АРТИЛЛЕРИЙСКИЙ СНАРЯД Российский патент 1999 года по МПК F42B14/00 

Изобретение относится к области артиллерии средних и больших калибров и предназначено для применения в артиллерийских снарядах стабилизированных оперением для выстрелов раздельно-гильзового или картузного заряжания.

Известен артиллерийский снаряд [1] , принятый за аналог и содержащий заднюю часть с проточкой, в которой установлен свободно проворачивающийся обтюратор с жестко связанным с ним уплотнительным элементом; причем наружный диаметр последнего превышает диаметр канала ствола по нарезке, при этом для уменьшения утечки порохового газа из заснарядного пространства внутренняя поверхность обтюратора и дно проточки выполнены так, что образуют лабиринтное уплотнение в виде кольцевой канавки на внутренней поверхности обтюратора, расположенной напротив кольцевого выступа, выполненного в проточке. Такое выполнение снаряда обеспечивает надежную обтюрацию пороховых газов при движении снаряда по каналу ствола, но вызывает нарушение центрирования снаряда в канале ствола и не обеспечивает однозначное формирование уплотнения обтюратором при врезании его в нарезы канала ствола. При этом происходит повреждение уплотнительного элемента рабочими гранями полей нарезов и, как следствие, не обеспечивается обтюрация уплотнительным элементом пороховых газов как при врезании обтюратора в нарезы, так и при последующем движении снаряда по каналу ствола.

Известен также боеприпас со сбрасываемым поддоном [2], принятый за прототип и состоящий из подкалиберного снаряда и размещенного вокруг него сегментированного поддона, на котором сформированы переднее и заднее центрирующие утолщения, а в проточке на заднем конце поддона установлен обтюрирующий поясок, свободно проворачивающийся относительно поддона. В известной конструкции боеприпаса обтюрирующий поясок также вызывает его перекос (нарушение центрирования) в канале ствола. В начале движения боеприпаса при выстреле тлеющийся перекос боеприпаса приводит к местному силовому взаимодействию обтюрирующего пояска со стенками канала ствола. Это вызывает повреждение обтюрирующего пояска при врезании его в нарезы и, как следствие, уже не обеспечивается обтюрация пороховых газов как при врезании обтюрирующего пояска в нарезы, так и при последующем движении боеприпаса по каналу ствола.

Задачей настоящего изобретения является исключение перекоса (обеспечение центрирования) снаряда в канале ствола при заряжании и, как следствие, исключение повреждения уплотнительного элемента обтюрирующего пояска при врезании его в нарезы в начале движения снаряда при выстреле.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в снаряде, содержащем центрирующие переднее и заднее утолщения и свободно проворачивающийся обтюратор с уплотнительным элементом, наружный диаметр которого превышает диаметр канала ствола по нарезам, размещенный в проточке на задней части снаряда, в передней части проточки выполнена кольцевая канавка, а в передней части на внутренней поверхности обтюратора выполнен кольцевой выступ, который размещен в кольцевой канавке проточки и опирается на задний торец кольцевой канавки так, что между передним торцем обтюратора и передним торцем проточки, а также задним торцем обтюратора и задним торцем проточки выполнены зазоры, а геометрические размеры кольцевого выступа обтюратора и кольцевой канавки проточки связаны соотношением
d₁-d₂≥ z₀+Δ₁+Δ₂+δ,
где d₁ - внутренний диаметр кольцевого выступа обтюратора;
d₂ - диаметр кольцевой канавки в проточке;
z₀ = D_1ном - D_2ном - гарантированный зазор между центрирующими утолщениями снаряда и внутренней поверхностью канала ствола по полям нарезов;
D_1ном - номинальный диаметр канала ствола по полям нарезов;
D_2ном - номинальный диаметр центрирующих утолщений снаряда;
Δ₁ - допуски на изготовление и износ внутренней поверхности канала ствола по полям нарезов;
Δ₂ - допуск на изготовление центрирующих утолщений снаряда;
δ - допуск взаимного расположения кольцевой канавки проточки и центрирующих утолщений снаряда,
при этом диаметральный зазор между обтюратором и дном проточки не меньше диаметрального зазора между кольцевым выступом обтюратора и кольцевой канавкой проточки, а расположение обтюратора относительно заднего центрирующего утолщения определяется соотношением

L - расстояние от передней кромки заднего центрирующего утолщения до наибольшего диаметра обтюратора (по уплотнительному элементу);
D₃ наружный диаметр обтюратора по уплотнительному элементу;
D₁ - диаметр канала ствола по полям нарезов;
α₁ - угол раскрытия опорного конуса казенной части ствола;
D - диаметр точки перехода опорного конуса казенной части ствола в снарядный конус;
α₂ - угол раскрытия снарядного конуса казенной части ствола.

Кроме того, на оставшихся внутренней поверхности обтюратора и дне проточки возможно выполнение кольцевых проточек и канавок, расположенных друг против друга, которые образуют лабиринтное уплотнение. В этом лабиринтном уплотнении диаметральные зазоры между поверхностями обтюратора и проточки, расположенными друг против друга, не меньше диаметрального зазора между кольцевым выступом обтюратора и кольцевой канавкой в проточке.

Такое выполнение конструкции снаряда не приводит к его перекосу в канале ствола при заряжании (досылании) и позволяет обеспечить однозначное центрирование снаряда в канале ствола как при заряжании, так и при врезании обтюратора в нарезы в начале движения снаряда при выстреле, а также равномерное врезание уплотнительного элемента обтюратора в нарезы.

Изложенная сущность предполагаемого изобретения поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 изображен артиллерийский снаряд в канале ствола артиллерийского орудия, на фиг. 2 - схема взаимного расположения заднего центрирующего утолщения и обтюратора.

Артиллерийский снаряд (фиг. 1) содержит центрирующие переднее 1 и заднее 2 утолщения и свободно вращающийся обтюратор 3 с уплотнительным элементом 4, наружный диаметр D₃ которого превышает диаметр канала ствола по нарезам. Обтюратор размещен в проточке 5 на задней части снаряда. На внутренней поверхности обтюратора в передней части выполнен кольцевой выступ 6 с опорной поверхностью 7, который размещен в кольцевой канавке 8 проточки с диаметральным зазором. Величина зазора определяется соотношением
d₁-d₂≥ z₀+Δ₁+Δ₂+δ,
где d₁ - внутренний диаметр кольцевого выступа обтюратора;
d₂ - диаметр кольцевой канавки в проточке;
z₀ = D_1ном - D_2ном - гарантированный зазор между центрирующими утолщениями снаряда и внутренней поверхностью канала ствола по полям нарезов;
D_1ном - номинальный диаметр канала ствола по полям нарезов;
D_2ном - номинальный диаметр центрирующих утолщений снаряда;
Δ₁ - допуски на изготовление и износ внутренней поверхности канала ствола по полям нарезов;
Δ₂ - допуск на изготовление центрирующих утолщений снаряда;
δ - допуск взаимного расположения кольцевой канавки проточки и центрирующих утолщений снаряда.

При этом диаметральный зазор между остальной внутренней поверхностью обтюратора и дном проточки не меньше этого зазора.

Обтюрирующий поясок и его кольцевой выступ в осевом направлении также установлены с зазором в проточке и в канавке соответственно.

Для того чтобы снаряд центрировался в стволе при закусывании (фиксации в стволе) после досылания его центрирующие утолщения должны заходить в канал ствола. Поэтому расстояние от передней кромки заднего центрирующего до передней кромки уплотнительного элемента обтюратора определяется размерами опорного и снарядного конусов зарядной каморы ствола. Расстояние от передней кромки заднего центрирующего утолщения до наибольшего диаметра обтюратора (по уплотнительному элементу) L, (фиг. 2) должно быть больше отрезка АН, т. е.

L > AH = BH + AB. (1)
Отрезок BH равен

Из геометрии известно, что AB = BE sinγ/sinα и γ = 180^o-(α+β). Поскольку α = α₂/2 и β = 180^o-α₁/2, то γ = α₁/2-α₂/2. Отрезок BE = EC/sin(α₁/2) = (D-D₁)/2sin(α₁/2).
В результате этого отрезок AB равен

Из тригонометрии известно, что

В результате преобразований уравнения (3), получим

Учитывая (2) и (4) окончательно уравнение (1) имеет вид

где L - расстояние от передней кромки заднего центрирующего утолщения до наибольшего диаметра обтюратора по уплотнительному элементу;
D₃ - наружный диаметр обтюратора по уплотнительному элементу;
D₁ - диаметр канала ствола по полям нарезов;
α₁ - угол раскрытия опорного конуса казенной части ствола;
D - диаметр точки перехода опорного конуса казенной части ствола в снарядный конус;
α₂ - угол раскрытия снарядного конуса казенной части ствола.

Уравнение (5) справедливо и для маломощных артиллерийских систем, в которых снарядный конус отсутствует. В этом случае D = D₁ и второе слагаемое уравнения (5) равно нулю.

Поскольку диаметральные зазоры между обтюратором и проточкой, в том числе между кольцевым выступом и канавкой, больше зазора между центрирующими утолщениями снаряда и полями нарезов канала ствола, то снаряд в канале ствола опирается на центрирующие пояски и его ось параллельна оси ствола, а обтюратор сцентрировался в опорном конусе казенной части ствола.

Кроме того, кольцевой выступ, размещенный в канавке, представляет из себя лабиринтное уплотнение, которое уменьшает утечку пороховых газов из заснарядного пространства при выстреле.

Для еще большего уменьшения утечки пороховых газов из заснарядного пространства на внутренней поверхности обтюратора и дне проточки возможно выполнение дополнительного лабиринтного уплотнения в виде кольцевых канавок и выступов, расположенных друг против друга. Между поверхностями дополнительного лабиринтного уплотнения, расположенными друг против друга, диаметральный зазор должен быть не меньше диаметрального зазора между кольцевым выступом обтюратора и канавкой проточки.

Заряжание и выстрел артиллерийского снаряда происходит следующим образом. Перед выстрелом снаряд укладывается на лоток артиллерийского орудия и затем досылается в канал ствола. Усилие досылания прикладывается к заднему торцу снаряда. Снаряд упирается в опорную поверхность 7 обтюратора и перемещается вместе с ним вперед, в казенной части орудия опираясь на переднее центрирующее утолщение и наружный диаметр уплотнительного элемента обтюратора. При вхождении обтюратора в опорный конус ствола он самоцентрируется относительно оси ствола, смещаясь перпендикулярно оси снаряда вдоль опорной поверхности 7, и затем заклинивает в опорном конусе. При этом снаряд своими центрирующими утолщениями, - передним и задним, - входит в канал ствола. Т. о. , досланный снаряд от осевого перемещения заклинен обтюратором и лежит в канале ствола, опираясь на центрирующие утолщения.

При выстреле на задний торец снаряда действуют пороховые газы и продвигают его вперед по каналу ствола. Снаряд, взаимодействуя с обтюратором по опорной поверхности 7, продавливает обтюратор через опорный и снарядный конусы. При этом уплотнительным элементом обтюратора формируется уплотнение канала ствола по нарезам. Через осевой зазор между задним торцем обтюратора и задней поверхностью проточки пороховой газ заполняет полость под обтюратором до опорной поверхности 7 и поджимает обтюратор к внутренней поверхности канала ствола, обеспечивая дополнительное уплотнение канала ствола.

Если диаметральный зазор между кольцевым выступом обтюратора и кольцевой канавкой проточки мал, то при досылании обтюратор, самоцентрируясь в опорном конусе, поднимает заднюю часть снаряда. В этом случае снаряд в канале ствола лежит, опираясь на переднее центрирующее утолщение и на кольцевой выступ сцентрированного с осью ствола обтюратора. Поскольку для облегчения заряжания и прохождения снаряда по каналу ствола гарантированный зазор z₀ между центрирующими утолщениями снаряда и поверхностью канала ствола всегда имеет некоторую величину, то снаряд лежит в канале ствола с перекосом, т.к. ось переднего центрирующего утолщения смещена относительно оси ствола. Кроме того, обтюратор заклинивается в опорном конусе с некоторым перекосом.

При выстреле снаряд взаимодействует с опорной поверхностью 7 обтюратора только в одной верхней точке и смещает в этом месте обтюратор вперед, перекашивая его относительно оси ствола и деформируя уплотнительный элемент в этом месте. При этом сам снаряд дополнительно приобретает угловую скорость поворота относительно верхней точки взаимодействия. В результате этого уплотнительный элемент нагружается неравномерно распределенными силами, что вызывает его чрезмерное обжатие. Кроме того, при врезании уплотнительнего элемента обтюратора в нарезы неравномерное нагружение приводит к срезу материала элемента боевыми гранями полей нарезов. В результате этого исключение обтюратором прорыва пороховых газов при врезании и движении снаряда по каналу ствола не обеспечивается.

Испытания снарядов, изготовленных КБ приборостроения, показали, что при выполнении диаметрального зазора между обтюратором и проточкой больше диаметрального зазора между центрирующими утолщениями снаряда и поверхностью канала ствола по полям нарезов и при обеспечении центрирования снаряда в канале ствола только центрирующими утолщениями исключает перекос снаряда в канале ствола и обеспечивает равномерное обжатие уплотнительного элемента обтюратора, как при прохождении опорного и снарядного конусов казенной части орудия, так и при врезании уплотнительного элемента обтюратора в нарезы.

Источники информации:
1. Заявка 96103921/02, Россия, F 42 B 14/00. Бюллетень N 3, 1998.

2. Патент 4187783, США, НКИ 102-93.

Изобретение относится к области артиллерии средних и больших калибров. Снаряд выполнен с передним и задним центрирующими утолщениями. В проточке задней части снаряда установлен свободно поворачивающийся обтюратор с уплотняющим элементом, наружный диаметр которого больше диаметра канала ствола по нарезам. В передней части проточки выполнена кольцевая канавка, а на внутренней поверхности передней части обтюратора - кольцевой выступ, опирающийся на задний торец кольцевой канавки. Между передним торцем обтюратора и задним торцем проточки выполнены зазоры. При этом зазор между обтюратором и проточкой не меньше диаметрального зазора между кольцевым выступом обтюратора и кольцевой канавки проточки. Геометрические размеры кольцевого выступа обтюратора и кольцевой канавки проточки, а также месторасположение обтюратора относительно заднего центрирующего утолщения выполнены по соотношениям, приведенным в описании изобретения. Изобретение позволяет исключить перекос снаряда в канале ствола при заряжании и повреждение уплотнительного элемента обтюрирующего пояска в начале движения снаряда при выстреле. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Артиллерийский снаряд, содержащий центрирующие переднее и заднее утолщения и свободно проворачивающийся обтюратор с уплотнительным элементом, наружный диаметр которого превышает диаметр канала ствола по нарезам, размещенный в проточке на задней части снаряда, отличающийся тем, что в передней части проточки выполнена кольцевая канавка, а в передней части на внутренней поверхности обтюратора выполнен кольцевой выступ, который размещен в кольцевой канавке проточки и опирается на задний торец кольцевой канавки так, что между передним торцом обтюратора и передним торцом проточки, а также задним торцом обтюратора и задним торцом проточки выполнены зазоры, а геометрические размеры кольцевого выступа обтюратора и кольцевой канавки проточки связаны соотношением
d₁-d₂≥ Z₀+Δ₁+Δ₂+δ,
где d₁ - внутренний диаметр кольцевого выступа обтюратора;
d₂ - диаметр кольцевой канавки в проточке;
z₀ = D_1ном - D_2ном - гарантированный зазор между центрирующими утолщениями снаряда и внутренней поверхностью канала ствола по полям нарезов;
D_1ном - номинальный диаметр канала ствола по полям нарезов;
D_2ном - номинальный диаметр центрирующих утолщений снаряда;
Δ₁ - допуски на изготовление и износ внутренней поверхности канала ствола по полям нарезов;
Δ₂ - допуск на изготовление центрирующих утолщений снаряда;
δ - допуск взаимного расположения кольцевой канавки проточки и центрирующих утолщений снаряда,
при этом диаметральный зазор между обтюратором и проточкой не меньше диаметрального зазора между кольцевым выступом обтюратора и кольцевой канавки проточки, а расположение обтюратора относительно заднего центрирующего утолщения определяется соотношением

где L - расстояние от передней кромки заднего центрирующего утолщения до наибольшего диаметра обтюратора по уплотнительному элементу:
D₃ - наружный диаметр обтюратора по уплотнительному элементу;
D₁ - диаметр канала ствола по полям нарезов;
α₁ - угол раскрытия опорного конуса казенной части ствола;
D - диаметр точки перехода опорного конуса казенной части ствола в снарядный конус;
α₂ - угол раскрытия снарядного конуса казенной части ствола. 2. Артиллерийский снаряд по п.1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность обтюратора и дно проточки образуют лабиринтное уплотнение, в котором диаметральный зазор между поверхностями, расположенными друг против друга, не меньше диаметрального зазора между кольцевым выступом обтюратора и кольцевой канавкой в проточке.