Пневматическое устройство для метания снаряда
Изобретение относится к отрасли вооружений и может быть использовано в пневматическом оружии и других видах оружия. Пневматическое устройство для метания снаряда содержит ствол и систему подачи сжатого газа на снаряд. Устройство дополнительно содержит элемент, выполненный из горючего материала и расположенный с возможностью контакта с подаваемым сжатым газом и протекания химической реакции с выделением тепловой энергии. Изобретение позволяет увеличить давление подаваемого газа путем повышения температуры газа, что обеспечивает возрастание скорости полета снаряда. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к отрасли вооружений и может быть использовано в пневматическом оружии и других видах оружия.
Известны пневматические устройства для метания снаряда, содержащие ствол и систему подачи сжатого газа на снаряд. Системы подачи сжатого газа на снаряд в пневматическом оружии подразделяются на три основных типа: системы с накачкой, системы на углекислом газе и пружинно-поршневые системы. Системы с накачкой подразделяются на системы с одноразовой и многоразовой накачкой и выполняются в виде специального резервуара для сжатого воздуха, вмонтированного в ствол. Системы на углекислом газе, как правило, имеют вид одноразовых сменных баллонов с углекислотой, часть которой находится в сжиженном, а часть - в газообразном состоянии. Пружинно-поршневая система выполняется в виде воздушного цилиндра, непосредственно соединенного со стволом, внутри которого расположен поршень с пружиной. При выстреле поршень перемещается вперед и под действием пружины сжимает прослойку воздуха между поршнем и снарядом, вследствие чего снаряд движется и вылетает из ствола, то есть происходит выстрел.
Основным недостатком всех видов пневматического оружия является небольшая скорость полета снаряда, обусловленная низким давлением газа в системе его подачи. Начальное давление газа в момент выстрела не превышает несколько десятков атмосфер. Поэтому даже при незначительной массе снаряда (менее 1 г) и малом калибре (4,5-6 мм) скорость снарядов стандартных образцов не превышает 150-180 м/сек, а в наиболее мощных образцах пневматического оружия доходит до 380 м/сек. То есть дульная энергия пневматического оружия незначительная. Существенное увеличение давления газа при использовании вышеописанных конструкций не представляется возможным. Так, в оружии с пружинно-поршневой системой подачи сжатого газа давление газа - незначительное, потому что его увеличение происходит под действием пружины, сжатой с помощью мускульной силы человека. В оружии с системами на сжатом или сжиженном газе попытки увеличить давление газа приведут к необходимости увеличения толщины стенок баллона с газом и, как следствие, к значительному увеличению массы оружия. Кроме того, повреждение баллона может привести к мощному взрыву, то есть надежность такого оружия значительно снижается.
В качестве ближайшего аналога изобретения принимаем устройство аналогичного назначения, известное из RU 2098736, кл. F41B 11/00, 1997. Основным недостатком упомянутого аналога является низкая скорость полета снаряда.
В основу изобретения поставлена задача - увеличить давление подаваемого газа путем повышения температуры газа, что обеспечит возрастание скорости полета снаряда.
Поставленная задача решается тем, что пневматическое устройство для метания снаряда, содержащее ствол и систему подачи газа на снаряд, согласно изобретению дополнительно содержит элемент, выполненный из горючего материала и расположенный с возможностью контакта с подаваемым сжатым газом и протекания химической реакции с выделением тепловой энергии. Упомянутый элемент может быть выполнен в виде металлической спирали, подсоединенной к источнику электрического тока, а в качестве сжатого газа может использоваться кислород или смесь кислорода с другими газами.
Вследствие реакции горения между материалом упомянутого элемента и сжатым газом в предложенной конструкции обеспечивается возрастание температуры и, соответственно, резкое кратковременное повышение давления газа в момент выстрела. Это позволяет значительно увеличить скорость полета снаряда и его дульную энергию.
Суть изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 схематически представлено предложенное пневматическое устройство для метания снаряда. Устройство содержит ствол 1, в казенной части 2 которого расположен пневмопатрон, который состоит из системы подачи сжатого газа, выполненной в виде гильзы 3 и снаряда, выполненного в виде пули 4. Пуля 4 запрессована в гильзе 3, в которой содержится сжатый газ, например смесь кислорода с другими газами. В гильзе 3 расположен упомянутый элемент 5, который может быть выполнен, например, в виде металлической спирали, подсоединенной к источнику электрического тока 6.
Устройство работает следующим образом.
Для производства выстрела замыкаем электрический контакт между источником тока 6 и элементом 5. Через элемент 5 протекает электрический ток, вследствие этого элемент 5 нагревается. При повышении температуры начинает протекать химическая реакция между сжатым газом в гильзе 3 и горючим материалом, из которого выполнен элемент 5. Вследствие реакции горения выделяется большое количество тепловой энергии, сжатый газ нагревается и его давление в гильзе 3 возрастает. Под давлением нагретого газа пуля 4 из гильзы 3 выталкивается в ствол 2. Нагретый газ резко расширяется и продолжает давить на пулю 4, вследствие этого пуля 4 приобретает большую скорость и вылетает из ствола 1, то есть происходит выстрел.
Изготовление предложенного устройства обеспечивается с помощью существующих технологий и с использованием материалов и элементов, которые выпускаются в промышленности. В качестве ствола может использоваться стальная труба с внутренним диаметром 9 мм и длиной 200 мм. Пневмопатрон может быть изготовлен на основе 9-мм пистолетного патрона, который выпускается в промышленности. Основные параметры пневмопатрона: калибр 9 мм, длина патрона 25 мм, длина пули 12,35 мм, длина гильзы 18,1 мм. Масса кислорода, заполняющего гильзу под давлением 150 атмосфер, составляет 0,21 г. Сгорающий элемент выполняется в виде спирали длиной 12,25 мм, диаметром 5 мм, которая имеет 8 витков. Спираль выполнена из хромалевой проволоки толщиной 0,15 мм, длиной 125 мм и массой 0,01 г. В качестве источника электрического тока используется конденсатор емкостью 100 мкФ, заряженный до разницы потенциалов 300 В.
Предварительные оценки показали следующее. При разряде конденсатора емкостью 100 мкФ, предварительно заряженного до разницы потенциалов 300 В, выделяется энергия 4,5 Дж. Этой энергии достаточно для нагревания сгорающего элемента массой 0,01 г до температуры 1000°С. При полном сгорании упомянутого элемента массой 0,01 г расходуется 0,09 г кислорода (4% общего количества газа, которое содержится в гильзе) и выделяется более 460Дж тепловой энергии. При КПД пневматического устройства 50% дульная энергия снаряда составит не менее 230 Дж, что значительно превышает дульную энергию наиболее мощных образцов пневматического оружия.
Возможны другие варианты реализации изобретения, согласно которым пневматическое устройство для метания снаряда, содержащее ствол и систему подачи газа на снаряд, дополнительно содержит элемент, выполненный из горючего материала и расположенный с возможностью контакта с подаваемым сжатым газом и протекания химической реакции с выделением тепловой энергии. Например, система подачи сжатого газа на снаряд может быть выполнена в виде баллона с клапаном (вместо гильзы), а в качестве сжатого газа-окислителя может использоваться фторсодержащий газ (вместо кислородосодержащего газа). Для ряда горючих материалов, из которых может быть изготовлен упомянутый элемент, нагрев не является обязательным. Поэтому достижение указанного технического результата возможно при отсутствии средства для нагрева элемента из горючего материала.
Суть упомянутого варианта реализации изобретения объясняется чертежом.
На фигуре 2 схематически представлено предложенное пневматическое устройство для метания снаряда. Устройство содержит ствол 1, в казенной части 2 которого расположена система подачи сжатого газа, выполненная в виде баллона 3, внутри которого находится сжатый газ-окислитель, например смесь фтора с гелием. В казенной части ствола также находится снаряд, выполненный в виде пули 4, и сгорающий элемент 5, выполненный в виде спирали, изготовленной из легковоспламеняющегося материала, например металла магния. Кроме того, материал, из которого изготовлен сгорающий элемент 5, может содержать примесь вещества, которое является катализатором химической реакции между материалом элемента 5 и сжатым газом-окислителем. Начало подачи сжатого газа-окислителя на снаряд в момент выстрела обеспечивается с помощью клапана 7.
Устройство работает следующим образом.
Для осуществления выстрела открывается клапан 7. Из баллона 3 сжатый газ-окислитель поступает в казенную часть ствола 2 и вступает в контакт со сгорающим элементом 5. В условиях высокого давления газа-окислителя и в присутствии катализатора начинает происходить химическая реакция горения между сжатым газом-окислителем и легковоспламеняющимся материалом, из которого изготовлен сгорающий элемент. Эта реакция протекает с выделением большого количества тепла, в результате происходит резкое увеличение температуры и давления сжатого газа в казенной части ствола 2. Нагретый газ, резко расширяясь, давит на пулю 4. Под действием давления нагретого газа пуля 4 разгоняется до большой скорости и вылетает из ствола 1.
Изготовление предложенного устройства обеспечивается при помощи существующих технологий и с использованием материалов и элементов, которые выпускаются в промышленности. В качестве ствола используется стальная труба с внутренним диаметром 9 мм и длиной 200 мм. В качестве сжатого газа-окислителя может использоваться смесь из 50% фтора и 50% гелия. Для его хранения можно использовать стандартные баллоны (от пневматических систем на углекислом газе). Сгорающий элемент изготовлен в виде спирали длиной 12,25 мм, диаметром 5 мм, имеющей 8 витков. Спираль изготовлена из магниевой проволоки толщиной 0,15 мм, длиной 125 мм и массой около 0,004 г (плотность магния 1740 кг/м3).
Предварительные оценки показали следующее. При сгорании упомянутой спирали выделяется около 160 Дж тепла. Следовательно, при КПД пневматического устройства 50% дульная энергия снаряда может быть увеличена примерно на 80 Дж, что позволяет значительно повысить мощность существующих пневматических устройств для метания снаряда.
1. Пневматическое устройство для метания снаряда, содержащее ствол и систему подачи сжатого газа на снаряд, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит элемент, выполненный из горючего материала и расположенный с возможностью контакта с подаваемым сжатым газом и протекания химической реакции с выделением тепловой энергии.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутый элемент выполнен в виде металлической спирали, подсоединенной к источнику электрического тока.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутый элемент выполнен из материала, содержащего вещество-катализатор реакции горения между материалом элемента и сжатым газом.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в качестве вещества-катализатора горения использована платина, или палладий, или родий.
