Способ стрельбы из орудия унитарным выстрелом и унитарный выстрел, реализующий его
Владельцы патента RU 2584405:
Акционерное общество "Конструкторское бюро приборостроения им. академика А.Г. Шипунова" (RU)
Изобретение относится к боеприпасам, а именно к унитарным выстрелам и способам стрельбы ими. Унитарный выстрел содержит снаряд с хвостовиком, гильзу с капсюльной втулкой, воспламенителем и метательным зарядом, камеру и толкатель. Камера расположена в центральном канале и скреплена с дном гильзы. В хвостовике снаряда размещен инициатор воспламенителя с узлом его запуска. Толкатель выполнен в виде поршня с кольцевыми уплотнениями, контактирующими с внутренней поверхностью камеры. В осевом направлении поршень контактирует с хвостовиком снаряда. В камере, со стороны, обращенной к хвостовику снаряда, установлен улавливатель поршня с фиксатором. Узел запуска инициатора воспламенителя выполнен в виде инерционного груза. Способ стрельбы из орудия унитарным выстрелом включает срабатывание капсюльной втулки, инициирование воспламенителя и метательного заряда, перемещение снаряда, закусывание и обжатие его обтюрирующего пояска в стволе и последующий вылет снаряда из ствола. Инициирование воспламенителя и метательного заряда осуществляют после перемещения снаряда и закусывания его обтюрирующего пояска в стволе. Перемещение снаряда и закусывание его обтюрирующего пояска обеспечивают работой пороховых газов. Достигается повышение эффективности выстрела. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Предлагаемая группа изобретений относится к области артиллерийского вооружения, а конкретно к способам стрельбы из артиллерийских орудий унитарными выстрелами и конструкции унитарных выстрелов (выстрелов унитарного заряжания).
Известен боеприпас (артиллерийский выстрел унитарного заряжания) и способ его изготовления (Патент США №4 803927, МКИ5 F42B 5/02, дата публикации 14.02.1989 г.).
Известный боеприпас (выстрел) содержит снаряд, гильзу с капсюлем и основным метательным зарядом, в котором образован центральный канал для размещения снаряда. Боеприпас также содержит трубу с закрытым первым концом, который прикреплен к гильзе, и открытым вторым концом. Труба проходит к хвостовому концу снаряда внутри центрального канала. На внешней поверхности трубы выполнена кольцевая канавка. Снаряд также имеет кольцевое углубление, проходящее от его хвостового конца. В углубление входит второй конец трубы. Труба имеет тонкостенное устройство для ее соединения со снарядом при совмещении обеих кольцевых канавок и размещении в них данного устройства. В трубе установлено устройство для выработки газов, вызывающих перемещение снаряда из трубы внутри канала и воспламенение основного метательного заряда.
При функционировании вышерассмотренного выстрела реализуется способ стрельбы из орудия, включающий срабатывание капсюльной втулки, инициирование воспламенителя и основного метательного заряда, перемещение снаряда, закусывание и обжатие обтюрирующего пояска снаряда в стволе и последующий вылет снаряда из ствола.
Конструкция данного выстрела позволяет уменьшить его продольный размер и увеличить скорость снаряда за счет размещения основного метательного заряда повышенной массы на всей длине гильзы и вокруг снаряда.
Недостатком данной конструкции выстрела является то, что описанный выстрел имеет большие поперечные размеры (метательный заряд расположен вокруг снаряда) и может применяться из орудий, имеющих камору заряжания большой бутылочности, и не применим для орудий, в которых диаметры гильзы и снаряда соизмеримы.
Известен также выстрел унитарного заряжания (Патент РФ №2038569, заявка №5028146 от 21.02.1992 г. МПК F42B 5/02 - прототип), содержащий гильзу с капсюлем и метательным зарядом, перфорированную камеру и снаряд. В нем снаряд снабжен хвостовиком, в котором размещен оснащенный замедляющим пиросоставом электровоспламенитель, а в дне снаряда установлен источник питания, электрически связанный с электровоспламенителем и с электронными блоками снаряда, причем хвостовик расположен в дульце камеры и на его торце закреплен гибкий элемент, на наружной поверхности хвостовика в зоне, примыкающей к гибкому элементу, выполнен кольцевой уступ, вокруг которого расположена перфорация камеры, причем в камере выполнен кольцевой выступ, на который установлена разделяющая мембрана из сгорающего материала, а между мембраной и электровоспламенителем расположен воспламенитель. Электровоспламенитель с замедляющим составом, инициирующий через временную задержку воспламенитель и затем метательный заряд, соединен с источником электропитания (индуктором), который индуцирует ЭДС от взаимодействия с толкателем (ударником) при срабатывании капсюльной втулки. Временная задержка, обеспечиваемая замедляющим пиросоставом электровоспламенителя, необходима для запуска электронных узлов и элементов снаряда.
При функционировании данного выстрела реализуется способ стрельбы из орудия унитарным выстрелом, включающий срабатывание капсюльной втулки, инициирование воспламенителя и метательного заряда через временную задержку, перемещение снаряда, закусывание и обжатие обтюрирующего пояска в стволе и последующий вылет снаряда из ствола.
Вышерассмотренные выстрел и способ стрельбы позволяют осуществлять стрельбу из орудия управляемых снарядов через временную задержку, необходимую для задействования узлов и элементов бортовой аппаратуры управляемого снаряда. Кроме того, указанная конструкция выстрела позволяет повысить стабильность внутрибаллистических характеристик.
Однако управляемые снаряды по сравнению с неуправляемыми имеют большие продольные размеры (большую длину) за счет наличия дополнительных отсеков (отсеки системы управления, маршевого двигателя и т.д.). С целью обеспечения размещения унитарных выстрелов с управляемыми снарядами в штатных боеукладках и автоматах заряжания необходимо, чтобы их продольные габариты соответствовали продольным габаритам штатных выстрелов с неуправляемыми снарядами. Для выполнения этого условия необходимо укорачивать гильзу. Учитывая, что обтюрирующий поясок на снаряде располагается, как правило, в зоне дульца гильзы, то при этом возрастает расстояние между обтюрирующим пояском и конусом врезания (опорным конусом) ствола штатных орудий, в котором происходит закусывание и обжатие пояска. В результате этого при срабатывании метательного заряда продукты его сгорания, имея скорость намного большую, чем скорость снаряда в начале его перемещения, устремляются по кольцевому зазору между каморой ствола и снарядом и обгоняют снаряд, воздействуя своим давлением на его боковую поверхность. Давление продуктов сгорания, воздействующее на боковую поверхность снаряда, может достигать значительных величин, что приводит к необходимости упрочнения узлов снаряда и усложняет проведение герметизации стыков между узлами (прорыв газов по стыкам может приводить к выходу из строя узлов и элементов снаряда, т.е. снижению надежности). Это продолжается до тех пор, пока обтюрирующий поясок не закусится и обожмется в стволе. Таким образом, значительная часть продуктов сгорания метательного заряда не обеспечивает работу по ускорению снаряда, т.е. энергия продуктов сгорания используется с низкой эффективностью. Поэтому для сообщения снаряду требуемой дульной скорости необходимо будет увеличивать массу метательного заряда, что приведет к росту давления в гильзе и тем самым увеличению нагрузок на снаряд и орудие.
Кроме того, под действием продуктов сгорания воспламенителя и метательного заряда, при увеличенном расстоянии между обтюрирующим пояском и конусом врезания ствола снаряд к моменту закусывания пояска успевает набрать относительно большую скорость. Процесс закусывания и обжатия пояска, происходящий при относительно большой скорости снаряда, приобретенной под действием продуктов сгорания воспламенителя и продуктов сгорания метательного заряда в процессе его воспламенения, сопровождается довольно значительными динамическими нагрузками (ударные перегрузки торможения), что отрицательно сказывается на прочности и функционировании узлов и элементов снарядов, особенно узлов электронных, оптических и точной механики, и может приводить к выходу их из строя.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности использования энергии продуктов сгорания воспламенителя и метательного заряда, а также повышение надежности узлов и элементов снаряда унитарного выстрела.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном способе стрельбы из орудия унитарным выстрелом, включающем срабатывание капсюльной втулки, инициирование воспламенителя и метательного заряда через временную задержку, перемещение снаряда, закусывание и обжатие его обтюрирующего пояска в стволе и последующий вылет снаряда из ствола, инициирование воспламенителя и метательного заряда осуществляют после перемещения снаряда и закусывания его обтюрирующего пояска в стволе, при этом перемещение снаряда и закусывание его обтюрирующего пояска обеспечивают работой пороховых газов, изолированных от воспламенителя и метательного заряда.
Реализация способа стрельбы из орудия осуществляется функционированием унитарного выстрела, содержащего снаряд с обтюрирующим пояском и хвостовиком с кольцевой проточкой, гильзу с капсюльной втулкой, воспламенителем и метательным зарядом, в котором образован центральный канал, камеру, расположенную в центральном канале, скрепленную с дном гильзы и в которой размещены хвостовик снаряда, толкатель, взаимодействующий с хвостовиком снаряда при срабатывании капсюльной втулки, при этом в хвостовике снаряда размещен инициатор воспламенителя с узлом его запуска, срабатывающий через временную задержку относительно срабатывания капсюльной втулки, в котором толкатель выполнен в виде поршня с кольцевыми уплотнениями, контактирующими с внутренней поверхностью камеры, при этом в осевом направлении поршень контактирует с хвостовиком снаряда, а в камере, со стороны, обращенной к хвостовику снаряда, установлен улавливатель поршня с фиксатором, воспламенитель выполнен в виде картуза тороидальной формы с размещенным в нем пороховым составом, охватывающего хвостовик снаряда по кольцевой проточке, узел запуска инициатора воспламенителя выполнен в виде инерционного груза, телескопически установленного в полости хвостовика снаряда, зафиксированного от продольного перемещения относительно хвостовика снаряда элементом, разрушаемым при закусывании и обжатии обтюрирующего пояска в стволе орудия, и активирующего инициатор воспламенителя, либо источник электропитания, соединенный с инициатором воспламенителя. Инициатор воспламенителя может быть выполнен в виде электровоспламенителя, соединенного с источником питания, который активируется инерционным грузом. Инициатор воспламенителя может быть также выполнен в виде капсюльной втулки, при этом инерционный груз снабжен выступом-накольником, расположенным напротив капсюльной втулки. И кроме того, инициатор воспламенителя может быть выполнен в виде капсюльной втулки, размещенной на торце инерционного груза, обращенном к дну снаряда, при этом в хвостовике снаряда напротив капсюльной втулки выполнен выступ-накольник
Предлагаемое изобретение поясняется графическими материалами.
На Фиг. 1 схематично показана конструкция унитарного выстрела, выполненного в соответствии с п. 4 формулы изобретения.
На Фиг. 2 схематично показано конструктивное исполнение инициатора воспламенителя и узла его запуска, выполненных в соответствии с п. 3 формулы изобретения.
На Фиг. 3 схематично показано исполнение инициатора воспламенителя в виде электровоспламенителя, соединенного с источником питания, активируемого инерционным грузом.
Выстрел унитарного заряжания содержит снаряд 1 с обтюрирующим, например, медным пояском 2 и хвостовиком 3 с кольцевой проточкой 4, гильзу 5 с капсюльной втулкой 6, воспламенитель 7 и метательный заряд 8. В метательном заряде 8 образован центральный канал 9, в котором расположена камера 10, скрепленная с дном 11 гильзы 5 с помощью резьбового переходника 12. В камере 10 размещены хвостовик 3 и толкатель, выполненный в виде ступенчатого поршня 13 с кольцевыми уплотнениями 14. Поршень (толкатель) 13 контактирует в осевом направлении с хвостовиком 3. В камере 10, со стороны, обращенной к хвостовику 3 снаряда 1, установлен улавливатель поршня 13, выполненный, например, в виде резьбовой втулки 15 с коническим тормозным участком 16. На большем диаметре ступенчатого поршня 13 выполнена коническая фаска 17, обеспечивающая вход и плавное торможение на участке 16. В резьбовой втулке 15 размещен фиксатор поршня 13, выполненный, например, в виде пружинного разрезного кольца 18, установленного в кольцевой канавке резьбовой втулки 15 и защелкиваемого в кольцевую проточку 19 после их совмещения при продвижении поршня 13. Воспламенитель 7, выполненный в виде картуза тороидальной формы с размещенным в нем пороховым составом, охватывает хвостовик 3 по кольцевой проточке 4. Инициатор воспламенителя может быть выполнен в виде капсюльной втулки 20 либо элетровоспламенителя 21, при этом узел его запуска выполнен в виде инерционного груза 22, телескопически установленного в полости хвостовика 3, зафиксированного разрушаемым, например срезным (срезными), элементом (элементами) 23, разрушение которого (которых) происходит инерционными силами при предварительном обжатии и закусывании обтюрирующего пояска 2 в стволе 24 орудия. Разрушаемый, например срезной, элемент 23 рассчитывается и отрабатывается экспериментально таким образом, чтобы выдерживать различные эксплуатационные нагрузки, предусмотренные технической документацией (нагрузки при транспортировании, падениях и т.д.), и разрушаться инерционными силами в процессе торможения при закусывании обтюрирующего пояска 2. Масса инерционного груза 22 выбирается т.о., чтобы за счет инерционных сил, действующих на снаряд 1 и его элементы при торможении от закусывания пояска 2 в стволе, происходило разрушение (срезание) элемента 23 и после этого груз 22 имел бы кинетическую энергию, достаточную для срабатывания капсюльной втулки 20 или источника электропитания 26. Инерционный груз 22 после разрушения срезного элемента 23 движется по инерции и активирует капсюльную втулку 20 с помощью выступа-накольника 25 либо активирует источник электропитания 26, соединенный с электровоспламенителем 21. Конфигурация выступа-накольника 25 выполняется аналогичной конфигурации бойка ударно-спусковых механизмов оружия, в котором применяются такие же капсюльные втулки. Источник питания 26 может быть выполнен в виде химической батареи, активируемой инерционным грузом 22, либо индуктора, генерирующего ЭДС при ударе по нему инерционным грузом. Газодинамическая связь продуктов сгорания капсюльной втулки 20 или электровоспламенителя 21 с воспламенителем 7 осуществляется через отверстия 27, выполненные в хвостовике 3 и инерционном грузе 22 (при необходимости и конструктивном выполнении инерционного груза в соответствии с Фиг. 1). При недостатке энергии продуктов сгорания от срабатывания капсюльной втулки 6 для надежного преодоления усилия развальцовки снаряда 1 в гильзе 5, предварительного закусывания и обжатия обтюрирующего пояска 2 в коническом скосе 31 ствола 24 может применяться дополнительная пороховая навеска 28. Надежное закусывание обтюрирующего пояска 2 в коническом скосе 31 подразумевает фиксацию и удержание снаряда 1 на его пояске в стволе, в том числе и при максимально возможном угле возвышения ствола орудия. При необходимости, для усиления термогазодинамического воздействия на воспламенитель 7 может применяться дополнительная пороховая навеска 29. Отверстия 30 служат для исключения компрессии в полости хвостовика 3 при перемещении по нему инерционного груза 22. В стволе 24 имеется конический скос 31 нарезов, в котором происходит закусывание и обжатие обтюрирующего пояска 2.
Реализацию способа стрельбы из орудия унитарным выстрелом покажем на примере функционирования унитарного выстрела.
При срабатывании ударно-спускового механизма орудия его боек (на графических материалах не показаны) инициирует капсюльную втулку 6, продукты сгорания которой, усиленные при необходимости продуктами сгорания пороховой навески 28, воздействуют на поршень 13. Усилие от давления продуктов сгорания капсюльной втулки 6, воздействующее на торец поршня 13, через хвостовик 3 передается на снаряд 1 и после преодоления усилия развальцовки снаряд 1 начинает перемещаться относительно гильзы 5 и ствола 24. Поршень 13 перемещается относительно камеры 10, толкая снаряд 1, который, набирая скорость, устремляется в ствол 24 орудия. При этом кольцевые уплотнения 14 исключают прорыв продуктов сгорания капсюльной втулки 6 из полости камеры 10. По мере продвижения по камере 10 поршня 13 его часть, имеющая больший диаметр с фаской 17, попадает в конический тормозной участок 16 втулки 15, где происходит плавное торможение и улавливание поршня. При этом поршень 13 заклинивается в коническом тормозном участке 16 и дополнительно фиксируется пружинным разрезным кольцом 18, которое защелкивается в кольцевую проточку 19, выполненную на поршне 13. Снаряд 1 с хвостовиком 3, получив ускорение через поршень 13 от работы пороховых газов капсюльной втулки 6, перемещается далее по инерции в стволе 24, где в коническом скосе 31 нарезов происходит закусывание обтюрирующего пояска 2. В процессе закусывания обтюрирующего пояска 2 в коническом скосе 31 нарезов ствола (либо в коническом скосе для гладкоствольных стволов без нарезов) происходит торможение снаряда 1, в результате которого под действием инерционных сил осуществляется срез элемента (элементов) 23 и перемещение инерционного груза 22 в полости хвостовика 3. Перемещение инерционного груза 22 в полости хвостовика 3 приводит к соударению с выступом-накольником 25, в результате которого происходит срабатывание либо непосредственно инициатора воспламенителя, выполненного в виде капсюльной втулки 20, либо источника электропитания 26, соединенного с электровоспламенителем 21 и запускающего его. Продукты сгорания от срабатывания капсюльной втулки 20 или электровоспламенителя 21 через газодинамическую связь, выполненную в виде отверстий 27, осуществляют инициирование воспламенителя 7. При необходимости, для надежности инициирования воспламенителя 7 может применяться дополнительная усилительная пороховая навеска 29. Срабатывание воспламенителя 7 приводит к воспламенению метательного заряда 8. Под действием давления пороховых газов воспламенителя 7 и метательного заряда 8 снаряд 1 продвигается дальше по стволу 24, окончательно обжимая при этом предварительно закушенный в коническом скосе 31 обтюрирующий поясок 2. Учитывая, что срабатывание воспламенителя 7 и метательного заряда 8 происходит после закусывания и частичного обжатия обтюрирующего пояска 2 в коническом скосе 31, повышается эффективность использования энергии их продуктов сгорания, т.к. исключается прорыв продуктов сгорания вдоль снаряда и их воздействие на его боковую поверхность до закусывания и обжатия обтюрирующего пояска, присущий классическим унитарным выстрелам, в которых развальцовка снаряда в гильзе, перемещение снаряда, закусывание и обжатие его обтюрирующего пояска происходит энергией пороховых газов воспламенителя и метательного заряда.
Кроме того, т.к. при развальцовке гильзы 5 и первоначальном перемещении снаряда 1 в стволе до закусывания его обтюрирующего пояска 2, осуществляемых за счет энергии давления пороховых газов от срабатывания капсюльной втулки 6, к моменту инициирования воспламенителя 7 и метательного заряда 8 происходит увеличение свободного объема (уменьшение плотности заряжания), которое приводит к уменьшению максимальной величины и градиента нарастания внутрибаллистического давления в гильзе при срабатывании метательного заряда, а следовательно, к снижению нагрузок, действующих на снаряд и его узлы и элементы. Это особенно важно для управляемых снарядов, в состав которых входят электронные, оптические узлы и узлы точной механики, наиболее подверженные механическим разрушениям. Далее под действием продуктов сгорания воспламенителя 7 и метательного заряда 8 снаряд 1 ускоряется по стволу 24 и вылетает из него. Использование данных способа стрельбы и унитарного выстрела обеспечивает при сохранении требуемой начальной (дульной) скорости снаряда снижение максимального давления, воздействующего на снаряд, либо при сохранении величины максимального давления возможность увеличения массы метательного заряда, а следовательно, и скорости снаряда.
Таким образом, предложенные способ стрельбы из орудия и унитарный выстрел, реализующий его, позволяют повысить эффективность использования энергии продуктов сгорания воспламенителя и метательного заряда за счет предварительного (до инициирования воспламенителя и срабатывания метательного заряда) закусывания обтюрирующего пояска снаряда в стволе, а также повысить надежность узлов и элементов снаряда за счет снижения максимальной величины и градиента нарастания внутрибаллистического давления в гильзе, действующего на снаряд.
1. Способ стрельбы из орудия унитарным выстрелом, включающий срабатывание капсюльной втулки, инициирование воспламенителя и метательного заряда через временную задержку, перемещение снаряда, закусывание и обжатие его обтюрирующего пояска в стволе и последующий вылет снаряда из ствола, отличающийся тем, что инициирование воспламенителя и метательного заряда осуществляют после перемещения снаряда и закусывания его обтюрирующего пояска в стволе, при этом перемещение снаряда и закусывание его обтюрирующего пояска обеспечивают работой пороховых газов, изолированных от воспламенителя и метательного заряда.
2. Унитарный выстрел, содержащий снаряд с обтюрирующим пояском и хвостовиком с кольцевой проточкой, гильзу с капсюльной втулкой, воспламенителем и метательным зарядом, в котором образован центральный канал, камеру, расположенную в центральном канале, скрепленную с дном гильзы и в которой размещены хвостовик снаряда, толкатель, взаимодействующий с хвостовиком снаряда при срабатывании капсюльной втулки, при этом в хвостовике снаряда размещен инициатор воспламенителя с узлом его запуска, срабатывающий через временную задержку относительно срабатывания капсюльной втулки, отличающийся тем, что толкатель выполнен в виде поршня с кольцевыми уплотнениями, контактирующими с внутренней поверхностью камеры, при этом в осевом направлении поршень контактирует с хвостовиком снаряда, а в камере, со стороны, обращенной к хвостовику снаряда, установлен улавливатель поршня с фиксатором, воспламенитель выполнен в виде картуза тороидальной формы с размещенным в нем пороховым составом, охватывающего хвостовик снаряда по кольцевой проточке, узел запуска инициатора воспламенителя выполнен в виде инерционного груза, телескопически установленного в полости хвостовика снаряда, зафиксированного от продольного перемещения относительно хвостовика снаряда элементом, разрушаемым при закусывании и обжатии обтюрирующего пояска в стволе орудия, и активирующего инициатор воспламенителя либо источник электропитания, соединенный с инициатором воспламенителя.
3. Унитарный выстрел по п. 2, отличающийся тем, что инициатор воспламенителя выполнен в виде капсюльной втулки, а инерционный груз снабжен выступом-накольником, расположенным напротив капсюльной втулки.
4. Унитарный выстрел по п. 2, отличающийся тем, что инициатор воспламенителя выполнен в виде капсюльной втулки, размещенной на торце инерционного груза, обращенном к дну снаряда, при этом в хвостовике снаряда напротив капсюльной втулки выполнен выступ-накольник.
