Про охлаждение

tramp

Известно, что современные САУ ведут или должны в перспективе вести огонь короткими сериями выстрелов не более 10 выстрелов и длительностью порядка 1 минуты. Однако эта серия выстрелов ограничивается также и нагревом ствола ввиду применения мощных метательных зарядов (имеется в виду калибр 6 дюймов и АА типа Мста и G-5 и т.п.), ввиду чего после первых серий выстрелов с высоким темпом, темп ведения огня будет в значительной степени определяться тепловым режимом ствола.
Поэтому для устранения этого недостатка предлагается использовать воздушное охлаждение ствола эжекторного типа. По сравнению с жидкостным оно проще, надежнее, более стойко к повреждениям. На стволе орудия для этого с зазором устанавливается защитный кожух, который имеет входные окна у казенниа орудия. При выстреле пороховые газы будут засасывать воздух в пространстве между кожухом и стволом за собой, создавая разрежение и втягивая новые холодные порции воздуха. Дополнительно, при смене позиции, в этим входным окнам, когда орудие будет приведено на отрицательный угол возвышения (на САУ)будет подстыкована труба стационарно установленой на машине холодильной станции, производящей охлажденный воздух также и для обитаемого отделения САУ. Таким образом при стрельбе эжектируемый воздух будет держать в приемлимых пределах температуру ствола, а в перерывах ее понижать будет специальная охлаждающая система. Точных данных по нагреву орудий и объему выделяющейся при этом теплоты не нашел, тогда возможно было бы более конкретно рассматривать эту идею. Может кто-знает такие данные.
Просьба не сильно смеяться, с благодарностью приму критику.

Charnota

Думаю, это излишне. За серию в 10 выстрелов орудие не успеет перегреться.

Student

У малокалиберных ЗСУ вопрос решен с помощью водички в кожухе - она более теплоемкая. Эжекция это хорошо, но принудительное охлаждение лучше. У моряков прямо через ствол воду гоняют в перерывах между выстрелами. Но это варварство и расточительно - у пехоты воды мало. Кожух-вода-радиатор. Это мое ИМХО.

Да и если в САУ не полностю автоматизироаван подача, все равно человеческий фактор важнее - режим огня определяется выносливостью снарядного, зарядного, способностью наводчика подправлять сбитую наводку.

С уважением, Студент

extractor

Ув.tramp!
Как говориться, вопрос конечно, интересный.
Амер. спецы поставили на свой "Крусайдер"систему жидкостного охлаждения ствола, который получился очень тяжелый. Как Вам известно, этот образец в серию не пошел.
Имхо не следует охлаждать весь ствол , а только его часть, примерно 1-1,5 м, в начале нарезов(заходной конус для гладких), где действует Р макс и Т макс, поэтому в этой зоне макс. износ.Поставить там змеевик с жидким азотом, фреоном и т.д.
Материалы по теплопередаче есть в Корнере
" Внутренняя баллистика", это около 20 страниц.Если есть интерес, могу отсканить и выставить либо здесь , либо на мыло.
С ув.extr.

tramp

Интересно ознакомится с указанной книгой, т.к. я попытался технически проработать идею, смотрел даже книги по системам промышленного кондиционирования, и хотя по внутренней баллистике в библиотеке что-то находил, но конкретных данных по нагреву орудий, в т.ч. современных, типа МСТА или G-5, я не выяснил. Поэтому буду очень благодарен за предоставление этой информации, уважаемый extractor, если это можно сообщить открыто, т.к. расчет должен вестись от теплоты нагрева ствола зарядом. Выборку информации из указанной книги вы можете выложить на форуме, например, в разделе артиллерийского сборника.
Насчет самой идеи. Я сознательно ушел от жидкостного охлаждения классических вариантов охлаждения корабельных орудий, охлаждения в Крестоносце (интересно, что все-таки за жидкость), и выбрал самый простой и надежный для СВ, особенно для нас - охлаждение воздухом. Передача тепла с внутренних слоев ствола, от зарядной каморы и рядом с ней можно обеспечить за счет вставок из металла с высокой теплопроводностью по длине и толщине ствола, который будет обеспечивать равномерное распределение тепла по сечению ствола (известно такое решение).
Такая смешанная система - охлаждение ствола в процессе стрельбы эжектированием окружающего воздуха, а в перерывах - принудительно, с помощью вентилятора охлажденным воздухом обеспечивает:
1. Снижение нагрева ствола на протяжении серий выстрелов, т.е. в пределах полного боекомплекта на САУ - десяток серий типа MRSI из 3-5 выстрелов, или десять выстрелов на пост.уст.приц. Таким образом, речь идет о нормальном температурном режиме в пределах всей стрельбы САУ - пока не грохнут недруги (если война все-таки, а не Ирак-2003) или боекомплекта.
2. Снижение заметности орудия и повышение его живучести. Кожух по всей длине имеет форму с мин. ЭПР (как на кораблях и некоторых опыт. бронемашинах), снижая заметность для разл. РЛС. Теплоизолирующие стенки кожуха, скрывающего тепловое излучение уже нагретого ствола позволяют снизить заметность орудия для средств разведки в ИК-диапазоне, систем наведения различного ВТО, кассетных боеприпасов с наведением и т.д.
3. Повышение защиты ствола орудия от осколков, пуль, других повреждений, благодаря использованию кожуха с силовоспринимающими стенками.
Таким образом, САУ выходит на позицию, открывает стрельбу, во время которой ствол немного нагревается и охлаждается с помощью эжектора, затем САУ прекращает стрельбу и выполняет противоогневой маневр, в процессе движения на новую позицию ствол опускается в специальную нишу, где с помощью бортового холодильного оборудования его начинают охлаждать снаружи холодным воздухом. При этом обеспечивается снижение температуры до уровня первоначальной, что бы каждая серия выстрелов как в первый раз, темп стрельбы не снижался. После остановки ствол приводится на углы прицеливания и огонь! Дальше все как описано выше, повторение алгоритма - стрельба+охлаждение, движение+суперохлаждение и опять повтор. Пока батарейки не сядут 😛 .
Кроме того, эту систему я прикидывал для использования в этой АУ http://www.navweaps.com/Weapons/WNGER_61-52_MONARC.htm
при учете ее происхождения и возможностей по модификации.

extractor

Интернет никакой, но попробую.

Donkey

Большое спасибо!
А продолжение (теплопереход в ствол как ф-ция d,L,q,w и т.д.)будет?
Заранее благодарен.
С уважением, Donkey

tramp

Большое спасибо extractor за сканы, ну и присоединяюсь к Donkey по поводу продолжения.

extractor

Счас продолжу, если не выпрут из-за компа







extractor

Уфф!
Загружалось 1 час 40 минут.Чем хороша халява!
С ув.extr.

extractor

Коллеги!
Хоть и день рождения нашего раздела , но по некоторым независящим от меня причинам отмечаю холодным компотом и как всегда бредовые мысли посещают голову.
Ноу-хау! Охлаждение ствола-выстрелом.
В гильзе размещаем сверху:крышку, затем-охлаждающий элемент:лед, жидкий азот, и пр.
ставим крышку и маленький вышибной пороховой зарядик, чтобы только "размазать" содержимое
по каналу ствола.
Режим огня:10-20 выстрелов, затем охлаждающий, и т.д. и т.п.
Жду мнения металловедов, не рассыплються ли нарезы от таких температурных колебаний?
Насчет эжекции идея хороша, теперь только посчитать расход воздух и как быстро пойдет процесс охлаждения .
Подача воздуха из холодильника-самое то.
Спасибо за интересные предложения.
С ув.extr.

tramp

Я могу ошибаться, но в в различных статьях по истори АК-630 упоминалось, что для охлаждения при стрельбе прорабатывался специальный патрон с охлаждающей жидкостью, который выбрасывался при выстреле в ство. Однако, как там указано, этот метод оказался неэффективным из-за малого объема жидкости и наверное трудностей с достижением полного , равномерного охлаждения казенника пушки -каждого. Поэтому такая штука известна, но судя по всему не реализована, поэтому например в совокупности с эжектором может дать эффект - т.к. единственным неохлаждаемым узлом в предложенном варианте является казенник ствола, а его все равно протирают для охлаждения.
Я встречал на ВиФ-е обсуждения целесообразности применения эжекторного охлаждения на Печенеге и встречались негативные мнения по этому поводу.

humanoid

А что, на Печенеге просто люминиевый радиатор? На Льюисе вроде эжектор... Кстати, кто-нибудь где-нибудь может сказать, как устроен радиатор Льюиса? Я нашёл только "принудительное охлаждение воздухом, засасываемым в радиатор"

Student

Вы хотите Люьис? Их есть у меня... http://ww1.iatp.org.ua/levis1915.htm http://ww1.iatp.org.ua/ievismanunal.htm

Система такая. На ствол одет алюминиевый радиатор с глубоким оребрением, в задней части оребрение выходит за кожух.
Собственно, алюминий сам очень теплопроводен, позволяет отводить тепло от всего, с чем контачит. Вспомним 'холодильники' для советских микросхем.
Кожух тоже алюминиевый, он накрывает радиатор почти без зазора, образуя тем самым каналы по числу промежутков между ребрами.
В передней части кожух длиннее радиатора и выступает за габарит дульного среза. Выбрасываемые газы создают разрежение, засасывающее воздух с дальней части радиатора. Проходя по промежуткам между ребер радиатора, воздух отбирает у него часть тепла. Кроме того, кожух предохраняет руки стрелка от ожогов и служит креплением для сошки. Частично он же и пламегаситель, т.к. при контакте с металлом газы охлаждаются, да и вытянутый перед кожух маскирует вспышку от наблюдения со стороны.

Минус один - большая масса и связанная с нею громоздкость. Сначала кожухи сняли с авиационных Люьисов. Там обдувка и так сильная, а радиатор повышал парусность, мешая управлению оружием. Потом экспериментально опробовали Льюисы без кожуха - охлаждение оказалось ненамного хуже, зато масса снизилась.

На данный момент такая же почти система (кожух и канавки на стволе или радиаторе) применяются на орудиях с водяным охлаждением. Только кожух, естественно, закрытый, вода не выбрасывается из него, а идет в радиатор. Канавки обеспечивают большую площадь охлаждения и лучший отвод тепла. Вода более теплоемка, чем воздух, а принудительная циркуляция воды позволяет улучшить охлаждение. Недостаток тот же - масса. Но для бронешасси или корабля это не столь важно.

Не исключена и возможность прогонки воздуха компрессором (т.е. система Льюиса с принудительной продувкой), но проблема теплоемкости та же. Зато у воздуха теплопроводность выше, т.е. он скорее отберет тепло у ствола, и при хорошей продувке вода не нужна, да и дешевле, легче выйдет система. Да и эжекционный подсос газов из ствола уменьшит загазованность боевого отделения, а волна холодного воздуха уменьшит дульное пламя. Ничто не мешает при особо интенсивной стрельбе в качестве экстренной меры подавать в кожух водо-воздушную смесь для улучшенного охлаждения, правда, тогда придется бороться с демаскирующим облаком пара. Зато эффективность возрастет в несколько раз. Далее. Подобная штука может и чем-то вроде подкрепления ствола служить, вроде стабилизатора нагрева, чтоб не 'вело' при температурных скачках.

С уважением, Студент


humanoid

Спасибо, с Льюисом всё ясно.

А у меня ночью возникла такая мысль по сабжу.
Для улучшения теплоотдачи между стволом и кожухом можно залить масло или термопасту. А тепло отводить при помощи тепловых лент (это длинный и гибкий вариант тепловой трубки, работающий в любом положении) на радиатор, охлаждаемый фреоном или элементами Пельтье.

AleX413

ИМХО эжекцией не выйдет... Теплоемкость воздуха мала - 1 Дж/г/К. Если заряд измеряется килограммами, то тепла выделяются мегаджоули (а то и десятки). Пусть 10 МДж. Если в ствол пойдет даже 3% от этой энергии (непосредственно от газов и от трения), то это 300 кДж. Если воздух будет нагреваться на 10 градусов, а так примерно и будет, потому как надо быстро и сам ствол при этом снаружи будет очень даже тепленький, а внутри сильно горяченький 😛 В общем понадобится 30 кг воздуха на выстрел. 30 кг воздуха это 25 кубометров. Если 10-12 выстрелов в минуту, то это 250-300 м^3/мин... Ну пусть воздух греется сильнее... Но все равно взлетит 😛

extractor
Вы че, издеваетесь? В таком разрешении да с полутонами и пр... Структура бумаги не интересна 😛 Можно без проблем сжать раз в 10 - в фотошопе в ч/б, потом контраст на 100, яркость на 50, потом размеры раза в 3...

AleX413

humanoid
На пельтье электричества не напасетесь 😛 Ну а вода... Теплоемкость воды 4.2 кДж/кг/К, а теплота парообразования 2.3 МДж/кг (если правильно помню). Кипячение выходит на порядок эффективнее, чем нагрев до кипения. Плюс при этом температура ствола стабилизируется на 100 градусах, значит гнуться уже больше не будет.

humanoid

AleX413
humanoid
На пельтье электричества не напасетесь 😛
Запросто. Т.к. стреляем с места, для этого можно движок подключить.

AleX413

Да нет, все хуже. По моим прикидкам (сугубо ИМХО, икс к носу) рассеять надо будет 3 МДж в минуту или 50 кВт. Какой там у пельтье КПД? Порядка единиц процентов вроде... Значит мегаватт(ы). Танкового двигла не хватит, даже если все пустить на генераторы 😛 А потом эти мегаватты все равно рассеивать в воздухе, привлекая мух, комаров и ПТУРы с ИК наведением со всей округи 😊

tramp

Поэтому проще использовать воздушное высокоинтенсивное охлаждение с помощью прокачки его через кожух.

Sheradenin

Погодите, ведь вроде как уже на вооружении есть пулемет Печенег, который отличается тем, что ствол у него не сменный именно потому, что применена принудительная система охлаждения ствола воздухом за счет эжекции.
Отсюда вывод - воздух охлаждает хорошо, ну по крайней мере в случае для пулемета.

Но тут у нас речь идет о крупном калибре. Кажется что от воздушного охлаждающего эжектора некоторая польза тоже была бы.
Моя идея что в критических случаях (когда надо выпустить много снарядов одной серией) эту систему можно можно временно форсировать путем впрыска в эжектор доступного хладоагента. Либо воды подливать, либо прицепить разовый патрон с жидким СО2 (огнетушитель??). Либо все вместе 😊 На мой взгляд должно работать.

Student

У "печенега", кроме всего прочего, гораздо толще ствол. Вот и причина несменяемости оного. А эжекция... Скорее, есть экран для предохранения от ожогов. Плюс рифление на стволе для улучшеной теплоотдачи.

Sheradenin

Не, я именно читал о том, что там специально хитрож..о продумана эжекция, если надо то попробую ссылку найти.

AleX413

Sheradenin
Это совсем другое охлаждение... Это чтобы механизм не клинило и стружку со ствола не так сильно снимало.
Кривизна ствола пулемету до лампы Алладина, а пушке с претенизией на что-то там, каждый миллиметр важен 😛 Соответственно и разность температур ствол-воздух отличается, а теплопередача как раз пропорциональна разности.

Sheradenin

Согласен, ну так я и предлагаю углекислоту жидкую подливать в эжектор для увеличения разности температур 😊 И водичку - чтоб кипела и теплоемкость повышала...

vist

К вопросу об охлаждении:
Коротеникая выписка из действующих правил стрельбы (ПСиУО-96):

Режим огня 122мм СГ 2С1
(без защиты органов дыхания номеров расчетов)
заряд полный

---------------------------------------------------------------------
| -------------------------Температура воздуха----------------------
| ------------------------------------------------------------------
| Продолж.
| стрельбы; -10_и_ниже | -10_0 | 0_+10 | +10_+20 | +20_+30 | +30_+40 | свыше+40 |
| мин.
-----------------------------------------------------------------------------
------1-----------4---------4---------4--------4---------4---------4--------4

------3-----------9--------10--------12-------12--------12--------12--------9

------5----------12--------14--------17-------20--------20--------20--------9

-----10----------16--------19--------24-------38--------40--------30-------17

-----15----------19--------25--------32-------45--------46--------37-------24

-----20----------27--------29--------39-------52--------53--------43-------29

-----25----------29--------34--------45-------60--------61--------48-------33

-----30----------35--------40-------49--------62--------65--------55-------36

-----40----------40--------47-------57--------64--------69--------60-------42

-----50----------44--------52-------64--------68--------73--------65-------47

-----60----------48--------57-------71--------80--------77--------70-------52

-----80----------54--------64-------78--------92--------83--------75-------58

----100----------61--------70-------87--------95--------86--------78-------65

----120----------68--------78-------91--------98--------89--------81-------70

----140----------68--------84-------95-------101--------92--------84-------75

----180----------78--------93------115-------108--------99--------90-------81
----------------------------------------------------------------------------

прим.4. При стрельбе с любой продолжительностью допустимое количество
выстрелов может быть распределено равномерно по времени. Для малых интервалов (до 20 мин.) боеприпасы допускается расходовать с любой скорострельностью, но при этом стрельбе должен предшествовать перерыв, равный разности между значением этого интервала времени и времени, необходимым для расхода снарядов с требуемой скорострельностью.

Т.е., при t -15 постреляв 10 минут с максимальным темпом повторить такой подвиг мы сможем через 30 минут (10мин.*4сн. в мин.=40 сн., что соответствует времени 40мин.; 40мин.- 10мин.=30мин.),
а после 20 мин. ударной стрельбы остывать придется почти 3 часа.(80 снарядов мы должны выпустить по правилам за 180 с лишним мин.)
Этот примерчик конкретизирует высказывания Charnota и Studenta о человеческом факторе.
А теперь, внимание, вопрос 😊! Зависимость режима огня от температуры нелинейная. В холодную погоду стрельба ведется реже, чем в самое пекло. Причем для всех систем. Почему?
И еще один.Наверное к уважаемому Extraktory. Как создавалась эта таблица? Расчетами или опытами. Ну, например, самоходка стреляет без памяти, а комиссия с секундомером засекает что быстрей: ствол перегреется или ошалевшие бойцы из люков полезут 😊?.

extractor

Уважаемый vist!
Попробую высказать Имхо:
Первый вопрос: просто неудобство при заряжании, наводке и т.д.
Мы стреляли как у нас говорили 'морожеными' выстрелами при минус 40, минус 50.
Снаряд весь в инее,скользкий, так и старается выскользнуть из рук .В рукавицах неудобно заряжать.
Второй вопрос:
Мне не приходилось принимать участие в таких испытаниях.
Но наши ветераны рассказывали про испытания на износ орудия, так называемая 'режимная стрельба'. Снаряды укладываются рядом с орудием, стрельба ведется очень быстро, с максимальным темпом.Точно сказать не могу, но за один час выстреливали около 300 снарядов. Краска на стволе горит!
Затем ствол остывает в течение суток и проводится замер зарядной каморы и замеры ствола по полям и нарезам.
И делаются выводы , как изнашивается ствол при интенсивной стрельбе, а затем товарищи ученые пишут всякие наставления.
При мне проводились подобные испытания на загазованность в танке конструкторам из ВНИИТрансмаша(СПб). На место экипажа установили датчики для анализа воздуха, загрузили боекомплект в МЗ, вынесли в укрытие пульт. И отстреляли с максимальным темпом. Людей в танке не было, так как по ТБ с стрельба ведется при испытаниях только их укрытия.Это в войсках можно давить непосредственно на рычаг спуска, считается если снаряды проверены стрельбой на полигоне, и в войсках не подведут.Однако, бывали всякие случаи и приходилось устранять дефекты на базах, как это случилось с 3Ш2.
Автоматическое заряжание и выстрел производилися с помощью выносного пульта .
Танк стрелял как робот.Об этом уже где-то написано в 'Записках РО'.
С ув.extr.

vist

Спасибо. Я тоже другого объяснения не нахожу. В следующий раз, прежде чем задавать вопрос, повнимательней пороюсь в первоисточнике. Жаль, что читаю "Записки" не по мере опубликования. Объем не малый, но буду стараться догнать одноклассников 😊

extractor

Где-то , кто-то ,
вероятно и напечатает!

maishmen

А вот это тема АУ АК-630 ~4000 тысячи выстрелов в минуту шесть вращающихся стволов охлаждение этиленгликолем, когда рядом стоишь кажется что у тебя кожа трещит и даже отдельных выстрелов не слышно просто..... жжжжаааааххххх... Самолёты можно пополам пилить. Правда выстрелы быстро кончаются, весь погреб в идеале улетает примерно за 1,5 минуты правда изготовитель не рекомендует стрелять очередями длительностью более 3-5 сек после чего следует прерыв 30 сек хоть и охлаждение этиленгликолем

extractor

Уважаемый maishmen!
Где этот самый этиленгликоль(антифриз?) циркулирует?
Непосредственно в КС или в кожухе?
С ув.extr.

maishmen

extractor
Уважаемый maishmen!
Где этот самый этиленгликоль(антифриз?) циркулирует?
Непосредственно в КС или в кожухе?
С ув.extr.

непосредственно охлаждаются сами стволы, есть ещё такая же АУ АК 306 только у неё охлаждение воздушное и соответственно скорострельность ниже

Varnas

Ну КПД полупроводниковых елементов пельте будет выше - наверно 10-20, но все равно елемент придетса охлаждать. Пельте елементы используетса там где надо температуру поддерживать ниже окружающей. Да и вобще - зачем изобретать велосипед? Отказываемся от круговова вращения башни, ставим кожух на ствол и соединяем шлангами с радиатором двигателя 😊

jab

Откуда там радиатор двигателя ? Под парусами ходят ребята. :-) И есть подозрение что не спасет их эта штука от четырех-шести AGM-65F пущеных с F-16E из-за радиогоризонта под прикрытием EF-111. Если бы могла - не было бы воплей про Каштан и Пальму. Годится оно только Гарпуны ловить без постановщика помех.

jab

Сдается мне, это фотка АК-630М
с пр.1124 "Альбатрос".
"Охлаждение ствола наружное, путем прогонки воды или антифриза между кожухом и стволами.По результатам испытаний для стрельбы по скоростным воздушным целям введен режим стрельбы: 4-5 очередей по 20-25 выстрелов каждая с предельной дальности и очередь в 400 выстрелов на дистанции наиболее эффективного поражения, с перерывом между очередями 3-5 с."

maishmen

jab
Сдается мне, это фотка АК-630М
с пр.1124 "Альбатрос".
"Охлаждение ствола наружное, путем прогонки воды или антифриза между кожухом и стволами.По результатам испытаний для стрельбы по скоростным воздушным целям введен режим стрельбы: 4-5 очередей по 20-25 выстрелов каждая с предельной дальности и очередь в 400 выстрелов на дистанции наиболее эффективного поражения, с перерывом между очередями 3-5 с."

нет это не пр. 1124 😊 данные выкладывать не буду по известным причинам

Dmb_2007

Только не "Альбатрос" - у 1124 визирная колонка была бы в этом ракурсе не видна, она возле передней мачты. А установка на корме.
Это, имхо, какой-то тральщик.

Varnas

Откуда там радиатор двигателя ? Под парусами ходят ребята. :-)
+++++++
я про самоходную пушку, сухопутную.