ЛЕГКОГАЗОВОЕ ОРУДИЕ СТАРОВЕРОВА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2013 года по МПК F41A1/00 F41A1/02 F41A1/04 

Изобретение относится к артиллерии - к легкогазовым орудиям с большой начальной скоростью, и к огнестрельному оружию - к снайперским винтовкам.

Известны орудия, в которых пороховой заряд сжимает легкий газ (водород), который затем и разгоняет снаряд. Так как скорость звука в легком газе больше, чем в пороховых газах, достигается большая начальная скорость снаряда, см. Интернет, Википедия.

Недостатком такого орудия является конструктивная сложность, большой вес, большая стоимость выстрела, очень малая скорострельность.

ВАРИАНТ 1. Для устранения этих недостатков данное орудие (огнестрельное оружие) имеет герметичный затвор, имеет герметично расположенный в стволе снаряд или пулю (далее «снаряд»), имеет управляемое или пружинное устройство фиксации снаряда в стволе и/или имеет на снаряде реборду ограниченной прочности (далее - реборда), причем перед выстрелом в казенную часть подается жидкий и/или газообразный легкий газ. Например, водород или гелий. Лучший результат будет достигнут при применении сжатого газа, так как не потребуется тратить энергию на его испарение. Однако при этом потребуются хорошая герметизация затвора и снаряда, так как давление будет выше.

Чтобы в казенную часть можно было подать легкий газ, в ней должно быть запираемое отверстие. Лучше - в задней нижней части.

Чтобы в казенной части был необходимый свободный объем, казенная часть заполняется метательным взрывчатым веществом (далее МВВ), к которому относится и порох, частично, а шашка из МВВ имеет достаточную степень пористости. Нужное соотношение МВВ и газа зависит от типа газа и подбирается экспериментально. При применении сжиженного газа МВВ должно иметь повышенную скорость горения (понятно почему).

Для лучшего заполнения казенной части жидким газом в передней верхней части казенной части может иметься запираемое отверстие для выпуска воздуха. Устройство фиксации снаряда необходимо для того, чтобы давление подаваемого газа не вытолкнуло снаряд из ствола раньше времени.

Управляемым устройством может быть электромагнитный замок с ригелем. Однако управляемое устройство имеет существенные недостатки: сложность, трудность герметизации, наличие электронной системы для управления этим замком и непредсказуемые последствия при отказе замка или системы. Поэтому лучше применять один из двух других нижеприведенных способов фиксации снаряда.

Пружинным устройством фиксации снаряда может быть расположенная на стволе или на снаряде поперечная защелка или продольная защелка, имеющая с продольной осью орудия угол, меньший угла самоторможения при данном коэффициенте трения между соприкасающимися поверхностями (лучше - несколько защелок).

Реборда ограниченной прочности может быть расположена на самом снаряде или на его ведущем пояске (он выполнен из более мягкого материала), лучше - заднем. И как фиксирующий элемент она хороша тем, что она одновременно выполняет роль герметизирующего элемента, особенно в комплексе с эластичной манжетой (но может быть достигнута нужная степень герметичности и без манжеты). Казенная часть орудия должна иметь диаметр, больший калибра и не меньший диаметра реборды. А переход от казенной части к стволу должен иметь достаточно крутую фаску - 45-90 градусов.

Чтобы не срезать реборду раньше времени, досылатель снаряда должен иметь ограниченное усилие и, желательно, небольшую инерцию, то есть массу. Или же на конце досылателя должна быть пружина или подпружиненный толкатель. Усилие пружины, разумеется, должно быть меньше усилия срезания реборды.

Принцип действия орудия таков: при горении МВВ легкий газ смешивается с продуктами горения, и образуется смесь газов с меньшим средним молекулярным весом, скорость звука в которой будет больше, нежели в пороховых газах. И, следовательно, они могут разогнать снаряд до большей начальной скорости. Разумеется, закон сохранения энергии при этом сохраняется - для достижения большей скорости снаряда требуется заряд МВВ, как минимум во второй степени больший (а реально - еще больший).

В таком орудии нельзя разогнать снаряд до такой же начальной скорости, как в водородном орудии. Но можно достичь скоростей, недоступных для орудия с зарядом из МВВ. А этого во многих случаях может оказаться достаточно с практической точки зрения.

Кстати, для уменьшения среднего молекулярного веса образующихся газов желательно применение МВВ, дающего мало собственных газов, например с наличием алюминиевой пудры, а также имеющего в составе аммонийную группу, например перхлорат аммония, аммиачная селитра.

ВАРИАНТ 2. Водород, особенно жидкий, дорог, неудобен в хранении, транспортировке и применении. А тем более - гелий. К тому же из-за малой плотности легких газов трудно поместить в казенной части их достаточное количество. Поэтому в данном варианте вместо легкого газа используется вещество, разлагающееся при нагревании с выделением водорода и/или вступающее в реакцию с продуктами горения МВВ с выделением водорода, например, метан. Он имеет более доступную криогенную температуру, большую плотность, и гораздо дешевле. Возможно применение этана, пропана или бутана, но они имеют меньшее процентное содержание водорода.

Принцип действия этого варианта иной - при нагревании в процессе горения МВВ происходит термическое разложение метана на водород и углерод - из одной молекулы метана получается две молекулы водорода и углерод в твердом виде. Кроме того, эта реакция экзотермическая, то есть в казенной части орудия еще и выделяется дополнительная тепловая энергия.

ВАРИАНТ 3. В данном варианте используется термическое разложение другого газа - аммиака. При нагревании он разлагается с выделением водорода и азота в соотношении молекул 3:1. Поскольку выделяется еще и азот, то средний молекулярный вес газа в этом случае будет больше, чем в вариантах 1 или 2, но зато количество выделившегося газа будет больше (напомню, углерод в варианте 2 выделяется в твердой фазе). К тому же эта реакция равновесная, и небольшое количество аммиака в стволе орудия останется. К тому же реакция разложения аммиака эндотермическая, то есть на разложение водорода нужно потратить небольшое количество энергии заряда МВВ. Поэтому максимальная скорость снаряда, которую можно достичь в этом варианте, будет меньше, чем в варианте 2. Поэтому можно сказать, что больших скоростей в этом варианте достичь труднее, но зато сравнительно умеренные скорости порядка 2000-2500 м/сек достигаются легче, чем в вариантах 1 и 2.

Третий вариант обладает хорошими эксплуатационными качествами: аммиак легко хранится при нормальной температуре и закачивается в казенную часть орудия в сжиженном состоянии (критическая температура 132,30°C).

Принцип действия этого варианта такой же, как варианта 2.

ВАРИАНТ 4. В этом варианте в качестве разлагающегося вещества используется гидразин. Однако он обладает некоторыми недостатками: во-первых, по сравнению с аммиаком он имеет меньшее содержание водорода, а во-вторых, при температуре +2°C он переходит в твердую фазу, то есть при использовании в зимнее время его придется подогревать. Зато в летнее время им пользоваться очень удобно - он заливается в казенную часть орудия без избыточного давления.

Принцип действия этого варианта такой же, как вариантов 2 и 3.

ВАРИАНТ 5. В этом варианте в качестве разлагающегося вещества используется диборан или тетраборан (соединения бора с водородом). Диборан при нормальной температуре является газом (критическая температура 16,7°C), а тетраборан при нормальной температуре сжижается уже при небольшом давлении (температура кипения 18°C). Поэтому последний особенно удобен, несмотря на меньшее процентное содержание водорода (18,9% против 21,9%).

Принцип действия этого варианта двойной: при высокой температуре происходит не только разложение боранов с выделением водорода, но и происходит реакция боранов с парами воды, образующимися при горении МВВ, и при этом также выделяется водород.

ВАРИАНТ 6. В этом варианте разлагающимся веществом является твердое вещество - гидриды металлов, например гидрид лития или алюминия. Возможно применение другого гидрида - кремневодорода или других силанов, но он требует осторожного обращения - это газ, самовоспламеняющийся на воздухе. В остальном принцип действия орудия аналогичен вариантам 2 и 3.

В эксплуатации такой вариант особенно удобен - твердые гидриды могут изначально добавляться в МВВ или смешиваться ним перед подачей в казенную часть орудия. Это, однако, потребует особых условий хранения зарядов и гидридов (герметизация).

Принцип действия этого варианта так же, как и в варианте 5, двойной.

В качестве водородовыделяющего вещества возможны и другие вещества, известные - предельные углеводороды, этилен, дивинил, фосфин, гидриды других металлов, или открытые специально для этой цели.

Работает орудие так: снаряд, допустим, с ребордой и резиновой манжетой, вставляется в ствол. Затвор закрывается. Впускное отверстие в задней нижней части казенной части открывается, и в казенную часть подается газ. Если предусмотрено выпускное отверстие, оно на долю секунды открывается. Воспламеняется заряд МВВ. При повышении температуры во время горения МВВ легкий газ нагревается, а метан, аммиак или другие упомянутые вещества разлагаются с выделением водорода. Средний молекулярный вес газа в стволе орудия уменьшается, скорость звука в нем повышается, и такой газ лучше разгоняет снаряд до скоростей 2500-3000 м/сек.

После выстрела срезанная реборда и манжета скорее всего вылетят в ствол, но это необходимо проверять визуально или автоматическим глубиномером.

В графических материалах изобретение не нуждается.

Изобретение относится к области артиллерии. Легкогазовое орудие выполнено в двух вариантах. По первому варианту легкогазовое орудие содержит ствол, затвор, снаряд и заряд зернистого пороха или пористую пороховую шашку, или жидкое метательное взрывчатое вещество. Орудие имеет герметичный затвор, герметично расположенный в стволе снаряд, управляемое или пружинное устройство фиксации снаряда в стволе и/или имеет на снаряде реборду ограниченной прочности. Перед выстрелом в казенную часть подается жидкий и/или газообразный легкий газ, а метательное взрывчатое вещество заполняет казенную часть не полностью. По второму варианту легкогазовое орудие отличается тем, что перед выстрелом в казенную часть подается жидкое или газообразное, или твердое вещество, разлагающееся при нагревании с выделением водорода, и/или вступающее в реакцию с продуктами горения метательного взрывчатого вещества с выделением водорода, а метательное взрывчатое вещество заполняет казенную часть не полностью. Повышается эффективность стрельбы. 2 н. и 12 з.п. ф-лы.

1. Легкогазовое орудие, содержащее ствол, затвор, снаряд и заряд зернистого пороха или пористую пороховую шашку, или жидкое метательное взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет герметичный затвор, герметично расположенный в стволе снаряд, управляемое или пружинное устройство фиксации снаряда в стволе и/или имеет на снаряде реборду ограниченной прочности, причем перед выстрелом в казенную часть подается жидкий и/или газообразный легкий газ, а метательное взрывчатое вещество заполняет казенную часть не полностью.

2. Орудие по п.1, отличающееся тем, что легким газом является водород или гелий.

3. Орудие по п.1, отличающееся тем, что в казенной части имеется запираемое отверстие.

4. Орудие по п.1, отличающееся тем, что в верхней передней части казенной части имеется второе запираемое отверстие.

5. Орудие по п.1, отличающееся тем, что управляемым замком является электромагнитный замок с ригелем.

6. Орудие по п.1, отличающееся тем, что пружинным устройством фиксации является расположенная на стволе или на снаряде поперечная подпружиненная защелка, или продольная подпружиненная защелка, имеющая с продольной осью орудия угол, меньший угла самоторможения при данном коэффициенте трения между соприкасающимися поверхностями.

7. Орудие по п.1, отличающееся тем, что реборда ограниченной прочности расположена на заднем ведущем пояске снаряда, причем поясок расположен на корпусе снаряда герметично, а реборда отделена от казенной части эластичной манжетой.

8. Орудие по п.1, отличающееся тем, что досылатель снаряда имеет ограниченное усилие или имеет на конце пружину или подпружиненный толкатель, причем усилие пружины меньше усилия среза реборды ограниченной прочности.

9. Легкогазовое орудие, содержащее ствол, затвор, снаряд и заряд зернистого пороха или пористую пороховую шашку, или жидкое метательное взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет герметичный затвор, герметично расположенный в стволе снаряд, управляемое или пружинное устройство фиксации снаряда в стволе и/или имеет на снаряде реборду ограниченной прочности, причем перед выстрелом в казенную часть подается жидкое, или газообразное, или твердое вещество, разлагающееся при нагревании с выделением водорода, и/или вступающее в реакцию с продуктами горения метательного взрывчатого вещества с выделением водорода, а метательное взрывчатое вещество заполняет казенную часть не полностью.

10. Орудие по п.9, отличающееся тем, что разлагающимся веществом является метан, или этан, или пропан, или бутан.

11. Орудие по п.9, отличающееся тем, что разлагающимся веществом является аммиак.

12. Орудие по п.9, отличающееся тем, что веществом, разлагающимся при нагревании и вступающим в реакцию с продуктами горения метательного взрывчатого вещества, является гидразин.

13. Орудие по п.9, отличающееся тем, что разлагающимся веществом и веществом, вступающим реакцию с продуктами горения метательного взрывчатого вещества, является диборан или тетраборан.

14. Орудие по п.9, отличающееся тем, что разлагающимися и вступающими в реакцию с продуктами горения метательного взрывчатого вещества являются гидриды металлов, например гидрид лития или алюминия или силаны.