Методы проектирования направляющей части каналов стволов стрелково-пушечного вооружения

 
 
 
 
 
 
 
А. Ю. Александров 
 
 
 
 
 
МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 
НАПРАВЛЯЮЩЕЙ ЧАСТИ КАНАЛОВ СТВОЛОВ 
СТРЕЛКОВО-ПУШЕЧНОГО ВООРУЖЕНИЯ 
 
Монография 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 
 

 
УДК 623.4 
ББК 68.512 
А46 
 
 
Рецензенты: 
действительный член Российской академии ракетных и артиллерийских наук,  
руководитель научного отделения № 10 «Проблемы военной безопасности»,  
д-р ист. наук, профессор Виктор Владимирович Изонов; 
начальник Военного Учебного Центра при ФГБОУ ВО «Тульский государственный  
университет», д-р техн. наук, профессор Николай Евгеньевич Стариков 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Александров, А. Ю. 
А46  
Методы проектирования направляющей части каналов стволов  
стрелково-пушечного вооружения : монография / А. Ю. Александров. - 
Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. - 244 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1664-1 
 
Изложены методы проектирования направляющей части каналов стволов автоматического стрелково-пушечного вооружения, предназначенные для повышения износостойкости и живучести стволов и прошедшие апробацию на стволах крупнокалиберных пулемётов и авиационных пушек с жёстким режимом стрельбы. Большое 
внимание уделено научному обоснованию рекомендаций по выбору рационального 
сочетания конструкции направляющей части каналов стволов, материала стволов и 
методов его защиты. 
Для инженерно-технических работников, занимающихся вопросами проектирования стволов автоматического оружия, а также для использования в учебном процессе, 
НИР и НИОКР высших учебных заведений Министерства обороны РФ, Министерства 
образования и науки РФ. Особое место отводится для подготовки студентов по специальности 17.05.02 «Стрелково-пушечное, артиллерийское и ракетное оружие».  
 
УДК 623.4 
ББК 68.512 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1664-1 
” Александров А. Ю., 2024 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ .......................... 6 
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 9 
 
1. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СТВОЛОВ  
В НАПРАВЛЕНИИ ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНОГО СОЧЕТАНИЯ  
КОНСТРУКЦИИ НАПРАВЛЯЮЩЕЙ ЧАСТИ КАНАЛА  
И МАТЕРИАЛА СТВОЛА 
....................................................................................... 24 
1.1. Теоретико-экспериментальная модель прогнозирования  
параметров функционирования снаряда в стволах скорострельных 
орудий 
................................................................................................................... 24 
1.1.1. Исследование условий ведения снаряда по стволу 
при выстреле .................................................................................................. 26 
1.1.2. Обоснование выбора границ интервалов варьирования  
параметров стволов и снарядов ................................................................... 30 
1.1.3. Определение предельного крутящего момента,  
прикладываемого к снаряду при его движении по стволу ....................... 33 
1.1.4. Влияние конструкции направляющей части канала  
и материала ведущего элемента на запас по удержанию снаряда  
на нарезах ствола 
........................................................................................... 35 
1.2. Комплексная задача оценки и прогнозирования 
теплового, структурно-фазового и напряженно-деформированного  
состояния стволов автоматического оружия с различными  
конструктивными и технологическими параметрами 
..................................... 42 
1.2.1. Алгоритм решения комплексной задачи анализа теплового  
и напряженно-деформированного состояния стволов .............................. 44 
1.2.2. Реализация алгоритма решения комплексной задачи оценки  
теплового и напряженно-деформированного состояния стволов 
............ 71 
1.2.3. Влияние конструкции направляющей части канала  
и материала ствола на его тепловое, структурно-фазовое  
и напряженно-деформированное состояние .............................................. 75 
1.3. Метод сравнительного анализа износа стволов автоматического 
оружия .................................................................................................................. 92 
1.3.1. Влияние конструкции направляющей части канала и  
материала ствола на износ в пластической области 
.................................. 96 
1.3.2. Оценка износа стволов в области упругого контакта ................... 101 
1.4. Методика прогнозирования живучести стволов скорострельных  
орудий с различными конструктивными и технологическими  
параметрами 
....................................................................................................... 108 
Выводы ............................................................................................................... 111 

2. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СТВОЛОВ  
АВТОМАТИЧЕСКОГО ОРУЖИЯ НА ЭТАПЕ ИХ НАТУРНЫХ  
ИСПЫТАНИЙ ......................................................................................................... 114 
2.1. Сравнительный анализ интенсивности изнашивания стволов  
скорострельных орудий, имеющих различный материал и  
конструкцию направляющей части канала .................................................... 115 
2.1.1. Особенности механизма изнашивания стволов с различными  
конструктивными и технологическими параметрами в поперечных  
сечениях и по длине .................................................................................... 116 
2.1.2. Зависимость характера и скорости процесса изнашивания 
стволов от времени его протекания .......................................................... 128 
2.2. Анализ боевых характеристик стволов скорострельных орудий  
при различной интенсивности их износа 
........................................................ 142 
2.2.1. Влияние интенсивности износа стволов с различными  
конструктивными и технологическими параметрами на их  
живучесть ..................................................................................................... 143 
2.2.2. Определение падения начальной скорости снаряда  
в зависимости от интенсивности износа стволов .................................... 154 
2.3. Оценка износа стволов стрелкового оружия на основе результатов  
их натурных испытаний 
.................................................................................... 157 
2.3.1. Исследование износа ствола пулемета «Корд» калибра  
12,7 мм из стали 30ХН2МФА .................................................................... 159 
2.3.2. Оценка износа ствола пулемета КПВТ калибра 14,5 мм 
из стали 30ХН2МФА .................................................................................. 162 
Выводы ............................................................................................................... 165 
 
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ  
ХРОМИРОВАННЫХ СТВОЛОВ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОРУЖИЯ  
В НАПРАВЛЕНИИ ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНОГО СОЧЕТАНИЯ  
МАТЕРИАЛА ПОДЛОЖКИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ  
ЕГО ЗАЩИТЫ 
......................................................................................................... 169 
3.1. Оценка механических свойств материала и живучести стволов  
из стали 25Х3М3НБЦА в зависимости от режимов объемного  
упрочнения их наиболее нагруженной части 
................................................. 172 
3.2. Анализ структуры и свойств поверхностного слоя ствольных  
сталей в результате применения технологического процесса  
газового азотирования ...................................................................................... 175 
Выводы ............................................................................................................... 182 
 
 

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ  
ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СТВОЛОВ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОРУЖИЯ  
ПРИ ЗАМЕНЕ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ХРОМИРОВАНИЯ  
КАНАЛА ГАЗОВЫМ АЗОТИРОВАНИЕМ......................................................... 184 
4.1. Сравнительный анализ температуры нагрева стволов  
скорострельных орудий из стали 25Х3М3МБЦА при использовании  
различных видов защиты их материала 
.......................................................... 187 
4.2. Исследование теплостойкости хромового покрытия  
и азотированного слоя материала ствола из стали 25Х3М3НБЦА 
.............. 192 
4.3. Сравнительная оценка ударной вязкости хромированных 
и азотированных сталей 
.................................................................................... 198 
4.4. Анализ разгаростойкости азотированных сталей ................................... 210 
4.5. Исследование коррозионной стойкости стволов из стали  
25Х3М3НБЦА с различными видами защиты приканального слоя  
материала ........................................................................................................... 205 
4.5.1. Анализ коррозионной стойкости стволов автоматического  
оружия в условиях, близких к условиям их эксплуатации 
..................... 208 
4.5.2. Оценка коррозионной стойкости стволов автоматического  
оружия в условиях, близких к условиям их хранения ............................ 222 
4.6. Анализ износа и боевых характеристик стволов скорострельных  
орудий из стали 25Х3М3НБЦА с различными видами защиты  
рабочего слоя материала .................................................................................. 224 
Выводы ............................................................................................................... 231 
 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ....................................................................................................... 235 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 
....................................................................................... 238 

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ 
Перечень основных сокращений 
БТ - бронебойно-трассирующий (снаряд); 
ВЭ - ведущий элемент; 
НЧКС - направляющая часть канала ствола; 
ОФЗ - осколочно-фугасно-зажигательный (снаряд); 
СПВ - стрелково-пушечное вооружение; 
ТНДС - тепловое и напряженно-деформированное состояние; 
ТСМ - тонкий слой металла; 
ТУ - технические условия; 
УК - участок канала ствола; 
ХТО - химико-термическая обработка. 
Перечень основных обозначений 
Aф.ср - средняя удельная работа термопластического деформирования рабочего слоя ствола, МПа; 
a – ширина полей, мм; 
B – ширина нарезов, мм; 
D – калибр, мм; 
F – суммарная нормальная сила давления боевых граней нарезов, кН; 
FR - радиальная составляющая нормальной силы давления боевых граней 
нарезов, кН; 
Fос - осевая сила сопротивления движению снаряда по каналу ствола, кН; 
Fосв - осевая сила сопротивления врезанию, кН; 
Fуд - наибольшая удельная нормальная нагрузка на боевые грани, действующая во время выстрела, МПа; 
Fуд
э - удельная нормальная нагрузка на боевые грани, необходимая для 
смятия выступов на ВЭ снаряда, МПа; 
f – коэффициент трения; 
H – микротвёрдость, ГПа; 
Hизм - толщина слоя металла с изменённой структурой, мм; 
h - ширина ВЭ снаряда, мм; 
hг - расстояние от поверхности канала ствола, мм  
hз - толщина защитного слоя материала НЧКС, мм; 
Ix - осевой момент инерции снаряда, кгāм2; 
kизн - коэффициент неравномерности износа в поперечном сечении 
НЧКС; 

kп - коэффициент овальности пробоин в щитах; 
kт - градиент температуры по длине боевой грани, K/мм; 
kф - коэффициент запаса по удерживающей способности ВЭ; 
kхр - коэффициент, учитывающий эффективность применения хромового 
покрытия;  
L, l - координаты по длине НЧКС, мм; 
lgj - логарифм плотности тока коррозии; 
lб.г - длина боевой грани, мм; 
N - количество произведённых выстрелов, шт.; 
n - количество нарезов, шт.; 
Mкр
э - наибольшее значение предельного крутящего момента, Нāм; 
pг - давление газов у дна снаряда, МПа; 
pк - радиальное контактное давление ВЭ на ствол, МПа; 
pmax - максимальное давление пороховых газов, МПа; 
Q - энергия активации процесса коррозии материала в период активного 
растворения, Дж/моль; 
q - масса снаряда, кг; 
qвп - осреднённое радиальное давление ВЭ на ствол, МПа; 
R - радиальная реакция ВЭ на ствол, кН; 
S - шаг нарезов, мм; 
Sизн - площадь фигуры, ограниченной кривой износа и осью координат, мм2; 
SH - площадь металла с изменённой структурой на участке поперечного 
сечения ствола, мм2; 
S6t - площадь металла, подвергшегося трещинообразованию, на участке 
поперечного сечения ствола, мм2; 
s - площадь поперечного сечения канала ствола, мм2; 
T - температура поверхности канала ствола, K; 
Tуст - температура НЧКС, установившаяся к началу очередного выстрела, K; 
Tmax - температура НЧКС в момент максимального теплового воздействия 
газов, K; 
t – глубина нарезов, мм; 
tв - время, с; 
V - текущая скорость снаряда, м/с; 
V0 - начальная скорость снаряда, м/с; 
V'p - скорость снижения радиального контактного давления, МПа/выст; 
D - угол наклона нарезов, рад; 
E - угол наклона боевых граней в плоскости, перпендикулярной винтовой 
образующей нарезов, рад; 
'd - диаметральный износ полей, мм; 

'kVi(ср) - среднее снижение градиента напряжений при определённом 
настреле N относительно его начального значения, МПа; 
'pк ср - среднее снижение радиального контактного давления, МПа; 
'r - радиальный износ полей, мм; 
't ср - средняя величина уменьшения глубины нарезов в ходе износа, мм; 
ǻТ - перепад температур на боевой грани, K; 
6t - суммарная глубина характерных трещин в поперечном сечении 
НЧКС, мм; 
Vт - предел текучести материала ВЭ, МПа; 
Z - угловая скорость вращения снаряда, рад/с. 
 

Посвящается 150-летию со дня рождения 
выдающегося конструктора-оружейника 
В. Г. Фёдорова 
ВВЕДЕНИЕ 
Опыт эксплуатации образцов современного автоматического оружия показывает необходимость их качественного совершенствования. Основой выполнения этой задачи является предъявление повышенных тактико-технических требований к создаваемым и модернизируемым системам автоматического оружия. Сформулированные ранее [38, 51] и актуальные в настоящее время общие 
требования к вооружению в целом и к автоматическому оружию в частности 
условно разделяются на три группы: боевые, экономические и эксплуатационные. В комплексе технических характеристик автоматического оружия с большой интенсивностью работы механизмов, обеспечивающих боевые требования, 
важное место занимает надёжность. В понятие надёжности включаются свойства оружия, характеризующие его безотказность работы, долговечность и восстанавливаемость в боевых условиях. Обеспечение экономических требований 
к автоматическому оружию во многом зависит от технологичности конструкции деталей и возможности применения прогрессивных методов технологии. 
Вопросы надёжности и экономичности тесно связаны между собой при 
решении проблемы живучести. Живучестью называется продолжительность 
срока службы оружия без нарушения его боевых качеств при минимальном количестве запасных частей [14]. При этом следует отметить, что срок службы автоматического оружия с напряжённым режимом стрельбы ограничивается живучестью ствола. Живучесть ствола определяется количеством выстрелов, при 
котором снижение боевых характеристик выходит за пределы установленных 
норм. К числу важных характеристик, являющихся критериями оценки живучести стволов автоматического оружия, относятся коэффициент овальности пробоин в щитах и начальная скорость снаряда. Результаты анализа изменения 
этих характеристик показывают, что живучесть ствола обычно меньше срока 
службы других деталей материальной части оружия. Поэтому с целью полного 
использования оружия приходится иметь запасные стволы. Однако замена 
стволов, имеющих недостаточную живучесть, вызывает перерывы в использовании оружия, а порой приводит к потере живой силы. Для обеспечения требуемой живучести стволов вводятся ограничения на длину очередей и перерывов 
между ними. Это вынужденное мероприятие существенно снижает боевую  
эффективность оружия. Кроме того, важно учитывать тот факт, что ствол является сложной деталью, требующей значительных затрат при изготовлении.  

Повышение живучести до определённого уровня даёт возможность уменьшения количества запасных стволов и снижения затрат на их производство.  
На основании вышеизложенного актуальной является проблема повышения живучести стволов. 
Известно, что основной причиной потери живучести стволов является износ направляющей части канала ствола (НЧКС). Процесс изнашивания НЧКС 
зависит от взаимного влияния различных факторов, связанных с термическим, 
химическим и механическим воздействием пороховых газов и снаряда на поверхность канала ствола, с материалом и конструкцией стволов и снарядов, с 
условиями боевой эксплуатации. 
По мнению большинства исследователей [34, 53, 54, 58] разделить явления, определяющие износ, невозможно, хотя в этом направлении выполнено 
работы, в число которых входят [30, 57]. Поэтому основной задачей исследования износа является выявление его основных причин, что позволяет отыскать 
пути снижения износа и повышения живучести ствола. Решению этой задачи 
посвящены работы советских и российских учёных Д. К. Чернова, А. Ф. Головина, И. Г. Старостина, Б. В. Орлова, А. Г. Шипунова, В. П. Грязева,  
В. Г. Маликова, А. А. Королёва, М. А. Тарасова, В. Г. Котельникова, А. А. Краснюка и многих других, а также иностранных авторов [1, 54, 58, 59, 60].  
Широкое рассмотрение вопросов живучести и описание механизма изнашивания стволов авиационных и зенитных орудий со скорострельностью 10002000 выстрелов в минуту на ствол представлено в работах А. Г. Шипунова,  
В. П. Грязева и других авторов [54, 55]. 
Результаты проведённых исследований и богатый опыт, накопленный отраслевыми организациями страны, позволил определить ряд кардинальных 
направлений по уменьшению износа, повышению живучести стволов и, следовательно, по повышению их тактико-технических характеристик. К их числу 
относится изыскание рациональной конструкции ствола, особенно его направляющей части, высокопрочного и износостойкого материала ствола и эффективного метода защиты материала от воздействия внешних факторов. 
Остановимся на анализе состояния вопроса путём рассмотрения задач, 
решённых в каждом из указанных направлений. 
В диссертациях М. А. Тарасова, Д. Ю. Полянского, О. И. Тюриной в результате создания теоретических основ исследования теплового и напряжённодеформированного состояния стволов (ТНДС) стрелково-пушечного вооружения указаны пути решения проблемы повышения их живучести за счёт оптимизации конструкции направляющей части канала ствола (НЧКС). Приведённые в 
указанных работах методики позволяют учитывать влияние материала ствола и 
термобарьерных покрытий НЧКС на параметры ТНДС. Однако заложенные в 
этих методиках возможности не реализованы в части проведения исследований 
по выбору рационального сочетания конструкции НЧКС и материала ствола.