СНАРЯД СО СТРЕЛОВИДНЫМИ ПОРАЖАЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ Российский патент 1997 года по МПК F42B12/58 

Изобретение относится к боеприпасам, а более конкретно к снарядам с готовыми поражающими элементами, выбрасываемыми вперед по направлению движения снаряда.

Известны шрапнельные снаряды, содержащие корпус, набор готовых поражающих элементов (ПЭ), вышибной пороховой заряд, диафрагму, дистанционный взрыватель. В качестве ПЭ используются сферические пули, стержни, пули, соединенные тросиками (накидки) (Третьяков Г.М. "Боеприпасы артиллерии", Воениздат, 1964 г. с. 151 165). Основным недостатком является плохая в аэродинамическом отношении форма ПЭ, приводящая к быстрой потере скорости на полете и неудовлетворительному проникающему действию по целям.

Этот недостаток в значительной мере устранен в снарядах, в которых ПЭ выполнен в виде длинного стержня с заостренной передней частью и жестким многоперьевым стабилизатором на заднем конце стержня. Такие стреловидные ПЭ имеют малую потерю скорости на полете и сильное проникающее действие. Артиллерийский снаряд, предложенный в патенте США N 3954060, 1976, кл. F 42 B 13/50, принятый в качестве прототипа, содержит корпус с помещенным в нем набором (блоком) стреловидных ПЭ и пороховым вышибным зарядом, расположенным в задней части корпуса. Вышибной заряд и блок разделены подвижной диафрагмой. Дистанционный взрыватель расположен в головной части снаряда. Лучевой импульс на воспламенение вышибного заряда подается через центральную трубку.

Основным недостатком снаряда является то, что его массивный корпус, масса которого значительно превышает массу блока стреловидных ПЭ, используется только для транспортировки блока стреловидных ПЭ к цели и в качестве ствола при их выбросе и непосредственно для поражения цели не используется.

Целью настоящего изобретения является устранение указанного недостатка и повышение эффективности осевого действия снаряда.

Указанная цель достигается тем, что в снаряде, содержащем корпус, выбрасываемый блок стреловидных ПЭ, вышибной пороховой заряд, диафрагму, центральную трубку, головной колпак с дистанционным взрывателем, центральная труба закрепляется задним концом в дне снаряда и содержит в себе заряд ВВ, детонатор и замедлитель, а блок стреловидных ПЭ и диафрагма выполнены с центральным каналом по их оси и размещены на центральной трубе. Все указанные существенные признаки являются новыми по отношению к прототипу, таким образом заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что ни один из указанных отличительных признаков в этих аналогах не используется. Все указанные признаки являются существенными, так как их наличие в совокупности признаков позволяет получить технический результат-многоцелевое действие снаряда. Предлагаемое изобретение удовлетворяет критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 показан снаряд со стреловидными ПЭ с головным расположением взрывателя; на фиг. 2 снаряд со стреловидными ПЭ с донным расположением взрывателя и внутренней облицовкой блока; на фиг. 3 снаряд со стреловидными ПЭ с разъемной кассетой для ярусной укладки стреловидных ПЭ; на фиг. 4 - детонационное устройство натяжного действия; на фиг. 5 донный узел ввода временной установки; на фиг. 6 сравнение кремнистой стали 60С2 и стандартной снарядной стали С-60 по числу осколков; на фиг. 7 сравнение этих же сталей по относительной массе средней фракции; на фиг. 8 схема действия снаряда.

Снаряд содержит корпус 1, в донной части которого расположен вышибной пороховой заряд 2 и подвижная диафрагма 3, а в остальной части полости корпуса блок 4 стреловидных ПЭ, центральную трубу 5 с зарядом ВВ 6, в котором расположена полая трубка 7, детонатор 8 и замедлитель 9, а также головного колпака 10 и дистанционного взрывателя 11. Центральная труба 5 задним торцем укреплена в дне снаряда. Блок 4 стреловидных ПЭ и диафрагма 3 выполнены с осевыми каналами и установлены на центральной трубе 5. Блок стреловидных ПЭ представляет набор стреловидных поражающих элементов 12, уложенных параллельно оси блока заостренной частью вперед (для более плотной укладки блока может применяться также попеременная укладка заостренной частью вперед назад) и залитых связующим веществом с пониженной адгезионной способностью, например, воском, серой, цементом. Колпак 10 заполнен легким пористым веществом 13. Полая трубка 7 является элементом огневой цепи между взрывателем и вышибным зарядом. В другой схеме исполнения с дистанционным взрывателем электрического или электронного типа трубка 7 отсутствует, а взрыватель соединен с воспламенителем вышибного заряда электрической цепью. В обоих указанных схема детонатор 8 и замедлитель 9 могут быть установлены как в передней, так и в задней части трубы 5.

На фиг. 5 показано исполнение снаряда с донным расположением взрывателя 11 В этом случае воспламенитель вышибного заряда, замедлитель и детонатор заряда трубы выполнены в едином блоке 14, установленном в заднем конце трубы 5. Для облегчения скольжения блока стреловидных ПЭ по центральной трубке блок может быть выполнен с внутренней облицовкой 15, изготовленной, например, из легких сплавов. На фиг. 3 показано исполнение снаряда, при котором части (ярусы) блока стреловидных ПЭ расположены в разъемной кассете 16, выполненной, например, из легкого сплава или высокопрочного полимерного материала и снабженной круговыми полками 17, обеспечивающими разгрузку стреловидных ПЭ при выстреле от действия расположенной выше наседающей массы блока. Вариант исполнения снаряда с детонационным узлом натяжного действия показан на фиг. 4. Диафрагма 3 снабжена тросом 18, соединенным с детонационным узлом натяжного действия 19, имеющим детонационную и огневую цепи. Длина троса равна длине камеры.

Пример исполнения устройства бесконтактного ввода временной установки в донный дистанционный взрыватель снаряда гладкоствольной пушки, стабилизируемого жестким оперением, показан на фиг. 5. Трубка стабилизатора 20 навинчена на выступ дистанционного взрывателя 11, установленного на резьбе в дне корпуса 1. Трубка имеет на заднем торце кольцевую камеру высокого давления 21 с несколькими калиброванными отверстиями 22, выходящими на внешнюю поверхность трубки. Крышка 23, предохраняющая во время нахождения снаряда в стволе оптическое окно 24 взрывателя от воздействия пороховых газов, своим кольцевым выступом входит в кольцевую канавку трубки. Трассер 25 располагается эксцентрично оси снаряда.

Снаряда функционирует следующим образом. До выстрела или во время выстрела производится ввод временной установки в дистанционный взрыватель контактным или бесконтактным способом.

При подходе снаряда в точку упрежденной дальности срабатывания дистанционный взрыватель 11 подает луч огня для воспламенения вышибного заряда 2. Одновременно воспламенятся замедлитель 9 подрыва заряда ВВ центральной трубы 5. Время замедления равно времени движения блока стреловидных ПЭ в корпусе. Под воздействием пороховых газов вышибного заряда происходит перемещение блока вперед и срезание резьбы головного колпака 10. В вариантах исполнения фиг. 2, 3 обжатие трубы 5 деформирующимся блоком стреловидных ПЭ и трение между ними уменьшаются за счет наличия облицовки 15 или кассеты 16. После выброса блока из корпуса срабатывает детонатор 8 и происходит подрыв заряда 6 с метанием трубы 5 на внутреннюю поверхность корпуса 1 и его разрушением.

При головном расположении взрывателя воспламенением вышибного заряда производится либо посредством луча огня, передаваемого через полую трубку 7, либо с помощью электрической цепи между взрывателем и электровоспламенителем вышибного заряда. В варианте фиг. 4 обеспечение срабатывания заряда центральной трубы в момент выхода диафрагмы из корпуса производится за счет натяжного троса, соединяющего заднюю поверхность диафрагмы с детонационным узлом.

Выброшенный из корпуса блок 4 разрушается набегающим потоком воздуха с отделением облицовки 15 или разъемной кассеты 16. В варианте, показанном на фиг. 1, т.е. при отсутствии облицовки, разрушение блока имеет более стабильный характер ввиду наличий в нем осевой полости. При укладке стреловидных ПЭ по схеме "вперед-назад" после разрушения блока стреловидные ПЭ, уложенные стабилизатором вперед, разворачиваются в потоке воздуха в режиме затухания колебаний.

Как уже указывалось выше, ввод временной установки в дистанционный взрыватель может производиться как до выстрела, так и после него. Второй способ уменьшает ошибки стрельбы, связанные с перемещением цели за отрезок времени между введением установки и выстрелом. Донный узел ввода установки в электронный дистанционный взрыватель оперенного снаряда гладкоствольной танковой пушки с помощью лазерного луча, несущего закодированную установку времени, показан на фиг.5. Во время движения снаряда по каналу ствола пороховые газы через калиброванные отверстия 22 поступают в кольцевую камеру высокого давления 21. Крышка 23, прижатая к трубке стабилизатора 20 разностью сил, предохраняет от воздействия пороховых газов оптическое окно 24 взрывателя. После вылета снаряда за дульный срез ствола и снятия внешнего давления крышка сбрасывается, открывая проход для лазерного луча, посылаемого излучателем автоматического установщика дистанционного взрывателя (АУДВ) танка. Важным преимуществом ввода временной установки после выстрела является возможность учета во внешнебаллистическом расчете полетного времени конкретного значения начальной скорости снаряда, полученной при данном выстреле. С этой целью после вылета снаряда производится бесконтактным способом измерение его скорости, полученное значение вводится в расчет временной установки, а затем последняя подается с помощью лазерного луча (или другим бесконтактным способом) в дистанционный взрыватель. При стрельбе по целям, четко отделяющимся от окружающей среды, вместо дистанционного взрывателя может быть использован неконтактный взрыватель типа "дальномер".

Механизм разрушения корпуса при ударе изнутри центральной трубой (ударной оболочкой) рассмотрена в статье Е.Ф.Грязнова, В.А. Одинцова, В.В. Селиванова "Гладкие кольцевые отколы" (Известия АН СССР, МТТ, 1979 г. N 6). При скорости ударной оболочки V_i радиальная скорость осколков корпуса определится соотношением

M_i, M соответственно массы ударной оболочки и корпуса,
μ_i=M_i/M относительная масса ударной оболочки.

Так как величина отношения μ_i будет находиться в диапазоне 0,05 0,15, то и скорость осколков корпуса составит примерно ту же долю скорости V_i. При V_i 1000 м/с получим R_R 50 150 м/с. При собственной скорости снаряда, например, 700 м/с, получим величину угла полураствора при вершине конуса разлета осколков корпуса 4 12^o, т.е. осколки корпуса будут сконцентрированы в достаточно узком пучке, что обеспечит многоцелевое действие снаряда.

Так как заряд ВВ, размещенный в центральной трубе, значительно меньше, чем обычный заряд осколочного снаряда, заполняющий всю внутреннюю камеру, то для получения стабильного дробления снарядного корпуса решающую роль играет выбор материала для него. Испытания корпусов, изготовленных из различных сталей, показали, что наиболее качественное дробление обеспечивается при использовании кремнистой стали 60С2, относящейся к классу рессорно-пружинных сталей. Испытания проводились на модельных зарядах со следующими характеристиками: наружный диаметр корпуса и центральной трубы соответственно 59 и 24 мм, толщина стенки соответственно 5,5 и мм, длина корпуса и трубы 120 мм. Труба изготовлена из меди М1 и снаряжена флегматизированным октогеном. В качестве опорного материала корпуса была принята стандартная сталь С-60 (см. "Справочник артиллерийских боеприпасов, подлежащих утилизации и уничтожению", под ред.А.А.Каллистова. Изд. Росс. Герм. СП "Нова", 1992 г.). Для этой стали число окружных делений корпуса составило 21, для стали 60С2 34. Высокие осколочные свойства стали 60С2 были подвержены также испытаниям стандартных цилиндрах N 12 (см. пособие В.А.Одинцов "Моделирование процессов фрагментации с помощью унифицированных цилиндров", Изд. МГТУ, 1991 г. а также заявку на изобретение N 92012269, 1992 г. "Макет беоприпасов для испытания материалов и взрывчатый веществ на метательно-дробящее действие"). Сравнительные характеристики по осколочности цилиндров N 12, изготовленных из кремнистой стали 60С2 (сплошная линия) и стандартной снарядной стали С-60 (пунктирная линия) представлены на фиг. 6, 7. На фиг. 6 показано изменение в зависимости от типа ВВ (ТНТ, А-1Х-2 и флегматизированный октоген) числа осколков с массой более 0,25 г, на фиг. 7 изменение относительной массы средней фракции μ_c (1 <m≅4Г), являющейся важным показателем качества дробления (см. В.А.Одинцов "Гиперэкспоненциальные спектры взрывного разрушения металлических цилиндров", Изв. Академии наук, МТТ, 5, 1992 г.). Видно, что по обоим показателям сталь 60С2 существенно превосходит стандартную сталь С-60. Осколки цилиндров из стали 60С2 имеют также значительно более благоприятную форму. Для увеличения числа осколков и улучшениях их формы на корпусе снаряда могут быть нанесены кольцевые канавки 25 (фиг. 4), озоны с повышенной хрупкостью или приняты другие серы заданного дробления.

Многоцелевое действие снаряда обеспечивается суммарным воздействием стреловидных ПЭ и тяжелых осколков корпуса. Виды целей, поражаемых стреловидными ПЭ, определяются их массой и величиной упрежденной дальности подрыва. Как показывают расчеты, стреловидные ПЭ с массой 0,5 1 г обеспечивают эффективное поражение незащищенной живой силы, ПЭ с массой 1 2 г эффективное поражение живой силы, оснащенной средствами индивидуального бронирования, транспортных средств и других видов небронированной техники, ПЭ с массой 5 10 г и более поражение легкобронированных целей. Стреловидные ПЭ с массой 30 50 г способны при благоприятных условиях пробивать стальные преграды толщиной до 40 мм. При достаточном проникающем действии стреловидные ПЭ имеют невысокое поперечное действие, что снижает их воздействие на определенные отсеки цели, например, на топливные баки. Тяжелые осколки корпуса массой 50 200 г ввиду их небольшого числа, невысокой начальной скорости, равной скорости снаряда, и большой средней площади проекции осколка на плоскости, перпендикулярную направлению полета, обладают напротив значительным поперечным действием. Наложение координатных законов поражения, создаваемых стреловидными ПЭ и осколками корпуса при правильном подборе их параметров приводит к общему координатному закону, обеспечивающему поражение широкого класса целей. Оптимальный характер общего координатного закона поражения обеспечивается при определенных геометрических пропорциях стреловидных ПЭ, а именно, отношении длины к диаметру 13 17, отношении длины стабилизатора к диаметру 3 5, отношении размаха перьев стабилизатора к диаметру 2,0 2,5.

Использование данного изобретения в первую очередь перспективно для снарядов танковых пушек, предназначенных для борьбы с танкоопасными целями, а том числе противотанковыми вертолетами, на небольших дальностях, где собственная скорость снаряда, а следовательно, и скорость осколков корпуса, составляет 800 1000 м/с. Тяжелые удлиненные осколки корпуса при этом способны поражать лопасти воздушных винтов вертолетов. Другим объектом применения изобретения являются снаряды корабельных зенитных пушек средних калибров, предназначенные для борьбы с противокорабельными крылатыми ракетами. В этом случае ударное действие осколков корпуса увеличивается за счет собственной скорости крылатой ракеты. Основное действие снаряда обеспечивается тяжелыми стреловидными ПЭ бронебойного действия, пробивающими передний свод боевой части крылатой ракеты и вызывающими детонацию заряда взрывчатого вещества.

При стрельбе на небольших дальностях по определенным целям, например, по танкоопасной живой силе, эффективность снаряда может быть существенно увеличена за счет размещения во внутренней полости снаряда между стреловидными ПЭ готовых ПЭ компактной формы, например, шариков, в том числе изготовленных из тяжелых сплавов, например, на основе вольфрама. Масса компактного ПЭ может составлять 0,1 0,3 г. При этом стреловидные ПЭ обеспечивают поражение живой силы, снабженной средствами индивидуальной бронезащиты, а компактные ПЭ поражение незащищенной живой силы. Расчеты показывают, что комбинированный блок, состоящий из стреловидных ПЭ массой 0,2 г и компактных вольфрамовых ПЭ массой 0,2 г с соотношением суммарных масс 3:1, обеспечивает прирост эффективности по сравнению с блоком стреловидных ПЭ той же массы на 40%

Использование: снаряды со стреловидными поражающими элементами, выбрасываемыми вперед по направлению движения снаряда. Сущность изобретения: снаряд содержит корпус, выбрасывающий блок стреловидных элементов, вышибной пороховой заряд, диафрагму, головной колпак с дистанционным взрывателем и центральную трубу с зарядом взрывчатого вещества, замедлителем и детонатором, закрепленную задним концом в дне снаряда. После выброса стреловидных элементов из корпуса происходит подрыв заряда центральной трубы, в результате которого центральная труба расширяется и наносит удар изнутри по корпусу снаряда, вызывая его разрушение. Для усиления осколкообразования корпус изготавливается из кремнистой рессорно-пружинной стали 60С2. Для облегчения скольжения по трубе блок стреловидных элементов может быть изготовлен с внутренней облицовкой или помещен в разъемную кассету. Донный узел для ввода установки взрывателя содержит сбрасываемую крышку и газодинамическое устройство для ее отделения. 19 з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Снаряд со стреловидными поражающими элементами, содержащий корпус, блок стреловидных поражающих элементов, вышибной пороховой заряд, диафрагму, головной колпак и дистанционный взрыватель, отличающийся тем, что он снабжен центральной трубой, закрепленной торцом в дне корпуса снаряда и снаряженной зарядом взрывчатого вещества с детонатором и инициирующим устройством, при этом блок стреловидных поражающих элементов и диафрагма выполнены с осевыми каналами и установлены на центральной трубе. 2. Снаряд по п. 1, отличающийся тем, что взрыватель расположен в головном колпаке и соединен огневой цепью с пороховым вышибным зарядом посредством полой трубки, установленной по оси заряда взрывчатого вещества, заполняющего центральную трубу. 3. Снаряд по п. 1, отличающийся тем, что взрыватель расположен в головном колпаке и электрически соединен с воспламенителем вышибного порохового заряда и через элемент задержки времени с электродетонатором заряда центральной трубы. 4. Снаряд по п. 1, отличающийся тем, что взрыватель расположен в дне снаряда и соединен огневой цепью с вышибным пороховым зарядом и детонационной цепью с зарядом взрывчатого вещества в центральной трубе. 5. Снаряд по п. 1, отличающийся тем, что пространство во внутренней полости снаряда между стреловидными поражающими элементами заполнено веществом с низкой адгезионной способностью. 6. Снаряд по п. 1, отличающийся тем, что пространство во внутренней полости снаряда между стреловидными поражающими элементами заполнено готовыми поражающими элементами компактной формы, например шариками. 7. Снаряд по п. 1, отличающийся тем, что блок стреловидных поражающих элементов выполнен с облицовкой осевого канала, изготовленной из легкого сплава, причем внутренний диаметр облицовки равен наружному диаметру центральной трубы. 8. Снаряд по п. 1, отличающийся тем, что стреловидные поражающие элементы расположены в разъемной кассете, снабженной круговыми полками. 9. Снаряд по п. 1, отличающийся тем, что стреловидные поражающие элементы уложены в блоки заостренными концами вперед и назад попеременно. 10. Снаряд по п. 1, отличающийся тем, что его корпус выполнен из кремнистой рессорно-пружинной стали 60С2. 11. Снаряд по п. 1, отличающийся тем, что на его корпусе нанесены кольцевые канавки или зоны с повышенной хрупкостью. 12. Снаряд по п. 1, отличающийся тем, что дистанционный взрыватель имеет электронное исполнение, содержит блок питания, блок отсчета времени, предохранительно-исполнительный механизм и устройство для бесконтактного ввода временной установки. 13. Снаряд по п. 1, отличающийся тем, что инициирующее устройство детонатора центральной трубы выполнено в виде детонационного узла натяжного действия, причем длина троса, соединяющего заднюю поверхность диафрагмы с детонационным узлом, равна длине камеры снаряда. 14. Снаряд по п. 1, отличающийся тем, что стреловидный поражающий элемент выполнен с отношением длины к диаметру 13 17, отношением длины стабилизатора к диаметру 3 5 и отношением размаха перьев стабилизатора к диаметру 2 25. 15. Снаряд по п. 1, отличающийся тем, что головной колпак снаряда заполнен легким пористым материалом, например пенопластом. 16. Снаряд по п. 6, отличающийся тем, что поражающие элементы компактной формы изготовлены из материала с высокой плотностью, например из сплавов на основе вольфрама. 17. Снаряд по п. 8, отличающийся тем, что разъемная кассета, снабженная круговыми полками, выполнена из легкого сплава или высокопрочного полимерного материала. 18. Снаряд по п. 12, отличающийся тем, что дистанционный взрыватель размещен в дне снаряда и снабжен оптическим окном для ввода кодированного лазерного луча. 19. Снаряд по п. 18, отличающийся тем, что оптическое окно дистанционного взрывателя размещено на дне трубки стабилизатора, снабженного газодинамическим устройством для сбрасывания защитной крышки после выстрела. 20. Снаряд по п. 18, отличающийся тем, что на дне снаряда эксцентрично его оси расположен трассер.