УСТРОЙСТВО ДЛЯ МЕТАНИЯ ПОДКАЛИБЕРНОГО ЭЛЕМЕНТА Российский патент 2001 года по МПК F41A21/46 

Изобретение относится к испытательной технике. Преимущественная область использования - исследование высокоскоростного взаимодействия тел, например воздействия фрагментов "космического мусора" на орбитальные космические объекты.

В практике исследования высокоскоростного взаимодействия тел метание компактных подкалиберных элементов (ударников) осуществляется с помощью ствольных баллистических установок (см. книгу под ред. Н.А. Златина и Г.И. Мишина "Баллистические установки и их применение в экспериментальных исследованиях", изд. "Наука", М., 1974 г., стр. 109. 112).

Ударник помещается в ведущий поддон, и сборка разгоняется в канале ствола метательной установки, после покидания которого ударник отделяется от поддона. Согласно формуле 2.40, стр. 110 вышеуказанного источника информации, скорость метания может быть тем выше, чем больше площадь контактной поверхности ударник-поддон и чем меньше масса компактного подкалиберного элемента.

Известен "Самосмазывающийся подкалиберный снаряд", патент США N 4239006, МПК F 42 В 13/16, опубл. 16.12.80 г.

Устройство состоит из подкалиберного снаряда (ударника), установленного в монолитном пластмассовом поддоне, представляющем собой цилиндрическую обойму, которая имеет задний неперфорированный закрытый торец и открытый передний, имеющий цилиндрическую полость под снаряд.

К недостатку данного устройства следует отнести невозможность получения высоких скоростей, поскольку площадь опорной контактной поверхности снаряд-поддон ограничена площадью поперечного сечения снаряда.

Известно "Устройство для торможения поддона", патент ФРГ N PS 3424597, МПК 4 F 41 F 3/04, опубл. 09.01.86 г.

Устройство для торможения поддона, выполненное с возможностью установки в него подкалиберного метаемого элемента, движущегося по стволу метательного устройства, содержит тормозную втулку, закрепленную в стволе в районе дульного среза. Втулка вместе со стволом образуют промежуточную камеру, в которую при перемещении поддона входит его передняя острая кромка и осуществляется торможение.

К недостатку данного устройства следует отнести его неработоспособность при гиперзвуковых скоростях, поскольку затормозить поддон, имеющий скорость, равную скорости метаемого элемента, без разрушения не представляется возможным. Разрушение же втулки и поддона в стволе с неизбежностью приведет к повреждению канала ствола.

Известно "Устройство для отделения и разрушения разрушаемых поддонов", патент США N 3533325 МПК F 41 A 21/00, опубл. 13.10.70 г., выбранное в качестве прототипа устройства для метания подкалиберного элемента.

Устройство состоит из ствола, на конечном участке которого закреплен надульник, состоящий из двух втулок, расположенных последовательно по направлению движения поддона с компактным подкалиберным элементом. Втулки расположены соосно каналу ствола. В первой из них внутренний канал представляет собой конический раструб, а вторая втулка является усеченным конусом с конусностью, равной конусности раструба, причем втулки жестко связаны между собой, а в раструбе первой втулки имеются радиальные пазы, связывающие канал с атмосферой. Диаметр меньшего торца второй втулки равен диаметру его внутреннего канала. При выходе из ствола поддона с установленным в нем подкалиберным метаемым элементом происходит радиальное расхождение секций поддона до соприкосновения с винтовой гребенкой, выполненной во внутреннем канале первой втулки, сопровождающегося их разрушением, после чего при контакте с конической торцевой поверхностью второй втулки осколки поддона выбрасываются через пазы, расположенные на боковой поверхности первой втулки, а компактный подкалиберный метаемый элемент проходит через отверстие во втулке и покидает устройство.

Прототипу присущи следующие недостатки:
заложенное в устройстве последовательное выполнение операций отделения поддона от компактного подкалиберного элемента, разрушения поддона и выброса его осколков требует при гиперзвуковых скоростях надульника большой протяженности (это подтверждают и иллюстрации к описанию патента), что затрудняет обеспечение соосности ствола метательной установки и отверстия во второй втулке и увеличивает риск попадания компактным подкалиберным элементом в край отверстия втулки или в нее саму;
наличие импульсного осевого нагружения ствола устройства для метания и элементов крепления надульника посредством высокоскоростного воздействия поля осколков поддона на вторую втулку надульника, жестко связанного с устройством для метания, способствует нарушению соосности ствола и отверстия во втулке.

При реализации устройства для метания компактного подкалиберного элемента решается задача метания представленного выше компактного подкалиберного элемента. Технический результат заключается в увеличении скорости метания.

Техническая задача решается устройством для метания, содержащим ствол с закрепленным на нем надульником в виде втулки, поддон из полимерного материала, выполненный с возможностью установки в него подкалиберного элемента и имеющий на передней торцевой поверхности осевую выемку, глубина которой выбрана из условия расположения меньшего основания конуса опорного кольца и подкалиберного элемента над торцевой поверхностью поддона. Внутренний осевой канал надульника выполнен ступенчатой формы, диаметр прилегающей к дульному срезу ствола входной части внутреннего канала больше калибра ствола, диаметр выходной части канала больше диаметра входной части канала, прилегающей к дульному срезу. В выходной части канала установлено с возможностью перемещения в направлении движения подкалиберного элемента отсечное кольцо, соединенное с надульником разрушаемой связью, внутренний диаметр отсечного кольца меньше диаметра поддона, но больше диаметра ударника подкалиберного элемента.

Заявляемое устройство для метания отличается совокупностью новых конструктивных признаков:
на передней торцевой поверхности поддона выполнена осевая выемка, глубина которой выбрана из условия расположения меньшего основания конуса опорного кольца компактного подкалиберного элемента над торцевой поверхностью поддона;
внутренний осевой канал надульника выполнен ступенчатой формы, диаметр прилегающей к дульному срезу ствола входной части внутреннего канала больше калибра ствола, диаметр выходной части канала больше диаметра входной части канала, прилегающей к дульному срезу;
в выходной части канала установлено с возможностью перемещения в направлении движения компактного подкалиберного элемента отсечное кольцо;
отсечное кольцо соединено с надульником разрушаемой связью;
внутренний диаметр отсечного кольца меньше диаметра поддона;
внутренний диаметр отсечного кольца больше диаметра ударника компактного подкалиберного элемента.

Выполнение на передней торцевой поверхности поддона осевой выемки обеспечивает закрепление и центрирование компактного подкалиберного элемента в поддоне. Глубина выемки, выбранная из условия расположения меньшего основания конуса опорного кольца компактного подкалиберного элемента над торцевой поверхностью поддона, позволяет отделить опорное кольцо компактного подкалиберного элемента отсечным кольцом до момента встречи последнего с поддоном.

Наличие осевого канала надульника ступенчатой формы, заключающееся в выполнении диаметра входной части канала, прилегающего к дульному срезу ствола, больше калибра ствола, обеспечивает беспрепятственное движение компактного подкалиберного элемента от дульного среза до встречи с отсечным кольцом. Выполнение же диаметра выходной части канала больше диаметра входной части канала, прилегающей к дульному срезу, обеспечивает удобство и оперативность замены отсечного кольца.

Размещение в выходной части канала отсечного кольца обеспечивает выполнение операции отделения опорного кольца от ударника.

Наличие соединения отсечного кольца с надульником с возможностью перемещения в направлении движения компактного подкалиберного элемента посредством разрушаемой связи уменьшает импульсное осевое нагружение ствола и элементов метательного устройства при встрече метаемого элемента с отсечным кольцом.

Выполнение внутреннего диаметра отсечного кольца меньше диаметра поддона обеспечивает разрушение поддона из полимерного материала.

Выполнение внутреннего диаметра отсечного кольца больше диаметра ударника компактного подкалиберного элемента исключает повреждение последнего при отсечке опорного кольца
На фиг. 1 представлен пример исполнения компактного подкалиберного элемента и устройства для его метания, на фиг. 2 - фотография компактного подкалиберного элемента в поддоне, на фиг. 3 - рентгенограмма компактного подкалиберного элемента в поддоне до встречи их с отсечным кольцом, на фиг. 4 - рентгенограмма ударника после выхода из устройства для метания.

Компактный подкалиберный элемент 1 содержит ударник 2 с жестко закрепленным коаксиально ему опорным кольцом 3 с профилем поперечного сечения в форме усеченного конуса, обращенным меньшим основанием с диаметром, равным диаметру ударника D_уд, в направлении движения компактного подкалиберного элемента. Диаметр же большего основания конуса D_к больше диаметра D_уд, но меньше калибра ствола D_ст.

Устройство 4 для метания компактного подкалиберного элемента содержит ствол 5 с закрепленным на нем надульником 6 в виде втулки, поддон 7 из полимерного материала, выполненный с возможностью установки в него компактного подкалиберного элемента 1 и имеющий на передней торцевой поверхности осевую выемку 8, глубина которой выбрана из условия расположения меньшего основания конуса опорного кольца 3 компактного подкалиберного элемента над торцевой поверхностью 9 поддона 7. Внутренний осевой канал 10 надульника 6 выполнен ступенчатой формы, диаметр прилегающей к дульному срезу 11 ствола 5 входной части внутреннего канала D_вх больше калибра ствола D_ст, диаметр выходной части канала D_вых больше диаметра входной части канала, прилегающей к дульному срезу. В выходной части канала установлено с возможностью перемещения в направлении движения компактного подкалиберного элемента отсечное кольцо 12, соединенное с надульником 6 разрушаемой связью 13, внутренний диаметр отсечного кольца D_кол меньше диаметра поддона D_под, но больше диаметра ударника D_уд компактного подкалиберного элемента 1.

Работа подкалиберного элемента и устройства для его метания осуществляется следующим образом.

Подкалиберный элемент 1, размещенный в осевой выемке 8 на передней торцевой поверхности 9 поддона 7, давлением метающего газа разгоняется по каналу ствола 5 устройства для метания. 4. При этом нагрузка, воспринимаемая поддоном 7, уменьшается за счет подключения к контактной поверхности ударника 2 дополнительной контактной поверхности опорного кольца 3, жестко закрепленного на ударнике 2. Поддон 7 центрирует компактный подкалиберный элемент 1 в канале ствола 5, исключая тем самым касание опорным кольцом 3 стенки канала, и обеспечивает обтюрацию метающего газа.

После входа компактного подкалиберного элемента 1 с поддоном 7 в канал 10 надульника 6 и последующей встрече их с отсечным кольцом 12 происходит обрубание опорного кольца 3 и дробление поддона 7 из полимерного материала. Ударник 2 проходит через отверстие отсечного кольца 12 с диаметром D_кол и покидает устройство для метания 4. Обрубленное опорное кольцо 3 и фрагменты поддона 7 затормаживаются отсечным кольцом 12, так как их диаметры D_к и D_под больше диаметра D_кол отверстия отсечного кольца. Последнее, перемещаясь по выходной части канала 10 надульника 6 при разрыве связей 13, выполненных, например, в форме винтов с ослабленным сечением, следует с фрагментами поддона и опорного кольца на значительном расстоянии за ударником 2 с существенно меньшей скоростью. Усилие разрыва связей 13 выбирается из условия исключения перемещения отсечного кольца 12 воздушной пробкой, образующейся перед компактным подкалиберным элементом 1 при движении его по каналу ствола. С другой стороны, оно не должно быть существенным и вызывать большие нагрузки на элементы конструкции устройства для метания.

Прохождение к исследуемому объекту фрагментов поддона 7, опорного 3 и отсечного 12 колец может быть исключено, например, с помощью отсекателя 14

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к исследованиям высокоскоростного взаимодействия тел. Устройство для метания подкалиберного элемента содержит ствол с закрепленным на нем надульником в виде втулки и поддон из полимерного материала, выполненный с возможностью установки в него подкалиберного элемента. На передней торцевой поверхности поддона выполнена осевая выемка, глубина которой выбрана из условия расположения меньшего основания конуса опорного кольца подкалиберного элемента над торцевой поверхностью поддона. Внутренний осевой канал надульника выполнен ступенчатой формы, при этом диаметр прилегающей к дульному срезу ствола входной части внутреннего канала больше калибра ствола, а диаметр выходной части канала больше диаметра входной части канала, прилегающей к дульному срезу. В выходной части канала установлено с возможностью перемещения в направлении движения подкалиберного элемента отсечное кольцо, соединенное с надульником разрушаемой связью, причем внутренний диаметр отсечного кольца меньше диаметра поддона, но больше диаметра ударника подкалиберного элемента. Технический результат от реализации вышеуказанных устройств - повышение скорости метания. 4 ил.

1. Устройство для метания подкалиберного элемента, содержащее ствол с закрепленным на нем надульником в виде втулки, поддон из полимерного материала, выполненный с возможностью установки в него подкалиберного элемента, отличающееся тем, что на передней торцевой поверхности поддона выполнена осевая выемка, глубина которой выбрана из условия расположения меньшего основания конуса опорного кольца подкалиберного элемента над торцевой поверхностью поддона, внутренний осевой канал надульника выполнен ступенчатой формы, диаметр прилегающей к дульному срезу ствола входной части внутреннего канала больше калибра ствола, диаметр выходной части канала больше диаметра входной части канала, прилегающей к дульному срезу, в выходной части канала установлено с возможностью перемещения в направлении движения подкалиберного элемента отсечное кольцо, соединенное с надульником разрушаемой связью, внутренний диаметр отсечного кольца меньше диаметра поддона, но больше диаметра ударника подкалиберного элемента.