ЛЕГКОГАЗОВАЯ ПУШКА Российский патент 2001 года по МПК F41A1/00 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 зарядную камеру с пороховым зарядом, цилиндрическую камеру сжатия, заканчивающуюся коническим переходником, заполненную легким газом (водородом или гелием), баллистический ствол, поршень, отделяющий зарядную камеру от камеры сжатия, и диафрагму, отделяющую камеру 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.

Недостатком двухступенчатой легкогазовой пушки, рассматриваемой в качестве прототипа, является существенная нестационарность нагрузок, действующих на камеру сжатия и метаемый объект в процессе выстрела.

Решаемой технической задачей является повышение равномерности нагружения камеры сжатия и метаемого объекта. Технический результат: увеличение скорости разгона метаемого объекта при заданных ограничениях нагрузок, воспринимаемых камерой сжатия и метаемым объектом.

Техническая задача решается легкогазовой пушкой, содержащей зарядную камеру с пороховым зарядом, цилиндро-коническую камеру сжатия, заполненную легким газом, баллистический ствол, поршень, отделяющий камеру сжатия от зарядной камеры, и диафрагму, отделяющую камеру сжатия от баллистического ствола, за счет разделения камеры сжатия на отсеки дополнительными поршнями, в каждом из которых выполнен сквозной ступенчатый канал, перекрытый диафрагмой. При этом диафрагмы закреплены в местах выполнения ступеней с возможностью открытия в сторону баллистического ствола.

Сопоставительный анализ предлагаемого решения и прототипа показывает, что заявляемая легкогазовая пушка отличается совокупностью новых конструктивных признаков:
камера сжатия разделена на отсеки дополнительными поршнями;
в дополнительных поршнях выполнены сквозные каналы;
сквозные каналы выполнены по оси поршней;
сквозные каналы в дополнительных поршнях имеют ступенчатую форму;
каналы в дополнительных поршнях перекрыты диафрагмами;
диафрагмы установлены в местах выполнения ступеней;
диафрагмы дополнительных поршней установлены с возможностью открытия в сторону баллистического ствола.

Разделение камеры сжатия на отсеки дополнительными поршнями позволяет управлять подводом энергии сжатого газа к метаемому объекту.

Выполнение сквозных каналов в дополнительных поршнях обеспечивает возможность перетока легкого газа в процессе выстрела из одного отсека камеры сжатия в другой.

Выполнение сквозных каналов по осям дополнительных поршней обеспечивает наиболее благоприятное для функционирования названных поршней осесимметричное нагружение при движении их в камере сжатия.

Наличие ступеней в каналах дополнительных поршней обеспечивает возможность выполнения диафрагмами их функций.

Наличие диафрагм, перекрывающих каналы в дополнительных поршнях, дает возможность организации перетока легкого газа из одного отсека камеры сжатия в другой в требуемые моменты времени.

Установка диафрагм в местах выполнения ступеней в каналах дополнительных поршней позволяет открывать диафрагмы только в заранее определенную сторону (в сторону большего диаметра канала).

Установка диафрагм в дополнительных поршнях с возможностью открытия их в сторону баллистического ствола обеспечивает возможность последовательного перетока легкого газа из отсеков камеры сжатия в баллистический ствол пушки.

На чертеже показан пример выполнения предлагаемой легкогазовой пушки с установленным метаемым объектом, где
1 - зарядная камера
2 - пороховой заряд
3 - камера сжатия
4 - баллистический ствол
5 - основной поршень
6 - основная диафрагма
7 - первый дополнительный поршень
8 - первая дополнительная диафрагма
9 - второй дополнительный поршень
10 - вторая дополнительная диафрагма
11 - метаемый объект.

Работа предлагаемой легкогазовой пушки осуществляется следующим образом.

Перед выстрелом отсеки а, б, в камеры сжатия 3 легкогазовой пушки с установленными в зарядной камере 1 пороховым зарядом 2 и в баллистическом стволе 4 метаемым объектом 11 заполняются легким газом. После достижения требуемого давления легкого газа в отсеках камеры сжатия 3 производится инициирование порохового заряда 2. Образующиеся при этом пороховые газы разгоняют основной поршень 5, который, сжимая находящийся перед ним легкий газ, последовательно начинает разгонять первый 7 и второй 9 дополнительные поршни. После достижения заданной величины давления между основной диафрагмой 6 и дополнительной диафрагмой 10, установленной в дополнительном поршне 9, основная диафрагма 6 раскрывается, и легкий газ, находящийся между диафрагмами 6 и 10, устремляется в баллистический ствол 4 и начинает разгонять метаемый объект 11. При этом основной 5 и дополнительные поршни 7 и 9 продолжают перемещаться вперед. Вследствие перемещения метаемого объекта 11 по баллистическому стволу давление легкого газа перед дополнительной диафрагмой 10 падает, и после достижения заданной величины разности давлений на заднюю и переднюю поверхности этой диафрагмы она раскрывается. В результате этого легкий газ, находящийся между дополнительными диафрагмами 8 и 10, также устремляется в баллистический ствол 4 и сообщает добавочный импульс метаемому объекту 11. При этом дополнительный поршень 9 останавливается у конического переходника камеры сжатия 3, а дополнительный 7 и основной 5 поршни продолжают двигаться вперед. Дальнейшее перемещение метаемого объекта в баллистическом стволе приводит к снижению величины давления легкого газа перед дополнительной диафрагмой 8. После достижения заданной величины разности давлений на заднюю и переднюю поверхности дополнительной диафрагмы 8 она также раскрывается и легкий газ, находящийся между основным поршнем 5 и дополнительной диафрагмой 8, через канал в дополнительном поршне 9 попадает в баллистический ствол 4 и дополнительно подгоняет метаемый объект 11. Благодаря такому многократному "впрыскиванию" легкого газа в баллистический ствол обеспечивается повышение скорости разгона метаемого объекта без увеличения давления, действующего на стенки камеры сжатия и на метаемый объект.

После вытеснения легкого газа из пространства между дополнительными поршнями 9 и 7 в баллистический ствол поршень 7 останавливается. Затем также останавливается основной поршень 5.

Изобретение предназначено для использования преимущественно при постановке экспериментальных исследований высоко-скоростного соударения твердых тел. Изобретение позволяет обеспечить более равномерное нагружение камеры сжатия и метаемого объекта при заданных ограничениях его несущей способности и несущей способности камеры сжатия. Сущность изобретения заключается в разделении камеры сжатия легкогазовой пушки на отсеки посредством дополнительных поршней. По оси каждого поршня выполнен сквозной ступенчатый канал, перекрытый диафрагмой. Диафрагма закреплена в месте выполнения ступени с возможностью открытия в сторону баллистического ствола. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Легкогазовая пушка, содержащая зарядную камеру с пороховым зарядом, цилиндроконическую камеру сжатия, заполненную легким газом, баллистический ствол, поршень, отделяющий зарядную камеру от камеры сжатия, и диафрагму, отделяющую камеру сжатия от баллистического ствола, отличающаяся тем, что камера сжатия разделена на отсеки дополнительными поршнями, в каждом из которых выполнен сквозной осевой канал, перекрытый диафрагмой, установленной с возможностью открытия ее в сторону баллистического ствола. 2. Легкогазовая пушка по п.1, отличающаяся тем, что сквозные каналы дополнительных поршней выполнены ступенчатыми, при этом диафрагмы установлены в местах выполнения ступеней.