КАПСЮЛЬ-ВОСПЛАМЕНИТЕЛЬ Российский патент 2004 года по МПК F42C19/08 

Изобретение относится к артиллерийским боеприпасам, а более конкретно к конструктивным элементам воспламенителя метательного заряда малокалиберных артиллерийских патронов.

Уровень данной области техники характеризует изобретение по патенту RU 2090836 С1, F 42 C 19/08, 1997 г., выбранное в качестве наиболее близкого аналога предложенному капсюлю-воспламенителю по технической сущности и числу совпадающих существенных признаков.

Известный капсюль-воспламенитель содержит выполненные за одно целое цилиндрическую оболочку и наковаленку с периферийными запальными отверстиями, а также размещенный в камере под наковаленкой малый капсюль, в колпачке которого размещен ударно-воспламенительный заряд, а над наковаленкой образована дополнительная камера, где установлена покрытая герметизирующей фольгой шашка переменной массы усилительного воспламенительного заряда с центральным каналом, сообщающимся с запальными отверстиями наковаленки, и двумя цилиндрическими выемками в торцах.

Шашка усилительного заряда верхней камеры геометрически замкнута буртиком оболочки капсюля-воспламенителя, который представляет собой автономную сборочную единицу патрона.

Этот универсальный капсюль-воспламенитель предназначен для использования в охотничьих патронах различного назначения, имеет стабильные основные характеристики и повышенную мощность при сохранении штатных габаритов.

Однако механическая прочность конструкции известного капсюля-воспламенителя, который имеет узкоотраслевое применение дли охотничьих патронов при давлении пороховых газов метательного заряда гильзы не выше предела 1200 кгс/кв.см, является неудовлетворительной при использовании в малокалиберных артиллерийских снарядах, где развивается рабочее давление 4000-4500 кгс/кв.см пороховых газов с температурой 3000 К.

Кернение колпачка малого капсюля при этих нагрузках давления пороховых газов метательного заряда артиллерийских патронов не обеспечит неразъемности соединения, в результате чего малый капсюль горячими газообразными продуктами горения порохового заряда будет вышибаться в затворный механизм оружия, механически и термически повреждая автоматику оружия, что недопустимо по условиям безопасности и надежности эксплуатации пушек.

Кроме того, форма выполнения и взаимосвязь структурных элементов образуют относительно большие объемы пустот под наковаленкой, распределенного ряда запальных отверстий и центрального канала шашки усилительного воспламенительного заряда с торцевыми выемками, что заметно снижает коэффициент наполнения верхней камеры пиротехническим составом, в итоге уменьшая мощность выходного импульса огневого форса, и сокращает время воздействия теплового потока на пороховой метательный заряд патрона.

Верхняя камера оболочки расположена над кольцом запальных отверстий в перемычке наковаленки, сообщающихся с ее глухой полостью, что предопределяет использование в качестве усилительного заряда только предварительно сформированную шашку из переуплотненного пиротехнического состава с балластным связующим. Это трудоемко, неэффективно и повышает производственные затраты.

Спрессованная шашка трудно воспламеняется, медленно горит и может разрушаться от механических перегрузок при выстреле и форсом огня от малого капсюля, что изменит расчетный процесс горения как шашки, так и метательного порохового заряда гильзы, определяя нестабильность баллистических характеристик снаряда.

Ряд периферийных запальных отверстий способствует более экспрессивной равномерной передаче воспламенительного импульса на усилительный заряд пиротехнической шашки, которая прогрессивно горит изнутри по центральному каналу. Однако горячие продукты горения пиротехнической шашки непосредственно поступают в гильзу, где воспламеняют пороховой состав метательного заряда, имеющего торцевое замедленное горение, что физически не обеспечивает требуемой газодинамики для получения необходимого практически мгновенного метательного импульса, обеспечивающего заданную начальную скорость снаряду.

Отмеченные недостатки снижают функциональную надежность воспламенения и нарушают стабильность горения пороха в гильзе патрона, что отрицательно сказывается на баллистике снаряда.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является усовершенствование известной конструкции капсюля-воспламенителя для использования в малокалиберных артиллерийских патронах, обеспечив функциональную надежность и повышение эффективности воспламенения пороха в объеме метательного заряда.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном капсюле-воспламенителе, содержащем цилиндрическую оболочку, две камеры которой, сообщающиеся между собой, как минимум, одним запальным отверстием, сформированы жестко связанной с оболочкой наковаленкой, опирающейся на смонтированный в нижней камере малый капсюль, включающий помещенный в колпачок ударно-воспламенительный заряд, а в верхней камере размещен усилительный воспламенительный заряд переменной массы, закрытый герметизирующей фольгой, зафиксированной буртиком оболочки, согласно изобретению усилительный воспламенительный заряд заполняет верхнюю камеру оболочки, выполненной телескопической в форме стакана, дно которого совмещено с наковаленкой, имеющей осевое запальное отверстие, при этом оболочка установлена через демпфирующую прокладку на дне в сопрягаемом бандаже, причем подвижная чашеобразная крышка оболочки, снабженная центральным выходным окном, геометрически замкнута завальцовкой торца бандажа.

Заполнение выполненной и форме стакана оболочки усилительным воспламенительным составом прямого прессования позволило упростить технологию формования ее снаряжения, исключив предварительное изготовление переуплотненной, содержащей балластное связующее, пиротехнической шашки сложной конфигурации с центральным каналом и торцевыми выемками для коммуникации малого капсюля с метательным пороховым зарядом гильзы.

Размещение наковаленки и донной части оболочки, имеющей несущую конструкционную прочность, позволило увеличить массу усилительного воспламенительного заряда в верхней камере большего объема для повышения эффективности основного назначения при заметном повышении механической прочности конструкции, удовлетворяющей условия эксплуатации в артсистемах при различных режимах стрельбы и климатических условиях.

Осевое запальное отверстие наковаленки формирует калиброванный остронаправленный форс пламени от малого капсюля, что обеспечивает расчетную газодинамику функционирования капсюля-воспламетеля в целом и позволяет повысить метательный импульс.

Бандаж простой и технологичной формы стакана, сопрягаемого при сборке с оболочкой, кратно повысил механическую прочность изделия, образуя единую несущую конструкцию с утолщенным дном слоеной структуры.

Установка демпфирующей прокладки между дном оболочки и дном бандажа в динамически нагружаемом сечении предохраняет малый капсюль от механического разрушающего воздействия бойка автоматики пушки, гася энергию удара на границах раздела многослойной поперечной структуры и пластичностью материала прокладки.

Смонтированная с возможностью осевого перемещения относительно оболочки чашеобразная крышка, помещенная над герметизирующей фольгой, выполняет функции плунжера и обтюратора.

При движении по посадочному отверстию гильзы в динамике процесса выстрела крышка разгибает завальцовку торца бандажа, который, радиально деформируясь, автоматически надежно обтюрирует объем капсюля-воспламенителя и, следовательно, объем гильзы без специальных механизмов и дополнительных элементов.

Во-вторых, когда оболочка телескопически раскрывается, на месте крепежных элементов высвобождается объем, образующий ресивер, дополнительно увеличивающий объем верхней камеры оболочки, где аккумулируется потенциальная энергия для более плавного термодинамического превращения пиротехнического состава в воспламенительный импульс, который без преждевременного прорыва через затравочный канал дна гильзы передается практически на всю протяженность порохового метательного заряда в гильзе и обеспечивает одновременное воспламенение его изнутри.

Эти конструктивные признаки и их взаимодействие в динамике инициирования выстрела повышают надежность воспламенения и стабильность горения пороха метательного заряда, улучшая тем самым баллистику снаряда.

Дополнительное замковое крепление крышки оболочки посредством завальцовки торца бандажа обеспечивает концентрацию энергии горения усилительного заряда для более динамичного воспламенения во всем объеме поpохa метательного заряда гильзы, что способствует повышению начальной скорости боеприпаса и дальности его полета.

Изобретение обеспечило упрощение конструкции капсюля-воспламенителя и технологии изготовления, а его отличительные признаки, сохранив достоинства схемного решения по прототипу, адаптировали капсюль-воспламенитель для использования и патронах различного назначения, в частности зенитного и малокалиберного артиллерийского выстрелов. При атом повысилась функциональная надежность и эффективность основного назначения, которые обеспечили улучшение баллистических характеристик боеприпасов.

Новая взаимосвязь предложенных конструктивных элементов с известными сообщили новое качество усовершенствованному капсюлю-воспламенителю, который представляет собой телескопическую конструкцию, выполняющую дополнительные функции:

- обтюрирование и герметичное запирание объема гильзы при выстреле;

- замедленное формирование высокоэнергетического теплового импульса, передаваемого по центру вдоль порохового метательного заряда, обеспечивая его воспламенение в объеме и более интенсивное стабильное горение.

Предложенная конструкция капсюля-воспламенителя более универсальна по возможности применения различных по чувствительности и энергетике пиротехнических составов малого капсюля и усилительного воспламенительного заряда.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, в их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, не присущей признакам в разобщенности, то есть получена не сумма эффектов, а эффект суммы при решении поставленной технической задачи.

Сущность изобретения поясняется чертежами, которые имеют чисто иллюстративную цель и не ограничивают объема прав формулы, где схематично изображены:

на фиг.1 - артиллерийский малокалиберный выстрел;

на фиг.2 - предложенный капсюль-воспламенитель, вид А на фиг.1;

на фиг.3 - то же, при срабатывании.

Артиллерийский 30-мм осколочный трассирующий выстрел (фиг.1) структурно включает в состав головной взрыватель 1, корпус 2 снаряда, содержащий наполнение 3 взрывчатого вещества, ведущее устройство 4 и трассирующий заряд 5, а также гильзу 6, в донной части которой смонтирован капсюль-воспламенитель 7, заполненную пороховым метательным зарядом 8, взаимодействующим с трассирующим зарядом 5 корпуса 2 снаряда.

Предлагаемый капсюль-воспламенитель 7 включает (фиг.2) цилиндрическую оболочку 9 в форме стакана, совмещенную в донной части с наковаленкой 10, которые образуют две камеры 11 и 12, верхнюю и нижнюю соответственно. В нижней камере 12 смонтирован малый капсюль 13, содержащий колпачок 14 с ударно-воспламенительным составом 15, а верхняя камера 11 заполнена усилительным воспламенительным составом пиротехнического заряда 16.

Наковаленка 10 оснащена центральным запальным отверстием 17, непосредственно связанным с малым капсюлем 13.

Заряд 16 сверху покрыт герметизирующей фольгой 18, на которой расположена чашеобразная крышка 19 с центральным выходным окном 20, установленная с возможностью осевого перемещения относительно оболочки 9 при функционировании, являясь ее продолжением.

Оболочка 9 помещена в сопрягаемый бандаж 21, выполненный в форме стакана, между массивным дном которого и дном оболочки 9 установлена демпфирующая прокладка 22, латунная пластинка.

Через верхний торец оболочки 9 на крышку 19 завальцован верхний торец бандажа 21, осуществляя тем самым геометрическое и силовое замыкание всех структурных элементов описанного капсюля-воспламенителя 7 и формируя его в качестве автономного устройства для хранения и транспортирования на комплектование при сборке патронов, предпочтительно артиллерийских малокалиберных, потому что изобретение позволяет применение в условиях давления пороховых газов метательного заряда 8 выстрела в атом случае в диапазоне 4000-4500 кгс/кв.см.

Капсюль-воспламенитель 7 установлен в посадочном ступенчатом отверстии 23 донной части гильзы 6 внатяг бандажа 21. Отверстие 23 затравочным каналом 24 сообщается с метательным зарядом 8 гильзы 6, а на его боковой поверхности, примерно посередине, выполнена радиальная проточка 25 глубиной, сопоставимой с толщиной стенки бандажа 21.

Функционирует предложенный капсюль-воспламенитель 7 следующим образом. При выстреле ударом бойка оружия колпачок 14 малого капсюля 12, реакционно деформируясь, динамично перемещает на наковаленку 10 ударно-воспламенительный состав 15 на основе тринитрарезорцината свинца (ТНРС), который инициируется и воспламеняется.

На поверхностях демпфирующей пластичной прокладки 22 (границах раздела слоистой структуры дна капсюля-воспламенителя 7) гасится энергия удара бойка, чем предотвращается механический пролом дна бандажа 21 и разгерметизация объемов капсюля-воспламенителя 7 и гильзы 6 с метательным пороховым зарядом 8.

Сконцентрированный по центру форс пламени от состава 15 непосредственно передается через осевое отверстие 17 наковаленки 10 на пиротехнический усилительный заряд 16, воспламеняя его.

Предложенная конструкция обеспечивает нормальное функционирование выстрела при технической разнородности порохов метательного заряда 8 по разбросу теплофизических характеристик, зависящих от плотности заряжания, азотистости и флегмативации состава, форме, величине и пористости зерен и пр., путем варьирования мощности термического импульса средства воспламенения, например, выбором типа ударно-воспламенительного состава 15.

Так, температура термодинамического процесса взрывчатого превращения альтернативного состава 15 на основе ТНРС ниже, чем у гремучертутного состава, но первый сохраняется при температуре до 80° С, тогда как второй, более чувствительный - не выше 50° С, что расширяет выбор и область применения, а также исключает выброс в атмосферу на позиции стрельбы особо токсичного вещества - паров ртути, как это имеет место в прототипе, где вынужденно используют высокочувствительный гремучертутный состав.

При этом следует отметить, что штамповым инструментом обеспечивается варьирование соотношения объемов обеих камер 11, 12 оболочки 9 за счет регулирования глубины штамповки и толщины дна оболочки 9 и высоты наковаленки 10, что позволяет соответственно изменять массу заряда 16 в камере 11 для адаптировании различных пиротехнических составов.

Возрастающим давлением газообразных продуктов горения усилительного заряда 16 крышка 19 перемещается вдоль оболочки 9 и отгибает завальцовку торца бандажа 21 до упора в ступень посадочного отверстия 23 дна гильзы 6, обтюрируя ее затравочный канал 24, а оболочка 9 совместно с бандажом 21 радиально деформируются в свободный объем проточки 25, осуществляя замковое соединение за счет геометрического замыкания бандажа 21 с гильзой 6, что предотвращает осевое перемещение капсюля-воспламенителя 7 назад.

Капсюль-воспламенитель 7 заклинивается в гильзе 6, а сплошное дно его бандажа 21 герметично изолирует объем гильзы 6.

При этом над зарядом 16 образуется ресивер 26 (фиг.3), в котором замедленно аккумулируются газообразные продукты горения пиротехнического состава усилительного заряда 16, поступающие через выходное окно 20, свободное от сгоревшей к тому времени фольги 18.

Чашеобразная крышка 19, аксиально перемещаясь под действием растущего давления в камере 11, выполняет функции телескопической оболочки 9, динамично формируя обтюрирование гильзы 6, предотвращая прорыв пороховых газов в затвор пушки, и образует ресивер 26, увеличивая объем камеры 11 для аккумулирования потенциальной энергии экспрессивного направленного выброса воспламенительного форса в центр метательного порохового заряда 8 гильзы 6, который в объеме сгорает быстрее, что гарантированно обеспечивает заданный газодинамический режим горения порохового наполнения 3 и требуемый метательный импульс боеприпасу, сообщая расчетную начальную скорость.

Тепловой энергией горения метательного заряда 8 воспламеняется трассирующий заряд 5 корпуса 2, газоконденсатная фаза которого дополнительно увеличивает метательный импульс.

Положительные результаты испытаний стрельбой опытной партии 30-мм артиллерийских патронов с капсюлем-воспламенителем по настоящему изобретению, в которой варьировались марки и масса пиротехнических составов, подтвердили стабильность полученных аэродинамических характеристик снарядов. Изделие рекомендовано для постановки на вооружение.

Проведенный сопоставительный анализ предложенной конструкции капсюля-воспламенителя с выявленными аналогами уровня техники, из которого явным образом изобретение не следует для специалиста по боеприпасам, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.

Изобретение относится к артиллерийским боеприпасам, а более конкретно к конструктивным элементам воспламенителя метательного заряда малокалиберных артиллерийских патронов. Капсюль-воспламенитель содержит цилиндрическую оболочку, сообщающиеся между собой, как минимум, одним запальным отверстием, две камеры которой сформированы жестко связанной с оболочкой наковаленкой, опирающейся на смонтированный в нижней камере малый капсюль, включающий помещенный в колпачок ударно-воспламенительный заряд, а в верхней камере размещен усилительный воспламенительный заряд переменной массы, закрытый герметизирующей фольгой, зафиксированной буртиком оболочки. Новым является то, что усилительный воспламенительный заряд заполняет верхнюю камеру оболочки, выполненной телескопической в форме стакана, дно которого совмещено с наковаленкой, имеющей осевое запальное отверстие, при этом оболочка установлена через демпфирующую прокладку на дне в сопрягаемом бандаже, причем подвижная чашеобразная крышка оболочки, снабженная центральным выходным окном, геометрически замкнута завальцовкой торца бандажа. Предложенное техническое решение позволило расширить область применения капсюля-воспламенителя технологичной простой и надежной конструкции для использования в артиллерийских малокалиберных патронах, обеспечив стабильность функционирования различных порохов метательного заряда, адаптируемых с рваными воспламенительными составами, при достижении заданных аэродинамических характеристик боеприпаса. 3 ил.

Капсюль-воспламенитель, содержащий цилиндрическую оболочку, две камеры которой, сообщающиеся между собой, как минимум одним запальным отверстием, сформированы жестко связанной с оболочкой наковаленкой, опирающейся на смонтированный в нижней камере малый капсюль, включающий помещенный в колпачок ударно-воспламенительный заряд, а в верхней камере размещен усилительный воспламенительный заряд переменной массы, закрытый герметизирующей фольгой, зафиксированной буртиком оболочки, отличающийся тем, что усилительный воспламенительный заряд заполняет верхнюю камеру оболочки, выполненной телескопической в форме стакана, дно которого совмещено с наковаленкой, имеющей осевое запальное отверстие, при этом оболочка установлена, через демпфирующую прокладку на дне, в сопрягаемом бандаже, причем подвижная чашеобразная крышка оболочки, снабженная центральным выходным окном, геометрически замкнута завальцовкой торца бандажа.