ОСКОЛОЧНО-ФУГАСНЫЙ СНАРЯД Российский патент 1997 года по МПК F42B12/20 

Изобретение относится к боеприпасам, а более конкретно к боеприпасам с управляемым осколочным полем.

Известны осколочно-фугасные снаряды, содержащие корпус естественного или заданного дробления, заряд взрывчатого вещества и взрыватель ударного, дистанционного или неконтактного действия, создающие круговое осколочное поле. По условиям боевого применения желательно, чтобы один и тот же снаряд в одних применения мог создавать круговое осколочное действие, т.е. чтобы он обладал свойством адаптивности. Например, при стрельбе снарядом на мгновенное ударное действие по грунту осколочное поле должно быть круговым, а при стрельбе с дистанционным взрывателем, обеспечивающим разрыв снаряда в упрежденной точке, осевым, в виде осколков или готовых поражающих элементов, направленным вдоль траектории снаряда.

Изобретение направлено на придание снаряду свойства адаптивности.

Сущность изобретнения состоит в том, что в осколочно-фугасном снаряде, содержащем корпус с расположенным в нем зарядом твердого топлива, снабженный сопловым блоком, оболочку (трубу) с зарядом взрывчатого вещества и детонатором, расположенную внутри заряда твердого топлива по его оси, и взрыватель ударного действия, заряд твердого топлива выполнен из детонационно-способного материала, а взрыватель выполнен с ударным и дистанционным действием и имеет выходные каналы воспламенения и детонации, причем канал воспламенения пиротехнически соединен с детонационно-способным зарядом твердого топлива.

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 - управляемое осколочное поле. Предлагаемое изобретение удовлетворяет критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 изображен снаряд с головным взрывателем; на фиг.2 снаряд с головным взрывателем и передним метательным блоком; на фиг.3 снаряд с донным взрывателем и бетонобойной головной частью; на фиг.4 снаряд с зарядом, имеющим продольные канавки на внешней поверхности, поперечное сечение; на фиг.5 снаряд с зарядом, составленным из двух концентрических шашек, поперечное сечение; на фиг. 6 снаряд с многоканальным зарядом, поперечное сечение; на фиг.7 корпус со скрытой подрезкой; на фиг.8 корпус с наклонной скрытой подрезкой; на фиг. 9 сечение корпуса, имеющего продольную скрытую подрезку; на фиг.10- корпус с сеткой хрупких зон заданного дробления; на фиг.11- корпус с набором колец заданного дробления; на фиг.12- сечение корпуса, включающего набор продольно уложенных стержней; на фиг.13- процесс метания трубки и разрушения корпуса; на фиг.14- схема действия снаряда в варианте выгорания заряда и формирования осевого поля; на фиг.15- схема действия снаряда с формированием поражающего кольца стержней; на фиг.16- возможные режимы навесной стрельбы предлагаемым снарядом; на фиг.17- гистограмма распределения по массе осколков корпуса при подрыве осевой ударной трубки.

Осколочный снаряд содержит стальной корпус 1 с помещенным в нем зарядом дистанционно-способного твердого ракетного топлива 2. Заряд имеет осевой цилиндрический канал, в котором помещена (оболочка) труба 3, выполненная, например, из меди или низкоуглеродистой стали, заполненная взрывчатым веществом 4. Корпус соединен резьбой с головкой 5, в которой установлен взрыватель 6, имеющий ударный механизм с тремя установками и дистанционный механизм (механизм отсчета времени). Взрыватель имеет на выходе два канала: детонационный канал 7, соединенный с зарядом 4 осевой трубы, и пиротехнический канал 8, имеющий выход на заряд твердого топлива 2. По периметру дна снаряда расположены сопла 9, закрытые пробками 10.

На фиг.2 представлен пример конструктивного выполнения снаряда, имеющего передний метательный блок. Корпус снаряда выполнен с перегородкой 11, к которой примыкает передний метательный блок, состоящий из заряда ВВ 12 и блока готовых поражающих элементов 13, выполненных из стали или тяжелых сплавов, например, на основе вольфрама. Впереди метательного блока расположен стержень 14 с помещенными в его переднем конце приемником команд 15 и контактным узлом 16, имеющим электрическую или пиротехническую связь с ударно-дистанционным взрывателем 6, помещенным в заряде метательного блока. В задней части корпуса расположено ввинтное дно 17, снабженное соплами 9.

На фиг. 3 показан пример конструктивного выполнения снаряда с донным взрывателем, бетонобойной головной частью и передним расположением сопел, предназначенного для гладкоствольного орудия. Сопла 18 расположены по окружности в передней части корпуса. Оси сопел наклонены к оси снаряда. Головная часть корпуса имеет оживальную форму и стенку большой толщины. Донный взрыватель 19 расположен в трубке стабилизатора 20, ввернутой в дно 17. На заднем торце взрывателя расположен контактный или бесконтактный приемник команд 21. В случае ввода команды световым лучом после выстрела приемник снабжен оптическим окном. К ввинтному дну 17 присоединен трассер 22. В заряд твердого топлива вмонтированы одна или несколько решетчатых диафрагм 23, опирающихся на внутреннюю поверхность корпуса и на внешнюю поверхность осевой трубы.

Заряд дистанционноспособного твердого топлива, используемый в одних случаях как разрывной заряд ВВ, а в других как твердотопливный заряд реактивного двигателя, выполнен из составов, обладающих при взрыве скоростью детонации 7500-8000 м/с, а при сгорании удельным импульсом 1500-2000 м/с. Примером таких составов могут служить смеси ВВ-окислитель-горючее-связка, например смесь гексоген перхлорат калия алюминиевая пудра полибутадиен. в целях предохранения от нагрева осевой трубы заряд выполнен с канавками 24 на внешней поверхности заряда, расположенными по ее образующим (фиг.4), в виде двух концентрически расположенных шашек с зазором (фиг.5), в виде шашки с продольными каналами 25 (фиг.6).

Варианты выполнения стенки корпуса представлены на фиг.7-12. На фиг.7 показана часть корпуса с нанесенной на его внутренней поверхности кольцевой, прямоугольной или ромбической сеткой завальцованных канавок 26, так называемой, скрытой подрезки. На фиг.8 показана кольцевая сетка скрытой подрезки с наклонным расположением завальцованных канавок 27. Угол α между канавкой и направлением распространения детонации, показанным стрелкой D, должен составлять 40.50^o. В оболочке, показанной на фиг.9, канавки скрытой подрезки 28 расположены на внешней поверхности заряда, причем они могут быть нанесены как вдоль образующей корпуса, так и под углом 3 6^o к образующей. Во всех указанных случаях толщина перемычки P и глубина внешней подрезки Z не должна превышать более чем на 50% толщину откольного слоя. На фиг.10 показана сетка локальных хрупких зон заданного дробления 29, нанесенных на внутреннюю поверхность корпуса, например, с помощью химико-термической или лучевой обработки. Аналогичная обработка может быть проведена и с внешней поверхности.

На фиг. 11 изображена часть оболочки, полученной вставлением в наружный тонкостенный стакан 30 толщиной S набора колец 31. Кольца могут быть снабжены внутренней или внешней подрезкой, в том числе скрытой. На фиг.12 показано поперечное сечение корпуса, состоящего из наружного тонкостенного стакана 30 толщиной S и уложенного в нем набора продольных стержней 32. Стержни также могут быть снабжены подрезкой, в том числе скрытой. В обоих случаях толщина не должна превышать более чем на 50% толщину откольного слоя.

Действие снаряда происходит следующим образом. Перед выстрелом взрыватель устанавливается на один из двух режимов:
режим без выгорания заряда (обычный) с подвидами: ударное действие (с одной из трех установок), дистанционное действие, неконтактное действие; пиротехнический канал на воспламенение заряда выключен;
режим с выгоранием заряда, как правило, с дистанционным действием взрывателя.

Ввод установок во взрыватель производится до выстрела (на тракте заряжания), в момент выстрела, например, с помощью соленоида, установленного на стволе орудия или на траектории. Донный узел ввода установки на траектории с помощью лазерного луча, показанный на фиг.3, описан в заявке на Рос. патент N 93052285.

В первом режиме действие осуществляется, как у обычного осколочно-фугасного снаряда с той разницей, что осевая труба с зарядом ВВ выполняет роль удлиненного детонатора.

Во втором режиме перед выстрелом во взрыватель вводится команда включения пиротехнического канала и временная установка на срабатывание детонационного канала. После выхода снаряда из канала ствола взрыватель выдает по пиротехническому каналу огневой импульс на воспламенение заряда. Луч пламени, распространяясь по продольным канавкам 24 или внутренним каналам 25, осуществляет воспламенение заряда, при этом выбиваются пробки 10 и начинается истечение продуктов детонации через задние сопла 9 (фиг. 1,2) или передние сопла 18 (фиг.3). К преимуществам переднего расположения сопел относятся увеличенная устойчивость полета для оперенных снарядов и уменьшение аэродинамического сопротивления снаряда при обтекании его потоком горячего газа за счет уменьшения вязкости пограничного слоя. Осевая трубка защищается от нагрева слоем заряда. В результате сгорания заряда снаряд получает дополнительную скорость 200 400 м/с. При выдаче дистанционным взрывателем детонационного импульса происходит подрыв заряда 4 осевой трубы 3 с метанием ее на внутреннюю поверхность корпуса и его разрушением.

Процесс метания трубки и разрушения корпуса показан на фиг. 13. В результате удара расширяющейся трубки по внутренней поверхности корпуса в нем происходит кольцевой откол с отделением откольного слоя 33 толщиной D, отлетающего со скоростью V₁ и уносящего основную часть импульса удара. Остающаяся внутренняя толстостенная часть цилиндра 34 имеет малую радиальную скорость V₂ и распадается на крупные осколки. Откол в данном случае играет полезную роль, так как уменьшение радиальной скорости основной массы корпуса позволяет получить достаточно узкий пучок осколков корпуса в направлении полета снаряда с углом полураствора (V_c скорость снаряда в момент разрыва), (на фиг. 14 показаны примерные значения дульной скорости и скорости в конце разгона).

Действие снаряда, показанного на фиг.2, отличается более сильным осевым действием, так как в осевой поток осколков корпуса включаются высокоскоростные готовые поражающие элементы 13 переднего метательного блока.

Число осколков корпуса в осевом потоке может быть увеличено за счет заданного дробления. В схемах 7, 8, 10 после отделения откольного слоя, внутренняя часть корпуса распадается на кольца высотой h с их последующим делением по окружности. Схема фиг.9 в варианте продольных канавок предназначена для формирования удлиненных откольных элементов с длиной, равной длине корпуса (откольных полос). При расположении канавок под углом к образующей откольные полосы ввиду наличия векторной разности скоростей на их концах будут разворачиваться, формируя кольцо 35, способное наносить сплошные разрезы панелей (крыла, киля, фюзеляжа) воздушных целей (фиг.15). В вариантах выполнения корпуса, показанных на фиг.11, 12, в результате откольного эффекта отделяется и разрушается наружная тонкостенная оболочка 30.

Основная область применения предлагаемой схемы снаряды артиллерийских систем, имеющих среди других боевых задач задачу поражения одиночных наблюдаемых целей на небольших дальностях, когда скорость снаряда достаточно велика. Примером могут служить снаряды танковых пушек или снаряды корабельных артиллерийских установок, предназначенные для борьбы с противокорабельными крылатыми ракетами. Наряду с этим, схема может быть использована и для полевых систем, как позволяющая в случае необходимости существенно (на 30-35%) увеличить за счет использования режима II предельную дальность стрельбы. При этом, однако, снижается эффективность действия у цели, так как фугасное действие практически будет отсутствовать, а скорость осевого осколочного потока будет равна скорости падения снаряда, т.е.300-400 м/с (фиг.16). Возможен вариант использования схемы для увеличения бетонобойного действия снаряда (фиг. 3). В этом случае, выгорание заряда и сообщение снаряду дополнительной скорости происходит на нисходящем участке траектории. Как показывают расчеты, выигрыш по конечной скорости в сравнении со случаем включения заряда сразу после выстрела составляет около 10%
В заключении приведем экспериментальные данные по разрушению корпуса ударом осевой трубки. Для испытаний использовался корпус стандартного осколочного цилиндра N 12, имеющего общую длину 200 мм, дно толщиной 20 мм, наружный диаметр 60 мм, внутренний диаметр 40 мм, толщину стенки 10 мм. Корпус изготовлен из нормализованной снарядной стали С-60. По оси цилиндра размещалась медная трубка с внутренним диаметром 20 мм, толщиной стенки 2 мм и длиной 180 мм с зарядом флегматизированного октогена массой 100 г. Путь разгона трубки составлял 8 мм. В полученном осколочном спектре числа осколков с массой более 0,25; 0,5; 1 и 4 г соответственно составили 534, 398, 300 и 105. Массовое содержание мелкой (m≅1 г), средней (1<m≅4 г) и крупной (m>4 г) фракций составило 0,10; 0,17 и 0,73. Гистограмма распределения осколков представлена на фиг.17 (N_i число осколков в данной массовой группе, m масса осколка). Для выборки пяти наиболее крупных осколков средние значения массы, длины l₅ и удлинения (γ_o плотность стали) составили соответственно 71,5 г, 153 мм и 19,8. По данным работы "Моделирование процессов фрагментации с помощью унифицированных цилиндров", В.А. Одинцов, изд. МГТУ, 1991 для цилиндра N 12 из стали С-60 со сплошным зарядом ТНТ относительные массы мелкой, средней и крупной фракций составляют 0,15; 0,25; 0,60, а число осколков массой более 0,25 г N_0,25 1000. Таким образом, число осколков N_0,25 цилиндра N 12 при дроблении ударом трубки составляет более 50% числа осколков при обычном снаряжении, что следует расценивать, как вполне удовлетворительный результат.

Предложенная схема снаряда особенно перспективна для снарядов орудий с начальной скоростью более 1200 м/с. При выгорании заряда на конечном участке траектории, полученное при этом дополнительное рассеивание, может быть устранено корректировкой траектории с помощью устройства коррекции, включенного в состав снаряда.

Использование: адаптивные осколочно-фугасные снаряды с управляемым осколочным полем. Сущность изобретения: снаряд содержит корпус с соплами, заряд детонационно-способного твердого топлива, оболочку с зарядом взрывчатого вещества и детонатором, ударно-дистанционый взрыватель с пиротехническим и детонационным каналами. Стрельба снарядом производится либо в обычном режиме с использованием заряда твердого топлива в качестве разрывного, либо в режиме его выгорания, позволяющего получить дополнительную скорость и освободить пространство для движения оболочки заряда взрывчатого вещества. В последнем случае, при приближении снаряда к цели происходит подрыв заряда в оболочке с метанием ее на внутреннюю поверхность корпуса и его разрушением, что позволяет сформировать осколочный поток, направленный по оси снаряда. Предусмотрена конструкция снаряда с передним метательным блоком, состоящим из заряда взрывчатого вещества и слоя готовых поражающих элементов, выполненных из стали или тяжелых сплавов, например, на основе вольфрама. 20 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Осколочно-фугасный снаряд, содержащий корпус с расположенным в нем зарядом твердого топлива, снабженный сопловым блоком, оболочку с зарядом взрывчатого вещества и детонатором, расположенную внутри заряда твердого топлива по его оси, и взрыватель ударного действия, отличающийся тем, что заряд твердого топлива выполнен из детонационно-способного материала, взрыватель выполнен с ударным и дистанционным действием и имеет выходные каналы воспламенения и детонации, причем канал воспламенения пиротехнически соединен с детонационно-способным зарядом твердого топлива. 2. Снаряд по п.1, отличающийся тем, что сопла расположены в дне снаряда. 3. Снаряд по п. 1, отличающийся тем, что сопла расположены в головной части снаряда. 4. Снаряд по п.1, отличающийся тем, что корпус снаряда имеет в передней части перегородку, к которой примыкает передний метательный блок, состоящий из заряда взрывчатого вещества с детонатором и слоя готовых поражающих элементов, выполненных из стали или тяжелых сплавов, например на основе вольфрама. 5. Снаряд по п. 4, отличающийся тем, что впереди метательного блока расположен стержень с помещенными в его переднем конце приемником команд и контактным узлом, имеющим электрическую или пиротехническую связь с взрывателем, помещенным в заряде метательного блока. 6. Снаряд по п.1, отличающийся тем, что взрыватель установлен в головной части снаряда. 7. Снаряд по п. 1, отличающийся тем, что взрыватель установлен в дне снаряда. 8. Снаряд по п.7, отличающийся тем, что донный взрыватель снабжен контактным или бесконтактным приемником команд, например оптическим окном. 9. Снаряд по п.1, отличающийся тем, что заряд детонационно-способного твердого топлива выполнен с продольными канавками на внешней поверхности, примыкающей к корпусу. 10. Снаряд по п.1, отличающийся тем, что заряд детонационно-способного твердого топлива выполнен в виде двух концентрически расположенных шашек с зазором между ними. 11. Снаряд по п.1, отличающийся тем, что заряд детонационно-способного твердого топлива выполнен в виде шашки, имеющей продольные цилиндрические каналы. 12. Снаряд по п.1, отличающийся тем, что на внутренней поверхности корпуса нанесена кольцевая прямоугольная или ромбическая сетка завальцованных канавок, при этом толщина перемычки не превышает 1,5 толщины откольного слоя. 13. Снаряд по п.12, отличающийся тем, что в продольном сечении корпуса завальцованные канавки расположены под углом 40 50^o к направлению распространения детонации. 14. Снаряд по п.1, отличающийся тем, что на внешней поверхности корпуса нанесены завальцованные канавки глубиной не более 1,5 толщины откольного слоя под углом 0 6^o к образующей. 15. Снаряд по п.1, отличающийся тем, что на внутреннюю или внешнюю поверхность корпуса нанесена кольцевая прямоугольная или ромбическая сетка хрупких зон с помощью химико-термической или лучевой обработки. 16. Снаряд по п.1, отличающийся тем, что корпус снаряда состоит из наружного стакана, толщина которого не превышает 1,5 толщины откольного слоя, и вложенных в него колец заданного дробления или набора продольных стержней. 17. Снаряд по п.7, отличающийся тем, что он выполнен с бетонобойной головной частью. 18. Снаряд по п. 1, отличающийся тем, что взрыватель выполнен с устройством неконтактного подрыва. 19. Снаряд по п.1, отличающийся тем, что дистанционный взрыватель выполнен с обеспечением воспламенения заряда на конечном участке траектории, а снаряд снабжен устройством коррекции траектории. 20. Снаряд по п.1, отличающийся тем, что корпус снаряда выполнен из стали с высокой дробимостью, например кремнистой или высокоуглеродистой. 21. Снаряд по п. 1, отличающийся тем, что оболочка заряда взрывчатого вещества выполнена из металла с высокой пластичностью, например меди или низкоуглеродистой стали.