УНИТАРНЫЙ МАЛОКАЛИБЕРНЫЙ ПАТРОН Российский патент 2001 года по МПК F42B5/16 C06B25/18 

Изобретение относится к области артиллерийских патронов малого калибра унитарного заряжания с насыпным метательным зарядом из пороха.

Уровень техники данной области характеризует боеприпас унитарного заряжания, содержащий снаряд и гильзу, включающую капсюль-воспламенитель и пироксилиновый зерненый пористый порох метательного заряда, описанный в патенте RU 2071958, C 06 B 25/18, 1997 г. Зерненый пористый порох этого метательного заряда содержит, мас.%: 0,3-0,8 флегматизатора, 0,8-1,4 дифениламина, 0,1-0,5 калиной селитры, 0,1-0,9 графита, 0,2-1,8 летучих веществ и высокоазотную (204-213 NO мл/г) нитроцеллюлозу - остальное.

Нитроцеллюлоза представляет собой энергетическую основу (90-96 мас.%) пороха.

В качестве флегматизатора в порохе метательного заряда боеприпаса использован ди-n-бутилфталат или ди-n-октилфталат, или o-w-метакрил (бистриэтиленгликоль), или три(окси-этилен)o-w-метакрилат, или диэтилдифенилмочевина, или их смеси. Практическое использование в качестве эффективного и технологного флегматизатора получил o-w-метакрил(бистриэтиленгликоль)фталат промышленной марки МГФ-9, хорошо совместимый с остальными компонентами пороха.

Водорастворимая соль калия является остаточным неудачным компонентом и служит порообразователем при выщелачивании из объема полуфабриката после формования зерен и удаления растворителя (40-80% к массе нитроцеллюлозы по вводу).

Дифениламин служит повышению химической стабильности пороха в течение длительного срока хранения, графит препятствует электризации, снижая взрывоопасность при переработке, повышает сыпучесть обработанных с поверхности зерен, а летучие вещества - функциональная добавка, влияющая на баллистические характеристики артиллерийских систем.

Состав, структура и технология изготовления многоканального зерненого пироксилинового пороха на основе нитроцеллюлозы, флегматизированного, графитованного, пористого указанного качественного состава компонентов промышленного освоена и описана в книге В.И. Гнинедич "Технология пироксилиновых порохов", т. 2. Казань, ТГЖИ, 1995, с. 282, 285.

Недостатком указанного боеприпаса является возрастание максимального давления в канале ствола артиллерийской системы, обусловленное быстрым сгоранием флегматизированного пороха метательного заряда с пористостью 20-40% при плотности 1,0-1,4 г/см³, характеризующимся повышенной скоростью газообразования, а также снижение массы порохового заряда, начальной скорости и дальности стрельбы.

Наиболее близким аналогом по технической сущности выбран унитарный малокалиберный патрон по патенту RU N 2095735, F 42 B 5/16, 1997 г., предназначенный для стрельбы из автоматических пушек, имеющий повышенную энергетику, который содержит снаряд, гильзу, включающую капсюль-воспламенитель и насыпной флегматизированный пироксилиновый (на основе высокоазотной нитроцеллюлозы) порох, многоканальные зерна которого имеют пористую структуру, графитованный, включающий технологическую и функциональную добавки.

Недостатком известного патрона является сложность конструкции, определяемая необходимостью организации центрального воспламенения пороха метательного заряда для выравнивания давления пороховых газов и стабилизации внутрибаллистических характеристик выстрела. Внутри порохового заряда, в ограниченном рабочем объеме гильзы смонтирована дополнительная огнепередаточная трубка капсюля-воспламенителя, что определяет технологические сложности в серийной производстве.

Кроме того, известный патрон из-за того, что соотношение компонентов порохового метательного заряда не оптимизировано, характеризуется неудовлетворительной функциональной надежностью в диапазоне температур возможной эксплуатации боеприпаса, то есть повышенной температурной градиентностью по давлению, что определяет баллистическую неэффективность его действия.

Баллистическая эффективность известного малокалиберного артиллерийского патрона для автоматических пушек при температурах эксплуатации, превышающих 80^oC, ограничена функциональными возможностями пороха, его высокими температурными коэффициентами. Так, прирост давления и скорости в артиллерийских системах при температуре 50^oC составляет 12-20% и 2-5% соответственно, а при температуре 80^oC - примерно 30% по давлению.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является упрощение конструкции унитарного малокалиберного артиллерийского патрона при повышении основных служебных характеристик, в частности, стабильность функционирования при высоких (до 130^oC) температурах, практически имеющих место в трактах артсистем.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном унитарном малокалиберном патроне для автоматических пушек, содержащем снаряд и гильзу, включающую капсюль-воспламенитель и флегматизированный пироксилиновый графитованный порох на основе высокоазотной нитроцеллюлозы, многоканальные зерна которого имеют пористую структуру, согласно изобретению пористость многоканальных зерен пороха ограничена в диапазоне 5,0-8,5%, компоненты его состава имеют следующее соотношение, мас.%:
Дифениламин - 1,0-2,0
Сульфат калия - 0,1-0,5
Диметакрилат (бистриэтиленгликоль)фталат - 2,2-4,1
Графит - 0,05-0,15
Летучие вещества - 1,4-3,2
Нитроцеллюлоза высокоазотная - Остальное
причем летучие вещества включают, мас.%: удаляемые 1,0-1,6 (в том числе вода 0,5-1,5), этиловый спирт и диэтиловый эфир 0,4-1,6).

Предложенный унитарный малокалиберный патрон для автоматических пушек характеризуется пониженным температурным градиентом по давлению, что повысило функциональную надежность и баллистическую эффективность боеприпаса, расширило область его использования.

При этом за счет исключения огнепередаточной трубки капсюля-воспламенителя упростились конструкция патрона и технология его изготовления, высвободился лимитированный объем гильзы для размещения дополнительной массы высокоэффективного низкоградиентного пороха метательного заряда.

Отличительные признаки совместно с известными обеспечили увеличение мощности выстрела за счет поднятия максимального давления в пушках при использовании в метательных зарядах нового малоградиентного пороха, при этом упростилась конструкция патрона и технология его снаряжения.

Предложенный качественный и количественный состав пороха метательного заряда унитарного патрона позволяет повысить скорость снарядов за счет увеличения уровня максимального давления.

В диапазоне температур 15-80^oC порох не имеет практического прироста максимального давления, что позволяет повысить уровень давления на 300-500 кг/см³ при нормальных температурах для пушек, в частности 30 мм, АО - 18 и для БМП, тем самым увеличить начальную скорость снарядов до 7%. При температуре 110^oC повышение максимального давления в стволе составляет лишь 5-7%, а для штатного патрона прирост давления составляет 40%.

Следовательно, предложенный состав пороха метательного заряда с малым температурным градиентом давления в диапазоне температур эксплуатации 15-130^oC обеспечивает прогрессивное горение и позволяет решить проблему повышения начальных скоростей снарядов малого калибра за счет поднятия уровня максимального давления, значительно повысив этим баллистическую эффективность артиллерийских систем.

При этом предложенный патрон с новым составом пороха характеризуется малоэрозинным действием в канале ствола и меньшим дульным пламенем.

Оптимизированное для малокалиберных артиллерийских патронов массовое содержание компонентов предложенного качественного состава пороха определяется следующим.

Дифениламин введен в состав пороха в диапазоне содержания, обеспечивающего химическую стабильность в течение гарантийного срока хранения по регламенту.

Остаточное содержание (0,1-0,5 мас.%) сульфата калия от содержания по вводу (3-5 мас.%) обеспечивает пористость элементов пороха 5,0-8,5% при плотности 1,50-1,55 г/см³. Нижняя граница содержания остаточного сульфата калия 0,1 мас. % обусловлена необходимостью гашения дульного пламени, а при его содержании в составе выше 0,5 мас.% в стволе образуется нагар, отрицательно действующий на автоматику пушки.

Введение графита ограничено по минимуму содержания не выше 0,15 мас.% из соображения сохранения воспламеняемости, учитывая, что относительно крупные зерна артиллерийского 7-канального пороха меньше подвержены электризации.

При содержании графита менее 0,05 мас.% порох взрывоопасен в технологической переработке по снаряжению боеприпасов из-за того, что не обеспечена равномерность покрытия зерен графитом и в результате ухудшается его сыпучесть.

Диапазон содержания летучих веществ определен следующим. Содержание летучих веществ менее 1,4 мас.% приводит к повышению максимального давления в канале ствола и снижению баллистической эффективности артиллерийских систем. При содержании в составе пороха летучих веществ более 3,2 мас.% падает максимальное давление и начальная скорость снарядов ниже заданных по условиям тактикотехнических требований на артиллерийские боеприпасы.

Объем воды определен гигроскопичностью, уровнем равновесного состояния для этого типа порохов.

При содержании в порохе этилового спирта и диэтилового эфира менее 0,4 мас. % в сумме малокалиберный патрон в действии характеризуется повышением максимального давления и снижением баллистических характеристик снаряда.

При содержании остаточного растворителя более 1,6 мас.% снижается теплота горения пороха и баллистические характеристики патрона.

Предложенный флегматизатор диметакрилат (бистриэтиленгликоль) фталат при содержании в диапазоне 2,2-4,1 мас.% в сочетании с пористостью элементов 5,0-8,5% повышает прогрессивность горения пороха, увеличивая газоприход в объеме гильзы, но, главное, снижается чувствительность баллистических характеристик снарядов от температуры заряда при выстреле, то есть порох отличается малоградиентностью по давлению, что увеличивает дальность и точность стрельбы.

Уменьшение величины пористости зерненого пороха ниже 5,0% и количества флегматизатора диметакрилат (бистриэтиленгликоль)фталата ниже 2,2 мас.% приводит к уменьшению уплотнения пороховых элементов в гильзе при выстреле и, следовательно, к возрастанию максимального давления при повышении температуры заряда, т.е. появляется градиент давления в канале ствола пушки.

Увеличение пористости более 8,5% и количества диметакрилат (бистриэтиленгликоль)фталата более 4,1 мас.% приводит к переуплотнению пороховых элементов при стрельбе, что, в свою очередь, приводит к снижению величины максимального давления на повышенных температурах эксплуатации патронов, значительно ниже уровня максимального давления при нормальной температуре, т.е. к отрицательному градиенту давления.

Кроме того, пористая структура пороха при содержании флегматизатора выше верхней границы оптимального диапазона приводит к снижению баллистических показателей снаряда при нормальной температуре эксплуатации.

Введение в состав пороха сульфата калия (порообразователя) не менее 0,1 мас. % при наличии флегматизатора МГФ-9 обеспечивает артиллерийскому пороху новое дополнительное качество - снижение пламенности при выстреле.

Оптимальный качественный и количественный состав пороха в предложенном унитарном малокалиберном патроне позволяет снизить температуру горения в первоначальный момент выстрела, что создает более низкий разгар ствола и, как следствие, уменьшает его эрозию.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, нового сверхэффекта как эффекта суммы, неприсущего признакам в их разобщенности.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично изображен предлагаемый патрон.

Унитарный малокалиберный патрон содержит 30-мм снаряд 1, укрепленный в гильзе 2, которая включает капсюль-воспламенитель 3 и заполнена пироксилиновым зерненым 7-канальным флегматизированным порохом 4, энергетическую основу которого составляет 90,05-95,25 мас.% высокоазотной (208,5-210 мл NO/г) нитроцеллюлозы.

Порох для нового метательного заряда предложенного патрона приготавливается следующим образом.

Пироксилин с влажностью 30-32% на центрифуге обезвоживают этиловым техническим спиртом марки А, ГОСТ 1-7299-78 до содержания спирта 20-27%, а воды не более 3%.

Затем в лопастных мешателях gироксилин смешивают со спиртовым растворителем при добавлении предварительно растворенного в диэтиловом техническом эфире по ТУ 7506-804-97-90 дифениламина технического, ГОСТ 194-80 массой 1,0-2,0% от массы пироксилина и 3-5% сульфата калия, ГОСТ 4145-74 до получения однородной пластифицированной массы.

Далее на гидропрессе со сменным пресс-инструментом, в частности для пороха к 30-мм системам, используются втулки с внутренним диаметром 4,8 мм и диаметром игл 0,3 мм, формируются профилированные шнуры, которые на станках Сан-галли поперечно разрезаются на заданную длину 4,0-5,0 мм.

Из полученных зерен пороха удаляют технологический растворитель операцией провяливания в термошкафу при температуре 30^oC в течение 20-30 ч до содержания летучих веществ 10-15%. После этого в бассейне с проточной водой при температуре 20-45^oC порох вымачивается в течение 100-200 ч для выщелачивания водорастворимой соли сульфата калия до остаточного содержания не выше 0,5 мас.%, причем неудаляемые летучие вещества (спирт и эфир) составляют не более 0,7% в сумме. В результате получают плотность пороха 1,50-1,55 г/см³, что соответствует пористости 5,0-8,5%.

Получаемый таким образом "серый" порох сушится равномерно разложенным на столах обдувки горячим воздухом при температуре 52-56^oC до заданного содержания удаляемых летучих веществ, в частности, воды в пределах 0,8-1,0 мас.%.

Флегматизация зерненого пористого пороха проводится во вращающихся барабанах с порционным впрыском через форсунки спиртового раствора олигоэфиракрилата марки МГФ-9, ТУ 6-01-450-86.

Флегматизацию совмещают с графитовкой путем подачи в барабан порошкового графита "П", ГОСТ 8295-75 в количестве 0,05-0,15 мас.%.

Приготовленный порох сушат на столе до заданного содержания летучих веществ при температуре 52-56^oC .

Флегматизатор МГФ-9 имеет более выгодную сравнительно с альтернативными веществами прототипа энергетику в структуре метательности заряда патрона, а оптимизированное его содержание на развитой поверхности пористых зерен способствует получению нового сверхэффекта - малоградиентности по давлению в канале ствола при различных температурах эксплуатации артсистем.

Суть явления малоградиентности заключается в способности пороха уплотняться в процессе выстрела, при этом, варьируя состав и свойства пороха (пористость, количество флегматизатора, толщину горящего свода зерен) надлежащим образом, можно достичь такого эффекта, чтобы при повышении температуры пороховые элементы уплотнялись в большей степени, чем при нормальной температуре, и полученное в результате этого уменьшение поверхности горения компенсировало бы естественный прирост газоприхода за счет ускорения химических реакций.

Предложенный малокалиберный патрон для артиллерийских пушек отличается от выявленных аналогов малой зависимостью баллистических характеристик от начальной температуры нового порохового заряда, обладающего низкой температурной чувствительностью по давлению, то есть патрон является универсальным по условиям эксплуатации, что расширяет область его использования.

При выстреле форс пламени, инициированный капсюлем-воспламенителем 3, воспламеняет порох 4 метательного заряда внутри гильзы 2. При сгорании пороха 4 в замкнутом объеме резко возрастает давление образующихся пороховых газов, под действием которого снаряд 1 извлекается из гильзы 2 и перемещается по стволу пушки. Стабилизированный режим горения пороха 4 обеспечивает практически равные баллистические характеристики снарядам 1 в диапазоне температур эксплуатации, что увеличивает точность стрельбы и эффективность поражения цели.

Предложенный унитарный малокалиберный патрон соответствует критериям патентоспособности, потому что он неизвестен по выявленным источникам информации, не следует явным образом для специалистов по боеприпасам из уровня техники и может быть серийно изготовлен на действующем заводском оборудовании.

Изобретение относится к артиллерийским патронам для стрельбы из автоматических пушек. Патрон содержит снаряд и гильзу, включающую капсюль-воспламенитель и насыпной метательный заряд из пироксилинового флегматизированного, графитованного пороха на основе высокоазотной нитроцеллюлозы, зерна которого имеют пористую структуру. Порох включает следующие ингредиенты, мас. %: дифениламин 1,0 - 2,0, сульфат калия 0,1 - 0,5, диметакрилат (бистриэтиленгликоль)фталат 2,2 - 4,1, графит 0,05 - 0,15, летучие вещества 1,4 - 3,2, нитроцеллюлоза высокоазотная - остальное, причем пористость многоканальных зерен пороха ограничена в диапазоне 5,0 - 8,5%, а летучие вещества структурно включают, мас.%: удаляемые 1,0 - 1,6 (в том числе вода 0,5 - 1,5) этиловый спирт и диэтиловый эфир 0,4 - 1,6. Использование изобретения повышает стабильность баллистических характеристик. 1 ил.

Унитарный малокалиберный патрон для автоматических пушек, содержащий снаряд и гильзу, включающую капсюль-воспламенитель и пироксилиновый флегматизированный, графитованный порох на основе высокоазотной нитроцеллюлозы, многоканальные зерна которого имеют пористую структуру, отличающийся тем, что пористость многоканальных зерен пороха ограничена в диапазоне 5,0 - 8,5%, а компоненты его состава имеют следующее соотношение, мас.%:
Дифениламин - 1,0 - 2,0,
Сульфат калия - 0,1 - 0,5,
Диметакрилат (бистриэтиленгликоль) фтолат - 2,2 - 4,1
Графит - 0,05 - 0,15,
Летучие вещества - 1,4 - 3,2,
Нитроцеллюлоза высокоазотная - Остальное
причем летучие вещества включают, мас.%:
Удаляемые - 1,0 - 1,6
в том числе вода - 0,5 - 1,5
Этиловый спирт и диэтиловый эфир - 0,4 - 1,6