập phương trình va đập và biến dạng của piston-xilanh. Rút ra các biểu thức<br /> tính ảnh hưởng của kết cấu và động học tới biến dạng của piston-xilanh và thời<br /> gian va đập.<br /> Từ khóa: Đạn, Piston-xilanh, biến dạng.<br /> <br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Như chúng ta đã biết [1], súng và đạn giảm thanh theo nguyên lý piston thuận<br /> làm việc như sau (hình 1):<br /> Khi bộ phận phát hỏa (1) làm việc, tạo ra tia lửa mồi cháy cho thuốc phóng (2);<br /> thuốc phóng cháy tạo ra sản phẩm khí có nhiệt độ và áp suất cao; áp suất tăng<br /> nhanh và giãn nở sinh công đẩy piston (4) chuyển động mang theo đầu đạn (5); khi<br /> piston va đập vào bậc giữ (chặn) của xi lanh (6) thì dừng lại và truyền động năng<br /> cho đầu đạn bay tới mục tiêu theo quán tính, đồng thời piston bịt kín xilanh không<br /> cho khói thuốc thoát ra ngoài tạo ra hiệu ứng giảm thanh.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Sơ đồ kết cấu đạn giảm thanh piston thuận.<br /> 1-Bộ phát hỏa; 2-Thuốc phóng; 3-Vỏ liều; 4-Piston; 5-Đầu đạn; 6-Xilanh<br /> <br /> Khi piston va đập vào bậc chặn của xilanh, một mặt nó truyền động năng cho<br /> đầu đạn (tạo vận tốc ban đầu), mặt khác piston biến dạng làm tăng khả năng bịt kín<br /> xilanh và do đó làm tăng hiệu ứng giảm thanh cho vũ khí.<br /> Bởi vậy, việc nghiên cứu khảo sát quá trình va đập và biến dạng của piston-<br /> xilanh có ý nghĩa quan trọng trong tính toán, thiết kế, chế tạo súng và đạn giảm<br /> thanh theo nguyên lý piston thuận.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 35, 02 - 2015 153<br /> Cơ kỹ thuật & Kỹ thuật cơ khí động lực<br /> <br /> 2. THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH VA ĐẬP VÀ BIẾN DẠNG CỦA PISTON<br /> XILANH TRONG ĐẠN GIẢM THANH PISTON THUẬN<br /> <br /> Trên hình 2 là sơ đồ vị trí va đập và biến dạng của piston-xilanh trong đạn giảm<br /> thanh.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Sơ đồ va đập và biến dạng của piston-xilanh.<br /> Ký hiệu: OO – là vị trí bề mặt bắt đầu tiếp xúc của piston với bậc chặn của xilanh<br /> trước khi va đập; O’O’ – là vị trí bề mặt tiếp xúc của piston với bậc chặn xilanh sau khi<br /> va đập; x1 – dịch chuyển của bề mặt đầu piston khỏi vị trí OO sau khi va đập; x2 – dịch<br /> chuyển của vị trí bề mặt tiếp xúc ban đầu OO của xilanh với piston sau khi va đập; m –<br /> khối lượng của piston và đầu đạn; c – hệ số độ cứng của xilanh; v – vận tốc của piston<br /> khi va đập vào xilanh; N – phản lực pháp tuyến của xilanh tác động vào piston khi va<br /> đập; α – góc vát bậc chặn của xilanh.<br /> Từ sơ đồ và các ký hiệu trên, ta thiết lập được phương trình va đập và biến dạng của<br /> piston-xilanh có dạng sau:<br /> <br /> mx1   N sin   N  x1  x2  f cos  sign  x1  x2    0<br /> (1)<br /> cx2   N sin   N  x1  x2  f cos  sign  x1  x2    0<br /> Trong đó f là hệ số ma sát khô giữa bề mặt piston và xilanh trong vùng biến dạng và<br /> phụ thuộc vào biến dạng của piston-xilanh.<br /> Do piston được làm bằng vật liệu mềm hơn vật liệu xilanh (thường làm bằng nhôm),<br /> nên khi va đập với xilanh bề mặt piston bị biến dạng. Bởi vậy, vị trí bề mặt đầu của<br /> piston không ở vị trí O’O’ mà dịch chuyển về phía trước. Điều đó có nghĩa là x1 > x2 và<br /> x1  x2 .<br /> Vì vậy, phương trình (1) có thể viết thành:<br /> <br /> <br /> 154 V.T Sơn, L.V. Hoàng, B. N. Hồi “Va đập và biến dạng ....piston thuận”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> <br /> mx1   N sin   N  x1  x2  f cos    0,<br /> (2)<br /> cx2   N sin   N  x1  x2  f cos    0.<br /> Từ phương trình (2), ta rút ra được:<br /> mx1  cx2 (3)<br /> Và từ phương trình (2), ta cũng tính được:<br /> N sin  Nf cos <br /> x2   x1 . (4)<br /> c  Nf cos  c  Nf cos <br /> Thay biểu thức (4) vào (3), ta được:<br /> Nf cos  cN sin <br /> mx1  c x1   ,<br /> c  Nf cos  c  Nf cos <br /> c Nf cos  c N sin <br /> Hay là: <br /> x1  x1   . (5)<br /> m c  Nf cos  m c  Nf cos <br /> c Nf cos  N sin <br /> Đặt p 2  ; k 2  p2 ; q  p2 , (6)<br /> m c  Nf cos  c  Nf cos <br /> Phương trình (5) viết lại thành:<br /> <br /> x1  k 2 x1   q . (7)<br /> Và phương trình (3) có dạng:<br /> <br /> x1   p 2 x2 . (8)<br /> <br /> 3. KHẢO SÁT BIẾN DẠNG CỦA PISTON VÀ XILANH KHI VA ĐẬP<br /> <br /> Vấn đề quan trọng của bài toán là tìm biến dạng (dịch chuyển) lớn nhất của piston sau<br /> khi va đập chấm dứt.<br /> x1  max   x1  t1  (9)<br /> Nó xảy ra vào thời điểm t=t1 , tức là vào thời điểm khi:<br /> x1  x1  t1   0 , (10)<br /> Dịch chuyển lớn nhất của xilanh là:<br /> x2  max   x2  t2  , (11)<br /> Xảy ra vào thời điểm t=t2 , khi mà:<br /> x2  x2  t2   0 , (12)<br /> Biến dạng dư của piston:<br />  x1  x2 max   x1  x2   t3  (13)<br /> Xảy ra khi:<br /> d  x1  x2  d  x1  x2 <br />   t3   0 . (14)<br /> dt dt<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 35, 02 - 2015 155<br /> Cơ kỹ thuật & Kỹ thuật cơ khí động lực<br /> <br /> Giải phương trình (7) với các điều kiện ban đầu:<br /> t  0 ; x1  x2  0 ; x1  v ; x2  0<br /> Ta được:<br /> q q v<br /> x1   2<br />  2 cos kt  sin kt . (15)<br /> k k k<br /> Từ (15) và (8) ta tìm được:<br /> q kv<br /> x2  2<br /> cos kt  2 sin kt . (16)<br /> p p<br /> Từ biểu thức (16), ta có:<br /> kq k 2v<br /> x2   sin kt  2 cos kt . (17)<br /> p2 p<br /> Với t=t2, từ (12) và (17) ta nhận được:<br /> kq k 2v<br />  2 sin kt2  2 cos kt2  0 ,<br /> p p<br /> sin kt2 kv<br /> Suy ra  ,<br /> cos kt2 q<br /> kv<br /> tgkt2  .<br /> q<br /> Từ đây ta tính được:<br /> 1 kv<br /> t2  arctg . (18)<br /> k q<br /> Rõ ràng là ở thời điểm kết thúc va đập và biến dạng của piston và xilanh, ta có:<br /> 1 kv<br /> t1  t2  t3  arctg ; (19)<br /> k q<br /> Bởi vậy:<br /> q q v<br /> x1 (max)  x1  t1    2<br />  2 cos kt1  sin kt1 , (20)<br /> k k k<br /> q kv<br /> x2 (max)  x2  t2   2 cos kt2  2 sin kt2 , (21)<br /> p p<br /> q q  k2 <br />  x1  x2  (max)   x1  x2   t3     1  2  cos kt3<br /> k2 k2  p <br /> 2<br /> v k <br />  1  2  sin kt3 . (22)<br /> k p <br /> Sau khi thay các giá trị tương ứng từ (6) vào (19), (20), (21), (22) biến đổi và rút<br /> gọn, ta nhận được:<br /> 1 vf cos <br /> t1  t2  t3  arctg , (23)<br /> c Nf cos  c Nf cos <br /> sin <br /> m c  Nf cos  m c  Nf cos <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 156 V.T Sơn, L.V. Hoàng, B. N. Hồi “Va đập và biến dạng ....piston thuận”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> <br /> tg tg c Nf cos <br /> x1 (max)    cos .t1 <br /> f f m c  Nf cos <br /> v c Nf cos  , (24)<br /> sin .t1<br /> c Nf cos  m c  Nf cos <br /> m c  Nf cos <br /> N sin  c Nf cos <br /> x2 (max)  cos .t2 <br /> c  Nf cos  m c  Nf cos <br /> , (25)<br /> m Nf cos  c Nf cos <br /> .v.sin .t2<br /> c c  Nf cos  m c  Nf cos <br /> tg tg  c  c Nf cos <br />  x1  x2 max      cos .t3<br /> f f  c  Nf cos   m c  Nf cos <br /> v  c  c Nf cos  . (26)<br />   c  Nf cos   sin m c  Nf cos  .t3<br /> c Nf cos   <br /> m c  Nf cos <br /> Khi độ cứng của xilanh c = ∞, từ các biểu thức (23), (24), (25) và (26) ta tính<br /> được:<br /> 1 vf .ctg<br /> t1  t2  t3  arctg , (27)<br /> Nf cos  Nf cos <br /> m m<br /> tg tg Nf cos <br /> x1 (max)    cos .t1<br /> f f m<br /> v Nf cos  , (28)<br />  sin .t1<br /> Nf cos  m<br /> m<br /> x2 (max)  0 .<br /> Từ các biểu thức (23), (24), (25) và (26) ta có thể tính được thời gian va đập và<br /> biến dạng của piston-xilanh trong đạn giảm thanh piston thuận.<br /> <br /> 4. KẾT LUẬN<br /> <br /> Phân tích và khảo sát các kết quả nhận được ở trên, cho thấy rằng:<br /> Thời gian va đập và biến dạng của piston-xilanh phụ thuộc vào tốc độ va đập, khối<br /> lượng của piston và đầu đạn, phản lực pháp tuyến của xi lanh, hệ số ma sát giữa piston và<br /> xilanh trong vùng biến dạng, hệ số cứng của xilanh, và phụ thuộc vào góc vát của bề mặt<br /> chặn của xilanh.<br /> Các kết quả nhận được ở trên cho phép ta nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu và các<br /> yếu tố động lực tới độ giảm thanh cũng như độ ổn định của đạn giảm thanh piston thuận.<br /> Kết quả nhận được cũng làm cơ sở tiếp tục nghiên cứu quá trình biến đổi và truyền<br /> động cũng như tạo tốc độ ban đầu của đạn giảm thanh piston thuận.<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 35, 02 - 2015 157<br /> Cơ kỹ thuật & Kỹ thuật cơ khí động lực<br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> <br /> [1]. Báo cáo Tổng kết đề tài “Nghiên cứu hoàn thiện thiết kế và công nghệ chế tạo vũ<br /> khí siêu nhỏ, giảm thanh, bắn gần”, Trung tâm KHKT&CNQS, Hà Nội 08-2007.<br /> [2]. Тимошенко С.П. “Теория упругости”. Изд. «Наука», М. 1979.<br /> [3]. Вильнюс “Вибротехника”. Изд. «Минтис», 1979.<br /> [4]. Биргер И.А. “Расчет на прочность деталей машин”. Изд. Машиностроение»,<br /> М. 1989.<br /> <br /> <br /> ABSTRACT<br /> SHOCK AND DEFORM OF THE PISTON-CYLINDER IN THE<br /> SILENT BULLET BASED ON THE PRINCIPLE OF DIRECT PISTON<br /> <br /> <br /> This article presents the results of studies, research shock and deform of the<br /> piston-cylinder in the silent bullet based on the principle of direct piston. Setting<br /> equations of shock and deform of the piston-cylinder, extracts influence<br /> expression of structure and kinematics to deform of the piston-cylinder, shock<br /> time.<br /> Keywords: Bullet, Piston-cylinder, Deform<br /> <br /> Nhận bài ngày 03 tháng 06 năm 2014<br /> Hoàn thiện ngày 20 tháng 12 năm 2014<br /> Chấp nhận đăng ngày 04 tháng 02 năm 2015<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Địa chỉ: * Cục Quân Khí, Tổng cục Kỹ thuật;<br /> ** Viện Tên lửa, Viện Khoa học và công nghệ quân sự – xoah2_matxkov@mail.ru<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 158 V.T Sơn, L.V. Hoàng, B. N. Hồi “Va đập và biến dạng ....piston thuận”<br />
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2