БОЕПРИПАС ДЛЯ СТВОЛЬНЫХ СИСТЕМ Российский патент 1997 года по МПК F42B5/16 

Изобретение относится к боеприпасам, а более конкретно, к боеприпасам для ствольных систем с любыми снарядами, имеющими различные виды боевого оснащения, различное поражающее действие и различную конструкцию.

В настоящее время известны различные схемно-конструктивные решения по боеприпасам для ствольных систем различных классов и типов [1, 2] Разработка боеприпасов проводится совместно с баллистическим проектированием артиллерийского ствола, при этом устанавливаются совместно характеристики боеприпаса (характеристики снаряда, метательного заряда и т.д.), характеристики ствольной системы (характеристики ствола, каморы и т.д.). После расчета нескольких вариантов боеприпаса и ствольной системы проводится их оценка и выбор наилучшего по определенному критерию. Универсальных критериев для различных классов ствольных систем не разработано, вследствие этого наилучший вариант определяется для конкретного класса ствольных систем по определенным для данного класса критериям при учете мнения по предпочтительности или оптимальному варианту конструктора системы. Базируясь на современных уровнях техники, производства, материалах, накопленном опыте, существующих критериях оценки, конструктор выбирает оптимальный вариант из множества решений, наиболее полно удовлетворяющий заданным и соответствующий наилучшим значениям критериев, выработанных для данного класса ствольных систем. Одним из основных элементов ствольных систем являются боеприпасы, при этом для всех ствольных систем одним из главных параметров является начальная (дульная) скорость снаряда (метаемого тела) и дальность его полета.

Известные пистолетные патроны, например, 9-мм патрон к пистолету Макарова [1] включают гильзу, пулю, метательный заряд и капсюль. Патроны к другим пистолетам содержат те же основные элементы, отличающиеся от патрона к пистолету Макарова своими характеристиками: дульной энергией пули, размерами (диаметром, высотой) пули, гильзы, массой пули и метательного заряда, материалом, конструкцией пули, гильзы, маркой пороха. Пули к пистолетным патронам могут быть различной конструкции (трассирующие, стальные, пластиковые или свинцовые, со стальным или свинцовым сердечником, тупо- и остроконечные, с полой головной частью, со смещенным центром тяжести и др.).

Современные пистолетные патроны относятся к категории умирающих, т.к. они не пробивают современные средства защиты. Например, пуля 9-мм патрона НАТО (1908 г.) с дальности 10 м не пробивает современные бронежилеты и каски из кевлара [3] Поэтому роль современных пистолетов в армейских подразделениях снижается и они в будущем должны быть заменены на более эффективное оружие самообороны. Новый пистолет "Гюрза" [4] обладает более высокими характеристиками. На дальности до 70 м пуля "Гюрзы" пробивает бронежилет (2 титановые пластины толщиной 1,2 мм каждая и 30 слоев кевлара). Однако другие данные по пробитию современной защитной амуниции (тяжелых бронежилетов) отсутствуют, поэтому невозможно провести сравнительную оценку и оценить возможные действия (контрмеры) защищающейся стороны при принятии данного стрелкового комплекса на вооружение. При этом характеристики патрона (кинетическая энергия) "Гюрзы" незначительно отличаются от характеристик пули 9-мм патрона НАТО.

Патроны к винтовкам, автоматам, пулеметам [1] имеют те же основные элементы, что и пистолетные патроны (пуля, гильза, метательный заряд, капсюль), но большие размеры, массу, дульную энергию пули и т.д. Пули к этим патронам также могут иметь различную конструкцию (со стальным или свинцовым сердечником, пластиковые, остро- и тупоконечные, трассирующие, бронебойные и др.).

Современные автоматные и винтовочные боеприпасы, а также используемые для них автоматные и винтовочные ствольные системы (автоматы, винтовки, пулеметы) достигли высокой степени совершенства по конструктивным и эксплуатационным характеристикам. Однако эффективность их в боевых условиях остается низкой, вследствие чего в США были проведены дополнительные исследования. Согласно [3] к войсковым конкурсным испытаниям были допущены четыре винтовки: американской фирмы "Кольт" (двухпульные 5,56-мм патроны), американской фирмы AAI (патроны со стрелой), немецкой формы "Хеклер унд Кох" (GII) и австрийской фирмы "Штайер-Манлихер" (патроны со стрелой и пластмассовой гильзой). Характеристики патронов приведены в табл. 1. Их основным отличием от штатных является малая масса пули и ее конструкция. В 1991 г. конкурсные испытания были завершены. По их результатам сделано категоричное заключение о том, что эффективность винтовок, стреляющих пулями и стрелами, не может быть значительно повышена по сравнению с существующими образцами. Ни одна из винтовок с соответствующим типом боеприпасов не будет дорабатываться в качестве военных. Поэтому эффективность винтовок (автоматов), составляющая 5% эффективности в полигонных условиях, будет оставаться низкой. Для сравнения в табл. 2 приведены характеристики существующих боеприпасов [1, 3, 4, 5]
Основным их недостатком является низкий коэффициент использования метательного заряда, вследствие чего скорость метаемого снаряда не достигает своей максимально возможной величины.

Известен боеприпас телескопического типа с последовательным воспламенением метательного заряда [6] Он содержит цилиндрическую гильзу с передним открытым концом, в которой установлена направляющая труба. Между гильзой и трубой образовано кольцевое пространство. В трубе вдоль ее продольной оси размещены снаряд и поддон, а также обтюратор, который расположен вблизи заднего конца трубы. В задней части гильзы расположен первый метательный заряд. В кольцевом пространстве установлен второй метательный заряд, который разделен на несколько сегментов. Для предотвращения передачи продуктов воспламенения непосредственно от сегмента к сегменту между ними установлены разделительные перегородки. В направляющей трубе между ее концами выполнены каналы. Сегменты второго заряда воспламеняются последовательно. Фронт газа и пламени, образующийся при воспламенении первого заряда, воздействует на сегменты второго заряда через каналы при движении снаряда с поддоном и обтюратором по направляющей трубе.

Недостатком данного технического решения является малое время задержки воспламенения сегментов для создания более равномерного давления при движении снаряда по каналу ствола, большие затраты на перемещение газовой смеси по каналу ствола. Воспламенение второго метательного заряда происходит до момента достижения максимального давления газов от сгорания первого метательного заряда, что не в полной мере способствует созданию более равномерного давления за снарядом при движении его по каналу ствола.

В качестве прототипа выбран артиллерийский унитарный патрон [7] содержащий снаряд, гильзу, метательный заряд, воспламенитель, капсюльную втулку. Кроме унитарного известны патроны (боеприпасы) раздельного гильзового заряжания, безгильзовые. Боевые заряды в боеприпасах могут быть постоянные и переменные [8] Устройство (техническое решение) снаряда в артиллерийском боеприпасе в основном зависит от его назначения:
основного назначения осколочные, осколочно-фугасные, с готовыми поражающими элементами, бронебойные (сплошные, с разрывными зарядами, подкалиберные), кумулятивные, бетонобойные, зажигательные, картечи;
специального назначения дымовые, осветительные, агитационные;
вспомогательного назначения практические, учебные, холостые.

Современная ствольная артиллерия также достигла высокой степени совершенства, средние значения характеристик которой приведены в табл. 3. [8] Сегодня, например, танковые пушки обеспечивают дульную энергию 7-10 МДж. Наибольшее распространение получили удлиненные подкалиберные снаряды, стабилизируемые в полете оперением. Совершенствование этих снарядов идет по пути увеличения массы, поперечной нагрузки, отношения длины активной части снаряда к ее диаметру, подбора материалов, улучшения баллистических характеристик. Однако возможность увеличения дульной скорости у одной из сторон может обеспечить увеличение дальности, при которой пробиваются корпуса современных танков.

Недостатком артиллерийских боеприпасов является относительно малая величина дульной энергии снаряда, передаваемой метательным зарядом, т.к. затрачивается энергия на перемещение газопороховой смеси по каналу ствола, изменение давления за снарядом при движении его по каналу ствола в силу ряда причин носит неравномерных характер [2, 5] Это приводит к эффекту более быстрого увеличения объема за движущимся снарядом по сравнению с увеличением объема пороховых газов.

Известен боеприпас (Франция, п. N 917369, Cr 11, Cl 4, 1947), рассматриваемый в качестве ближайшего аналога, содержащий снаряд, метательный заряд, выполненный в виде основного и одного или нескольких дополнительных зарядов взрывчатого вещества, размещенных за снарядом и выполненных с возможностью движения дополнительных зарядов вдоль канала ствола в процессе выстрела, при этом каждый дополнительный заряд соединен с воспламенителем, а наружные поверхности каждого из дополнительных зарядов защищены предохраняющей от самовозгорания оболочкой, выполненной с возможностью увеличения объема внутренней полости, занимаемой дополнительным зарядом при его сгорании. Недостатком аналога является недостаточная конструктивная проработка, не позволяющая обеспечить более высокие величины импульса давления.

Задачей изобретения является обеспечение более равномерного давления при движении снаряда по каналу ствола, обеспечение более высоких величин импульса давления, действующего на снаряд, уменьшения потерь энергии на перемещение газопороховой смеси по каналу ствола. Решение данной задачи обеспечивает получение следующего технического результата повышение начальной (дульной) скорости снаряда, т.е. повышение дульной энергии снаряда. Другие технические результаты (увеличение пробиваемости, дальности и т.д.) обусловлены повышением дульной энергии снаряда.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в боеприпасе, содержащем снаряд, метательный заряд, выполненный в виде основного и одного или нескольких дополнительных зарядов взрывчатого вещества, размещенных за снарядом и выполненных с возможностью движения дополнительных зарядов вдоль канала ствола в процессе выстрела, при этом каждый дополнительный заряд соединен с воспламенителем, а наружные поверхности каждого из дополнительных зарядов защищены предохраняющей от самовозгорания оболочкой, выполненной с возможностью увеличения объема внутренней полости, занимаемой дополнительным зарядом при его сгорании, при этом донная часть предохраняющей оболочки выполнена в виде отделяемой от ее боковой части пластины с фиксаторами и стабилизирующими ее положение при движении по каналу ствола. Увеличение объема внутренней полости, занимаемой дополнительным зарядом при его сгоранииб, может достигаться выполнением оболочки, во-первых, частично или полностью разрушаемой (сгораемой), во-вторых, разделяемой на отдельные части или отделяемой от снаряда. Возможность разделения на части предохраняющей оболочки может быть обеспечена за счет выполнения торцовых частей оболочки дополнительного заряда взаимно удаляемыми по отношению к друг другу при его сгорании (ослабленные сечения, нежесткое соединение друг с другом, разрывающаяся или сгораемая боковая оболочка (часть ее) и т.д.). Донная оболочка дополнительного заряда взрывчатого вещества может быть выполнена в виде пластины с фиксаторами, стабилизирующими пространственное положение при ее движении по каналу ствола (штыри, выступы, пальцы, в виде цилиндра, конуса, многоугольника или другой формы), при этом в пластине может быть выполнен взрыватель. Оболочка дополнительного заряда может быть выполнена, например, в виде гильзы с дном и поперечными размерами, не превышающими внутренние поперечные размеры канала ствола, с возможностью увеличения внутреннего объема гильзы за счет, во-первых, ее разрушения, во-вторых, разделения отдельных частей или отделения от снаряда (разъемные соединения, ослабленные сечения в различных частях и т.д.). Взрыватель может быть выполнен в виде сгорающей донной торцевой оболочки поверхности дополнительного заряда или ее части из материала послойного горения. Взрыватель может быть выполнен также в виде предохранительного клапана пружинного типа или разрушающейся мембраны. В пластине может быть смонтировано сопло, внутри которого выполнена разрушающаяся оболочка.

На фиг. 1-9 приведены примеры конкретного выполнения боеприпаса. На фиг. 1 представлен безгильзовый боеприпас; на фиг. 2, 3 боеприпасы, размещенные в камере ствола; на фиг. 4-9 гильзовые боеприпасы с различными конструктивными решениями элементов; на фиг. 10 схемы выполнения взрывателей дополнительных зарядов.

Боеприпас (фиг. 1) содержит снаряд 1, утопленный в сгораемом метательном заряде 2, который может быть покрыт специальным лаком для предотвращения самовозгорания в патроннике (каморе) из-за высокой температуры при ведении длительной стрельбы, т. е. боеприпас безгильзовый. В метательном заряде 2 выполнен его взрыватель 3. За снарядом 1 размещен один дополнительный заряд 4 взрывчатого вещества. Наружные поверхности заряда 4 защищены предохраняющей от самовозгорания (защитной) оболочкой 5, выполненной частично или полностью разрушаемой (сгораемой) при движении по каналу ствола. Оболочка 5 выполнена из сгораемого или подверженного пиролизу материала картона, ткани, бумаги, резины, других эластомеров, полиэтилена или в виде слоя, образованного пропиткой наружной поверхности заряда 4 лаком 1, клеем, краской или другим материалом, обеспечивающего невозгорание заряда 4 в течение определенного времени, или из негорючих материалов, например, стали, алюминия и т. д. разрушаемых от давления газов при сгорании дополнительного заряда 4. Дополнительный заряд 4 соединен с взрывателем 6. При использовании сгораемых или подверженных пиролизу материалов может быть использовано техническое решение [9] предусматривающее покрытие из воска и диоксида титана TiO₂ с ускорителем сгорания гидридом титана TiH. Оболочка 5 является изоляционным материалом от прямого воздействия пламени и термо(тепло)изоляционным элементом от воздействия высокой температуры от сгорания метательного заряда 2. Сгорание защитной оболочки 5 или ее части может происходить в расчетный момент времени (к моменту, в момент или после достижения максимального давления газов от сгорания метательного заряда (для обеспечения воспламенения дополнительного заряда 4 или/и уменьшения потерь энергии на ее перемещение и использования энергии от ее сгорания) или в процессе движения по каналу ствола после воспламенения дополнительного заряда 4. При использовании негорючих материалов или неполном сгорании защитная оболочка 5 разрушается при сгорании дополнительного заряда, а ее остатки выбрасываются при истечении газов от метательного заряда 2 или другим образом.

Боеприпас (фиг. 2) выполнен безгильзовым и размещен в зарядной камере 7 ствола 8. За снарядом 1 размещен один дополнительный заряд 4 взрывчатого вещества, имеющий возможность движения вдоль канала ствола 8 (поперечные размеры заряда 4 не более внутреннего диаметра канала ствола 8). Наружные поверхности заряда 4 защищены предохраняющей от самовозгорания оболочкой 5 при движении его по каналу ствола 8 и сгорании метательного заряда 2. На фиг. 2 данной оболочкой является торцевая часть 9 снаряда 1 и его специальные закрывающие выступы 10, донная оболочка 11 из металла, термоизоляционного, медленно сгораемого ил подверженного пиролизу материала в виде пластины с юбкой (стакана). Торцовые оболочки 9 и 11 выполнены взаимно удаляемыми по отношению к друг другу при сгорании заряда 4, что обеспечивается, например, при выполнении донной оболочки 1 из металла наличием ослабленного сечения 12 в выступах 10. Заряд 4 соединен с взрывателем 6.

Боеприпас на фиг. 3 содержит несколько дополнительных зарядов 4 с возможностью их движения по каналу ствола 8. Заряды 4 удерживаются в исходном положении для стрельбы при действии эксплуатационных нагрузок с помощью обечайки 13 из сгораемого материала, например, картона, полиэтилена с ускорителями горения или других, работающего на растяжение (изгиб) при недостаточной прочности взрывчатых веществ, из которых изготавливается метательный заряд 2 без гильзы или при отсутствии крепления друг с другом дополнительных зарядов 4 и снаряда 1. Данная обечайка может служить одновременно крепежной, направляющей и предохраняющей (защитной) оболочкой, части которой отделяются друг от друга при воспламенении соответствующего дополнительного заряда 4. В данном примере обечайка 13 является защитной оболочкой последнего за снарядом дополнительного заряда 4. Наружные поверхности каждого из дополнительных зарядов 4 защищены предохраняющей от самовозгорания оболочкой 5. В данном примере у первого за снарядом дополнительного заряда 4 защитной оболочкой является передняя торцевая часть 9 снаряда 1, донная оболочка 11 в виде стакана из металла, сгорающее покрытие 14 на боковых цилиндрических поверхностях из сгораемого или подверженного пиролизу материала. У второго за снарядом дополнительного заряда защитной оболочкой является донная оболочка 11 первого за снарядом дополнительного заряда, собственная донная оболочка 15, сгорающее покрытие 14. У третьего за снарядом дополнительного заряда защитной оболочкой является собственная донная оболочка 16, сгорающее покрытие 14 на боковой и передней поверхностях. У четвертого (последнего) за снарядом дополнительного ряда 4 защитной оболочкой является собственная сгорающая донная оболочка 17, донная оболочка 16 третьего заряда и сгораемая обечайка 13. Торцoвые оболочки трех первых за снарядом 1 дополнительных зарядов 4 расположены перпендикулярно продольной оси канала ствола 8 и выполнены взаимно удаляемыми по отношению к друг другу при сгорании соответствующих дополнительных зарядов 4, что может обеспечиваться, например, выполнение ослабленных сечений (по разнообразном описывающем) в боковой оболочке дополнительного заряда, выполнением оболочки из двух частей, содержащих переднюю и донную части, соприкасающиеся нежестко одна с другой в исходном положении, сгораемыми или другим образом. Каждый дополнительный заряд соединен с взрывателем 6, при этом у последнего за снарядом дополнительного заряда 4 взрывателем является сгорающая донная оболочка 17.

Гильзовый боеприпас (фиг. 4) содержит снаряд 1, метательный заряд 2 с взрывателем 3, расположенным в гильзе 18. Донная торцoвая оболочка 19 дополнительного заряда 4 выполнена в виде пластины с фиксаторами 20 выполненными в виде штырей (выступов, пальцев), расположенных перпендикулярно пластине по ее окружности. Фиксаторы могут быть выполнены другой формы, например, в виде цилиндра, конуса, многоугольника, выступов (наплывов) разнообразной формы, размещены перпендикулярно пластине, под углом по ее периметру или вблизи его. Размеры и расположение фиксаторов выбираются из условия предотвращения продольного вращения пластины в стволе. Фиксаторы 20 обеспечивают стабильное (устойчивое) положение пластины при движении ее по каналу ствола. Передней торцовой оболочкой является донная торцовая часть снаряда 1. Боковые поверхности заряда 4 защищены оболочкой из сгораемого или подверженного пиролизу материала. Боковая защитная оболочка и донная пластина 19 с фиксаторами 20 нежестко соединены друг с другом. В пластине 19 выполнен взрыватель 6.

Отличительной особенностью боеприпаса, изображенного на фиг. 5, от предыдущего примера является наличие элемента, предохраняющего заряд 4 от инициирования при действии ударной волны от сгорания метательного заряда 2. Данный элемент выполнен в виде поддерживающей опоры 21 с основаниями, расположенной по оси дополнительного заряда 4 и имеющей нежесткое соединение со снарядом 1 и донной пластиной. Усиливающий каркас может иметь другое техническое решение.

Боеприпас на фиг. 6 выполнен гильзовым и имеет два дополнительных заряда 4 с донными пластинами 22 и 23, имеющими выступы в виде штырей или цилиндра. Фиксаторы на донной пластине 22 выполнены в направлении, обратном движению снаряда, и одновременно являются вместе с пластиной частью защитной оболочки первого сгорающего дополнительного заряда 4. На боковых поверхностях донных пластин, а также неразрушающихся (несгорающих) защитных оболочек могут быть выполнены ведущие пояски для уменьшения трения о внутреннюю поверхность ствола и обеспечения устойчивого движения по нему.

В боеприпасе на фиг. 7 оболочка дополнительного заряда 4 выполнена в виде гильзы 24 с поперечными размерами, не превышающими внутренние размеры канала ствола. Гильза 24 имеет нежесткое соединение со снарядом 1.

В боеприпасе на фиг. 8 дополнительные заряды 4 размещены в одной гильзе 25 один за другим, при этом гильза выполнена с ослабленными сечениями 12, отделяющими донную и переднюю торцевые оболочки каждого из зарядов друг от друга.

В донной пластине дополнительного заряда 4 боеприпаса, представленного на фиг. 9, смонтировано сопло 26, внутри которого выполнена разрушающаяся оболочка 27, в частности, слой материала послойного горения, представляющий собой взрыватель дополнительного заряда 4. Разрушающаяся оболочка может быть выполнена в виде мембраны, заглушки, выбрасываемой из сопла при воспламенении дополнительного заряда 4 или иметь другое техническое решение.

Взрыватели дополнительных зарядов могут быть выполнены по техническому решению [10] обеспечивающему поочередное их воспламенение в короткий промежуток времени с момента подачи команды (задействования взрывателя 3 метательного заряда 2) посредством выдержки заданных интервалов времени, или по техническому решению [11] электронного детонатора замедленного действия. Взрыватели 3 и 6 связаны друг с другом и представляют одно устройство.

Взрыватель 6 может быть выполнен в виде мембраны 28, разрывающейся при достижении расчетного давления (фиг. 10а) или предохранительного клапана (фиг. 10б) пружинного типа [12] открывающего окна 29 для воспламенения дополнительного заряда 4 при достижении расчетного давления газов от сгорания соседнего заряда. На фиг. 10в показан предохранительный клапан с боковым расположением тарелки и сгорающей вставкой 30, что исключает срабатывание клапана при повышенных продольных перегрузках снаряда с дополнительными зарядами.

Взрыватель может быть выполнен в виде сгорающей донной торцевой оболочки 17 или ее части из материала послойного горения (фиг. 3) например, из материала по техническому решению [13] из материала направляющей нити детонирующего шнура, обеспечивающего скорость передачи импульса воспламенения до 9000 м/с [14] из воспламенительного элемента по техническому решению [15] или твердого ракетного топлива, например, типа JPN или на основе полибутадиена [16] Толщина материала для срабатывания взрывателя в расчетный момент времени определяется расчетным или экспериментальным путем.

Выстрел в ствольной системе с предлагаемым боеприпасом (фиг. 1) происходит следующим образом. Предварительный период (начало выстрела) - срабатывает взрыватель 3 метательного заряда 2 от ударного или электрического воздействия. Взрыватель 3, воспламеняет метательный заряд 2. Под действием возрастающего давления образующихся газов происходит врезание снаряда 1 с дополнительным зарядом 4 в нарезы канала ствола (для нарезных стволов) или начало их движения по каналу ствола (для гладких стволов). Начинается первый период. Движение снаряда 1 с дополнительным зарядом 4 протекает при переменном объеме заснарядного пространства. Давление газов от метательного заряда 2 продолжает нарастать, снаряд 1 с дополнительным зарядом движется с ускорением по каналу ствола. Давление газов достигает наибольшего значения P_m, снаряд с дополнительным зарядом движется с максимальным ускорением под действием максимального давления от сгорания метательного заряда 2. Давление от сгорания метательного заряда 2 начинает снижаться. Однако до момента начала уменьшения давления или в момент достижения максимального давления срабатывает взрыватель 6 дополнительного заряда 4 и воспламеняет его. Момент срабатывания взрывателя 6 определяется конструктором ствольной системы в зависимости от выбранного технического решения взрывателя с учтом времени его действия и других факторов. Взрыватели по техническим решениям [9, 10, 11] подрывают дополнительный заряд 4 в момент истечения определенного заданного промежутка времени, а на фиг. 10а, 10б в момент соответственно разрыва мембраны 28, срабатывания (открытия окон 29) предохранительного клапана (с учетом времени прогорания вставки 30 на фиг. 10в), на фиг. 3 в момент прогорания оболочки 17 из материала послойного горения. Более предпочтительными являются технические решения взрывателей в виде мембраны или предохранительного клапана, т.к. они обеспечивают начала воспламенения в момент достижения расчетного (рабочего) давления. Момент достижения расчетного давления при выстреле может изменяться случайным образом из-за влияния различных факторов (состава взрывчатых веществ, их плотности, массы, влажности, температуры, площади поверхности горения и др.). Данные технические решения взрывателей обеспечивают более точный момент срабатывания, а значит достижение более высокого импульса давления на снаряд 1.

Расчетным (рабочим) давлением или временем для срабатывания взрывателя 56 может быть максимальное давление от сгорания метательного заряда 2 или момент его достижения, давление несколько меньшее максимального или соответствующий момент времени до или после достижения максимального давления. Выбор величины давления или соответствующего момента времени проводится из условия обеспечения наибольшего положительного эффекта или обеспечения более надежного и безопасного выстрела.

Давление от сгорания дополнительного заряда 4 начинает возрастать. Защитная оболочка 5 разрушается или сгорает (горит), при этом давление за снарядом 1 равно сумме давлений газопороховых смесей от сгорания метательного и дополнительного зарядов, что показано на фиг. 11.

На фиг.2 приняты следующие обозначения: P_о давление форсирования, наибольшее (максимальное) давление P_м, P_к и V_к давление газов и скорость снаряда в момент конца горения пороха, P_д, V_д давление газов и скорость снаряда в момент вылета его из ствола, V_м- наибольшая (максимальная) скорость снаряда, P_атм давление, равное атмосферному, б индекс для унитарного боеприпаса, н - индекс для нового предлагаемого технического решения боеприпаса, д индекс для дополнительного заряда, I предварительный период, II первый период, III второй период, IV период последействия.

Давление за снарядом 1 не уменьшается, а поддерживается более равномерным и близким к максимальному давлению. Снаряд 1 движется под действием силы от давления взаимодействия газов от метательного заряда 2 и горящего дополнительного заряда 4. Первый период заканчивается в момент сгорания метательного и дополнительного зарядов. При соответствующей длине ствола может наступить второй период для предлагаемого технического решения боеприпаса, при котором давление в заснарядном объеме продолжает снижаться, однако скорость снаряда продолжает возрастать за счет расширения газов от сгорания метательного и дополнительного зарядов. За счет большего объема образующихся газов и сгорания дополнительных зарядов ближе к дульному срезу спад величины давления меньше, чем у унитарного боеприпаса, что также обеспечивает положительный эффект по увеличению скорости снаряда. После вылета из канала ствола до момента прекращения воздействия газов на снаряд и ствольную систему протекает период последействия. В этом периоде скорость снаряда еще немного возрастает под действием большего по сравнению с унитарным боеприпасом давления и объема газов, вытекающих из канала ствола. При этом происходит догорание или выбрасывание остатков несгораемых частей оболочки 5 дополнительного заряда 4 под действием газов от метательного заряда 2.

Проведенные расчеты подтвердили получение заявленного технического результата от заявляемого предложения. Были проведены расчеты решения задачи внутренней баллистики по методу профессора Б.В.Орлова [2] для следующих исходных данных: калибр снаряда d=23 мм, объем каморы ствола W_кам=0,0785 дм³, длина ствола L_д=14,2 дм, вес снаряда с дополнительным зарядом q=0,19 кг, масса метательного заряда ω_м= 0,062 кг масса дополнительного заряда ω_д= 0,034 кг, давление форсирования P_о=300 кгс/см², коволюм α = 0,98дм³/кг, импульс давления газов J_к=407 кгс•с/дм², произведение механического эквивалента теплоты на постоянную коэффициента теплоотдачи экспериментальная постоянная ν₁= 0,9 плотность метательного и дополнительного зарядов толщина сгоревшего слоя порохового зерна 2e₁=0,570 мм, постоянная, определяющая скорость горения пороха u₁=70•10^-7 дм³ ₃/с•кгс, коэффициенты k= 1,25, κ = 1,xλ = 0, газовая постоянная R=309 кгс•дм/кг•К, температура горения T₁=2750^oK. Результаты расчетов показали, что при отсутствии дополнительного заряда снаряд весом 0,19 кг разгоняется до скорости V_дб= 748,45 м/с при максимальном давлении P_мб=2047,78 кгс/см², коэффициент использования метательного заряда равен При использовании предлагаемого технического решения для метания снаряда массой q_н= 0,15 кг метательным зарядом массой ω_м 0,062 кг и дополнительным зарядом массой ω_д= 0,034 кг обеспечивается достижение скорости V_дн=1342 м/с при сохранении прежней величины максимального давления P_мн=2047,78 кгс/см² и длины ствола l_д= 14,2 дм, коэффициент использования зарядов равен Таким образом, предлагаемое техническое решение боеприпаса обеспечивает повышение дульной скорости в 1,79 раза и повышение коэффициента использования заряда в 1,64 раза.

Отличительной особенностью выстрела с несколькими дополнительными зарядами 4 (фиг.3) является последовательное воспламенение дополнительных зарядов в соответствующий момент достижения расчетного давления от сгорания метательного заряда и соответствующего дополнительного заряда. Изменение параметров выстрела в различные периоды для боеприпаса с несколькими дополнительными зарядами показано на фиг.12. Наличие нескольких дополнительных зарядов позволяет увеличить время поддержания максимального давления.

При наличии у дополнительного заряда донной оболочки в виде пластины 19 (фиг.4) происходит выравнивание давлений в заснарядном объеме за счет движения пластины под действием возникающей результирующей силы от разности давления в соседних полостях. При ее соответствующем движении изменяется объем, а следовательно, выравнивается давление. Наличие донной пластины позволяет исключить потери энергии на газодинамическое взаимодействие газов от сгорания метательного и дополнительного заряда, на перетекание газов, на перемещение газопороховой смеси, обеспечить выбрасывание несгоревших частей оболочек 5 из канала ствола.

Выполнение в донной оболочке сопла 27 (фиг.9) обеспечивает действие реактивной силы на донную пластину, в результате чего заснарядный объем уменьшается и в нем поддерживается более высокая величина давления в течение большего периода времени.

При низких величинах критических давлений инициирования взрывчатых веществ дополнительных зарядов от ударной волны по отношению к давлениям, возникающим при сгорании метательного заряда и предыдущих дополнительных зарядов используется усиливающий каркас (фиг.5). Однако сравнительный анализ давлений инициирования ударной волной используемых взрывчатых веществ по сравнению с давлением в существующих ствольных системах показал, что некоторые взрывчатые вещества могут использоваться без усиливающих дополнительных каркасов. Критические давления инициирования взрывчатых веществ ударной волной приведены в табл.4 [17, 18]
Температура вспышки взрывчатых веществ находится в диапазоне 200-310^oC [18]
Определение характеристик предлагаемого боеприпаса должно совместно с определением характеристик ствольной системы. При этом марка(и), масса(ы) дополнительных зарядов, расчетное давление или время их подрыва до, после или в момент достижения максимального давления должны определяться из условия обеспечения наибольшего положительного эффекта создания за снарядом более высокого давления в течение большего периода времени (более высоких значений импульса силы), что обеспечивает повышение начальной (дульной) скорости снаряда.

Использование: боеприпасы для ствольных систем. Содержание: боеприпас содержит снаряд 1, основной метательный заряд 2, воспламенитель 3, один или несколько дополнительных зарядов 4. Наружные поверхности дополнительных зарядов 4 предохранены от самовозгорания оболочкой 5, выполненной частично или полностью разрушаемой (сгораемой). Дополнительные заряды снабжены воспламенителями 6. Донная часть оболочки 5 выполнена в виде пластины с фиксатором 20 для предотвращения продольного вращения пластины в стволе. Конструктивное исполнение фиксаторов может быть различным. В донной пластине может быть смонтировано сопло 26, внутри которого установлена разрушающаяся оболочка 27. Воспламенитель дополнительного заряда может быть выполнен в виде предохранительного клапана или разрушающейся мембраны. 6 з.п. ф-лы, 4 табл., 12 ил.

1. Боеприпас для ствольных систем, содержащий снаряд, метательный заряд, выполненный в виде основного и одного или нескольких дополнительных за снарядом и выполненных с возможностью движения дополнительных зарядов вдоль канала ствола в процессе выстрела, при этом каждый дополнительный заряд соединен с воспламенителем, а наружные поверхности каждого из дополнительных зарядов защищены предохраняющей от самовозгорания оболочкой, выполненной с возможностью увеличения объема внутренней полости, занимаемой дополнительным зарядом при его сгорании, отличающийся тем, что донная часть предохраняющей оболочки выполнена в виде отделяемой от ее боковой части пластины с фиксатором, стабилизирующим ее положение при движении по каналу ствола. 2. Боеприпас по п. 1, отличающийся тем, что боковая часть предохраняющей от самовозгарания оболочки дополнительного заряда выполнена разрушаемой или сгораемой. 3. Боеприпас по п. 1, отличающийся тем, что фиксатор донной пластины выполнен в виде штырей. 4. Боеприпас по п. 1, отличающийся тем, что фиксатор на донной пластине смонтирован в направлении, противоположном движению снаряда. 5. Боеприпас по п. 1, отличающийся тем, что в донной пластине смонтировано сопло, внутри которого размещена разрушающая оболочка. 6. Боеприпас по п. 1, отличающийся тем, что воспламенитель дополнительного заряда выполнен в виде предохранительного клапана пружинного типа. 7. Боеприпас по п. 1, отличающийся тем, что воспламенитель дополнительного заряда выполнен в виде разрушающейся мембраны.