ПОДКАЛИБЕРНЫЙ СНАРЯД Российский патент 2002 года по МПК F42B14/06 F42B10/12 

Изобретение относится к области боеприпасов, в частности к снарядам, имеющим цилиндрический корпус большого удлинения, и может быть использовано при разработке снарядов для поражения бронированных целей, а также для фундаментальных исследований высокоскоростного взаимодействия тел.

Известные устройства, предназначенные для стабилизации цилиндрических корпусов [1-5] , имеют довольно сложные конструкции. Вследствие этого ограничивается их применение. Кроме того, большинство известных узлов данных устройств применимо для снарядов, имеющих корпус небольшого удлинения (не более 8D, где D - диаметр цилиндрического корпуса) [6, 7].

Причем отделение ведущих устройств и стабилизация корпуса снаряда производится либо за счет использования гироскопического эффекта [8, 9], то есть эти конструкции требуют применения для метания нарезных ствольных систем, либо под действием аэродинамических сил [10, 11]. В первом случае обеспечение устойчивости корпуса снаряда ограничено его удлинением. Использование действия аэродинамических сил приводит к радиальному отделению ведущих устройств, что может вследствие неодновременности их отделения привести к возникновению значительных начальных возмущений и к движению корпуса снаряда с большим углом атаки.

Известен снаряд для исследования взаимодействия с преградой [12]. Конструкция этого снаряда содержит ведущее устройство в виде разрезного поддона тянущего типа, корпус в виде цилиндрического стержня, конический стабилизатор и толкающий диск. При движении по траектории вследствие действия аэродинамических сил стабилизатор смещается в направлении донного среза стержня, обеспечивая стабилизацию корпуса снаряда. При этом отделение разрезного поддона тянущего типа в данной конструкции происходит в радиальном направлении. Однако это устройство имеет ряд недостатков. Оно состоит из большого числа деталей сложной геометрической формы. Схема функционирования устройства сложна. Неодновременность радиального отделения частей разрезного поддона приводит к возникновению дополнительных сил и моментов и к формированию значительных начальных возмущений. Это приводит к движению с углом атаки, исключающим торцевой удар, и существенно увеличивает рассеивание снарядов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому подкалиберному снаряду является снаряд, который содержит цилиндрический корпус постоянного поперечного сечения, ступенчато переходящий в головную часть большего диаметра, и ведущее устройство с осевым отверстием под цилиндрический корпус, включающее стабилизирующий элемент и устройство фиксации и имеющее возможность перемещаться аксиально вдоль цилиндрического корпуса в направлении его донной части [13].

Однако данный снаряд имеет ряд недостатков. Суть их в следующем. Ведущее устройство состоит из кольцеобразного стабилизирующего элемента и кольцеобразного абтюрирующего диска. Стабилизирующий элемент представляет собой тело цилиндрической формы с рядом продольных каналов, оси которых параллельны оси стабилизирующего элемента и расположены равномерно на окружности заданного радиуса. Известно [14], что кольцеобразный стабилизатор имеет более слабую, чем у плоского оперения, зависимость подъемной силы и стабилизирующего момента от угла атаки и существенно большее лобовое сопротивление. Кроме того, величины подъемной силы и стабилизирующего момента уменьшаются вследствие неблагоприятной интерференции с корпусом снаряда. Поэтому при увеличении угла атаки эффективность кольцевого стабилизирующего элемента уменьшается, что может привести к нарушению стабилизации и рассеиванию снаряда, а увеличение лобового сопротивления - к уменьшению его дальности полета. Так как после выхода из канала ствола стабилизирующий элемент и обтюрирующий диск движутся совместно, то последний закрывает каналы, за счет которых возникает стабилизирующий эффект. Поэтому на начальном участке траектории данное устройство не обеспечивает заданного функционирования, что может также привести к рассеиванию снаряда.

В описываемом снаряде стабилизирующий элемент выполняет одновременно функции ведущего элемента и обеспечивает центрование снаряда в канале ствола и предотвращает его разрушение. Поэтому он должен иметь большое удлинение, характеризующееся формпараметром где D - диаметр элемента, l - его длина и выполняться из материала с характеристиками, предотвращающими его разрушение. Это усложняет конструкцию ведущего устройства, увеличивает его вес и время функционирования.

Расположение пружинного фиксирующего устройства непосредственно в донной части стабилизирующего элемента предполагает наличие больших силовых нагрузок, действующих на него в период движения снаряда по каналу ствола. Это может существенно понизить надежность его функционирования. Кроме того, в известном снаряде отсутствует узел фиксации ведущего устройства, удерживающий его на цилиндрическом корпусе до выстрела и в период движения по каналу ствола. Это усложняет хранение и транспортировку снаряда и может нарушить схему его функционирования во время выстрела.

Задачей изобретения является повышение надежности функционирования подкалиберного снаряда в период отделения ведущего устройства от корпуса, улучшение его стабилизации и уменьшение рассеивания.

Решение поставленной задачи заключается в том, что в известном подкалиберном снаряде, содержащем цилиндрический корпус постоянного поперечного сечения, ступенчато переходящий в головную часть большего диаметра, и ведущее устройство с осевым отверстием под цилиндрический корпус, включающее стабилизирующий элемент и фиксирующее устройство и имеющее возможность перемещаться аксиально вдоль цилиндрического корпуса в направлении его донной части, ведущее устройство выполнено цельным и состоящим из передней части цилиндрической формы и пилона, при этом в его передней части выполнена полость, в которой соосно корпусу снаряда расположен стабилизирующий элемент, представляющий собой втулку с плоскостями, расположенными вдоль ее длины и равномерно закрепленными по ее окружности, а на внутренней поверхности втулки, контактирующей с поверхностью корпуса, выполнены продольные выступы, которые расположены в продольных углублениях корпуса, заканчивающихся со стороны дна корпуса стопором. Кроме того, во втулке и в передней части ведущего устройства выполнена продольная выемка, в которой расположено фиксирующее устройство в виде скобы, обращенной боковыми сторонами от поверхности корпуса снаряда и имеющей возможность вращаться в радиальном направлении относительно своей оси, установленной во втулке, и дополнительно введено удерживающее устройство в виде цилиндрического элемента, углубленного в корпус снаряда и фиксированного клиновидным размыкателем, которое расположено в передней части ведущего устройства. В предпочтительном варианте подкалиберный снаряд снабжен дополнительным фиксирующим устройством, которое установлено в плоскости, расположенной под углом 180^o к плоскости, в которой установлено основное фиксирующее устройство. Кроме того, фиксирующее устройство в виде скобы имеет на оси пружину с направлением ее действия к оси корпуса снаряда. При этом плоскости, в которых расположены продольные углубления на корпусе снаряда, продольные выемки под фиксирующие устройства и плоскость расположения удерживающего устройства не совпадают.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1-7. На фиг.1 дано продольное сечение устройства предлагаемого подкалиберного снаряда до выстрела (до начала функционирования ведущего устройства со стабилизирующим элементом), на фиг. 2 дано продольное сечение снаряда после отделения ведущего устройства и при расположении стабилизирующего элемента в рабочем положении. На фиг.1 и 2 не приведены фиксирующее и удерживающее устройства. На фиг.3 приведено поперечное сечение подкалиберного снаряда в плоскости донной части стабилизирующего элемента. На фиг.4 и 5 показано фиксирующее устройство до и после окончания его функционирования. На фиг. 6 и 7 показано удерживающее устройство до и после окончания его функционирования.

Подкалиберный снаряд имеет цилиндрический удлиненный корпус 1, головную часть 2 большего диаметра и ведущее устройство 3, которое имеет осевое отверстие 4 диаметром, соответствующим диаметру корпуса 1. Конструктивно ведущее устройство 3 выполнено цельным и состоит из передней части цилиндрической формы 5 и пилона 6. В передней части 5 выполнена полость 7, конструктивно соответствующая по форме стабилизирующему элементу 8, который в ней располагается. Последний представляет собой цилиндрическую втулку 9, вдоль которой равномерно по ее окружности закреплено несколько плоскостей 10. На внутренней поверхности втулки 8, контактирующей с поверхностью корпуса снаряда 1, выполнены продольные выступы 11, которые входят в продольные углубления 12 корпуса 1. Продольные углубления 12 заканчиваются на некотором расстоянии от донного среза корпуса 1, конструктивно образуя стопор 13. Совместное движение ведущего устройства 3 и стабилизирующего элемента 8 вдоль корпуса 1 снаряда и последующую фиксацию стабилизирующего элемента 8 у стопора 13 обеспечивает фиксирующее устройство 14 в виде скобы с боковыми сторонами 14а. Данное фиксирующее устройство 14 расположено в продольной выемке 15, по форме соответствующей форме фиксирующего устройства 14. Боковая сторона 14а фиксирующего устройства 14, расположенная в выемке ведущего устройства 3, не закреплена. Соответствующая боковая сторона 14а, расположенная в выемке во втулке 9, имеет возможность вращаться в радиальном направлении относительно оси 16. На данной оси установлена пружина (на фигурах не показана), которая, действуя на фиксирующее устройство 14, принуждает его отклоняться к оси корпуса 1 снаряда. Данных фиксирующих устройств может быть выполнено два и они устанавливаются в плоскостях, расположенных друг к другу под углом 180^o. В передней части цилиндрической формы 5 ведущего устройства 3 установлено удерживающее устройство, состоящее из цилиндрического элемента 17, находящегося в углублении 21 в корпусе 1 снаряда и имеющего отверстие под клиновидный размыкатель 18. Элемент 17 и размыкатель 18 фиксированы соответственно кольцевыми уплотнителями 19 и 20. Плоскости, в которых расположены продольные углубления 12 на корпусе 1 снаряда, продольные выемки 15 под фиксирующее устройство 14 и плоскость расположения удерживающего устройства не совпадают.

Устройство функционирует следующим образом. При хранении, транспортировке и заряжании подкалиберного снаряда удерживающее устройство, состоящее из цилиндрического элемента 17 и клиновидного размыкателя 18, обеспечивает заданное положение (ведущее устройство 3 расположено около головной части 2) ведущего устройства 3 относительно корпуса 1 снаряда до выстрела. Это гарантирует последующее правильное функционирование подкалиберного снаряда.

При движении подкалиберного снаряда по каналу ствола ведущее устройство 3, состоящее из цилиндрической части 5 и пилона 6, обеспечивает центрование снаряда, исключающее его разрушение. При этом основное силовое усилие действует на ведущее устройство 3, что обеспечивает сохранность стабилизирующего элемента 8. Одновременно с этим начинает функционировать удерживающее устройство. Под действием инерционных сил клиновидный размыкатель 18 смещается в направлении, противоположном вектору скорости снаряда. При этом он воздействует на цилиндрический элемент 17, который приходит в движение в радиальном направлении, срезает кольцевой уплотнитель 19 и выходит из углубления 21 в корпусе 1 снаряда. Ведущее устройство 3 с этого момента освобождается от фиксации на корпусе 1 снаряда. Уплотнитель 20 препятствует демонтажу удерживающего устройства при хранении и транспортировке.

При выходе из канала ствола и после периода последействия распределение давления по головной части 2 снаряда и лобовой поверхности передней части 5 ведущего устройства 3 таково, что оно начинает двигаться вдоль корпуса 1 в направлении, противоположном движению снаряда. Этому способствует и то, что вес ведущего устройства 3 со стабилизирующим элементом 8 существенно меньше веса корпуса 1 и головной части 2 снаряда. Наличие фиксирующего устройства 14 обеспечивает совместное поступательное движение ведущего устройства 3 и стабилизирующего элемента 8 относительно корпуса 1 снаряда. При этом ведущее устройство 3, имеющее осевое отверстие 4, соответствующее диаметру корпуса 1, движется по нему с минимальным трением, а стабилизирующий элемент 8 благодаря наличию выступов 11, находящихся в углублениях 12 корпуса 1, движется фиксировано относительно корпуса. Представляя обращенное движение, можно сказать, что корпус 1 снаряда с головной частью 2 начинает двигаться в направлении, совпадающем с направлением полета.

Форма ведущего устройства 3 за все время этого движения обеспечивает устойчивый полет снаряда. Это движение продолжается до тех пор, пока выступ 11 на втулке 9 не придет в контакт со стопором 13. При этом боковая сторона 14а фиксирующего устройства 14, расположенная в выемке 15 ведущего устройства 3, освобождается и под действием пружины фиксирующее устройство 14 поворачивается относительно оси 16 в радиальном направлении в сторону оси снаряда. Этот процесс заканчивается фиксацией стабилизирующего элемента 8 у донного среза корпуса 1 снаряда и освобождением ведущего устройства 3 от связи со стабилизирующим элементом 8. Ведущее устройство 3 благодаря большой площади лобовой поверхности продолжает поступательное движение и полностью разделяется со снарядом, продолжая движение по самостоятельной траектории. При этом не создается возмущенного движения подкалиберного снаряда, который продолжает движение устойчиво с углами атаки α ≅ 0^°. Последующее устойчивое движение снаряда обеспечивает стабилизирующий элемент 8.

Таким образом, предлагаемый подкалиберный снаряд свободно транспортируется и заряжается, не разрушается при движении по каналу ствола, имеет высокую надежность функционирования в период отделения ведущего устройства 3 от корпуса 1, устойчив в полете.

Выполнение ведущего устройства 3 цельным обеспечивает повышенную надежность функционирования подкалиберного снаряда при движении в канале ствола и при отделении от корпуса 1. Расположение стабилизирующего элемента 8 в полости 7 ведущего устройства 3, то есть расположение стабилизирующего элемента 8 впереди ведущего устройства 3, обеспечивает его сохранность при действии силовых нагрузок от давления пороховых газов. Фиксированное положение стабилизирующего элемента 8 относительно корпуса 1 благодаря углублениям 12 в корпусе 1 и выступам 11 на втулке 9 обеспечивают жесткость конструкции и улучшение стабилизации в период отделения ведущего устройства 3.

Фиксирующее устройство 14 обеспечивает совместное движение ведущего устройства 3 и стабилизирующего элемента 8 вдоль корпуса снаряда и последующую фиксацию стабилизирующего элемента 8 на стопоре 13 около донного среза корпуса 1. Отсутствие этого устройства привело бы к двум негативным факторам. Во-первых, площадь лобовой поверхности ведущего устройства 3 намного больше соответствующей площади стабилизирующего элемента 8, это может привести к тому, что ведущее устройство 3 при своем движении вдоль корпуса 1 снаряда под действием набегающего потока газа получит большее ускорение, чем стабилизирующий элемент 8, и опередит его в своем движении. Это полностью нарушит схему функционирования снаряда, он потеряет устойчивость и будет иметь значительные характеристики рассеивания. Во-вторых, отсутствие фиксации стабилизирующего элемента 8 на стопоре 13, около донного среза корпуса 1 снаряда, ухудшало бы жесткость конструкции и могло бы создать условия последующего движения стабилизирующего элемента 8 вдоль корпуса 1 в направлении головной части 2.

Удерживающее устройство, состоящее из цилиндрического элемента 17 и клиновидного размыкателя, обеспечивает заданное положение ведущего устройства 3 относительно корпуса снаряда до выстрела. Отсутствие его затруднило бы хранение, транспортировку и заряжание снаряда, что также нарушило бы его функционирование в период отделения ведущего устройства 3. Расположение продольных углублений 12 (соответственно выступов 11), продольных выемок 15 под фиксирующее устройство 14 и удерживающего устройства в разных плоскостях обеспечивает надежность функционирования подкалиберного снаряда в целом.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет:
- обеспечить эффективную стабилизацию подкалиберного снаряда на траектории и торцевой удар по преграде;
- предотвратить разрушение снаряда в канале ствола и в периоде последействия;
- обеспечить надежное функционирование в период отделения ведущего устройства;
- обеспечить минимальное сопротивление набегающему потоку газа и максимальную дальность полета;
- повысить функциональность снаряда при хранении, транспортировке и заряжании.

Конструкция подкалиберного снаряда технологична, отличается простой схемой функционирования и может б.ыть использована при разработке снарядов для поражения бронированных целей, а также при фундаментальных исследованиях высокоскоростного взаимодействия тел.

Источники информации
1. Франция, патент 2060112, М. кл.³ F 42 В.

2. Франция, патент 2009723, М. кл.³ F 42 В.

3. США, патент 3918664, М. кл.³ F 42 В.

4. ФРГ, заявка 223б142, М. кл.³ F 42 В.

5. Великобритания, заявка 1423283, М. кл.³ F 42 В
6. США, патент 3610155, М. кл.³ F 42 В.

7. ФРГ, заявка 1578191, М. кл.³ F 42 В.

8. США, патент 3905299, М. кл.³ F 42 В.

9. Франция, патент 2087797, М. кл.³ F 42 В.

10. США, патент 3869101, М. кл.³ F 42 В.

11. Франция, заявка 2008535, М. кл.³ F 42 В.

12. США, патент 3662686, М. кл.³ F 42 В.

13. США, патент 4519317, М кл.³ F 42 В - прототип.

14. Краснов Н.Ф., Кошевой В.И. Управление и стабилизация в аэродинамике. - М.: Высш. шк., 1978. - 70 с.

Изобретение относится к области боеприпасов, в частности к снарядам, имеющим цилиндрический корпус большого удлинения, и может быть использовано при разработке снарядов для поражения бронированных целей, также для фундаментальных исследований высокоскоростного взаимодействия тел. Ведущее устройство является цельным, при этом в его передней части выполнена полость, в которой расположен стабилизирующий элемент, представляющий собой втулку со стабилизирующими плоскостями, которая имеет продольные выступы, расположенные в продольных углублениях корпуса, заканчивающихся стопором. Кроме того, во втулке и в передней части ведущего устройства расположено фиксирующее устройство и дополнительно введено удерживающее устройство. При этом плоскости, в которых расположены продольные углубления на корпусе снаряда, продольные выемки под фиксирующие устройства и плоскость расположения удерживающего устройства не совпадают. Предлагаемое устройство обеспечивает лучшую стабилизацию снаряда на траектории и торцевой удар по преграде, предотвращает нарушение компоновки при хранении, транспортировке и заряжании. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Подкалиберный снаряд, содержащий цилиндрический корпус постоянного поперечного сечения, ступенчато переходящий в головную часть большего диаметра, и ведущее устройство с осевым отверстием под цилиндрический корпус, включающее стабилизирующий элемент и фиксирующее устройство и имеющее возможность перемещаться аксиально вдоль цилиндрического корпуса в направлении его донной части, отличающийся тем, что ведущее устройство выполнено цельным и состоящим из передней части цилиндрической формы и пилона, в передней части ведущего устройства выполнена полость, в которой соосно корпусу снаряда расположен стабилизирующий элемент, представляющий собой втулку с плоскостями, расположенными вдоль ее длины и равномерно закрепленными по ее окружности, на внутренней поверхности втулки, контактирующей с поверхностью корпуса, выполнены продольные выступы, которые расположены в продольных углублениях корпуса, заканчивающихся со стороны дна корпуса стопором, во втулке и в передней части ведущего устройства выполнена продольная выемка, в которой расположено фиксирующее устройство в виде скобы, обращенной боковыми сторонами от поверхности корпуса снаряда и имеющей возможность вращаться в радиальном направлении относительно своей оси, установленной во втулке, и введено удерживающее устройство в виде цилиндрического элемента, углубленного в корпус снаряда и фиксированного клиновидным размыкателем, которое расположено в передней части ведущего устройства. 2. Подкалиберный снаряд по п. 1, отличающийся тем, что фиксирующее устройство в виде скобы имеет на оси пружину с направлением ее действия к оси корпуса снаряда. 3. Подкалиберный снаряд по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным фиксирующим устройством, которое установлено в плоскости, расположенной под углом 180^o к плоскости, в которой установлено основное фиксирующее устройство. 4. Подкалиберный снаряд по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что плоскости, в которых расположены продольные углубления на корпусе снаряда, продольные выемки под фиксирующее устройство и плоскость расположения удерживающего устройства не совпадают.