ГОЛОВНОЙ ВЗРЫВАТЕЛЬ Российский патент 2004 года по МПК F42C9/06 

Изобретение относится к комбинированным взрывателям для снарядов ударного и временного действия, срабатывающим по истечении заданного промежутка времени с момента выстрела, определяемого временем срабатывания механизма дальнего взведения, приводимым в действие потоком текучего материала.

Уровень техники данной области характеризует головной взрыватель МГ-25 для малокалиберных артиллерийских патронов унитарного заряжания, который содержит капсюль-воспламенитель и соосное жало ударного реакционного механизма, инерционный механизм взведения, лучевой капсюль-детонатор, снабженный огневой цепью самоликвидатора с предохранительным и замедлительным устройствами, описанный в книге "23-мм спаренная установка ЗУ-23", Воениздат, М., 1961 г., с.102-103, рис.14.3 и 14.4.

В осевом канале торца корпуса, закрытого мембраной, установлен посредством центрирующей головки стержень с возможностью перемещения к жалу ударного механизма, смонтированному на спиральной стопорной пружине, размещенной в кольцевой втулке, опирающейся на поперечную перегородку продольного паза.

Между капсюлем-воспламенителем и капсюлем-детонатором размещена закрытая предохранительной прокладкой лабиринтная огнепередаточная втулка замедления.

Недостатками этого взрывателя являются его низкая функциональная надежность на траектории полета снарядов к цели из-за высокой чувствительности ударного механизма, срабатывающего от дождя, града и пыли, от механических воздействий на торцевую мембрану в трактах питания пушек, а также неудовлетворительная защищенность лучевого капсюля-детонатора от срабатывания механизма самоликвидации в служебном обращении при случайных ударах и падении или от воспламенения при перегреве в трактах питания автоматики артиллерийских систем, особенно при остановках между очередями стрельбы.

Кроме того, конструкция лабиринтной замедлительной втулки предопределяет технологическую сложность изготовления в серийном производстве на высокоточном уникальном оборудовании, а также ограничивает диапазон и дальность дистанции самоликвидации.

Отмеченные недостатки устранены в выбранном в качестве наиболее близкого аналога, по числу совпадающих признаков и технической сущности, головном взрывателе для малокалиберных артиллерийских патронов по патенту 2205362, F 42 С, 9/14, 2001 г., содержащем корпус, в котором соосно последовательно размещены центральный стержень, прижимающий опорной головкой торец конического обтекателя, осевое жало, капсюль-воспламенитель, затвор огнепередаточного канала с пороховым зарядом, замедлительная втулка и предохранитель лучевого капсюля-детонатора, связанного посредством пиротехнического канала с накольным механизмом самоликвидации.

В корпусе взрывателя под коническим обтекателем выполнена периферийная кольцевая канавка с радиальными наклонными пазами, в которых расположены шарики ударного реакционного механизма осевого жала, опирающегося на спиральный стопор инерционного механизма взведения, размещенный внутри подвижной втулки, смонтированной над кольцевым пазом поперечной перемычки (монтажной опоры).

Известный инерционно-реакционный головной взрыватель характеризуется повышенной безопасностью в служебном обращении и эксплуатации патронов.

Этот взрыватель является всепогодным, то есть заданное разрывное действие на траектории не зависит от состояния атмосферы.

Монолитная, жесткая головка центрального стержня скругленной формы предохраняет мембрану взрывателя от динамических нагрузок и механических воздействий в трактах питания автоматики пушки, во-вторых, жестко сверху фиксирует мембрану на корпусе.

Коническая форма мембраны, выполненной в виде обтекателя, снижает чувствительность ударного механизма к воздействию атмосферных осадков на траектории полета и обеспечивает всепогодность использования взрывателя.

Деформируемая при встрече с целью мембрана головной части корпуса выполняет функции ударного привода движения шариков по наклонным радиальным пазам к осевому накольному жалу.

Снабженный пороховым стопором, время горения которого определяет дистанцию дальнего взведения взрывателя, поперечный затвор в центральном огнепередаточном канале механически предотвращает передачу лучевого импульса от несанкционированно сработавшего капсюля-воспламенителя на капсюль-детонатор и, следовательно, преждевременный разрыв снаряда.

Дополнительный механизм предохранения инерционного действия от центробежных сил вращения снаряда исключает срабатывание капсюля-детонатора от случайного взведения механизма самоликвидации в служебном обращении или (при высокой рабочей температуре внутри пушки) несанкционированное срабатывание механизма дальнего взведения, что повышает технологическую и эксплуатационную безопасность использования боеприпасов.

Однако недостатком известного головного взрывателя является большой разброс времени дальнего взведения (+65% oт номинала), с учетом разброса начальной скорости снарядов, определяемый как природой сгорающих порохов механизма дальнего взведения и нестабильностью высокого давления в ограниченном свободном объеме взрывателя, так и разной скоростью горения этих пороховых зарядов в интервале температур эксплуатации патрона от минус 60 до 80°С, что снижает функциональную надежность взрывателя или эффективность поражающего действия боеприпаса соответственно.

Так, при заданном верхнем пределе диапазона времени дальнего взведения на его нижнем пределе небезопасно применение оружия, а при заданном нижнем пределе этого диапазона снижается эффективность осколочного действия боеприпаса в ближнем бою из-за запаздывания срабатывания механизма дальнего взведения на верхнем пределе диапазона.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение функциональной надежности головного взрывателя для повышения эффективности основного поражающего действия боеприпаса.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном головном взрывателе для малокалиберных артиллерийских патронов, содержащем корпус, в котором соосно последовательно размещены центральный стержень, примыкающий опорный головкой торец конического обтекателя, осевое жало, капсюль-воспламенитель, механизм дальнего взведения с затвором, перекрывающим центральный огнепередаточный канал на лучевой капсюль-детонатор, закрытый предохранителем, при этом в корпусе под коническим обтекателем выполнена периферийная кольцевая канавка с радиальными наклонными пазами, где расположены шарики ударного реакционного механизма осевого жала, опирающегося на спиральный стопор инерционного механизма взведения, размещенный внутри подвижной втулки, смонтированной над кольцевым пазом монтажной опоры, согласно изобретению затвор механизма дальнего взведения выполнен в виде сыпучего гранулированного материала, помещенного в центральном огнепередаточном канале, имеющем форму обратного усеченного конуса, причем верхняя широкая часть этого канала оснащена окнами, которые снаружи ограничены инерционным кольцом, смонтированным с возможностью продольного перемещения в корпусе.

Первым дополнительным отличием является размещение в окнах центрального огнепередаточного канала пробок из антифрикционного материала.

Вторым дополнительным отличием является то, что образующая обратного конуса огнепередаточного канала наклонена к продольной оси на угол, превышающий угол естественного откоса гранулированного материала затвора механизма дальнего взведения.

Третье отличие состоит в преимущественном выборе в качестве сыпучего гранулированного материала затвора мелкодисперсных стеклянных шариков.

Отличительные признаки обеспечили повышение функциональной надежности головному взрывателю за счет точного, независимого от температуры эксплуатации боеприпасов, автоматического срабатывния механизма дальнего взведения на заданной дистанции полета снаряда после выстрела.

Действие предложенного механизма дальнего взведения, подобное песочным часам, обеспечило значительное сокращение диапазона времени срабатывания (+12%), так как оно зависит только от начальной скорости снаряда, разброс которой составляет +1,5%, а также геометрических размеров огнепередаточного канала и его выходных окон, изготавливаемых с жесткими допусками, что обеспечивает разброс по времени (дистанции) срабатывания не более 20%.

При этом получен дополнительный технический аффект: упрощение конструкции взрывателя за счет исключения инерционного механизма накаливания капсюля-воспламенителя, инициирующего пиротехнический механизм самоликвидации боеприпаса, надобность в которой для вооружения летательных аппаратов отпала по причине обеспечения собственной безопасности в сфере воздушного боя на резко меняющихся курсах и высоких скоростях маневрирования, когда самолет может попасть в осколочное поле рикошета или подрыва снаряда при самоликвидации.

Выполнение затвора механизма дальнего взведения в виде сыпучего материала, который представляет собой квазижидкость, обеспечивает его перетекание в резервный объем корпуса под действием центробежных сил вращения снаряда и инерционных сил выстрела, а также аэродинамического торможения в полете, освобождая огнепередаточный канал за расчетное заданное время.

Время дальнего взведения регулируется подбором дисперсности стеклянных шариков, объемом огнепередаточного канала, количеством и диаметром его выходных окон.

Установка в окнах конического канала пробок, которые снаружи ограничены инерционным кольцом, обеспечивает неподвижность сыпучему материалу затвора в служебном обращении.

Монтаж инерционного кольца с возможностью продольного перемещения в корпусе позволяет при выстреле освободить пробки, выполненные из антифрикционного материала, которые под действием центробежных сил вращения снаряда выскальзывают из окон, через которые выдавливается сыпучий материал затвора механизма дальнего взведения.

Использование в качестве сыпучего гранулированного материала затвора мелкодисперсных стеклянных шариков практически полностью устраняет сопротивление трения при его вытеснении из огнепередаточного канала. На это же направлен выбор угла наклона образующей конуса большим, чем угол естественного откоса сыпучего материала, чтобы шарики перемещались беспрепятственно. Это позволяет рассчитать время дальнего взведения по законам гидродинамики.

Обратный конус огнепередаточного канала, наклоненный в сторону выходных окон, способствует беспрепятственному перетеканию стеклянных шариков затвора в резервный объем корпуса, освобождаемый инерционным кольцом при выстреле.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, таким образом поставленная в изобретении техническая задача решена.

Согласно проведенному сопоставительному анализу предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение для специалиста по боеприпасам явным образом не следует, показал, что оно не известно, поэтому, с учетом возможности промышленного серийного изготовления головного взрывателя, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен головной взрыватель в разрезе; на фиг.2 - то же, взведенное положение.

Изобретение поясняется примером выполнения взрывателя к артиллерийскому 30-мм патрону для автоматической пушки 2А42, устанавливаемой на вертолетах и самолетах истребительной и штурмовой авиации.

В корпусе 1 головного взрывателя в осевом канале 2 установлены последовательно снизу вверх: лучевой капсюль-детонатор 3 марки А-30Т, предохранительное устройство 4, затвор 5, капсюль-воспламенитель 6 и жало 7, закрепленное в массивном ударнике 8, а на переднем торце корпуса 1 закреплен центральный стержень 9 с опорной сферической (противорикошетной) головкой 10.

Головка 10 центрального стержня 9 жестко прижимает к торцу корпуса 1 конический обтекатель 11, под которым в корпусе 1 расположена периферийная кольцевая канавка 12, снабженная тремя радиальными пазами 13 сообщения с ударником 8 осевого жала 7, наклоненными к продольной оси под углом 45 градусов. В пазах 13 свободно располагаются нажимные шарики 14, которые совместно с обтекателем 11 выполняют функции ударного реакционного механизма при встрече боеприпаса с целью.

Жало 7 в осевом канале 2 корпуса 1 в верхнем исходном положении посредством ударника 8 удерживается на коаксиальном предохранительном стопоре 15, выполненном из спирально скрученной упругой медной ленты, которая помещена внутри кольцевой втулки 16, опирающейся на поперечную прокладку 17, перекрывающую продольный паз 18 в монтажной опоре 19. В пазу 18 при выстреле под действием инерционных сил размещается оседающая втулка 16, установленная в канале 2 с возможностью продольного перемещения относительно корпуса 1.

Осевой канал 2 между капсюлем-воспламенителем 6 и предохранителем 4 выполнен в виде обратного усеченного конуса 20, заполненного стеклянными шариками марки ШСО-250, ТУ-5951-015-00204949, выполняющими функции затвора 5, так как представляют собой текучую несжимаемую квазижидкость.

Угол наклона образующей обратного конуса 20 к оси канала 2 для стеклянных шариков затвора 5 дисперсностью 150-250 мкм выбран в пределах 10-15 градусов, что выше угла их естественного откоса.

В верхней широкой части обратного конуса 20 выполнены окна 21, где установлены фторопластовые пробки 22, имеющие низкий коэффициент трения в паре с материалом корпуса 1, что исключает схватывание (заедание), то есть возможное препятствие для перемещения пробок 22 вдоль окон 21 под давлением шариков затвора 5.

Окна 21 снаружи перекрыты инерционным кольцом 23, установленным в кольцевом пазу 24 корпуса 1 на опорной пластине 25. Свободный объем паза 24 превышает объем усеченного конуса 20 для гарантированного размещения в нем стеклянных шариков затвора 5.

Предохранительное устройство 4 включает расширительную камеру 26, входное отверстие 27 которой перекрыто прокладкой 28, и закрывающую выходное отверстие 29 к капсюлю-детонатору 3 прокладку 30, между которыми установлен с возможностью поперечного перемещения движок 31, подпружиненный профильной скобой 32, выполняющей функции пластинчатой пружины. В исходном положении движок 31 перекрывает осевой канал 2, то есть доступ к капсюлю-детонатору 3.

Функционирует взрыватель следующим образом. В момент выстрела под действием сил инерции от линейного ускорения снаряда в канале ствола пушки втулки 16 и 23 перемещаются вниз, прогиная при этом прокладку 17 и пластину 25 соответственно. Втулка 16 устанавливается в пазу 18 опоры 19, освобождая спирально скрученную ленту стопора 15, а инерционное кольцо 23 с пластиной 25 устанавливаются на дне паза 24 корпуса 1 (фиг.2).

Под действием центробежных сил вращения снаряда раскручивается лента стопора 15, освобождая ударник 8, несущий осевое жало 7 - механизм инициирования взведен, пробки 22 освобождают окна 21, а движок 31, отжимая скобу 32, перемещается к периферии камеры 26 и освобождает входное отверстие 27 и выходное отверстие 29 предохранительного устройства 4.

При аэродинамическом торможении корпуса 1 на траектории полета шарики затвора 5 силами набегания вытесняются но конусу 20 через окна 21 в свободный объем кольцевого паза 24.

Лента стопора 15 полностью раскручивается на дистанции 1,5-3,0 м дистанции полета, освобождая осевое жало 7, инерционно прижатое к пазам 13 корпуса 1, что гарантированно удерживает жало 7 в крайнем верхнем положении. Шарики 14 под действием центробежных сил вращения снаряда примыкают к обтекателю 11.

Далее на расстоянии не менее 20 м полета и гарантированно до 100 м (по тактико-техническим требованиям) шарики затвора 5 в расчетное время центробежными силами вращения снаряда полностью освобождают, перетекая через окна 21, обратный конус 20 центрального канала 2 произошло дальнее взведение - взрыватель готов к работе.

При встрече с целью головка 10 стержня 9 и корпус 1 взрывателя проникают через тонкостенную преграду, где конический обтекатель 11 пространственно деформируется и сминается по профилю корпуса 1. При этом динамично в радиальном направлении конический обтекатель 11 преодолевает пустоту кольцевой канавки 12 и передает ударный импульс примыкающим шарикам 14, которые динамично перемещаются по наклонным пазам 13 к центру, толкая по осевому каналу 2 ударник 8 с жалом 7 до встречи последнего с капсюлем-воспламенителем 6 и накалывания его.

Дополнительная масса совместно с жалом 7 движущегося ударника 8 увеличивает надежность срабатывания капсюля-воспламенителя 6, включая предельные, до рикошета, углы встречи на максимальной дальности полета при минимальной скорости.

При этом жало 7 динамично получает импульс рабочего перемещения через ударник 8, который имеет развитую поверхность контакта с нажимными шариками 14, что обеспечивает неизбежное их взаимодействие для принудительной подачи жала 7 к капсюлю-воспламенителю 6. Это повышает функциональную надежность взрывателя и боеприпаса в целом.

Огневой импульс от капсюля-воспламенителя 6 передается по каналу 2, прожигая прокладку 28, далее через открытие предохранительное устройство 4, прожигая прокладку 30, - на лучевой капсюль-детонатор 3, который срабатывает, инициируя разрывной заряд снаряда.

При стрельбе в условиях атмосферных осадков и запыленности воздуха капли дождя, град и твердые частички аэрозоля рикотешируют от конической поверхности обтекателя 11, значительно снижающего импульс на прижатые шарики 14, которые нагружены центробежными силами вращения снаряда, что предотвращает их перемещение к центру, исключая взаимодействие с ударником 8 осевого жала 7.

Взрыватель предложенной конструкции предназначен для использования в комплектации унитарных патронов с осколочно-фугасными снарядами, предназначенными для борьбы с воздушными и наземными целями, и обеспечивает пятикратное сокращение разброса времени срабатывания механизма дальнего взведения, что повышает его функциональную надежность и эффективность основного поражающего действия боеприпаса в целом.

Изобретение относится к комбинированным взрывателям для снарядов ударного и временного действия, срабатывающим по истечении заданного промежутка времени с момента выстрела, определяемого временем срабатывания механизма дальнего взведения, приводимым в действие потоком текучего материала. Головной взрыватель для малокалиберных артиллерийских патронов содержит корпус, в котором соосно последовательно размещены центральный стержень, прижимающий опорной головкой торец конического обтекателя, осевое жало, капсюль-воспламенитель, затвор механизма дальнего взведения, перекрывающий центральный огнепередаточный канал на лучевой капсюль-детонатор, закрытый предохранителем, при этом в корпусе под коническим обтекателем выполнена периферийная кольцевая канавка с радиальными наклонными пазами, где расположены шарики ударного реакционного механизма осевого жала, опирающегося на спиральный стопор инерционного механизма взведения, размещенный внутри подвижной втулки, смонтированной над кольцевым пазом монтажной опоры. Новым является то, что затвор механизма дальнего взведения выполнен в виде сыпучего гранулированного материала, помещенного в центральном огнепередаточном канале, имеющем форму обратного усеченного конуса, верхняя широкая часть которого оснащена окнами, ограниченными снаружи инерционным кольцом, смонтированным с возможностью продольного перемещения в корпусе, при том, что в окнах центрального огнепередаточного канала установлены пробки из антифрикционного материала, а образующая конуса огнепередаточного канала наклонена к продольной оси на угол, превышающий угол естественного откоса гранулированного материала затвора механизма дальнего взведения, причем в качестве сыпучего гранулированного материала затвора использованы мелкодисперсные стеклянные шарики. Предложенное техническое решение обеспечило повышение функциональной надежности головного взрывателя, а также безопасность в служебном обращении и боевом применении. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Головной взрыватель для малокалиберных артиллерийских патронов, содержащий корпус, в котором соосно последовательно размещены конический обтекатель, центральный стержень, прижимающий опорной головкой торец конического обтекателя, осевое жало, капсюль-воспламенитель, механизм дальнего взведения с затвором, перекрывающим центральный огнепередаточный канал на лучевой капсюль-детонатор, закрытый предохранителем, при этом в корпусе под коническим обтекателем выполнена периферийная кольцевая канавка с радиальными наклонными пазами, где расположены шарики ударного реакционного механизма осевого жала, опирающегося на спиральный стопор инерционного механизма взведения, размещенный внутри подвижной втулки, смонтированной над кольцевым пазом монтажной опоры, отличающийся тем, что затвор механизма дальнего взведения выполнен в виде сыпучего гранулированного материала, помещенного в центральном огнепередаточном канале, имеющем форму обратного усеченного конуса, верхняя широкая часть которого оснащена окнами, ограниченными снаружи инерционным кольцом, смонтированным с возможностью продольного перемещения в корпусе.2. Головной взрыватель по п.1, отличающийся тем, что образующая конуса огнепередаточного канала наклонена к продольной оси на угол, превышающий угол естественного откоса гранулированного материала затвора механизма дальнего взведения.3. Головной взрыватель по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что в окнах центрального огнепередаточного канала установлены пробки из антифрикционного материала.4. Головной взрыватель по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве сыпучего гранулированного материала затвора использованы мелкодисперсные стеклянные шарики.