СФЕРИЧЕСКИЙ ФЛЕГМАТИЗИРОВАННЫЙ ПОРОХ ДЛЯ АВТОМАТНЫХ И ВИНТОВОЧНЫХ ПАТРОНОВ Российский патент 2005 года по МПК C06B25/24 

Изобретение относится к области порохового материаловедения и может быть использовано в производстве порохов для патронов стрелкового оружия.

В настоящее время в России и ведущих зарубежных странах активно ведутся работы по совершенствованию и разработке новых порохов для патронов стрелкового оружия (ПСО). Одним из приоритетных направлений в данной области является повышение баллистической эффективности ПСО за счет разработки новых метательных зарядов и высокоэнергетических прогрессивно горящих порохов.

Большим спросом у отечественных производителей и различных зарубежных фирм пользуются пороха к автоматным и винтовочным патронам, таким как 5,45 мм ×39, 7,62 мм ·54, 5,56 мм «Ремингтон 223» и 7,62 мм «Винчестер 308».

Известно, что для этих патронов применяется большое число марок одноосновных пироксилиновых порохов и двухосновных сферических порохов (1-2).

Недостатком одноосновных пироксилиновых порохов являются их невысокие энергетические показатели, связанные с предельными возможностями нитроцеллюлозы.

Поэтому для получения более высоких энергетических параметров выстрела используют двухосновные сферические пороха.

Известен двухосновный сферический порох для винтовочных и автоматных патронов, выпускаемых фирмой «Olin» (США) и описанный в книге «Accurate Smokeless Powder», 1994 г., 346 с. (2).

Этот порох марки 2520, который применяется в патронах «Винчестер 308» и автоматных патронах «Ремингтон 223».

Данный порох содержит в своем составе следующие компоненты, мас.%:

НитроцеллюлозаостатокНитроглицерин8,0-11,0Динитротолуол1,0Сульфат натрия<0,1Нитрат калия<0,5Карбонат кальция<1,0Этилцентралит<7,0Влага и остаточные растворители0,75-1,50Графит<0,4

Основные физико-химические и баллистические характеристики состава приведены в табл.2,3,4.

Наиболее близким по составу и техническим характеристикам к заявляемому является двухосновный сферический порох марки ССНф 30/3, 69, выпускаемый отечественной промышленностью по ОСТ В-84-2432-89 (3).

Данный порох выбран в качестве прототипа.

Порох флегматизированный, содержащий нитроглицерин, предназначен для патронов стрелкового оружия, со средним размером горящего свода - 0,3 мм, с удельной теплотой горения 880±25 (ккал/кг), со средним диаметром зерна 0,60±15.

Зерна пороха имеют сфероидную форму с флегматизационным поверхностным слоем.

Порох по прототипу имеет следующий состав:

Нитроцеллюлоза79,0±4,0Нитроглицерин12,0±1,5Централит №15,0±1,0Динитротолуол1,8±0,5Дифениламин0,8±0,3Этилацетат0,5±0,4Связанный графит0,1-0,3Влага0,6±0,3Свободный графит0,03

Основные физико-химические и баллистические характеристики данного пороха - прототипа приведены в табл.1,2.

Основными недостатками аналога и прототипа является то, что они (пороха) не обеспечивают комплекс требований, предъявляемых к патронам нового поколения. Во-первых, характеристики по скорости пуль и по максимальному давлению пороховых газов не выполняются или выполняются на пределе.

Помимо этого, вследствие неоптимального выбора флегматизатора, его распределения в пороховом зерне и неоптимальных термодинамических параметров порохов, наблюдаются неудовлетворительные показатели по стабильности баллистических характеристик и недогорание порохов при отрицательных температурах. Кроме того, ни в аналоге, ни в прототипе толщина флегматизационного слоя и содержание флегматизатора в слое не определено.

Задачей изобретения является разработка нового сферического пороха, обеспечивающего повышение скорости пуль без увеличения максимального давления пороховых газов.

Для решения этой задачи сферический флегматизированный порох для автоматных и винтовочных патронов, состоящий из пороховых зерен сфероидальной формы с флегматизационным поверхностным слоем, содержащий энергетическую основу - нитроцеллюлозу и нитроглицерин, этилацетат, флегматизатор - централит №1, стабилизатор химической стойкости - дифениламин и воду, в качестве флегматизатора дополнительно содержит дибутилфталат, и/или диоктилфталат, и/или диэтилгексилфталат, и/или триэтиленгликольдиметакрилат, и/или олигоэфиракрилат, при этом, толщина флегматизационного поверхностного слоя имеет величину в мкм: S=55-0,0312Д, где Д - диаметр порохового зерна, а концентрация флегматизатора в флегматизационном поверхностном слое составляет 8-20 мас.%, теплота горения пороха в ккал./кг соответствует формуле: Q=685+0,344 Д, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Этилацетат0,3-0,7Централит №12,0-4,0Дибутилфталат и/или Диоктилфталат, и/или Диэтилгексилфталат, и/или Триэтиленгликольдиметакрилат, и/или Олигоэфиракрилат2,0-4,0Дифениламин0,3-0,7Вода0,2-0,6Нитроцеллюлозаостальное

В качестве основного направления для решения этой задачи был использован принцип обеспечения прогрессивного горения пороха и приближения кривой распределения давления по каналу ствола к платообразной, что позволило увеличить коэффициент полезного действия работы, совершаемой пороховыми газами. Управление процессом газообразования и эффективным использованием энергии, выделяемой при горении порохов, осуществлялось методом флегматизации. Суть метода состоит в вводе в поверхностные слои пороховых зерен веществ, которые изменяют их термодинамические характеристики. Это позволяет повысить удельную энергию заряда из сферического пороха и скорость пули при неизменном, штатном уровне давления пороховых газов.

Этот эффект был известен (4), однако достигнутые баллистические эффекты при помощи флегматизации были незначительны. Теоретические и экспериментальные исследования авторов показали, что управление баллистическим процессом за счет создания устойчивых градиентных зон порох - флегматизатор имеет большие перспективы для повышения эффективности выстрела.

Суть изобретения состоит в том, что для пороха к автоматным и винтовочным патронам найден оптимально допустимый размер диаметра к толщине горящего свода порохового зерна. При этом отношение калибра патрона к толщине горящего свода должно быть в пределах 19...21. Оптимальная толщина слоя флегматизатора в пороховом зерне должна определяться зависимостью: S=55-0,0312 Д, где Д - диаметр порохового зерна в мкм. Оптимальная концентрация флегматизатора в слое должна быть в пределах 8-20 мас.%. При этом теплота горения пороха увеличивается с увеличением диаметра зерна в соответствии с найденной экспериментально зависимостью:

Q=685+0,344 Д.

Для обеспечения данных условий экспериментальным путем был найден ряд флегматизаторов и их сочетания. Пригодными для флегматизации порохов являются: дибутилфталат, диоктилфталат, диэтилгексилфталат, централит №1, триэтиленгликольдиметакрилат, олигоэфиракрилат.

При соответствующем вводе этих флегматизаторов или их пар могут быть обеспечены оптимальные условия состояния флегматизирующего слоя и энергетические параметры пороха.

В составе пороха использованы следующие компоненты:

нитроцеллюлоза (ГОСТ В84-2373-87), нитроглицерин (ГОСТ В84-2386-88), выполняющие роль энергетической основы и обеспечивающие механическую прочность пороховых элементов.

Дифениламин (ГОСТ 194-80) в составе пороха применяется в качестве стабилизатора химической стойкости. Уменьшение его менее 0,3 мас.% резко снижает химическую стойкость пороха, а увеличение более 0,7 мас.% приводит к снижению энергетических характеристик пороха.

Этилацетат (ГОСТ 8981-78) и вода в составе пороха выполняют роль технологических добавок.

Применение в составе дибутилфталата (ТУ 6-05-5119-82), централита №1 (ТУ 6-14-205-87), диоктилфталата (ГОСТ 8728-88), диэтилгексилфталата (ГОСТ 8728-88), триэтиленгликольдиметакрилата (ТГМ-3) (ТУ 6-16-2010-82), олигоэфиракрилата (ТУ 113-00-05761643-27-92), выполняющих роль флегматизаторов, обеспечивают необходимую прогрессивность горения пороховых элементов. Уменьшение флегматизаторов менее 2,0 мас.% приводит к увеличению давления пороховых газов в канале ствола оружия, а увеличение их более 4,0 мас.% увеличивает массу порохового заряда и уменьшает скорость полета пули.

Основными отличительными признаками предложенного сферического пороха являются новые значения глубины флегматизирующего слоя, концентрация флегматизатора в слое, зависимость теплоты горения пороха от диаметра порохового зерна.

В табл.1 приведены основные физико-химические и баллистические характеристики нового пороха в сравнении с прототипом по примерам конкретного выполнения. Испытания были проведены в патроне 308 WIN с пулей массой 10,9 г. Содержание компонентов в пределах, заявленных в формуле изобретения, отражено в примерах 2, 3, 4. Запредельные значения количеств состава приведены в примерах 1 и 5.

В табл.2 приведены основные физико-химические и баллистические характеристики заявляемого пороха в сравнении с аналогом - порохом марки 2520 и прототипом - порохом ССНф 30/3,69.

В табл.3 приведены сравнительные параметры флегматизационного слоя, теплоты сгорания и баллистических характеристик заявленного пороха и аналога в автоматных патронах «Ремингтон 223».

В табл.4 приведены сравнительные параметры флегматизационного слоя, теплоты сгорания и баллистических характеристик нового пороха и аналога в винтовочных патронах «Винчестер 308».

Из таблицы видно существенное отличие нового пороха от прототипа по физико-химическим характеристикам. За счет оптимизации процесса горения обеспечивается повышение скорости пуль, уменьшение максимального давления пороховых газов и улучшение стабильности в группе выстрелов.

Следует отметить, что сферические флегматизированные пороха, параметры которых будут отличаться на 5...10% от предложенного, резко ухудшат качество патронов.

Библиографические данные

1. В.М.Сабельников, В.М.Кирилов. «Патроны стрелкового оружия», Москва, 1979 г., стр.264.

2. «Accurate Smokeless Powder», 1994 г., стр.346.

3. Отраслевой стандарт (ОСТ В84-2432-89) «Пороха лаковые». Общие технические условия.

4. А.Г.Горст. «Пороха и взрывчатые вещества», Оборонгиз, 1949, стр.223.

Таблица 1Компоненты состава Варианты пороховПрототиппороха, мас.%Обр.1Обр.2Обр.3Обр.4Обр.5 Нитроглицерин91214151812Этилацетат0,50,30,40,70,40,5Централит№1043255Дибутилфталат и/или4,32  1,5 Диоктилфталат, и/или 2    Диэтилгексилфталат, и/или2     Олигоэфиракрилат, и/или  4   Триэтиленгликольдиметакрилат---4--Динитротолуол-----2Дифениламин0,80,70,70,70,20,8Вода0,40,50,50,50,50,7Нитроцеллюлоза82,078,577,477,172,479

Продолжение таблицы 1Баллистические      характеристики      Масса заряда, г3,02,852,822,822,522,65скорость пули, V_25cp, м/с772823819821802785Разброс скорости пули,361215182928ΔV_25, м/с      Максимальное давление      пороховых газов,      Р_{m ср}, кгс/см²347129342886290234943248Разброс максимального      давления пороховых      газов, ΔР_m, кгс/см²248125142138237304

Таблица 3Масса порохаНаименование патронаФлегматизирующий слой, мкмКонцентрация флегматизатора в слое, %Теплота сгорания, ккал/кгМасса заряда, гV cp/ΔV, м/сРм ср., кгс/см²Аналог223Rem180118701,56915/273522Заявленный порох223Rem35189081,54927/122904

Таблица 4Масса порохаНаименование патронаФлегматизирующий слой, мкмКонцентрация флегматизатора в слоеТеплота сгорания, ккал/кгМасса заряда, гV25cp/ ΔV25, м/сРм. ср. кгс/см²Аналог308Vin180118702,80832/243500Заявленный порох308Vin30209152,85334/112874

Изобретение относится к области порохов для стрелкового оружия. Предложен сферический флегматизированный порох для автоматных и винтовочных патронов, состоящий из пороховых зерен сфероидальной формы с флегматизационным поверхностным слоем, содержащий нитроцеллюлозу и нитроглицерин, этилацетат, централит №1, дифениламин, воду, в качестве флегматизатора - дибутилфталат, и/или диоктилфталат, и/или диэтилгексилфталат, и/или триэтиленгликольдиметилакрилат, и/или олигоэфиракрилат. Толщина слоя флегматизатора в пороховом зерне имеет величину в мкм: S=55-0,0312Д, где S - толщина слоя, Д - диаметр порохового зерна, при этом концентрация флегматизатора в флегматизационном поверхностном слое составляет 8-20 мас.%, теплота горения пороха соответствует формуле: Q=685+0,344 Д. Изобретение направлено на создание пороха, обеспечивающего повышение скорости полета пуль без увеличения максимального давления пороховых газов. 4 табл.

Сферический флегматизированный порох для автоматных и винтовочных патронов, состоящий из пороховых зерен сфероидальной формы с флегматизационным поверхностным слоем, содержащий энергетическую основу - нитроцеллюлозу и нитроглицерин, этилацетат, флегматизатор - централит №1, стабилизатор химической стойкости - дифениламин и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит в качестве флегматизатора дибутилфталат, и/или диоктилфталат, и/или диэтилгексилфталат, и/или триэтиленгликольдиметакрилат, и/или олигоэфиракрилат, при этом толщина флегматизационного поверхностного слоя имеет величину в мкм: S=55-0,0312Д, где Д - диаметр порохового зерна, мкм, а концентрация флегматизатора в флегматизационном поверхностном слое составляет 8-20 мас.%, теплота горения пороха в ккал/кг соответствует формуле: Q=685+0,344 Д при следующем соотношении компонентов, мас.%:

этилацетат0,3-0,7централит №12,0-4,0дибутилфталат и/или диоктилфталат, и/или диэтилгексилфталат, и/или триэтиленгликольдиметакрилат, и/или олигоэфиракрилат2,0-4,0дифениламин0,3-0,7вода0,2-0,6нитроглицерин12,0-15,0нитроцеллюлозаостальное.