СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСТРЕЛА ОГНЕСТРЕЛЬНОГО ОРУЖИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК F41A21/10 F41A25/00 

Изобретение относится к области огнестрельного оружия и может быть использовано преимущественно при создании образцов артиллерийского и стрелкового оружия, обладающего хорошей компактностью, высокой мощностью выстрела и высокой точностью попадания.

Известен способ производства выстрела огнестрельного оружия, заключающийся в том, что сначала укладывают боеприпас, состоящий из порохового заряда и метательного снаряда, в казенную часть основного ствола, после чего поджигают пороховой заряд (см., например, патент РФ №2442092, МПК F41A 25/00 от 10.02.2012).

Известен также способ производства выстрела огнестрельного оружия, заключающийся в том, что сначала укладывают боеприпас, состоящий из порохового заряда и метательного снаряда, в казенную часть основного ствола, часть которого находится с зазором в направляющем стволе, после чего производят разгон основного ствола внутри направляющего ствола в сторону дульного среза основного ствола с последующим поджиганием порохового заряда (см., например, патент РФ №2363908, МПК F41A 25/00 от 20.12.2008).

Недостатком известных способов является низкая точность попадания по цели в связи с большой неопределенностью направления подвижного ствола в направляющем стволе во время выстрела из-за износа пары «основной ствол - направляющий ствол» (накатник) и разной силы трения в этой паре в связи с разной вязкостью смазки в зависимости от температуры окружающей среды. Кроме того, сравнительно высокое трение основного ствола в направляющем стволе не позволяет развить основному стволу высокую скорость в направлении выстрела, что снижает скорость метательного снаряда на дульном срезе и уменьшает дальность прицельного выстрела. В связи с этим известные устройства применяются в основном в гаубичной артиллерии для стрельбы «по площадям» и не могут быть использованы для стрельбы по конкретным целям, в том числе в стрелковом и, особенно, в снайперском оружии.

Задачей изобретения является увеличение дальности и точности выстрела огнестрельного оружия.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе в зазор между основным и направляющим стволом до и/или во время движения основного ствола внутри направляющего ствола в зазор между ними через ограничители расхода подается газообразная среда под давлением с образованием в упомянутом зазоре газостатического слоя, центрирующего основной ствол в направляющем стволе, препятствующая активному трению между их поверхностями.

Устройство для реализации этого способа, состоящее из основного ствола с казенной частью и затвором, размещенного с зазором в направляющем стволе, имеющего камору с затвором, отличается тем, что основной ствол выполнен в виде дифференциального поршня со штоком, направляющий ствол выполнен в виде ответного поршню цилиндра, и вдоль направляющего ствола имеется канал, соединенный одним концом с источником высокого давления, а другим концом - через ограничители расхода с зазором между внутренней поверхностью направляющего ствола и наружной поверхностью поршня и его штока с образованием газостатического несущего слоя. При этом ограничители расхода могут быть выполнены в виде щели, образованной при контакте торцов втулок и/или шайб с шероховатыми торцовыми поверхностями, установленных внутри основного ствола, в затворе основного ствола может иметься отверстие со вставленным в него фитилем-замедлителем или в затворе основного стола может быть размещен ударный механизм, состоящий из ударника и подпружиненного бойка, а в направляющем стволе установлено устройство взвода ударника, входящее с ним в контакт при движении основного ствола в сторону его дульного среза.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 схематично изображено продольное сечение направляющего ствола оружия с размещенным в нем с зазором основным стволом, выполненным в виде дифференциального поршня, в котором разгон основного ствола производится сжатой газообразной средой при подаче этой среды в камору направляющего ствола.

На фиг.2 показано увеличенное изображение продольного сечения казенной части направляющего ствола с каморой и казенной частью установленного в нем основного ствола с замком и ударным механизмом.

На фиг.3 схематично показан момент, в котором устройство для взвода ударника, размещенное в направляющем стволе, приходит в соприкосновение с ударником.

На фиг.4 схематично изображен момент, в котором ударник приходит во взведенное состояние.

На фиг.5 схематично показан момент, в котором основной ствол возвращается в исходное положение.

На фиг.6 схематично показано сечение направляющего ствола с установленным в нем с зазором основным стволом, причем в каморе направляющего ствола размещен пороховой заряд.

На фиг.7 показано увеличенное изображение сечения каморы направляющего ствола с пороховым зарядом и с казенной частью основного ствола со снарядом и затвором, в котором установлен фитиль-замедлитель.

Устройство для производства огнестрельного выстрела состоит (фиг.1) из направляющего ствола 1 с казенной частью 2, которая содержит затвор 3 и камору 4. Направляющий ствол 1 выполнен в виде цилиндра, в котором с зазором 5 размещена часть основного ствола 6, выполненного в виде дифференциального поршня 7 со штоком 8. Шток 8 направлен в сторону дульного среза направляющего ствола 1. Форма цилиндра соответствует форме поршня 7 со штоком 8 и цилиндр содержит подпоршневую полость 9. Ствол 1 в своей цилиндрической части, соответствующей поршню 7 и штоку 8, содержит ограничители расхода, соединяющие зазор 5 через отверстие 10 в теле ствола с источником высокого давления через пневматическую линию 11 и трехпозиционный клапан 12. Сам источник условно не показан. Это может быть, например, ресивер компрессора высокого давления, камера для сжигания твердого или газообразного топлива для получения высокого давления газообразной среды и т.д.

В данном примере в качестве ограничителей расхода использованы круговые щели 13, образованные при контакте шероховатых торцовых поверхностей втулок 14 и шайб 15, установленных в стволе 1. Это позволяет создавать при технологически несложной реализации очень равномерный несущий газостатический слой. Вместо щелей могут быть использованы обычные дроссельные отверстия, выход которых в полость 9 направляющего ствола 1 следует соединить микроканавкой (сечение примерно 0,1-0,5 мм), а вход - широкой канавкой для свободного прохода газа к отверстиям. Однако в этом случае для хорошего распределения газа в зазоре 5 потребуется для артиллерийского ствола очень много (десятки отверстий в одном ряду) отверстий малого (порядка 0,2-0,3 мм) диаметра, что технологически сложно выполнить. Для стрелкового оружия калибра 7,62-12,5 мм использование дроссельных отверстий в качестве ограничителей расхода вообще проблематично в связи с необходимостью изготовления их с очень малым (около 0,1 мм и менее) диаметром.

Устройство взвода ударника представляет собой поворотный рычаг 16, установленный в направляющем стволе 1, ограниченный от поворота со стороны полости 9 стопором 17 и подпружиненный к стопору 17 пружиной 18.

Подпружиненный фиксатор 19, установленный в направляющем стволе 1 на стороне дульного среза и входящий в выточку штока 8, служит для удержания ствола 6 в направлении его оси.

Затвор 20 основного ствола 6 (фиг.2) зафиксирован на поршне 7 со стороны казенной части основного ствола 6 с помощью байонетного резьбового крепления 21, обычно используемого в артиллерии, и снабжен ударным механизмом, состоящим из подпружиненного в сторону каморы 4 бойка 22 и подпружиненного в сторону поршня 7 поворотного ударника 23.

В казенной части основного ствола 6 установлен боеприпас 24, содержащий гильзу с пороховым зарядом и капсюлем на линии действия бойка 22, и метательный снаряд, входящий в дульное отверстие 25.

Втулки 14 и шайбы 15 имеют круговые фаски 26, служащие для равномерного распределения по окружности газа, поступающего через отверстие 10 к щелям 13. Втулки 14 могут занимать практически всю внутреннюю длину направляющего ствола 1 за исключением зоны установки устройства взвода ударника (поз.16-18).

В случае использования для разгона ствола 6 порохового заряда 27 с капсюлем, установленного в каморе 4 направляющего ствола 1 (фиг.6 и 7), камора 4 соединена с отверстием 10 через отверстие 28, а затвор 3 содержит ударный механизм 29 обычного для артиллерийского или для стрелкового оружия типа. В последнем случае затвор 3 с ударным механизмом 29 может быть выполнен в виде болтового скользящего затвора с ударником и спусковым крючком.

Канал 30 через двухпозиционный клапан 31 соединяет камору 4 с атмосферой или рассоединяет их, в затворе 20 установлен тонкий фитиль-замедлитель 32, цифрой 33 обозначен капсюль порохового заряда 27.

Способ производства выстрела огнестрельного оружия производится следующим образом (фиг.1 и 2).

Оператор открывает затвор 3 и затвор 20 и сначала вставляет в казенную часть основного ствола 6 боеприпас 24, состоящий из порохового заряда и метательного снаряда, после чего последовательно запирает затвор 20 и затвор 3. Далее оператор открывает клапан 12 и в камору 4 подается сжатый до высокого давления газ или смесь газов. При этом газ подается также в отверстие 10, растекается по нему и истекает через щели 13 в зазор 5 и в полость 9. В связи с большим гидравлическим сопротивлением щелей 13 давление в полости 9 практически остается постоянным и близким к атмосферному в течение всего процесса заполнения каморы 4, который длится не более секунды. При этом в зазоре 5 возникает несущий газовый слой, вывешивающий основной ствол 6 в отверстиях направляющего ствола 1.

После достижения заданного давления в каморе 4 (может контролироваться манометром) оператор закрывает клапан 12 и освобождает основной ствол 6 в осевом направлении, выдергивая фиксатор 19 вниз (показано стрелкой). Под действием перепада давления в каморе 4 и полости 9 основной ствол 6 начинает движение (разгон) вправо по рисунку в направлении дульного среза направляющего ствола 1 и дульного среза основного ствола 6 и разгоняется практически без контакта с направляющим стволом 1, уменьшая объем полости 9, давление в которой растет. Таким образом происходит разгон основного ствола 6 внутри направляющего ствола 1 в сторону дульного среза основного ствола 6.

При подходе к рычагу 16 (фиг.3) поршень 7 своей фаской топит его в выточке, при этом пружина 18 напрягается и пытается вытолкнуть рычаг 16 назад в сторону поршня 7, что происходит после того, как поршень 7 проходит зону действия рычага 16, и последний снова входит в свое первоначальное положение под действием пружины 18. Точно этот момент показан на фиг.3.

При дальнейшем движении основного ствола 6 ударник 23 надвигается на выступающий рычаг 16 и поворачивается, сжимая свою пружину. Этот момент показан на фиг.4. В дальнейшем ударник проходит рычаг 16, освобождается от него и под действием своей пружины (см. также фиг.2) наносит удар по бойку 22, который разгоняется, сжимает свою пружину и накалывает капсюль боевого снаряда 24. Капсюль воспламеняется и производит поджигание порохового заряда боеприпаса 24, т.е. происходит выстрел, в момент которого ствол 6 находится в крайнем правом (по рисунку) положении. Таким образом, после разгона основного ствола 6 внутри направляющего ствола 1 производится поджигание порохового заряда боеприпаса 24 и выстрел.

При выстреле метательный снаряд боеприпаса 24 под давлением пороховых газов движется в сторону дульного среза основного ствола 6 (вправо), а ствол 6 получает импульс отдачи, направленный соответственно в противоположную сторону (влево). В общем случае ствол 6 от выстрела получает импульс движения влево, но встречает силу давления оставшихся в стволе 6 позади поршня 7 газов, направленную вправо, и, кроме того, на поршень 7 справа давят газы, сжатые в полости 9 при разгоне ствола 6. Результирующая этих сил зависит от давления оставшихся в стволе 6 газов, массы и скорости ствола 6 и массы и скорости метательного снаряда, давления в полости 9.

При этом в зависимости от желания проектировщика может иметь место три основных случая.

1. Результирующая всех сил в момент разгона метательного снаряда по дульному отверстию 25 примерно равна нулю и в момент выстрела ствол 6 останавливается.

2. Результирующая всех сил в момент разгона метательного снаряда по дульному отверстию 25 направлена влево. В этом случае ствол 6 движется влево, сжимая перед поршнем 7 газ до тех пор, пока сумма всех сил не станет равной нулю, и скорость метательного снаряда на выходе из ствола 6 уменьшится пропорционально скорости ствола, с которой он двигается влево, то есть противоположно движению метательного снаряда.

3. Результирующая всех сил в момент выстрела направлена вправо. В этом случае при продолжающемся движении ствола 6 вправо давление перед поршнем (слева) будет продолжать падать, а давление в полости 9 (справа) возрастать. Движение ствола 7 вправо прекратится в тот момент времени, когда сумма всех действующих сил не станет равной нулю.

Очевидно, что, с точки зрения придания метательному снаряду максимальной скорости, желательно использовать 1-й и 3-й варианты.

Сразу после совершения выстрела оператор ставит клапан 12 в положение, показанное на фиг.5, т.е. соединяет полость цилиндра (левее поршня 7) с атмосферой, давление в этой полости и в отверстии 10 резко падает. В то же время в связи с тем, что щели 13 обладают большим гидравлическим сопротивлением, давление в полости 9 продолжает оставаться высоким, в связи с чем ствол 6 начинает двигаться влево под действием перепада давления на поршне 7. Этот перепад давления сначала достаточно велик и его хватает для разгона ствола 6, чтобы он даже при падающем в связи с увеличением объема полости 9 давлении дошел до начального положения и встал на фиксатор 19.

Описанная конструкция, реализующая предложенный способ выстрела, предположительно наиболее удачно может быть использована в палубной тяжелой артиллерии, в стационарных крупнокалиберных установках, например береговой артиллерии и на самоходных артиллерийских установках, в связи с тем, что требует наличия сжатого до высокого давления газа, для получения которого нужны многоступенчатые компрессорные машины, которыми могут быть снабжены перечисленные объекты.

Положительной чертой такой конструктивной схемы (помимо отсутствия трения между направляющим и основным стволом) является то, что с ее помощью очень легко оперативно менять дистанцию выстрела. Это весьма существенно, т.к. практикуемое в обычных артиллерийских орудиях изменение дистанции за счет варьирования угла возвышения ствола ограничивается конструктивно диапазоном изменения этого угла.

Ориентировочно давление сжатого газа, подаваемого в камору 4 для разгона основного ствола 6, может составлять 300-500 бар и более, а скорость выдвижения основного ствола 6 в момент производства выстрела может доходить до 150-300 метров в секунду и более, что позволит увеличить дальнобойность орудий на 20-30%.

Следующий пример конструктивного воплощения реализации способа производства выстрела более характерен для артиллерии сравнительно небольшого калибра и мощного стрелкового, например снайперского, оружия (фиг. 6 и 7).

В этой конструктивной схеме заряжание также производится в два этапа. При закрытом вентиле 31 сначала в основной ствол 6 укладывается (устанавливается) боеприпас 24, состоящий из порохового заряда и метательного снаряда, затем он фиксируется затвором 20, а потом закладывается пороховой заряд 27, запираемый затвором 3, после чего снимается фиксатор 19 и приводится в действие ударный механизм 29, который с помощью капсюля 33 поджигает заряд 27, и пороховые газы начинают разгон ствола 6 в сторону его дульного среза, давление в полости 9 растет, пороховые газы под давлением через отверстие 28 и отверстие 10 подаются через щели 13 в зазор 5, создавая несущий газовый слой, вывешивающий ствол 6 в стволе 1.

Как и в предыдущем конструктивном варианте, поджигание пороха в снаряде 24 может быть организовано ударным механизмом (поз.23, 16-18, фиг.1-5). Но в данном случае с целью упрощения конструкции и уменьшения ее габаритов, что очень важно, например, для стрелкового оружия, поджигание порохового заряда в боеприпасе 24 осуществляется с помощью фитиля-замедлителя 32, который поджигается при горении заряда 27 и горит точно дозированное время, чтобы поджечь пороховой заряд боеприпаса 24 в тот момент, когда ствол 6 достигнет заданного положения вдоль оси ствола 1 и заданной скорости после разгона основного ствола 6 в направляющем стволе 1. При поджигании порохового заряда боеприпаса 24 происходит выстрел.

В дальнейшем работа данной конструкции не отличается от вышеописанной и при открытии клапана 31 ствол 6 возвращается в исходное положение.

Момент поджигания порохового заряда боеприпаса 24 может устанавливаться как свойствами материала фитиля-замедлителя, так и его длиной, а также скоростью горения порохового заряда 27.

В случае использования данной конструкции для стрелкового оружия желательно применять в заряде 27 сравнительно медленно горящий порох, чтобы снизить силу отдачи на плечо стрелка при высокой мощности оружия. В то же время сгорание пороха в боеприпасе 24 будет происходить в тот момент, когда оружие уже плотно прижато к плечу стрелка отдачей, возникшей при сгорании порохового заряда 27, что положительно скажется на стабильности положения оружия в момент прохождения метательного снаряда (пули) в зоне дульного среза основного ствола 6.

Предложенный способ производства выстрела огнестрельного оружия и устройство для его осуществления позволяют за счет исключения активного трения основного ствола в направляющем стволе получить следующие преимущества:

1. Стабилизировать процесс выстрела и сделать его независимым от температуры окружающей среды за счет исключения колебаний вязкости жидкой или консистентной смазки между поверхностями стволов, что положительно влияет на точность выстрела.

2. Сохранить точность сопряжения между направляющим и основным стволом в течение неопределенно длительного времени и таким образом сохранить высокую точность стрельбы в течение всего ресурса работы оружия.

3. Увеличить ход основного ствола в направляющем стволе, что дает возможность придать ему более высокую скорость и таким образом увеличить скорость метательного снаряда и дальность стрельбы. Практически можно добиться увеличения фактической суммарной длины ствола (длины движения метательного снаряда вдоль оси оружия) на 50-60% по сравнению с известными конструкциями, то есть увеличить фактическое отношение длины ствола (длины движения снаряда) к калибру. Если у современных орудий стараются приблизить это отношение к 50-ти (особенно для противотанковых орудий), то использование предложенного способа дает возможность увеличить это число до 75-ти и более фактически при той же длине ствола в походном положении или сохранить достаточное для поражения противника отношение длины ствола к калибру при уменьшении длины ствола в походном положении. Последнее чрезвычайно важно для самоходных артиллерийских установок, которым необходимо преодолевать различные препятствия в виде рвов и ям, когда длинный ствол может не дать им этого сделать. Также и для стрелкового оружия очень выгодно иметь сравнительно недлинный ствол в походном положении и при изготовке к выстрелу, чтобы не демаскировать себя перед противником. То есть предложенное новшество дополнительно расширяет функциональные возможности огнестрельного оружия.

Изобретение относится к области огнестрельного оружия и касается использования при создании образцов артиллерийского и стрелкового оружия. Перед выстрелом из огнестрельного оружия укладывают боеприпас, состоящий из порохового заряда и метательного снаряда, в казенную часть основного ствола, часть которого находится с зазором в направляющем стволе. Производят разгон основного ствола внутри направляющего в сторону дульного среза основного ствола с последующим поджиганием порохового заряда. При этом в зазор между стволами через ограничители расхода подается газообразная среда под давлением с образованием в зазоре газостатического слоя, центрирующего основной ствол в направляющем, и препятствующая активному трению между их поверхностями. При этом основной ствол выполнен в виде дифференциального поршня со штоком. Направляющий ствол выполнен в виде ответного поршню цилиндра. Вдоль направляющего ствола имеется канал, соединенный одним концом с источником высокого давления, а другим концом - через ограничители расхода с зазором между внутренней поверхностью направляющего ствола и наружной поверхностью поршня и его штока с образованием газостатического несущего слоя. Достигается увеличение дальности и точности выстрела огнестрельного оружия. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ производства выстрела огнестрельного оружия, заключающийся в том, что сначала укладывают боеприпас, состоящий из порохового заряда и метательного снаряда, в казенную часть основного ствола, часть которого находится с зазором в направляющем стволе, после чего производят разгон основного ствола внутри направляющего ствола в сторону дульного среза основного ствола с последующим поджиганием порохового заряда, отличающийся тем, что в зазор между основным и направляющим стволом до и/или во время движения основного ствола внутри направляющего ствола через ограничители расхода подается газообразная среда под давлением с образованием в упомянутом зазоре газостатического слоя, центрирующего основной ствол в направляющем стволе, и препятствующая активному трению между их поверхностями.

2. Устройство для реализации способа по п.1, состоящее из основного ствола с казенной частью и затвором, размещенного с зазором в направляющем стволе, имеющим казенную часть с затвором, отличающееся тем, что основной ствол выполнен в виде дифференциального поршня со штоком, направляющий ствол выполнен в виде ответного поршню цилиндра и вдоль направляющего ствола имеется канал, соединенный одним концом с источником высокого давления, а другим концом - через ограничители расхода с зазором между внутренней поверхностью направляющего ствола и наружной поверхностью поршня и его штока с образованием газостатического несущего слоя.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что ограничители расхода выполнены в виде щели, образованной при контакте торцов втулок и/или шайб с шероховатыми торцовыми поверхностями, установленных внутри основного ствола.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в затворе основного ствола имеется отверстие со вставленным в него фитилем-замедлителем.

5. Устройство п.2, отличающееся тем, что в затворе основного стола размещен ударный механизм, состоящий из ударника и подпружиненного бойка, а в направляющем стволе установлено устройство взвода ударника, входящее с ним контакт при движении основного ствола в сторону его дульного среза.