Наивыгоднейшая форма артиллерийского снаряда

Волновое сопротивление артиллерийского снаряда.

Движение артиллерийского снаряда в атмосфере со сверхзвуковой скоростью приводит к образованию сложной структуры скачков уплотнения (ударных волн), сопровождающих снаряд. При этом давление на головную часть снаряда существенно возрастает, а суммарное сопротивление отлично от нуля даже в случае течения невязкого газа.

Сопротивление движению снаряда, обусловленное перераспределением давления на его поверхность в связи с появлением волнового характера обтекания снаряда, называется волновым сопротивлением.

Для учета влажности воздуха при расчете волнового сопротивления скорость звука рассчитывается по виртуальной температуре

м/с

Рассмотрим обтекание снаряда сверхзвуковым потоком газа. Если головная часть снаряда заострена, то при достаточно малом угле заострения в вершине снаряда образуется присоединенная головная ударная волна (скачок уплотнения). Для больших углов заострения, или в случае снаряда с затупленной головной частью, головная ударная волна отходит от поверхности снаряда (рис.5.16(а), (б)). При дальнейшем движении вдоль снаряда газ вновь достигает сверхзвуковых скоростей и при наличие на поверхности снаряда пояска, либо каких- либо изменений формы (утолщений) возникает поясковая ударная волна. При движении вдоль запоясковой части снаряда газ вновь может достичь сверхзвуковой скорости. При этом он набегает на вихревой след, образующийся при отрыве пограничного слоя, что приводит к образованию хвостовой ударной волны.

На рис. 5.16(б) представлены распределения параметров потока на оси за отошедшей ударной волной. Вследствие того, что давление на головную часть превышает данное давление, P₂ > P_д, возникает волновое сопротивление R_волн., зависящее от числа маха M. С ростом числа маха R_волн. растет. На волновое сопротивление существенно влияет форма головной части. Чем меньше угол раствора головной части, т.е. чем острее снаряд, тем меньше волновое сопротивление.

Наивыгоднейшей формой артиллерийского снаряда является такая форма, которая при заданной скорости обеспечивает наименьшее сопротивление движению.

В силу того, что основной вклад в сопротивление движению на дозвуковых и сверхзвуковых скоростях осуществляется различными физическими механизмами, наивыгоднейшая форма снаряда при V < a и V> a различна.

1. При V < a

причем R_вихр.>R_тр., R_вихр. составляет 50÷95% R

R_тр. составляет 4÷50% R

Для уменьшения R, в первую очередь уменьшают вихревое сопротивление, для чего применяют снаряды с вытянутой запоясковой частью и уменьшенной головной. При этом точка отрыва пограничного слоя сдвигается назад (рис.5.17).

2. При V > a

причем R_волн. > R_вихр. > R_тр., R_волн. составляет 65÷75%R

R_вихр. составляет 20÷30%R

R_тр. составляет 4÷5%R

Для уменьшения R в этом случае в первую очередь уменьшают R волновое. Для уменьшения R_волн. применяются снаряды с вытянутой головной и короткой запоясковой частью (рис. 5.18).

В некоторых случаях, например с целью уменьшения габаритов обтекателя головной части, возможны более изощренные способы снижения R (рис. 5.19).

Примечание: демонстрируются имеющиеся фотографии картин обтекания и даются подробные объяснения.