БЕЗОТКАТНОЕ ОРУЖИЕ Российский патент 2016 года по МПК F41A1/08 

Изобретение относится к области военной техники, преимущественно к носимому безоткатному оружию, и может быть использовано при создании противотанковых гранатометов, реактивных пехотных огнеметов, носимых противотанковых и зенитных ракетных комплексов, безоткатных орудий.

Известен способ выстреливания гранаты (Оружие современной пехоты: иллюстрированный справочник. Часть II / С.Л. Федосеев. - М.: ООО «Издательство Астрель»: ООО «Издательство АСТ», 2001. - 256 с.: ил. - (Военная техника), стр. 169-171), принятый авторами за аналог, предусматривающий выталкивание гранаты пороховыми газами стартового заряда в сторону дульной части ствола и одновременное выталкивание противомассы в сторону его казенной части (так называемый принцип «пушки Дэвиса»).

Указанный способ реализован в конструкции ручного противотанкового гранатомета «Панцерфауст-3», разработанного фирмой «Динамит-Нобель АГ» и состоящего из ствола, гранаты, противомассы и стартового заряда, помещенного в ствол между гранатой и противомассой (Оружие современной пехоты: иллюстрированный справочник. Часть II / С.Л. Федосеев. - М.: ООО «Издательство Астрель»: ООО «Издательство АСТ», 2001. - 256 с.: ил. - (Военная техника), стр. 169-171).

Основным преимуществом известного способа и реализующей его конструкция является невысокий уровень избыточного давления в воздушных ударных волнах, действующих на бойца со стороны струи продуктов сгорания стартового заряда при выстреле. Это обеспечивает возможность ведения стрельбы из помещений ограниченного объема, что является важным тактическим преимуществом оружия. Однако приведенный способ и реализующая его конструкция имеют и существенные недостатки, а именно: большой вес и ограниченную начальную скорость снаряда.

Известна конструкция безоткатного пехотного противотанкового оружия, приведенная в патенте Франции FR 2402853 с приоритетом от 09.09.1977, МПК⁸ F41F 3/00, 3/00, опубл. 06.04.1979, выбранная в качестве аналога изобретения, включающая в себя ствол в виде открытой с обоих торцов трубы и снаряд с реактивным двигателем, содержащим метательный заряд, сгорающий при движении снаряда в стволе. Использование реактивного двигателя, в котором метательный заряд сгорает в камере сгорания, обеспечивает незначительное давление в стволе (2…4 МПа), что обуславливает наличие малой толщины его стенок и, соответственно, малую массу, что весьма важно для носимого оружия. Недостатком такого оружия является большая длина ствола, вызванная необходимостью обеспечения вылета снаряда с полностью отработавшим реактивным двигателем. То есть к моменту выхода сопла реактивного двигателя за дульный срез ствола давление в камере сгорания должно уменьшиться настолько, чтобы исключить вылет из него недогоревших частиц топлива и истечение струи продуктов сгорания метательного заряда, которые представляют опасность для стрелка. В результате длина ствола используется с низкой эффективностью, так как основную долю скорости снаряд приобретает в период горения метательного заряда, который завершается при прохождении снарядом (30…40%) длины ствола. На оставшейся длине происходит медленное снижение давления в камере сгорания двигателя и прирост скорости незначителен. Особенно этот процесс затягивается у метательных зарядов из порохов баллиститного типа, способных гореть при низких давлениях (несколько единиц мегапаскалей).

Другим существенным недостатком предлагаемого оружия является высокий уровень избыточного давления в воздушных ударных волнах, действующих на стрелка при выстреле, обусловленных торможением в атмосфере сверхзвуковой струи продуктов сгорания метательного заряда.

Известно ручное безоткатное противотанковое оружие APILAS, разработанное французской фирмой Matra Manurhin (Журнал «Air et Cosmos», 1986, 23, №1078, с. 36), являющееся аналогом. В отличие от конструкции, приведенной в патенте FR 2402853, на поверхности его ствола в районе дульного среза установлен экран в виде диска, который защищает лицо стрелка от воздействия струи в конце работы реактивного двигателя. Это позволяет сократить путь снаряда в стволе и тем самым уменьшить длину последнего. Вместе с тем наличие экрана плоской формы на пути струи приведет к повышенной отдаче оружия при выстреле. Кроме того, чтобы надежно обезопасить голову стрелка от струи, расширяющейся в радиальном направлении, такой экран должен иметь значительный диаметр, существенно превышающий калибр ствола. Как показали проведенные авторами исследования с использованием серийных отечественных гранатометов калибром 72,5 мм, надежная защита головы стрелка от струи в период последействия реактивного двигателя, обеспечивается при диаметре экрана не менее 160 мм. Это существенно увеличивает поперечные размеры оружия, делает его громоздким и неудобным для использования в боевых условиях.

Указанные выше недостатки частично устраняются в конструкции реактивного гранатомета, приведенной в патенте RU 2169332 C1 с приоритетом от 13.09.2000, МПК⁸ F41F, 3/02, опубл. 20.06.2001, принятой за прототип. В этой конструкции на пусковой трубе установлены конструктивные элементы, повышающие безопасность стрелка при выстреле, а именно: в дульной части установлен насадок в виде профиля, имеющего плоскую торцевую поверхность и конические элементы, поверхность которых обращена в сторону дульного среза пусковой трубы (ствола). В казенной части пусковой трубы установлен заплечевой щиток, а в ее стенках выполнены газодинамические отверстия. Предполагается, что реактивная струя не только отводится в радиальном направлении, но и дробится на конических перемычках, снижая воздействие на плоскую часть профиля. За счет этого обеспечивается меньшее усилие на оружие со стороны набегающей реактивной струи, что приведет к снижению энергии отдачи при выстреле. Воздействие на тело стрелка воздушных ударных волн будет уменьшено за счет распространения на их пути слабонапорных струй, истекающих через газодинамические отверстия между казенным срезом пусковой трубы и заплечевым щитком.

Общими признаками прототипа и патентуемого изобретения являются: наличие ствола в виде открытой с двух сторон трубы, снаряда с реактивным двигателем, в котором размещен метательный заряд, и конструктивных элементов, повышающих безопасность стрелка при выстреле. Вместе с тем, конструкция оружия, описанная в прототипе, имеет ряд недостатков, а именно:

1. Использование части насадка с «коническими перемычками» для рассекания струи продуктов сгорания метательного заряда не обеспечит сколь-либо существенного «снижения силового воздействия на стенки профиля», как это утверждается в описании запатентованного изобретения. Рассеченный поток в итоге все равно встретится с плоской стенкой профиля, перпендикулярной оси пусковой трубы, и отразится от этой стенки в осевом направлении, передав через нее пусковой трубе свой импульс.

Только после этого начнется разворот потоков в радиальном направлении под воздействием давления массы газов, заторможенных в объемах полостей, ограниченных коническими перемычками и стенкой профиля. Снижение импульса, передаваемого оружию, будет относиться только к части потока, взаимодействующей с поверхностью перемычек, расположенной под острым углом к оси ствола, однако эта поверхность должна быть значительно меньше поверхности стенок профиля. В противном случае эффект рассекания струи будет утрачен.

2. Как показывает опыт разработки различных образцов безоткатного оружия в России и за рубежом, давление в полости пусковой трубы при работе реактивного двигателя составляет 2…4 МПа, а температура истекающих газов не менее 1500°C. Утверждение о том, что истекающие при таких давлениях струи будут «слабонапорными», является ошибочным. Наличие газоотводных отверстий в казенной части пусковой трубы приведет к образованию высокоскоростных высокотемпературных потоков газов, перпендикулярных оси ствола. Вместе с этими потоками будут выноситься недогоревшие тлеющие остатки пороха, также имеющие высокую температуру. При стрельбе из положений «с колена» и особенно «лежа» пусковая труба будет вытянута вдоль тела стрелка. В этом случае потоки истекающих газов будут направлены непосредственно в части тела стрелка (спину, ноги), что приведет к его травмированию, в частности к ожогам.

Задачей изобретения является разработка безоткатного оружия, обеспечивающего уменьшение его габаритов и повышение безопасности стрелка от воздействия струи продуктов сгорания метательного заряда после вылета снаряда за дульный срез ствола, а также избыточного давления в воздушных ударных волнах, сопровождающих истечение реактивной струи продуктов сгорания метательного заряда через казенный срез ствола.

Технический результат достигается в безоткатном оружии, имеющем ствол в виде открытой с торцов трубы, снаряд с реактивным двигателем, в котором размещен метательный заряд, сгорающий при движении снаряда в стволе, конструктивные элементы, повышающие безопасность стрелка при выстреле, которые представляют собой насадки кольцевой формы, расположенные в дульной и казенной частях ствола. Наружная поверхность обоих насадков образована вращением отрезка плавной кривой вокруг продольной оси ствола.

Наружный диаметр сечения насадка в дульной части ствола плоскостью, перпендикулярной продольной оси ствола, монотонно убывает в направлении дульного среза ствола. Внутренняя поверхность этого насадка представляет собой поверхность усеченного конуса, диаметр меньшего основания которого равен калибру ствола. Наружная и внутренняя поверхности насадка пересекаются, образуя кольцевую острую кромку, выступающую за дульный срез ствола, допустимый радиус скругления которой не превышает 1 мм.

Наружный диаметр сечения насадка на поверхности казенной части ствола плоскостью, перпендикулярной продольной оси ствола, монотонно убывает в направлении казенного среза ствола.

В частном случае наружная поверхность насадка, установленного на казенной части ствола, может быть покрыта слоем энергодиссипирующего материала толщиной 2-5 мм, изготовленного на основе полиуретановых или эпоксидных компаундов.

Существенность отличительных признаков изобретения объясняется таким образом.

Наличие насадка на дульной части ствола, имеющего наружную поверхность, образованную вращением плавной кривой вокруг продольной оси ствола (трубы), позволяет отклонить струю продуктов сгорания метательного заряда в радиальном направлении на угол, достаточный для предохранения головы стрелка от ее опасного воздействия. В зависимости от выбранной формы поверхности угол отклонения может быть доведен до 90°. Благодаря обтекаемой форме насадка усилие, действующее на него со стороны набегающего потока, будет минимальным, что снизит энергию отдачи оружия при выстреле по сравнению с прототипом. Внутренняя поверхность насадка, установленного на дульной части ствола, представляет собой поверхность усеченного конуса, диаметр меньшего основания которого равен калибру ствола, что позволяет снизить давление и скорость движения газов в периферийной части струи за счет ее расширения еще до выхода среза сопла реактивного двигателя за дульный срез. Острая кромка, по которой пересекаются наружная и внутренняя поверхности насадка, выступающая за дульный срез ствола, позволяет плавно разделить поток, истекающий из сопла реактивного двигателя, на две части, обтекающие насадок с наружной и внутренней сторон. Кроме того, острая кромка обуславливает существенно меньший отраженный поток по сравнению с торцевой поверхностью насадка в прототипе или с торцевой поверхностью дульного среза ствола у всех вышеприведенных аналогов. Идеально острая кромка позволила бы полностью исключить образование такого потока, но в реальных конструкциях неизбежно будет иметь место некоторый радиус ее скругления.

Наличие на казенной части ствола безоткатного оружия насадка с наружной поверхностью, образованной вращением отрезка плавной кривой вокруг продольной оси ствола, позволяет получить дополнительный технический эффект в виде снижения избыточного давления, действующего на голову и спину стрелка при выстреле. Данный эффект достигается посредством эжектирующего действия струи продуктов сгорания метательного заряда, образующейся при работе реактивного двигателя, что позволяет сформировать потоки воздуха, движущегося вдоль поверхности насадка из области пространства, удаленной от поверхности ствола в радиальном направлении. Благодаря этому в области, прилегающей к поверхности ствола, где располагаются голова и спина стрелка, сохраняются давление, а следовательно, и плотность воздушной среды, близкие к атмосферному.

При прохождении этой области воздушными ударными волнами, сопровождающими истечение струи продуктов сгорания метательного заряда при работе реактивного двигателя, имеет место повышенная по сравнению с аналогами изобретения диссипация энергии этих волн.

Кроме того, при воздействии на поверхность насадка потоков эжектируемого воздуха появляется сила, действующая на ствол по его оси в направлении вылета снаряда. Импульс этой силы частично компенсирует импульс от воздействия потока продуктов сгорания метательного заряда на насадок в дульной части ствола. В итоге снизится уровень отдачи оружия при выстреле.

Эффект снижения воздействия воздушных ударных волн, движущихся от казенного среза ствола в направлении тела стрелка при выстреле, может быть усилен за счет покрытия поверхности насадка слоем энергодиссипирующего материала толщиной 2-5 мм, выполненного из материалов на полиамидной или эпоксидной основе. Это особенно важно для образцов безоткатного оружия с повышенной мощностью реактивного двигателя. Проведенные авторами изобретения исследования показали способность таких покрытий поглощать до 90% энергии падающих на них воздушных ударных волн.

Изобретение поясняется чертежами и примером конкретного исполнения.

Фиг. 1 - схематическое изображение безоткатного оружия (предмет изобретения, например гранатомет, носимый противотанковый ракетный комплекс, носимый зенитный ракетный комплекс, безоткатное орудие);

Фиг. 2 - схема функционирования безоткатного оружия (а - исходное положение, б - при движении снаряда в стволе; в - при выходе снаряда за дульный срез ствола;

Фиг. 3 - пример конкретной конструкции насадков, установленных с помощью резьбы на стволе безоткатного оружия (а - насадок на дульную часть ствола; 6 - насадок на казенную часть ствола). Размеры насадков определяются при заданных габаритах оружия и начальной скорости снаряда расчетным путем и уточняются по результатам испытаний;

Фиг. 4 - компьютерный граф поля скоростей потока продуктов сгорания метательного заряда при различном удалении среза сопла реактивного двигателя от дульного среза ствола безоткатного оружия при отсутствии насадка: а) - 30 мм; б) - 60 мм; в) - 90 мм;

Фиг. 5 - компьютерный граф поля скоростей потока продуктов сгорания метательного заряда при различном удалении среза сопла реактивного двигателя от дульного среза ствола безоткатного оружия при наличии насадка без острой кромки: а) - 30 мм; б) - 60 мм; в) - 90 мм;

Фиг. 6 - компьютерный граф поля скоростей потока продуктов сгорания метательного заряда при различном удалении среза сопла реактивного двигателя от дульного среза ствола безоткатного оружия при наличии насадка с острой кромкой: а) - 30 мм; б) - 60 мм; в) - 90 мм.

Безоткатное оружие (Фиг. 1) включает в себя:

- ствол 1 в виде открытой с торцов трубы, снаряд 2 с реактивным двигателем 3, содержащим метательный заряд 4, полностью сгорающий при движении снаряда в стволе;

- насадок кольцевой формы 5, установленный на дульной части ствола, наружная поверхность 6 этого насадка образована вращением отрезка плавной кривой вокруг продольной оси ствола, наружный диаметр сечения этого насадка плоскостью, перпендикулярной продольной оси ствола, монотонно убывает в направлении дульного среза ствола. Внутренняя поверхность 7 насадка 5 представляет собой поверхность усеченного конуса с диаметром меньшего основания, равным калибру ствола; наружная и внутренняя поверхности насадка пересекаются, образуя острую кромку 8 с радиусом скругления не более 1 мм, выступающую за дульный срез ствола;

- насадок кольцевой формы 9, установленный на казенной части ствола 1. Наружная поверхность 10 насадка 9 образована вращением отрезка плавной кривой вокруг продольной оси ствола, при этом наружный диаметр сечения этого насадка плоскостью, перпендикулярной продольной оси ствола, монотонно убывает в направлении казенного среза ствола.

В конкретном примере реализации наружная поверхность 10 насадка 9 может быть покрыта слоем энергодиссипирующего материала, то есть материала, способного поглощать энергию воздушных ударных волн при взаимодействии с ними (на данном рисунке не показан).

На Фиг. 3 показано, что в реальном исполнении насадки 5 и 9 могут быть закреплены на дульной и казенной частях ствола 1 с помощью резьбы (фрагменты «а» и «б» соответственно). Слой энергодиссипирующего вещества толщиной 2…5 мм (на рисунке не показан) может быть скреплен с наружной поверхностью 10 насадка на казенной части ствола с помощью высокопрочного клеевого соединения или нанесен способом наплавления.

В качестве конструкционных материалов для изготовления насадков могут быть использованы:

сталь - для безоткатного оружия со стволом многоразового применения;

пористая резина для безоткатного оружия со стволом одноразового применения (транспортно-пусковым контейнером). В этом случае насадки могут быть конструктивно объединены с крышками, закрывающими торцы ствола при транспортировке оружия.

В качестве энергодиссипирующих материалов на насадке в казенной части ствола могут быть использованы апробированные авторами изобретения составы, способные поглощать до 95% энергии падающих воздушных ударных волн:

- полиуретаномочевина с добавкой шунгита и фенолформальдегидной смолы;

- полиуретаномочевина с гранулами пеноалюминия.

Работа безоткатного оружия (Фиг. 2) осуществляется следующим образом.

При инициировании метательного заряда 4 (фрагмент «а») начинается истечение продуктов его сгорания через сопло реактивного двигателя 3 в атмосферу и ускорение снаряда 2 в стволе 1. В результате эжектирующего действия струи продуктов сгорания метательного заряда 4 вдоль наружной поверхности 10 насадка 9 на казенном срезе ствола 1 формируются вихревые потоки воздуха, поступающего из области пространства, удаленной от поверхности ствола 1 в радиальном направлении. Благодаря этому в области пространства, прилегающей к поверхности ствола в его средней части, сохраняется давление, близкое к атмосферному. Это способствует диссипации энергии воздушных ударных волн, движущихся от казенного среза ствола и направлении его дульного среза, что приводит к снижению избыточного давления, действующего на голову и спину стреляющего бойца.

При наличии на поверхности 10 насадка слоя энергодиссипирующего материала при обтекании этой поверхности воздушными ударными волнами происходит дополнительная диссипации их энергии.

При прохождении снарядом 2 внутренней полости насадка 5 (фрагмент «б») происходит расширение потока продуктов сгорания метательного заряда 4, истекающих через сопло реактивного двигателя 3.

Благодаря этому уменьшаются давление и скорость истечения продуктов сгорания метательного заряда в периферийной части струи в момент выхода среза сопла реактивного двигателя 3 за срез насадка 5 на дульной части ствола 1.

После выхода среза сопла реактивного двигателя 3 за срез насадка 5 (фрагмент «в») поток разделяется его острой кромкой 8 на две части.

Одна часть потока продолжает втекать внутрь насадка 5, а другая, двигаясь вдоль его наружной поверхности 6, отклоняется в радиальном направлении относительно поверхности ствола, минуя голову стреляющего бойца, располагаемую при стрельбе вблизи ствола, примерно в его средней части.

Для подтверждения сделанных предположений о работоспособности насадка в дульной части ствола и обоснования величины радиуса скругления острой кромки на пересечении его наружной и внутренней поверхностей авторами изобретения были проведены расчеты параметров потока продуктов сгорания метательного заряда при выходе реактивного двигателя за дульный срез ствола. Расчеты проводились с использованием программы расчета для ЭВМ, реализующей процесс интегрирования системы дифференциальных уравнений Новье-Стокса в двумерной постановке (см. Р.Е. Соркин. Газотермодинамика ракетных двигателей на твердом топливе. Издательство «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, Москва, 1967, с. 57). Результаты расчетов полей скоростей потоков продуктов сгорания метательного заряда для безоткатного оружия калибром 72,5 мм приведены в визуализированном виде на компьютерных графах на фигурах 4, 5, 6. Из анализа представленных результатов очевидно, что часть потока, обтекающего насадок снаружи, в случае использования насадка с острой кромкой прилегает к его наружной поверхности и отклоняется от поверхности ствола в радиальном направлении на угол, обеспечивающий отсутствие воздействия на голову стрелка. Статистика проведенных расчетов также показала, что радиус скругления острой кромки не должен превышать 1 мм.

Промышленная применимость состоит в возможности использования настоящего изобретения при разработке образцов ручного и носимого безоткатного оружия, основанного на реактивном старте снаряда. К такому оружию относятся противотанковые гранатометы, реактивные пехотные огнеметы одноразового и многоразового применения, носимые противотанковые и зенитные ракетные комплексы, безоткатные орудия.

Изобретение относится к области военной техники, а именно к безоткатному оружию. Безоткатное оружие имеет ствол в виде открытой с торцов трубы и снаряд с реактивным двигателем. На наружной поверхности ствола установлены конструктивные элементы - насадки, повышающие безопасность стреляющего бойца при выстреле. На дульной части ствола установлен насадок кольцевой формы, наружная поверхность которого образована вращением отрезка плавной кривой вокруг продольной оси ствола. Наружная и внутренняя поверхности насадка пересекаются, образуя кольцевую острую кромку, выступающую за дульный срез ствола, допустимый радиус скругления которой не превышает 1 мм. На поверхности казенной части ствола установлен насадок кольцевой формы, наружная поверхность которого образована вращением отрезка плавной кривой вокруг продольной оси ствола. Технический результат заключается в уменьшении габаритов оружия при одновременном повышении безопасности бойца от воздействия несгоревших остатков метательного заряда и струи продуктов его сгорания в конце работы реактивного двигателя. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Безоткатное оружие, включающее ствол в виде открытой с торцов трубы, снаряд, имеющий реактивный двигатель, в котором размещен метательный заряд, сгорающий при движении снаряда в стволе, и конструктивные элементы, повышающие безопасность при выстреле, отличающееся тем, что конструктивные элементы выполнены в виде двух насадков кольцевой формы, установленных на дульной и казенной частях ствола, причем наружная поверхность каждого насадка образована вращением отрезка плавной кривой вокруг продольной оси ствола так, что наружный диаметр сечения насадка на дульной части ствола плоскостью, перпендикулярной продольной оси ствола, монотонно убывает в направлении дульного среза ствола, а наружный диаметр сечения насадка на казенной части ствола плоскостью, перпендикулярной продольной оси ствола, монотонно убывает в направлении казенного среза ствола, при этом внутренняя поверхность насадка на дульной части ствола представляет собой поверхность усеченного конуса с диаметром меньшего основания, равным калибру ствола, и пересекается с наружной поверхностью с образованием острой кромки, выступающей за дульный срез ствола, с допустимым радиусом скругления не более 1 мм.

2. Безоткатное оружие по п. 1, отличающееся тем, что наружная поверхность насадка, установленного на казенной части ствола, покрыта слоем энергодиссипирующего материала толщиной 2-5 мм, изготовленного на основе полиуретановых или эпоксидных композитов.