ЛЕГКОГАЗОВАЯ ПУШКА Российский патент 1999 года по МПК F41F1/00 

Изобретение относится к ствольным метательным системам. Преимущественная область применения - экспериментальные исследования высокоскоростного соударения твердых тел.

Известны легкогазовые пушки, в которых разгон метаемого объекта осуществляется с помощью сжатого и разогретого импульсом электрического тока гелия или водорода (см. книгу "Баллистические установки и их применение в экспериментальных исследованиях". Под ред. Н. А. Златина и Г.И.Мишина. "Наука", М., 1974 г., стр. 18-21). Недостатком таких легкогазовых пушек является сложность конструкции, необходимость использования дорогостоящих и громоздких импульсных источников электрического тока.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является двухступенчатая легкогазовая пушка (см. там же стр. 21-27). Названная пушка содержит баллистический ствол, зарядную камеру с пороховым зарядом, цилиндрическую камеру сжатия, заканчивающуюся коническим переходником, заполненную легким газом (водородом или гелием), поршень, отделяющий зарядную камеру от камеры сжатия, и диафрагму, отделяющую конический переходник камеры сжатия от баллистического ствола. В начале баллистического ствола непосредственно перед диафрагмой размещается метаемый объект.

Выстрел из двухступенчатой легкогазовой пушки осуществляется следующим образом.

При поджигании порохового заряда продукты сгорания разгоняют поршень, который сжимает легкий газ. При достижении определенного давления легкого газа в камере сжатия диафрагма разрушается, и легкий газ, устремляясь в баллистический ствол, разгоняет метаемый объект. Скорость разгона метаемого объекта в значительной степени зависит от кинетической энергии поршня, сжимающего легкий газ.

Недостатком двухступенчатой легкогазовой пушки, рассматриваемой в качестве прототипа, является высокая величина давления на поверхности контакта поршня с коническим переходником камеры сжатия. Внедрение поршня в конический переходник может иметь место как в процессе разгона метаемого объекта (при достаточном для этого запасе кинетической энергии поршня), так и после вылета метаемого объекта из канала баллистического ствола.

В последнем случае поршень, сжимая легкий газ, останавливается, не доходя до конического переходника, затем отскакивает назад, сжимая теперь уже пороховые газы. За время возвратного движения поршня метаемый объект успевает покинуть баллистический ствол, и легкий газ получает возможность свободного истечения в атмосферу. В связи с этим, повторно разгоняясь в направлении выстрела под действием давления пороховых газов, поршень уже не испытывает сопротивления легкого газа и внедряется в конический переходник камеры сжатия.

В обоих случаях стремление повысить скорость разгона метаемого объекта за счет увеличения кинетической энергии поршня зачастую приводит к недопустимому нагружению конического переходника камеры сжатия и выходу ее из строя.

Решаемой технической задачей является уменьшение ударного нагружения поршнем конического переходника камеры сжатия легкогазовой пушки. Технический результат - увеличение ресурса работы легкогазовой пушки без уменьшения скоростей разгона метаемых объектов или увеличение скоростей разгона метаемых объектов при том же ресурсе работы легкогазовой пушки.

Техническая задача решается легкогазовой пушкой, содержащей баллистический ствол, зарядную камеру с пороховым зарядом, цилиндрическую камеру сжатия с коническим переходником, заполненную легким газом, поршень, отделяющий зарядную камеру от камеры сжатия, и диафрагму, отделяющую конический переходник камеры сжатия от баллистического ствола, за счет разделения камеры сжатия на два отсека дополнительным деформируемым поршнем с открытой в сторону баллистического ствола полостью. При этом дополнительный поршень имеет меньшую, чем основной поршень, массу и диаметр, равный диаметру основного поршня.

Сопоставительный анализ предлагаемого решения и прототипа показывает, что заявляемая легкогазовая пушка отличается совокупностью новых конструктивных признаков:
камера сжатия разделена на два отсека;
разделение камеры сжатия на два отсека осуществляется с помощью дополнительного деформируемого поршня;
дополнительный деформируемый поршень имеет открытую в сторону баллистического ствола полость;
дополнительный деформируемый поршень имеет меньшую, чем основной поршень, массу;
дополнительный поршень имеет такой же диаметр, как и основной поршень.

Разделение камеры сжатия на два отсека обеспечивает возможность использования легкого газа, находящегося в переднем отсеке (между диафрагмой и дополнительным поршнем), непосредственно для совершения работы по разгону метаемого объекта, а газ, находящийся в заднем отсеке (между основным и дополнительным поршнями) - в роли демпфера, гасящего кинетическую энергию основного поршня при подходе к коническому участку камеры сжатия.

Разделение камеры сжатия на два отсека с помощью дополнительного деформируемого поршня позволяет сжимать легкий газ в переднем отсеке и внедрять дополнительный поршень в конический переходник камеры сжатия при разгоне основного поршня пороховыми газами.

Выполнение дополнительного деформируемого поршня с открытой в сторону баллистического ствола полостью облегчает его внедрение в конический переходник камеры сжатия и за счет вытеснения легкого газа из этой полости при ее схлопывании обеспечивает дополнительный подгон метаемого объекта.

Выполнение дополнительного поршня меньшей, чем основной поршень, массы уменьшает величину ударной нагрузки на конический переходник камеры сжатия при внедрении в него дополнительного деформируемого поршня.

Выполнение дополнительного поршня с таким же диаметром, как основной поршень, исключает прорыв газов из одного отсека в другой.

На фиг. 1 показан пример выполнения легкогазовой пушки, где
1 - зарядная камера;
2 - пороховой заряд;
3 - передний отсек камеры сжатия, заполненной легким газом;
4 - задний отсек камеры сжатия, заполненной легким газом;
5 - конический переходник камеры сжатия;
6 - баллистический ствол;
7 - основной поршень;
8 - дополнительный деформируемый поршень;
9 - диафрагма;
10 - метаемый объект.

Предлагаемая легкогазовая пушка работает следующим образом.

При срабатывании инициирующего устройства воспламеняется пороховой заряд 2, размещенный в зарядной камере. При достижении давлением пороховых газов величины, превышающей заданное давление форсирования, основной поршень 7 начинает перемещаться, сжимая легкий газ, находящийся в заднем отсеке 4 камеры сжатия.

Под действием перепада давления между задним 4 и передним 3 отсеками камеры сжатия дополнительный поршень 8 также начинает перемещаться, сжимая легкий газ в переднем отсеке.

После разрушения диафрагмы 9 легкий газ устремляется в баллистический ствол 6 и начинает разгонять метаемый объект 10. Дополнительный деформируемый поршень 8, достигнув конического переходника 5, внедряется в него, продолжая сжимать легкий газ.

Благодаря малой массе дополнительного поршня 8 и наличию в нем открытой полости, обращенной в сторону баллистического ствола, давление на поверхности контакта его с коническим переходником 5 имеет при этом меньшую величину, чем при внедрении основного поршня в случае, когда дополнительный поршень отсутствует.

В процессе внедрения дополнительного деформируемого поршня в конический переходник камеры сжатия открытая полость, выполненная в этом поршне и обращенная в сторону баллистического ствола (см. фиг. 2), схлопывается, вытесняя находящийся в ней легкий газ, благодаря чему осуществляется дополнительный подгон метаемого объекта.

При торможении дополнительного поршня 8 в коническом переходнике 5 основной поршень 7 продолжает движение вперед, сжимая легкий газ, находящийся между поршнями, т.е. заставляет дополнительный поршень еще глубже внедряться в конический переходник и, вытесняя находящийся в его полости легкий газ, дополнительно подгонять метаемый объект.

В связи с наличием газового демпфера между поршнями кинетическая энергия основного поршня гасится за больший промежуток времени, чем при отсутствии дополнительного поршня. Благодаря этому амплитуда давления на поверхности контакта дополнительного поршня с коническим переходником в процессе торможения основного поршня будет также меньше, чем при внедрении основного поршня в конический переходник в случае отсутствия дополнительного поршня.

После достижения максимальной величины давления легкого газа между поршнями основной поршень 7 отскакивает назад, сжимая пороховые газы, а дополнительный поршень 8 остается в коническом переходнике 5, т.к. к этому моменту времени метаемый объект 10 вылетает из баллистического ствола 6, и легкий газ, находящийся перед дополнительным поршнем 8, стравливается в атмосферу. Основной поршень 7 после совершения ряда возвратно-поступательных движений в камере сжатия также останавливается.

Изобретение относится к ствольным метательным системам, применяемым преимущественно при экспериментальных исследованиях. Пушка содержит баллистический ствол, зарядную камеру с пороховым зарядом и цилиндроконическую камеру сжатия с легким газом. Камеры разделены поршнем, а ствол отделен от камеры сжатия диафрагмой. Камера сжатия разделена на два отсека дополнительным деформируемым поршнем с открытой в сторону ствола полостью. Масса дополнительного поршня меньше массы основного поршня, а диаметры поршней одинаковы. Изобретение позволяет увеличить ресурс работы пушки без уменьшения скоростей разгона метаемых объектов. 2 ил.

Легкогазовая пушка, содержащая баллистический ствол, зарядную камеру с пороховым зарядом, цилиндрическую камеру сжатия, заполненную легким газом, поршень, разделяющий обе камеры, диафрагму, отделяющую камеру сжатия от баллистического ствола, отличающаяся тем, что камера сжатия разделена на два отсека дополнительным деформируемым поршнем с открытой в сторону баллистического ствола полостью, при этом дополнительный поршень имеет меньшую, чем основной поршень, массу и диаметр, равный диаметру основного поршня.