Комбинированный артиллерийский метательный заряд

 

Область использования: артиллерийские выстрелы. Сущность изобретения: комбинированный артиллерийский метательный заряд содержит средство инициирования, воспламенитель и заряд, состоящий из пороховых элементов двух видов. Пороховые элементы первого вида (пластины) имеют нейтральную поверхность горения. Пороховые элементы второго вида выполнены в виде микрозарядов, имеющих последовательно размещенные участки нейтрального горения и нейтрального и прогрессивного горения. Вся наружная поверхность пороховых элементов второго вида бронирована за исключение полосы, соответствующей участку нейтрального горения. Участки прогрессивного горения микрозарядов имеют боковые поверхности, профилированные так, что их начальный участок в окрестности X_гр= 0 описывается степенной функцией Y_гр= Xⁿ_гр(*), где n<1. Дальнейшее изменение профиля боковых поверхностей описывается функцией в которой коэффициенты a_i определяются из условий, что функция Y_гр, ее первая и вторая производные должны равняться соответствующим величинам равенства (*) в точке сопряжения этих функций, и из условий равенства вычисляемой величины поверхности горения, ее первой и второй производных в конце горения заряда соответствующим параметрам, полученным при проектировании. Профиль наружной бронированной поверхности микрозаряда определяется из системы равенства: где X_гр, Y_гр - координаты профиля боковой поверхности микрозаряда; X_n, Y_n - координаты профиля наружной поверхности микрозаряда; l - величина сгоревшего свода. 4 ил.

Предлагаемое изобретение относится к конструкции артиллерийского выстрела, а точнее к конструкции одной из составных частей выстрела - артиллерийскому метательному заряду. Метательный заряд предлагаемой конструкции может быть использован в составе современных артиллерийских выстрелов.

Известна конструкция фрагментарного заряда смешанного состава [1] размещаемого либо в сгорающей, либо в несгорающей гильзе и состоящего из пороховых элементов двух видов. Пороховые элементы, относящиеся в каждому из видов отличаются по геометрическим и теплофизическим характеристикам. Так, пороховые элементы первого вида выполнены в виде зерен, а пороховые элементы второго вида выполнены в виде шарообразных элементов, полученных из спрессованного пороха и покрытых оболочкой из термопластичного полимера и нитроцеллюлозой.

Последовательное горение пороховых элементов разных видов, входящих в состав заряда, является одним из способов повышения начальной скорости снаряда артиллерийского орудия, т. е. повышения баллистической эффективности артиллерийского выстрела. Фрагментарный заряд смешанного состава позволяет путем изменения числа пороховых элементов одного из видов или двух одновременно изменять начальную скорость снаряда, характер его траектории и дальность стрельбы.

Однако конструкция этого заряда, хотя и позволяет несколько "растянуть" диаграмму зависимости давления от времени в канале ствола и незначительно увеличить коэффициент заполнения площади индикаторной диаграммы, но не позволяет увеличить начальную скорость снаряда более чем на 3-5% Известен также комбинированный артиллерийский заряд (2) прототип- содержит средства инициирования, воспламенитель и заряд, состоящий из пороховых элементов двух типов: пороховые элементы первого вида имеют нейтральную поверхность горения, пороховые элементы второго вида выполнены в виде микрозарядов, имеющих последовательно размещенные участки нейтрального и прогрессивного горения, все внешние поверхности микрозарядов бронированы за исключением боковой входной полосы участка нейтрального горения, а участок прогрессивного горения микрозарядов выполнен в виде цилиндрических секторов, связанных в области своих вершин и одной из боковых поверхностей с участком нейтрального горения.

Пороховые элементы первого вида выполнены в форме пластинок, у которых торцовые поверхности забронированы.

Использование заряда такой конструкции позволяет получить возрастающую по мере сгорания заряда зависимость площади поверхности горения как функции величины сгоревшего свода. Это открывает перспективу для создания выстрела, в процессе которого среднее давление в заснарядном пространстве будет независящим от длины пути, проходимого снарядом.

Однако такой заряд разгоняет снаряд недостаточно интенсивно, поскольку по мере разгона снаряда давление на его дно уменьшается, несмотря на постоянство давления в среднем по заснарядному пространству.

Задача изобретения обеспечение постоянного за время выстрела давления, действующего на дно снаряда.

Поставленная задача решается тем, что в комбинированном артиллерийском метательном заряде, содержащим средства инициирования, воспламенитель и заряд, состоящий из пороховых элементов двух видов, причем элементы первого вида имеют поверхность горения нейтральной формы и выполнены в виде пластинок с забронированными торцевыми поверхностями, а пороховые элементы второго вида выполнены в виде микрозарядов, имеющих участки нейтрального и прогрессивного горения и все внешние поверхности микрозарядов забронированы за исключением входной полосы участка нейтрального горения, участки прогрессивного горения микрозарядов имеют профилированную боковую поверхность, так что при подключении к горению этих участков угол ϕ между участками нейтрального горения и касательной к контуру участков прогрессивного горения равен нулю, затем монотонно увеличивается (первая производная от угла v по величине сгоревшего свода положительна), но так, что вторая производная отрицательна. Это обеспечивается тем, что начальный участок профилированной кривой в окрестности X_гр=0 выражается степенной функцией Y_гр = Xⁿ⁽_гр^*), где n < 1, а дальнейшее изменение профиля боковых поверхностей описывается функцией в которой коэффициенты a_i определяются из условий, что функция Y_гр, ее первая и вторая производные должны равняться соответствующим величинам равенства (*) в точке сопряжения этих функций, и из условий равенства вычисляемой величины поверхности горения, ее первой и второй производных в конце горения заряда соответствующим параметрам, полученным при проектировании.

Профиль наружной бронированной поверхности микрозаряда определяются из системы равенства:



где X_гр, Y_гр координаты боковой поверхности микрозаряда;
X_n, Y_n координаты наружной поверхности микрозаряда
l величина сгоревшего свода.

Благодаря описанному профилю микрозарядов достигается прогрессивность горения не только выше первой степени, но даже выше второй.

Эта степень прогрессивности может регулироваться так, чтобы обеспечить постоянство давления, действующего на дно снаряда.

Такой подход позволяет реализовать максимальную баллистическую эффективность артиллерийского метательного заряда и обеспечить получение оптимальной индикаторной диаграммы давления в заснарядном пространстве ствола орудия.

Как обычно, под баллистической эффективностью понимаем увеличение начальной (дульной) скорости снаряда при сохранении максимального уровня давления в канале ствола орудия или сохранение начальной скорости снаряда при уменьшении уровня максимального давления.

Актуальность этой задачи для зенитных, авиационных, танковых, противотанковых систем растет вместе с ростом скорости передвижения, маневренности и бронезащищенности.

На фиг. 1 представлено схематически продольное сечение артиллерийского метательного заряда; на фиг.2 микрозаряд предложенной формы; на фиг.3 - геометрический профиль микрозаряда; на фиг.4 пороховой элемент первого вида (пластинка).

Комбинированный артиллерийский метательный заряд содержит средство инициирования 1 (фиг.1), воспламенитель 2 и заряд, состоящий из пороховых элементов двух видов. Пороховые элементы первого вида имеют поверхность горения нейтральной формы и могут быть выполнены в форме пластинок 3, у которых торцовые поверхности забронированы. Пороховые элементы второго вида выполнены в виде микрозарядов 4 (фиг.1 и 2), внешние поверхности которых бронированы, за исключением входной полосы участка 5 нейтрального горения. Участки 6 прогрессивного горения микрозарядов имеют боковые поверхности (фиг.3), профилированные так, что их начальный участок в окрестности X_гр=0 выражается функцией
Y_гр = Xⁿ_гр , где n < 1, (*)
дальнейшее изменение профиля боковых поверхностей описывается функцией

в которой коэффициенты a_i определяются из условий, что функция Y_гр, ее первая и вторая производные должны равняться соответствующим величинам равенства (*) в точке сопряжения этих функций, и из условий равенства вычисляемой величины поверхности горения, ее первой и второй производных в конце горения заряда, соответствующим параметрам, полученным при проектировании.

Профиль наружной бронированной поверхности 7 микрозаряда определяется из систем равенства:




где X_гр, Y_гр координаты профиля боковой поверхности микрозаряда;
X_n, Y_n координаты профиля наружной поверхности микрозаряда;
l величина сгоревшего свода.

Микрозаряды 4 содержат в своем составе участок нейтрального горения, который после воспламенения горит вместе с пластинками 3, пока фронт пламени не пройдет путь, равный длине отрезков AD=BC (фиг.2) и равный половине толщины AB= CD пластинок 3 (фиг.4). После этого продолжается горение нейтрального участка 5 и начинается подключение двух участков 6 прогрессивного горения. При этом угол ϕ между участком нейтрального горения и касательной к контуру участков прогрессивного горения равен нулю, а затем монотонно увеличивается (первая производная от угла v по величине сгоревшего свода положительна), но так, что вторая производная отрицательна.

При таком формировании поверхности горения ее контур отличен от окружности, а величина поверхности горения как функция величины сгоревшего свода нарастает по нелинейному закону в степени выше первой, и даже выше второй. Характер нарастания величины поверхности горения выбором профиля боковых поверхностей микрозарядов регулируется так, что обеспечивает постоянство давления, действующего на дно снаряда.

Предлагаемый комбинированный артиллерийский метательный заряд действует следующим образом. После срабатывания средства инициирования инициатор 1 (фиг. 1), форс пламени от него зажигает заряд воспламенителя 2. Продукты сгорания от воспламенителя 2 начинают распространяться (фильтроваться) между пороховыми элементами 3 и 4 вдоль гильзы 8, прогревают и воспламеняют пороховые элементы. Они воспламеняются одновременно и горят до достижения требуемого давления, действующего на дно снаряда 9. В этот момент пороховые элементы 3 сгорают, а у микрозарядов начинают подключаться участки 6 прогрессивного горения. Благодаря заданному профилю микрозарядов 4 степень прогрессивного горения регулируется так, что обеспечивает постоянное давление на дно снаряда 9 и увеличение начальной (дульной) скорости снаряда при сохранении максимального давления в канале ствола или сохранение начальной скорости снаряда при уменьшении максимального давления.

Формула изобретения

Комбинированный артиллерийский метательный заряд, содержащий средство инициирования, воспламенитель и заряд, состоящий из пороховых элементов двух видов, причем элементы первого вида имеют поверхность горения нейтральной формы и выполнены в виде пластинок с забронированными торцовыми поверхностями, а пороховые элементы второго вида выполнены в виде микрозарядов, имеющих участки нейтрального и прогрессивного горения, все внешние поверхности микрозарядов забронированы за исключением входной полосы участка нейтрального горения, отличающийся тем, что участки прогрессивного горения микрозарядов имеют боковые поверхности, профилированные так, что их начальный участок в окрестности Х_гр 0 описывается степенной функцией (*)
Y_гр = Xⁿ_гр ,
где n < 1,
дальнейшее изменение профиля боковых поверхностей описывается функцией

где коэффициенты d_i определяются из условий, что функция Y_гр, ее первая и вторая производные должны равняться соответствующим величинам равенства (*) в точке сопряжения этих функций, и из условий равенства вычисляемой величины поверхности горения, ее первой и второй производных в конце горения заряда соответствующим параметрам, полученным при проектировании,
профиль наружной бронированной поверхности микрозаряда определяется из системы равенств




где Х_гр, Y_гр координаты профиля боковой поверхности микрозаряда;
X_п, Y_п координаты профиля наружной поверхности микрозаряда;
l величина сгоревшего свода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4