Усовершенствованный осколочный снаряд и способ его изготовления

Группа изобретений относится к вооружению, а именно к способу изготовления осколочного снаряда, осколочному снаряду и применению снаряда. Способ изготовления осколочного снаряда, частично состоящего из заданных сегментов, расстояние между которыми не превышает 100 мкм, содержащего соединительные перемычки между следующими друг за другом продольно и/или радиально ориентированными сегментами. Указанные сегменты и перемычки изготавливают посредством аддитивной технологии, так что расстояние между сегментами не превышает 100 мкм. Сегменты частично соединены материалом для удержания вместе с образованием снаряда до его соударения с целью. Также в формуле раскрыт осколочный снаряд и его применение в качестве пистолетного боеприпаса, полицейского боеприпаса, армейского малокалиберного боеприпаса, охотничьего боеприпаса, минометного или артиллерийского боеприпаса, а также боеприпаса для стрельбы по подводным целям. Технический результат заключается в повышении эффективности применения снаряда и оптимизации его конструкции. 8 н. и 16 з.п. ф-лы, 12 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу изготовления осколочного снаряда, обладающего плотностью от средней до высокой, согласно п. 1 формулы изобретения.

Уровень техники

Снаряды, которые раскалываются определенным образом при попадании в цель, называют осколочными снарядами. Такой снаряд известен из патентного документа ЕР-В1-1196734, и отличается большими выемками на своей верхушке, которые неблагоприятны с точки зрения аэродинамики. Предпринимались попытки закрыть указанные выемки в виде отверстий на верхушке посредством крышек, заглушек и т.п., так чтобы улучшить аэродинамику, но это приводило к асимметрии. Оказывается, что такая асимметрия особенно неблагоприятна на слабозащищенных целях, где возникает кувыркание и нежелательные эффекты образования осколков, которые могут, в свою очередь, приводить к тяжелым травмам и/или сопутствующим повреждениям.

В патентном документе US-A1-2006/0054047 раскрыт многоцелевой бронебойный снаряд ударного действия с передней полостью и поражающими элементами из вязких тяжелых материалов, которые приближенно соответствуют друг другу по форме. Назначение такого снаряда - увеличить эффект распространения энергии удара по цели и проникающую способность в моноблочную цель. Предмет данной заявки главным образом используется в качестве бортового боеприпаса, и в общем для орудий большого калибра. Его невозможно приспособить для специальных боевых задач, например, для использования в полицейских операциях, применения в охотничьем деле, для поражения подводных целей и т.п.

В разрушающейся пуле с медной оболочкой (US-PS-6024021) используются свинцовые стержни неправильной формы, спрессованные вместе. При ударе о слабозащищенную цель указанные стержни порождают случайно образующиеся осколки, которые теряют свою кинетическую энергию вскоре после удара. Такой снаряд полезен только против очень слабозащищенных целей, а при использовании против людей и животных причинил бы очень тяжелые травмы.

Из патентного документа ЕР-А1-0088898 известен другой осколочный снаряд с передней полостью, закрытой коническим колпаком. Внутренние элементы расположены в центре свинченного по резьбе кожуха, при этом внутренние элементы могут принять форму указанного кожуха. Однако, резьбовое свинчивание нестабильно при высоких ускорениях, и аэродинамически невыгодно. Использование такого снаряда ограничено хорошо вооруженными целями.

Другой осколочный снаряд (US-PS-4603637) предназначен для учебных артиллерийских стрельб. Несколько цилиндрических секций с передними конусами, выполненных из полимерного материала, скреплены скобками вместе, и при ударе распадаются независимым образом. Такой снаряд не может быть использован для боевых задач или в полицейской практике.

Из патентного документа ЕР-А2-0989381 известен подкалиберный снаряд с отделяющимся поддоном. В нем множество дисков расположены друг за другом и склеены вместе полимерным клеем. Данная технология также приводит к формированию осколков, которые не могут образовываться воспроизводимым образом.

Патентный документ US-B1-9212876 относится к учебному снаряду большого калибра, выполненному из одного куска стали, и оснащенному участками концентрации напряжений, способствующими образованию осколков. Как вариант, снаряд выполнен из стальных секций, частично сваренных друг с другом вокруг внутренней центральной части. Задача данного изобретения заключалась в уменьшении зоны поражения на поверхности земли (SDZ, от англ. Surface Danger Zone) в районе учений. Такой снаряд обеспечивает минимальную глубину проникновения осколков, и не применяется для боевых головок.

Кинетические боевые головки раскрыты в патентном документе US-B1-8662001, при этом для образования точек разлома используется гидростатический принцип. Получающиеся осколки являются сравнительно крупными и расположены вокруг центрального элемента проникающего типа. Свойственное снаряду взаимное относительное перемещение осколков при выстреле и соударении с целью является полезным для причинения больших повреждений боевым машинам или зданиям, и ограничено задачами такого типа.

Ни одно из упомянутых существующих технических решений не может быть универсально приспособлено к различным калибрам, и не может быть оптимизировано для особых задач за короткое время. Кроме того, в документах, соответствующих существующим техническим решениям, не раскрываются снаряды, которые можно было применять для остановки и обездвиживания людей и животных без причинения тяжелых травм.

Раскрытие изобретения

Поэтому, задача настоящего изобретения заключается в создании снаряда, который при попадании в цель распадается контролируемым образом на заранее заданные части, если вообще распадается на фрагменты такого размера, какие легко могут быть обнаружены.

Другая задача настоящего изобретения заключается в получении траектории, которая в максимальной степени идентична траектории снаряда со сплошной оболочкой.

Кроме того, на цели максимальная кинетическая энергия должна насколько это возможно передаваться поверхности цели, при этом следует избежать полного простреливания цели, если это вообще возможно. Следует иметь возможность задавать глубину внедрения осколков в слабозащищенные цели, особенно, когда снаряд летит с дозвуковой скоростью.

Недопустимо возникновение каких-либо проблем с устойчивостью снаряда при выстреле. Разделение на фрагменты при попадании в цель должно происходить подходящим образом для задачи применения, а также контролируемым и ориентированным образом. Снаряд должен при ударе о цель чувствительно реагировать на осевое гидродинамическое сопротивление. Кроме того, должна быть возможность оптимизировать глубину проникновения осколков, например, в соответствии с баллистикой ранений, а также в соответствии с критериями сопутствующих повреждений. Все результирующие остаточные осколки должны быть как можно более крупными, и их число должно быть как ю можно меньшим.

Должна быть возможность легко оптимизировать намеченные точки излома, которые представляют важность при разделении снаряда на осколки. Это должно осуществляться в соответствии с принципами современной механики разрушения материалов.

В целях минимального износа пускового ствола или ствола стрелкового оружия поверхность снаряда должна быть пригодной для оптимизации. Дополнительно, поверхность снаряда должна поддаваться оптимизации в соответствии с принципами аэродинамики.

В соответствии с изобретением, калибр снаряда должен быть реализуем для любых случаев, от легкого огнестрельного оружия, далее включая армейское малокалиберное оружие (боеприпас), охотничье оружие, и до крупных размеров. 25 Механические свойства снаряда должны позволять легко справляться с деформациями хвостовой части в момент выстрела, а также результирующими центробежными деформациями в случае снарядов со стабилизацией кручения, без умаления других задач предмета изобретения.

Процесс изготовления осколочного снаряда должен обеспечивать

высокую точность формы снаряда с минимумом возможных ограничений по конструкции, так чтобы было возможно изготовление таких форм снаряда, которые на настоящее время являются нереализуемыми. Предпочтительный технологический процесс должен быть способен реализовать топологически ориентированные конструкции снаряда.

Соответствующий изобретению осколочный снаряд отличается тем, что определенные фрагменты приближенно соответствуют друг другу по форме, образуя компактный снаряд до его соударения с целью. Фраза «приближенно соответствуют по форме» означает, что расстояния между индивидуальными фрагментами не превышает 100 мкм.

Ниже будут рассмотрены предпочтительные варианты осуществления изобретения.

Согласно первому аспекту изобретения предложен способ изготовления осколочного снаряда, частично состоящего из заданных сегментов, расстояние между которыми не превышает 100 мкм, содержащего соединительные перемычки между следующими друг за другом продольно и/или радиально ориентированными сегментами, при этом указанные сегменты и перемычки изготавливают посредством аддитивной технологии, так что расстояние между сегментами не превышает 100 мкм, причем сегменты частично соединены материалом для удержания вместе с образованием компактного снаряда до его соударения с целью.

Согласно варианту осуществления способа снаряд изготавливают процессом лазерной обработки заранее сформированного порошкового слоя (LBM), причем щели создают путем временного отключения источника излучения на такой промежуток времени, чтобы в подаваемом или существующем металлическом или керамическом или полимерном порошке от 1 до 6 зерен оставались нерасплавленными или неспеченными.

Согласно еще одному варианту осуществления способа снаряд изготавливают прямым осаждением металла (DMD) с мультипорошковым питателем и/или лазерной обработкой с распылением порошка (LPM).

Согласно второму аспекту изобретения предложен осколочный снаряд, изготовленный посредством аддитивной технологии, отличающийся тем, что сегменты образуют каркас из по меньшей мере двух частей, причем каркас остается соединенным до соударения снаряда с целью, и характеризуется уменьшением сопротивления излому 5 в направлении верхушки снаряда.

Осколочный снаряд согласно одному варианту осуществления конструктивно выполнен так, что лишь минимум соединений соответствующих друг другу по форме частей предусмотрены для передачи кинетической энергии цели, а не для выполнения работы деформации.

Согласно современному пониманию, предпочтительно, чтобы фрагменты снаряда содержали латунь или бронзу и/или сплав обоих материалов, не содержащий свинца, поскольку такие материалы вызывают минимальный износ пускового ствола даже без дополнительного покрытия.

Если проникающая способность должна быть увеличена, то рекомендуются осколочные снаряды, в которых фрагменты проходят вокруг сердечника из вольфрама, или, в которых центральные фрагменты выполнены из вольфрама и/или его сплава.

Изготовление снарядов в случае, когда снаряд выполнен из легированной стали и его поверхность содержит покрытие, является недорогостоящим, и не вызывает никаких исключительных проблем в процессе производства.

Покрытия, содержащие олово, медь и их сплавы, в основном хорошо зарекомендовали себя в оружейных системах.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, составная каркасная конструкция улучшает требуемый эффект разделения снаряда на фрагменты на цели.

Максимальный размер отверстия передней полости, доходящий до 0,2 калибра снаряда, составляет часть того размера, который является общепринятым в технологии, соответствующей существующему уровню техники, и гарантирует оптимальную аэродинамику и передачу энергии цели.

Ориентация фрагментов в осевом направлении способствует хорошему результату разделения снаряда на осколки.

Конструкция, в которой фрагментам придана форма в радиальном направлении, создает осколки, которые оптимально передают энергию поверхности цели, и которые проникают в цель на сравнительно малую величину.

Расстояния между фрагментами, составляющие от 3 мкм до 100 мкм, благоприятны с точки зрения аэродинамики, и гарантируют требуемый результат на цели, несмотря на небольшое число соединительных точек.

Согласно одному варианту осуществления изобретения осколочный снаряд, изготовленный посредством аддитивной технологии, отличается тем, что по меньшей мере часть сегментов состоит из композитного материала.

Композиты легче поддаются оптимизации в отношении их плотности, чем металлические сплавы. Это позволяет создавать новые конструкции снарядов.

Композитные материалы, содержащие керамику и/или полимеры, без труда могут быть использованы для требуемого смещения центра тяжести в конструкции снаряда.

Полость, которая по меньшей мере в своей передней части имеет форму равностороннего треугольника, зарекомендовала себя, как особенно подходящую, поскольку острые углы равностороннего треугольника обеспечивают максимальный результат центрального надреза для разделения снаряда на осколки на цели.

Спиралевидная форма полости, треугольной в своем сечении, может способствовать радиальному распределению фрагментов, если фрагменты сформированы встречно направлению закручивания снаряда.

Снаряды ударного действия, в частности, стреловидные пули, требуют, чтобы освобождение от оболочки в полете происходило как можно более воспроизводимо. Это становится возможным, благодаря конструкции, в которой острие стреловидного снаряда расположено в указанной полости.

В принципе, все вышеупомянутые варианты осуществления пригодны для использования в качестве пистолетного боеприпаса.

Указанные варианты осуществления пригодны для использования как в качестве полицейского боеприпаса, так и в качестве армейского малокалиберного боеприпаса, если их адаптировать для требуемого поражения цели.

Предусмотрено также применение снаряда согласно изобретению в качестве минометного или артиллерийского боеприпаса.

Аналогично полицейскому боеприпасу, масштаб поражения цели может быть согласован с близостью цели, что очень важно для бортпроводников, чтобы исключить серьезные повреждения фюзеляжа воздушного судна (окон и т.п.); например, это вариант боеприпаса для службы федеральных маршалов.

Сочетания вышеприведенных вариантов осуществления осколочного снаряда могут быть с успехом использованы в варианте охотничьего боеприпаса, поскольку, благодаря разделению снаряда на фрагменты, может быть исключено простреливание.

Борьба с подводными целями при помощи осколочных снарядов представляет собой особенно трудную задачу, поскольку снаряды часто расщепляются уже при ударе о водную поверхность. Предмет настоящего изобретения может справиться и с этой проблемой, благодаря надлежащему числу соединений, выполненных за одно целое с материалом сегментов снаряда. Как вариант может быть использован стреловидный боеприпас, наружный корпус которого (т.е. фрагменты снаряда) отделяется при ударе о водную поверхность, а стрела, как снаряд с хвостовым стабилизатором, движется сквозь воду по прямой линии.

Аналогично малокалиберному боеприпасу может быть сконструирован и крупнокалиберный боеприпас, так что предмет изобретения может быть применим и к этому случаю.

В случае дозвуковых снарядов, например, текстура поверхности может быть выполнена так, чтобы уменьшить сопротивление воздушному потоку (ср. WO-A1-2013/020976). Кроме того, верхушка снаряда может быть оснащена небольшим демпфером вибрации (ср. ЕР-А2-2 314 980).

Если использовать традиционные технологические методы и оборудование, то изготовление рассмотренных выше топологически ориентированных конструкций невозможно вообще, или возможно, но только в отношении преодоления основных недостатков. С другой стороны, процесс изготовления, основанный на аддитивной технологии, идеально подходит для таких конструкций.

С точки зрения сегодняшнего дня, технология прямого осаждения материала (DMD, от англ. Direct Metal Deposition) с мультипорошковым питателем и технология лазерной обработки с распылением порошка (LPM, от англ. Laser Powder-Spray Manufacturing) позволяют увеличить производительность и уменьшить производственные затраты по сравнению с другими методами.

Все процессы аддитивной технологии позволяют выполнять дальнейшую механическую отделку, если это уместно; и что представляется особенно предпочтительным для снарядов перед их установкой в патрон - это их выглаживание путем шлифовки и/или отделки в барабане.

Согласно технологическом процессу, щели формируют путем временного отключения источника излучения или подачи питания между фрагментами на такой промежуток времени, чтобы в подаваемом или существующем металлическом или керамическом или полимерном порошке от 1 до 6 зерен оставались нерасплавленными или неспеченными.

Краткое описание чертежей

Далее будут схематически представлены и рассмотрены варианты осуществления настоящего изобретения. Они могут быть реализованы посредством аддитивной технологии, при этом:

фиг. 1 изображает дозвуковой снаряд в составе патрона с гильзой и пороховым зарядом, при этом снаряд сегментирован и раскалывается при ударе на три продольно ориентированные части;

фиг. 2 изображает другой вариант дозвукового снаряда, который сегментирован и при ударе раскалывается на три вращательно ориентированные части;

фиг. 3 изображает снаряд фиг. 1 с тремя продольно ориентированными сегментами при виде сверху по стрелке А;

фиг. 4 схематически изображает структуру дальнейшего развития снаряда, соответствующего фиг. 1;

фиг. 5 в разрезе изображает реализованный вариант снаряда, соответствующего фиг. 4, и состоящего из разных материалов;

фиг. 6 изображает рассеяние энергии снаряда, соответствующего настоящему изобретению, по сравнению со снарядом, соответствующим существующему уровню техники;

фиг. 7 изображает скорость снаряда, соответствующего настоящему изобретению, по сравнению со снарядом, соответствующим существующему уровню техники;

фиг. 8 изображает разделение на осколки снаряда, соответствующего настоящему изобретению;

фиг. 9 изображает разделение на осколки традиционного снаряда;

фиг. 10 схематически изображает стреловидный боеприпас для подводного применения;

фиг. 11 изображает стреловидный боеприпас при ударе о водную поверхность; и

фиг. 12 изображает стреловидный боеприпас в воде на пути к цели.

Осуществление изобретения

Фиг. 1-3 схематически изображают два типа дозвуковых снарядов 1, 1', предназначенных для использования в качестве малокалиберных боеприпасов для полицейских операций. Гильзы 2 известным образом оснащены пороховым зарядом 3, воспламенительным зарядом 4 и капсюль-воспламенителем 5.

На фиг. 3 показано, что трехчастная полость 7 содержит три сегмента F_A, F_B, F_C. Сегменты F_A, F_B, F_C связаны друг с другом составляющим одно целое с ними материалом, образующим соединительные перемычки 6, так что после выстрела снарядом 1 и до его соударения с целью сегменты держатся вместе, как одно компактное тело с хорошими летными характеристиками.

При ударе о цель сегменты F_A, F_B, F_C отрываются друг от друга, и, расправляясь, распределяются по большой площади цели. Таким боеприпасом можно было бы вести стрельбу, например, по уходящему автомобилю, чтобы он потерял топливо из бака и/или воздух из шин.

В отличие от фиг. 1, снаряд 1', соответствующий фиг. 2, разделен на три сегмента F_A, F_B, F_C. В полете снаряд 1' также скреплен составляющим одно целое с ним материалом, образующим соединительные перемычки 6.

На фиг. 2 стрелка указывает на увеличенное изображение соединительной перемычки 6 рядом с изображением снаряда 1'. Данная соединительная перемычка 6 действует как разделитель между соседними сегментами F1 и F2.

Снарядом такого типа можно также вести стрельбу по убегающим лицам при полицейских операциях, поскольку снаряд способен передавать максимум энергии поверхности тела человека, и таким образом приводить к падению убегающего.

Снаряды указанных форм могут быть точно изготовлены посредством аддитивной технологии (AM, Additive Manufacturing). Полость 7 на фиг. 1 имеет длину кромки, доходящую до 0,1 калибра, в то время как щели 8 между сегментами F_A, F_B, F_C (см. фиг. 3) доходят до 50 мкм каждая. У снаряда фиг. 2 между сегментами F1, F2, F3 имеются щели сферической формы величиной 8-Юмкм каждая. Указанные малые щели могут быть в свою очередь легко изготовлены посредством аддитивной технологии, при которой источник излучения особым образом временно отключают в ходе процесса. И наоборот, при возвращении питания источнику излучения, обычно порошковые материалы сплавляются вместе с сегментами, которые подлежат соединению посредством требуемых соединительных перемычек 6.

Щели между сегментами могут варьировать по ширине. В силу высокого импульса, действующего при выстреле, например, рекомендуется выбирать щели меньшей ширины в хвостовой части снаряда, и более широкие щели в передней части. Кроме того, формы сегментов можно сочетать друг с другом согласно принципам фиг. 1 и фиг. 2. Также, щели не обязательно должны идти параллельно друг другу, и/или соединительные перемычки могут быть распределены несимметрично. Последнее может быть использовано, чтобы повлиять на траекторию полета и проникновение заданных сегментов в цель. У цели также и части сегментов раскалываются на более мелкие фрагменты. Выбор материалов для осколков практически неограничен. Как показано на фиг. 4 различной штриховкой, тип материала может меняться от сегмента к сегменту или также внутри сегмента. При всех вариациях конструкции предмет изобретения может быть адаптирован к тому результату, который требуется иметь на цели. Кроме того, аддитивная технология дает возможность разрабатывать снаряды по требованиям заказчика для конкретной задачи применения, стратегии и основных принципов оперативных действий, и осуществлять все это в кратчайшее время. Еще одно преимущество состоит в том, что снаряд может быть скомпонован для новых задач незамедлительно, например, для борьбы с террористами, и при этом не потребуется изменять способ изготовления.

Предлагаемый подход проиллюстрирован фиг. 4, где показан снаряд 1 калибра 7,62 из бронзы, который при выстреле подвергается ускорению с импульсом I и выходит из ружейного ствола в виде компактного снаряда в направлении F₀ полета. Сегменты снова обозначены F1-F3, при этом хвостовая часть 10 имеет выраженную конусность. Внутренняя полость 11 треугольной формы проходит по большей части длины снаряда, в то время как меньшая полость 12 в передней части снаряда на цели выполняет функцию инициатора разламывания сегментов F1-F3. Виды С и D сечений демонстрируют размеры щелей и соотношения, и показывают последующее разделение на фрагменты F3₁, F3₂ и F3₃; F2₁, F2₂ и F2₃. Сегмент F1 образует аналогичные фрагменты. Хорошо видны внутренние соединительные перемычки 6, выполненные из единого материала между индивидуальными элементами (сегментами), и их размер по отношению к калибру.

Особую значимость имеет форма полостей 11 и 12, которые в сечении имеют форму равностороннего треугольника с острыми углами 60°, что обеспечивает высокую эффективность надреза, так что уже сама механика разрушения гарантирует безупречное разделение на фрагменты. Такие формы не могут быть получены стандартными средствами станочной обработки и инструментом. Соответствующие процессы будут описаны ниже.

Реальная форма снаряда показана на фиг. 5; сегменты в представленном сечении снова обозначены F1-F3, и также показаны соединительные перемычки 6, выполненные из материала единого с сегментами. Можно видеть, что угол между щелями, образованными между сегментами F2 и F3, меньше, чем угол между щелями, образованными между сегментами F1 и F2. Данная конструкция способствует передаче импульса I к передней точке снаряда 1, таким образом увеличивая глубину его проникновения в цель.

Дополнительно, сегменты данного снаряда 1 выполнены из разных материалов, т.е. металлов с различными физическими свойствами, такими как плотность, твердость, скольжение и т.п.Это позволяет адаптировать снаряд к требуемой эффективности поражения цели.

График на фиг. 6 показывает зависимость измеренного рассеяния энергии в Дж/см от глубины проникновения снаряда в баллистическое мыло при стрельбе с расстояния 200 м. Результаты для осколочного снаряда калибра 7,62, соответствующего настоящему изобретению, обозначены «АМ» и показаны сплошной линией, в то время как результаты для снаряда такого же калибра, соответствующего существующему уровню техники, обозначены «Prior Art», и показаны прерывистой линией.

Очевидно, что по сравнению со снарядом, отвечающим существующему уровню техники, снаряд, соответствующий настоящему изобретению и графику «АМ», демонстрирует энергию рассеяния примерно в три раза более высокую с соответствующими амплитудами при выстреле с расстояния 200 м. Также заметными являются пиковые значения для снаряда, соответствующего настоящему изобретению, при глубине проникновения 8-13 см.

На фиг. 7 аналогично показаны траектории для указанных двух снарядов. Следует отметить, что указанные два снаряда, обладая идентичными скоростями V₀=320 м/с в момент выстрела, затем демонстрируют различные конечные скорости после прохождения дистанции 200 м: 294 м/с для снаряда «АМ» против всего 244 м/с для снаряда существующего уровня техники.

Распределение осколков у соответствующего изобретению снаряда «АМ», изготовленного по аддитивной технологии, характеризуется наличием нескольких крупных и легко удаляемых фрагментов F, как показано на фиг. 8.

С другой стороны, на фиг. 9 показана ситуация снаряда, соответствующего существующему уровню техники, когда образуется множество мелких фрагментов S, которые могут быть удалены с трудом, или вообще не могут быть удалены, и распределены по широкой области.

На двумерных графиках фиг. 8 и 9 фрагменты F и S показаны в одной плоскости, в то время как в действительности они распределяются радиально относительно направления попадания снаряда в цель.

Рассматриваемый пример снаряда был изготовлен в качестве прототипа посредством 3D печати с использованием лазерной обработки заранее сформированного порошкового слоя (англ. Powder Bed Laser Beam Technology). Состав исходного порошка: Cu 77,0%; Ni 14,7%; Sn 6,8%; Р 1,5% (проценты по весу) при содержании зерен с размером 53 мкм до 99%.

Фиг. 10-12 в общих чертах изображают возможное специальное применение. Согласно фиг. 10, снаряд 1'' выстреливают со скоростью v из надводного положения по подводной цели. Дротик или стрела 13 расположена в центральной полости 9 снаряда, выполненного из сегментов F1. Снаряд 1'' ударяется о поверхность воды со скоростью v', фиг. 11. При ударе сегменты F1 отрываются. Стрела 13 теперь проникает в воду, фиг. 12, и движется, стабилизированная своим хвостовым оперением 14, по прямой линии к своей цели.

По сравнению с традиционными методами проектирования и связанными с ними техническими ограничениями в отношении материалов и оборудования, топологически ориентированное проектирование позволяет получать фундаментально новые формы снарядов с особыми и усовершенствованными функциями и эффектами.

Все конструкции, раскрытые в настоящем описании, можно изготовлять без необходимости в специальных орудиях производства, а непосредственно путем компьютерного проектирования (CAD, от англ. Computer Aided Design) в рамках комплексно автоматизированного производства (CIM, от англ. Computer Integrated Manufacturing), и выпускать эффективно малыми сериями. Приводимый ниже обзор позволит обычному специалисту в данной области выбрать технологический процесс, пригодный для решаемой задачи, и найти адекватное станочное оборудование.

Изготовление снарядов согласно изобретению

Новая конструкция требует технологии изготовления особого рода. В настоящее время рассчитывают на технологию 3D-печати металлами. При этом соответствующую терминологию применяют множеством различных способов в связи с тем, что различные производители оборудования используют различные наименования. Нормы и стандарты еще только на подходе. Существуют три основных типа технологии 3D-печати:

1. Лазерная обработка заранее сформированного порошкового слоя (LBM, от англ. Powder Bed Laser Beam Technology).

2. Электронно-лучевая обработка заранее сформированного порошкового слоя (ЕВМ, от англ. Powder Bed Electron Beam Technology).

3. Лазерная/электронно-лучевая обработка с распылением порошка (LFM/EFM, от англ. Powder Spray Laser/Electron Beam Technology).

Технология LBM обеспечивает высокую точность и малую шероховатость поверхностей, и главным образом используется для изготовления сложных внутренних полостей. Скорость изготовления низкая.

Технология ЕВМ работает быстрее, чем LBM; приводит к более низким термическим напряжениям, благодаря предварительному прогреву порошка. Результирующая текстура сравнительно шероховатая, и в настоящее время изготовление сложных внутренних поверхностей невозможно.

Технология LFM/EFM позволяет изготовлять также крупные детали. В частности, технология EFM требует, чтобы изготовление проходило в вакууме или в атмосфере гелия; оборудование и обслуживание дорогостоящее. Как технология LFM, так и EFM в настоящее время не позволяют ни изготовлять сложные конструкции, ни влиять на свойства материала в различных слоях изделия, и они менее точные, чем первые две технологии. Дальнейшее развитие традиционной технологии металлизации (металлической струей) до технологии прямого осаждения материала (DMD, от англ. Direct Metal Deposition) с мультипорошковым питателем, и до технологии лазерной обработки с распылением порошка (LPM, от англ. Laser Powder Spray Manufacturing) представляется многообещающим для аддитивной технологии изготовления больших количеств небольших изделий подобных малокалиберным снарядам.

В виду того, что требуются большие количества снарядов, подходящей представляется только аддитивная технология. Селективное лазерное сплавление (SLM, от англ. Selective Laser Melting) - способ, принадлежащий к первой в списке технологии LBM, позволяет использовать широкий спектр порошковых материалов, например, на основе железа, никеля, алюминия, титана, а также сплавы латуни и бронзы в атмосфере аргона или азота. В общем сплавы с низкой температурой плавления и низким давлением паров могут блокировать оптические устройства оборудования, и, следовательно, требуют особого внимания. Традиционные лазерные системы, в силу отражений и низкого поглощения энергии не рекомендуются для аддитивной технологии изготовления конструкций с медными сплавами; синие и зеленые импульсные лазеры новых разработок представляются более подходящими.

Для новых конструкций снарядов в основном применимы все методы аддитивной технологии. Другими словами, новые способы изготовления с усовершенствованной технологией материалов позволяют создавать новые конструкции, обеспечивают точный расчет нагрузок и компьютерное моделирование путем использования методов механики разрушения материалов. Могут быть запланированы и реализованы текстуры материалов с требуемыми свойствами (металлографические микроструктуры). Есть возможность комбинировать или совмещать различные способы аддитивной технологии либо в одном и том же оборудовании, либо на различных этапах изготовления.

К аддитивной технологии легко может быть добавлена традиционная обработка металла, например, шлифовкой или отделкой в барабане (Trowalisieren®, Trade Mark of Walther Trowal GmbH & Co.KG, D-42781 Haan).

В настоящее время оборудование и стоимость ограничивают аддитивные технологии количествами до 3000 шт. Эксперты ожидают, что потребность в больших количествах изделий по приемлемой цене, как в случае снарядов, будут адекватно удовлетворена после 2025 г.

Перечень обозначений

1,1' - Снаряды

1'' - Снаряд для подводной цели

2 - Гильза

3 - Пороховой заряд

4 - Воспламенительный заряд

5 - Капсюль-воспламенитель

6 - Соединительные перемычки

7 - Полость, треугольного профиля (А)

8 - Щель

9 - Полость

10 - Хвостовая часть снаряда

11 - Внутренняя полость (центральная, треугольной формы)

12 - Меньшая полость (передняя)

13 - Стрела (подводный снаряд)

14 - Хвостовое оперение (стабилизатор подводного снаряда)

АМ - Аддитивная технология / для снарядов, соответствующих изобретению

d - Дистанция I - Импульс

F, S - осколки (в баллистическом мыле)

F_A, F_B, F_C - Сегменты, направленные вдоль снаряда

P_d - Глубина проникновения

v₀ - Скорость в момент выстрела

V - Скорость полета

v' - мгновенная скорость полета

F₀ - Направление полета (после выхода из ружейного ствола)

Вид С-С, D-D - Горизонтальные разрезы.

1. Способ изготовления осколочного снаряда (1-1''), частично состоящего из заданных сегментов (F_A, F_B, F1-F3), расстояние между которыми не превышает 100 мкм, содержащего соединительные перемычки (6) между следующими друг за другом продольно и/или радиально ориентированными сегментами (F_A, F_B, F1-F3), при этом указанные сегменты (F_A, F_B, F1-F3) и перемычки (6) изготавливают посредством аддитивной технологии, так что расстояние между сегментами не превышает 100 мкм, причем сегменты (F_A, F_B, F1-F3) частично соединены материалом для удержания вместе с образованием снаряда (1-1'') до его соударения с целью.

2. Способ изготовления осколочного снаряда (1-1'') по п. 1, отличающийся тем, что снаряд (1-1'') изготавливают процессом лазерной обработки заранее сформированного порошкового слоя (LBM), причем щели (8) создают путем временного отключения источника излучения на такой промежуток времени, чтобы в подаваемом или существующем металлическом или керамическом или полимерном порошке от 1 до 6 зерен оставались нерасплавленными или неспеченными.

3. Способ изготовления осколочного снаряда (1-1'') по п. 1 или 2, отличающийся тем, что снаряд (1-1'') изготавливают процессом лазерной обработки заранее сформированного порошкового слоя (LBM) при содержании зерен с размером 53 мкм до 99%, состоящих из Cu 77,0%; Ni 14,7%; Sn 6,8% и Р 1,5% в процентах по весу.

4. Способ изготовления осколочного снаряда (1-1'') по п. 1, отличающийся тем, что снаряд (1-1'') изготавливают прямым осаждением металла (DMD) с мультипорошковым питателем и/или лазерной обработкой с распылением порошка (LPM).

5. Способ изготовления осколочного снаряда (1-1'') по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что перед установкой в гильзу (2) снаряд (1-1'') подвергают выглаживанию путем шлифовки и/или отделки в барабане.

6. Осколочный снаряд (1-1''), изготовленный посредством аддитивной технологии, в соответствии с любым из пп. 1-4, содержащий заданные сегменты (F_A, F_B, F_C; F1-F3), расстояние между которыми не превышает 100 мкм, отличающийся тем, что ширина щелей (8) между следующими друг за другом сегментами (F_A, F_B, F_C; F1-F3) лежит в диапазоне от 3 мкм до 100 мкм, предпочтительно от 8 мкм до 10 мкм, при этом сегменты частично соединены материалом перемычек (6) с образованием снаряда до его соударения с целью.

7. Осколочный снаряд (1-1''), изготовленный посредством аддитивной технологии, по п. 6, отличающийся тем, что предусмотрена передняя полость (7) и перемычки (6) между заданными сегментами (F_A, F_B, F_C) и в передней полости (7), причем сегменты (F_A, F_B, F_C) вместе образуют снаряд до его соударения с целью.

8. Осколочный снаряд (1-1''), изготовленный посредством аддитивной технологии, по п. 7, отличающийся тем, что полость (7), по меньшей мере в своей передней области, имеет форму поперечного сечения в виде равностороннего треугольника.

9. Осколочный снаряд (1-1''), изготовленный посредством аддитивной технологии, по п. 7, отличающийся тем, что полость (7), по меньшей мере в одном переднем сегменте (F1), имеет форму спирали, закрученной в противоположном направлении относительно направления закручивания (D) снаряда.

10. Осколочный снаряд (1-1''), изготовленный посредством аддитивной технологии, по любому из пп. 7-9, отличающийся тем, что максимальный размер отверстия передней полости (7) составляет 0,2 калибра снаряда.

11. Осколочный снаряд (1-1''), изготовленный посредством аддитивной технологии, по п. 6, отличающийся тем, что сегменты (F_A, F_B, F_C; F1-F3) состоят из латуни или бронзы и/или из сплава обоих материалов, не содержащего свинца.

12. Осколочный снаряд (1-1''), изготовленный посредством аддитивной технологии, по п. 6, отличающийся тем, что сегменты (F_A, F_B, F_C; F1-F3) проходят вокруг стрелы (13) из вольфрама, или центральные сегменты содержат вольфрам и/или его сплав.

13. Осколочный снаряд (1-1''), изготовленный посредством аддитивной технологии, по п. 6, отличающийся тем, что снаряд (1-1'') состоит из легированной стали.

14. Осколочный снаряд (1-1''), изготовленный посредством аддитивной технологии, по п. 13, отличающийся тем, что поверхность снаряда (1-1'') содержит покрытие, причем указанное покрытие состоит из олова, меди или их сплава.

15. Осколочный снаряд (1-1''), изготовленный посредством аддитивной технологии, по п. 6, отличающийся тем, что сегменты (F_A, F_B, F_C; F1-F3) образуют каркас из по меньшей мере двух частей, причем каркас (F_A, F_B) остается соединенным до соударения снаряда с целью, и характеризуется уменьшением сопротивления излому в направлении верхушки (F1) снаряда.

16. Осколочный снаряд (1-1''), изготовленный посредством аддитивной технологии, по п. 6, отличающийся тем, что по меньшей мере часть сегментов состоит из композитного материала.

17. Осколочный снаряд (1-1''), изготовленный посредством аддитивной технологии, по п. 16, отличающийся тем, что композитный материал содержит керамику и/или полимеры.

18. Осколочный снаряд (1-1''), изготовленный посредством аддитивной технологии, по п. 7, отличающийся тем, что в полости (7) расположено острие стреловидного снаряда.

19. Применение снаряда (1-1''), охарактеризованного по меньшей мере в одном из пп. 6-17, в качестве пистолетного боеприпаса.

20. Применение снаряда (1-1''), охарактеризованного по меньшей мере в одном из пп. 6-17, в качестве полицейского боеприпаса.

21. Применение снаряда (1-1''), охарактеризованного по меньшей мере в одном из пп. 6-17, в качестве армейского малокалиберного боеприпаса.

22. Применение снаряда (1-1''), охарактеризованного по меньшей мере в одном из пп. 6-17, в качестве охотничьего боеприпаса.

23. Применение снаряда (1-1''), охарактеризованного по меньшей мере в одном из пп. 6-16, в качестве минометного или артиллерийского боеприпаса.

24. Применение снаряда (1-1''), охарактеризованного в п. 18, в качестве боеприпаса для стрельбы по подводным целям.