Моделирование процесса поражения боеприпасов коррозией пятнами при длительном хранении Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

Zelenko Viktor Kirillovich, doctor of technical sciences, head of chair, ivts. tulguarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Vlasov Viktor Alekseevich, candidate of technical sciences, docent, ivts. tulguarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 623

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОРАЖЕНИЯ БОЕПРИПАСОВ КОРРОЗИЕЙ ПЯТНАМИ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ХРАНЕНИИ

Д.С. Курков, С.В. Бочкарев, Д.В. Загарских

Предлагается новый подход к моделированию процесса поражения боеприпасов коррозией пятнами при длительном хранении в разных климатических условиях. Для определения вероятности коррозионного поражения боеприпасов может применяется марковский случайный процесс. Построены три модели изменения вероятности коррозионного поражения боеприпасов для ремонтируемых и неремонтируемых боеприпасов.

Ключевые слова: площадь коррозии элементов артиллерийского и минометного выстрелов, точечная, средняя и большая степень коррозии.

Согласно требованиям руководящих документов определение технического состояния боеприпасов проводится на основе категорирования снарядов, мин, реактивных снарядов (РС) и гильз при наличии основных дефектов - степени коррозии (точечная, слабая, средняя и сильная), трещин и свищей в металле корпуса изделий, «роста» или «течи» взрывчатого вещества (ВВ) разрывного заряда, вмятин глубиной более 2 мм на лопастях стабилизатора РС, нарушение целостности оболочки и обтекателя головных частей РС, не извлекающиеся трассеры или взрыватели, с забоинами на центрирующем утолщении и ведущем пояске корпуса [1].

По результатам статистической обработки данных технических осмотров (ТО) на арсеналах комплексного хранения боеприпасов (АКХ) за последние 35 лет были определены весовые доли рассматриваемых дефектов и установлены основные, по которым следует категорировать изделия. Так, для указанных боеприпасов основным дефектом является коррозия пятнами [2,4], интегральный показатель которой представляет степень коррозионного поражения поверхности изделия [3,4]. Как видно из диаграммы рис. 1, весовая доля коррозии пятнами поверхности боеприпасов по отношению к другим дефектам составляет 81 %.

Рис. 1. Диаграмма весовых долей дефектов 125-мм выстрелов

индекса ВОФ36 по результатам ТО (1982-1991 гг) в умеренном и умеренно холодном климатических районах РФ (абсолютное количество и %)

На практике степень коррозионного поражения поверхности боеприпасов коррозией пятнами определяют по зависимости [4]

п

О

100,

5

где ^ - площадь ¿-го пятна, мм ; п - количество пятен; 5 - площадь поверхности образца боеприпаса, мм2.

Категорирование боеприпасов проводится по степени коррозионного поражения, определяемой согласно ГОСТ [4] (таблица). При точечной и слабой коррозии боеприпасы относят к первой категории с последующим проведением мелкого ремонта, при средней - изделия переходят во вторую категорию, проводятся средний и капитальный ремонты, а с сильной коррозией образцы переводятся в третью категорию и подвергаются разделке или уничтожению.

Классификация степени коррозии боеприпасов

Степень коррозионного поражения Площадь коррозионного очага, мм2 Общая площадь коррозионного поражения б/п, %

Отсутствие коррозии 0 0

Точечная коррозия Отдельные точки на поверхности боеприпасов

Слабая коррозия До 20 Менее 5

Средняя коррозия До 40 Менее 10

Сильная коррозия Свыше 40 Свыше 10

Такое категорирование происходит при проведении технических осмотров боеприпасов с отбором для контроля образцов в количестве 2 % от партии, что является малой выборкой и полученные результаты вызывают сомнение при прогнозировании ТС больших запасов образцов номенклатуры ГРАУ МО РФ. Учитывая экспоненциальный закон изменения степени корро-

зионного поражения боеприпасов при длительном хранении в разных климатических условиях, целесообразно прогнозирование изменения ТС изделий провести на основе марковского случайного процесса (МСП).

Использование марковской модели позволяет применить хорошо разработанный и апробированный математический аппарат.

В соответствии с принятой схемой полная группа состояний боеприпасов включает в себя:

КI - состояние, при котором боеприпасы не имеют коррозионного поражения и находятся в 1-й категории;

К2 - состояние, при котором боеприпасы имеют точечную степень коррозионного поражения и подлежат мелкому ремонту, находясь в 1-й категории;

К3 - состояние, при котором боеприпасы имеют слабую степень коррозионного поражения и подлежат мелкому ремонту, находясь в 1-й категории;

К4 - состояние, при котором боеприпасы имеют среднюю степень коррозионного поражения и подлежат среднему ремонту, находясь во 2-й категории;

К5 - состояние, при котором боеприпасы имеют сильную степень коррозионного поражения и подлежат капитальному ремонту, или разделке на элементы с последующим уничтожением, находясь в 3-й категории.

В общем случае граф состояний боеприпасов в зависимости от степени их коррозионного поражения и в соответствии с принятыми условиями переходов приведен на рис. 2.

Для формирования набора состояний К используем табличный метод, предложенный в работе [5]. Граф состояний ремонтируемых боеприпасов (снаряды, мины, РС и гильзы) в зависимости от степени их коррозионного поражения и в соответствии с принятыми условиями переходов приведен на рис. 3.

Рис. 2. Граф состояний боеприпасов в зависимости от степени их коррозионного поражения

А-2

А

Рис. 3. Граф состояний ремонтируемых боеприпасов

Граф состояний неремонтируемых боеприпасов (взрыватели, патроны к стрелковому оружию, средства воспламенения) в зависимости от трех основных степеней поражения и в соответствии с условиями переходов представлен на рис. 4.

Рис. 4. Граф состояний неремонтируемых боеприпасов

Для определения вероятностей нахождения боеприпасов в ¿-х состояниях в зависимости от степени коррозионного поражения изделий, мест хранения и климатических условий составим систему обыкновенных дифференциальных уравнений (СОДУ) А.Н. Колмогорова. Для графов, представленных на рис. 2 и 3, СОДУ имеет вид (1) и (2), а для графа рис. 4 - вид (3):

&Р1

&

& &Рз

= - (112 +113 +114 + 115) Р1; = ^12 Р1 - (123 + 124 + 125 ) Р2;

Ж

= 123Р2 + ^13Р1 - (134 + 135 )Р3

& ЖР5

Ж

4 - Я-14Р1 +123Р2 + 134Р3 - 145P4, = 115 Р1 +125 р2 +135 Р3 +145 Р4

йг

1 = - (112 + ^13 + ^14 + 115 )Р + 121 ^2 +

+ 131 Рз +141Р4;

ЖР2

йг ЖРз

= 112 Р1 - (123 + 124 + 125 )Р2 ;

йг йР4

йг йг

■-123Р2 +113 Р1 - (134 +135 )pз, = 114 Р1 + 123 Р2 + 134 Р3 - 145 Р4> - 115 Р1 + 125 Р2 + 135 Р3 + 145 Р4 •

(2)

йРЛ

йг йР4

г 5 йг

1 = - (114 +115) Р1;

йг йР5

= 114 Р1 - 145 Р4;

-145 Р4 + 115 РЪ

(3)

где Р1 - вероятность нахождения боеприпасов в ¡-м состоянии; 1у - плотность вероятности перехода боеприпасов из ¡-го состояния в у-е.

Плотности вероятности перехода боеприпасов из ¡-го состояния

ву-е зададим в виде квадратной матрицы третьего порядка 1 у .

В свою очередь, плотность вероятности перехода боеприпасов из ¡-го состояния ву-е 1 у определяется по формуле

1 у -1уру, (4)

где 1у - интенсивность перехода боеприпасов из ¡-го состояния ву-е; ру -

вероятность перехода боеприпасов из ¡-го состояния в у-е.

Случайными временными величинами, характеризующими переход

боеприпасов в состояния К, являются г точ , г слаб , г ср, г силън .

Учитывая взаимосвязь состояний боеприпасов и полагая все потоки, переводящие изделие из одного состояния в другое, простейшими, определим 1 у :

1 ~ 1 ~ 1 ~

г^

1

12

1

23

115 =-

__ -=-; ~13 ="-; ~14

г точ г точ +г слаб г слаб 1ср

1 ~ 1 ~ 1 ~ 1

1 силън

134 =

гслаб + гср

124 =-

г точ + гср

125 =

г точ +г силън

135 =■

1

гслаб + гсилън

145 =

1 силън

(5)

1

где гх - условное время хранения (УВХ) боеприпасов; гточ - математическое ожидание (МОЖ) времени хранения боеприпасов до момента наступления коррозионного поражения изделий в виде точечной коррозии; г слаб - МОЖ времени хранения боеприпасов до момента наступления коррозионного поражения изделий в виде слабой коррозии; г ср - МОЖ времени хранения боеприпасов до момента наступления коррозионного поражения изделий в виде средней коррозии; гсильн - МОЖ времени хранения боеприпасов до момента наступления коррозионного поражения изделий в виде сильной коррозии.

Системы дифференциальных уравнений (1), (2) и (3) решаются численным методом Рунге-Кутта 4-го порядка в среде МаthСad 14.

Работоспособность предлагаемого метода покажем на примере решения СОДУ (3). В соответствии с графом (рис. 4) вероятности переходов боеприпасов р14 из состояния 1-й категории К1 в состояние 4-й категории К4; р15 из состояния 1-й категории К1 в состояние 5-й категории К5 и р45 из состояния 4-й категории К4 в состояние 5-й категории К5 определяются по методике, изложенной в работе [6]. После соответствующих преобразований с учетом зависимостей (4) и (5) получим

,2

Л "X . Л "х

А1Л. — =-=- ; АЛ^ — —-=-=-=-

гх . Л г

44 — =-=-; А 45

г точ (гх + г точ ) (г точ + г ср )(г ср + гх )(г точ + гх )

1 гх А15 — ^-

гсильн (гх + гсильн )

(6)

Уравнения связи (6) и СОДУ (3) позволяют в зависимости от степени коррозионного поражения боеприпасов (точечной, слабой, средней и сильной) определить вероятности нахождения боеприпасов в рассматриваемых состояниях. Начальными условиями решения СОДУ (3) являются при г = 0

Л(г) = 1, Р4(г) = 1, Р5(г) = 0.

Контроль правильности решения осуществляется по условию нор-п

мировки ^ РI — 1.

I—1

Результаты решения СДУ представлены на графиках рис. 5.

Анализ представленных на рис. 5 результатов показывает, что с изменением условий и сроков хранения неремонтируемых боеприпасов (гранаты, взрыватели, средства воспламенения, патроны к стрелковому оружию) изменяется их техническое состояние следующим образом:

- на рассматриваемый период времени (место хранения - хранилище, тара герметичная и УВХ боеприпасов равно 15 лет) вероятность нахождения боеприпасов в 1-й категории составляет 47 %, во 2-й - 38 % и в 3-й -15 %;

- на рассматриваемый период времени (место хранения - ПОХ, тара негерметичная и УВХ боеприпасов равно 15 лет) вероятность нахождения боеприпасов в 1-й категории составляет 32 %, во 2-й - 45 % и в 3-й -23 %.

Рис. 5. Вероятности нахождения боеприпасов в категориях: а - хранилище; б - площадка открытого хранения (ПОХ) (1 - первая категория, 2 - вторая категория, 3 - третья категория)

Таким образом, получены основные результаты:

- по результатам статистической обработки данных технических осмотров боеприпасов номенклатуры ГРАУ МО РФ за 35 лет наблюдений определены весовые доли дефектов, по которым проводится категорирова-ние изделий и установлены основные. Для рассматриваемых номенклатур боеприпасов основным дефектом является коррозия пятнами, оцениваемая интегральным показателем - степенью коррозионного поражения поверхности изделия. Весовая доля данного вида коррозии боеприпасов по отношению к другим дефектам составляет более 81 %;

- существующий механизм категорирования боеприпасов, проводимый во время технических осмотров изделий с отбором образцов в количестве 2 % от партии, является малой выборкой, и полученные результаты вызывают сомнение при прогнозировании ТС больших запасов образцов. Поэтому учитывая экспоненциальный характер изменения степени коррозионного поражения боеприпасов после длительного хранения в разных местах и климатических условиях, для повышения достоверности оценки изменения ТС изделий, целесообразно их категорирование проводить на основе моделирования деградационных процессов по схеме МСП состояний, при которых боеприпасы имеют различные степени коррозионного поражения;

- предложенный метод прогнозирования изменения ТС боеприпасов позволяет по полученным регрессионным моделям определять степень коррозионного поражения боеприпасов в зависимости от времени, мест и климатических условий хранения и затем, используя разработанный математический инструментарий рассчитать вероятность нахождения изделий в категориях. Применение данного метода позволит прогнозируя выход боеприпасов в соответствующие категории, своевременно формировать ремонтный и утилизационный фонды в масштабах как АКХ так и ГРАУ МО РФ в целом;

- достоверность разработанного научно-методического аппарата прогнозирования изменения ТС боеприпасов при длительном хранении в разных климатических условиях подтверждена удовлетворительной сходимостью во временных точках (15 лет) - «реперах» результатов вычислительного эксперимента с данными технических осмотров. Установлено существенное влияние на изменение ТС боеприпасов условий и сроков хранения изделий.

Список литературы

1. Инструкция по категорированию боеприпасов. М.:ГРАУ МО РФ, 1999. 91 с.

2. Руководство по ремонту боеприпасов. М.:ГРАУ МО РФ, 2003.

287 с.

3. Руководство по эксплуатации РАВ. М.: ГРАУ МО РФ 2006. 414 с.

4. ГОСТ В 26040 - 83 Боеприпасы. Общие требования к защите при хранении. М.: Госкомитет СССР по стандартам, 1983. 7 с.

5. Курков С.Н., Курков Д.С. Определение показателей сохраняемости боеприпасов // Технические средства противодействия террористическим и криминальным взрывам: труды 3-й Международной научно-практической конференции. СПб.: Астерион, 2007. С. 226 - 232.

6. Разработка концепции оценки и прогнозирования технического состояния боеприпасов / С.Н. Курков, Д.С. Курков, Д.В. Искоркин, А.В. Ткачев // Проблемы обеспечения взрывобезопасности и противодействия терроризму: труды 6-го Международного симпозиума МЧС. СПб.: Ун-т ГПС МЧС России, 2011.

Курков Дмитрий Сергеевич, канд. техн. наук, преподаватель, 11аттег22аЬк. ги, Россия, Пенза, филиал Военной академии материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева,

Бочкарев Сергей Викторович, адъюнкт, ЬоЛткагеу^егхеЦагатЫег.ги, Россия, Пенза, филиал Военной академии материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева,

Загарских Дмитрий Владимирович, начальник филиала, [email protected], Россия, Пенза, филиал 127 Центра экспертизы и испытаний средств поражения главного ра-кетно-артиллерийского управления

MODELING OF THE PROCESS OF DESTRUCTION OF AMMUNITION BY CORROSION SPOTS DURING PROLONGED STORAGE

D.S. Kyrkov, S.V. Bochkarev, D.V. Zagarskih

A new approach to modeling of the process of destruction of ammunition by corrosion spots during prolonged storage in different climatic condicions is proposed. For determine the probability corrosion of destruction ammunition can be applied Markov process. Built three models of change of probability corrosion of destruction ammunition for repaired and no repaired ammunitions.

Key words: area corrosion elements artillery and mortar shell, point, medium и hard degree corrosion.

Kurkov Dmitrii Sergeevich, candidate of technical sciences, teacher, [email protected], Russia, Penza, branch Military Academy Material-technical Ensure name general army A. VHruleva,

Bochkarev Sergey Viktorovich, assistant professor, [email protected], Russia, Penza, branch Military Academy Material-technical Ensure name general army A. V Hruleva,

Zagarskih Dmitriy Vladimirovich, the chief commander, [email protected], Russia, Penza, branch center 127 of Examination and Testing of Means of Destruction of the Main Missile and Artillery Directorate

УДК 623.455

МОДЕЛЬ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ БОЕПРИПАСА

С. А. Куканов, М.С. Баранов, А.В. Бушевский, Э.А. Семидонов

Разработана модель оценки эффективности пуль патронов стрелкового оружия, позволяющая оценивать влияние физико-механических свойств, геометрических размеров пули на пробивное действие. Применение модели позволит выбирать оптимальные физико-механические свойства и размеры пули, при которых ее эффективность будет наилучшей.

Ключевые слова: боеприпасы к стрелковому оружию, эффективность пуль патронов.

Развитие стрелкового оружия и создание боеприпасов к нему ставит перед разработчиками задачу обоснования и выбора наиболее рационального сочетания параметров пробивного действия пуль стрелкового оружия

281