КАВИТИРУЮЩИЙ СЕРДЕЧНИК БОЕПРИПАСА ОГНЕСТРЕЛЬНОГО ОРУЖИЯ Российский патент 2020 года по МПК F42B10/42 

Изобретение относится боеприпасам огнестрельного оружия, включающих метательный заряд и кавитирующий сердечник, и предназначенных для поражения преимущественно подводных целей при подводной и воздушной стрельбе в воду. Воздушная стрельба по подводным целям возможна из любого стандартного оружия. Целесообразность подводной стрельбы определяется для каждой системы оружия отдельно. При необходимости, подводные боеприпасы с кавитирущим сердечником могут быть использованы для стрельбы по целям, находящимся на воздухе.

Массовое увлечение подводным спортом и подводной охотой предполагает создание кавитирующих сердечников для спортивной стрельбы по подводным мишеням и подводной охоты с использованием нарезного и гладкоствольного огнестрельного оружия, в том числе безоткатного подводного огнестрельного оружия.

Для успешного поражения целей в водной и воздушной среде кавитирующие сердечники должны сохранять устойчивость при полете в воздухе и движении в воде, а также обладать возможностью перехода раздела сред (воздух - вода и вода - воздух).

Из литературы известно, что высокоскоростное движение кавитирующего сердечника в воде сопровождается образованием естественной каверны, расширяющейся за кавитирующей кромкой его секущей носовой поверхности. Контур каверны (W) близок к эллипсоиду вращения, начальный участок которого соответствует асимптотическому закону расширения струй и постоянен на большей части подводной траектории, (см. Гуревич М.И. Теория струй идеальной жидкости - М. Изд. Физико-математической литературы, 1961., стр. 160-168, 410-460 и Якимов Ю.Л. Об интеграле энергии при движении с малыми числами кавитации и предельных формах каверны. - Изв. АН СССР, Механика жидкости и газа, №3, 1983., стр. 67-70).

Наибольший диаметр каверны (D_К) зависит от числа кавитации (σ), диаметра кавитирующей кромки (d) и коэффициента кавитационного сопротивления носовой поверхности (с_х):

D_К=d×(c_x/σ)^0,5

Число кавитации (σ) зависит от скорости сердечника (V), гидравлического давления (Р), давления водяного пара в каверне (Р₀ ~ 0,02 кг/см²) и плотности воды (ρ):

σ=2×(P-P₀)/ρ×V²

Длина каверны (L_К) зависит от ее наибольшего диаметра (D_К):

L_К=D_К×σ^-0,5×(In σ^-1+In In σ^-1)^0,5

^{При кавитационном движении в каверне сердечник затрачивает энергию на преодоление силы кавитационного сопротивления (F), которая зависит от коэффициента кавитационного сопротивления носовой поверхности (с_х), диаметра кавитирующей кромки (d), плотности воды (ρ) и текущей скорости сердечника (V):}

F=c_x×π×d²×ρ×V²/8

Устойчивое кавитационное движение сердечника в каверне обеспечивает его глиссирующая поверхность путем одностороннего периодического замывания и глиссирования вдоль контура каверны (W). Поэтому наибольший диаметр окружности, описывающий поперечное сечение глиссирующей поверхности определяет калибр (D) кавитирующего сердечника. В момент глиссирования сердечника в каверне образуются минимальные зазоры (δ) между контуром каверны (W) и поверхностью сердечника со стороны поверхности глиссирования, которые не должны позволить поверхностям сердечника расположенным перед его центром масс, называемыми фронтальными поверхностями, коснуться контура каверны (W) и замыться. Однако дополнительное уменьшение минимальных зазоров (δ) может быть вызвано увеличением амплитуды угловых колебаний сердечника в каверне при инерционном замывании глиссирующей поверхности за контур каверны (W). При этом частицы воды (водяной пар) срывающиеся с кавитирующей кромки сердечника и истекающие в зазоры между поверхностью сердечника и контуром каверны (W) могут образовать водяную пробку и замывать поверхность сердечника при уменьшении минимальных зазоров (δ) до критического значения. При замывании любого участка фронтальной поверхности сердечник теряет кавитационную устойчивость, переворачивается и тормозится вязким сопротивлением воды.

Пока сердечник движется в каверне его текущая скорость (V) на подводной дистанции (S) не зависит от глубины, а зависит от начальной скорости (V₀), его массы (m) и силы кавитационного сопротивления (F):

V=V₀×e^-S×F/m

С уменьшением скорости сердечника (V) возрастает число кавитации (σ) и уменьшаются размеры каверны (L_К и D_К), причем с увеличением глубины уменьшение размеров каверны происходит раньше, при большей скорости (V) и на меньшей дистанции (S). При круговом смыкании каверны на глиссирующей поверхности сердечника, он тормозится вязким сопротивлением воды и быстро останавливается.

Согласно законам гидродинамики, повышение скорости и энергии сердечника на подводной траектории, определяющих эффективность поражения подводных целей, может быть достигнуто увеличением массы кавитирующего сердечника за счет максимального приближения его наружной поверхности к контуру начального участка образующейся каверны (W).

Известен кавитирующий сердечник подводного боеприпаса, предназначенный для стрельбы из огнестрельного оружия с использованием отделяемого поддона (см. описание патента РФ №2268455, МКИ⁷ F42B 10/38, опубл. 20.01.2006). Кавитирующий сердечник - аналог содержит головную часть, сопряженную с секущей носовой поверхностью по кавитирующей кромке, центральную и кормовую часть с глиссирующей поверхностью, а наибольший диаметр окружности, описывающий поперечное сечение кормовой части определяет калибр кавитирующего сердечника (D). В плоскости осевого продольного сечения сердечника угол раствора касательных к секущей носовой поверхности в точках ее сопряжения с головной частью равен 60°-180°, а огибающий контур поперечных сечений сердечника (R) ограничен контуром трех сопряженных усеченных конусов, вписанных в контур каверны (W). При этом диаметр верхнего основания первого усеченного конуса равен диаметру кавитирующей кромки (d) и составляет 0,08-0,28D, высота первого усеченного конуса равна 0,4D, диаметр сопряжения первого и второго усеченных конусов не превышает 0.4D. Высота второго усеченного конуса равна калибру (D), а диаметр сопряжения второго и третьего усеченных конусов не превышает 0,6D. Стабилизация кавитирующего сердечника в воздухе может обеспечиваться вращением или кормовым оперением.

Использование кавитирующих сердечников - аналогов в боеприпасах калибров 5.45 мм - 30 мм показало их устойчивое кавитационное движение в воде при повышенных начальных возмущениях сердечника при стрельбе из воздуха в воду под углами 5-7 градусов к поверхности воды.

Однако огибающий контур поперечных сечений сердечника (R) ограниченный контуром трех сопряженных усеченных конусов не может быть точно приближен к контуру каверны (W), поэтому эти сердечники имеют заниженную массу и заниженную эффективность поражения подводных целей.

Наиболее близким аналогом (прототипом) к заявленному изобретению является кавитирующий сердечник, предназначенный для стрельбы из огнестрельного или метательного оружия, который стабилизируется в воздухе вращением или кормовым оперением (см. описание патента РФ №2316718 С1, МПК⁸ F42B 10/42, опубл. 10.02.2008; патент США №US 8,082,851 В2, МПК⁸ F42B 12/74 опубл. 27.12.2011; патент Европы №ЕР 2053342 В1, МПК⁸ F42B 10/42, опубл. 18.06.2014 и патент Норвегии №NO 339365, МПК⁸ F42B 10/42, опубл. 05.12.2016). Кавитирующий сердечник-прототип содержит головную часть, сопряженную с секущей носовой поверхностью по кавитирующей кромке, центральную и кормовую часть с глиссирующей поверхностью, а наибольший диаметр окружности, описывающий поперечное сечение сердечника, определяет калибр сердечника (D). В плоскости осевого продольного сечения сердечника огибающий контур (R) поперечных сечений от кавитирующей кромки до калибра сердечника (D) ограничен формулой:

D_x=d×[1+(L_x/d)×(2 sin ϕ/π)^1/N]^N, где:

D_x - текущий диаметр огибающего контура (R) поперечных сечений сердечника на текущей длине (L_x), мм;

d - диаметр кавитирующей кромки, мм;

L_x - текущая длина сердечника, мм;

ϕ=60°…270° - угол раствора касательных к секущей носовой поверхности в точках ее сопряжения с кавитирующей кромкой, измеренный со стороны головной части;

N=(2π/ϕ)^0,4…(2π/ϕ)^0,2 - коэффициент объема сердечника,

при этом калибр сердечника (D) равен текущему диаметру (D_x) огибающего контура (R) при L_x=L, где L - длина от кавитирующей кромки до калибра сердечника (D).

Коэффициент кавитационного сопротивления носовой поверхности (с_х) выражен в этой формуле через угол (ϕ) зависимостью с_х=sin ϕ/π и отличается на 2-7% от теоретических коэффициентов (с_х), приведенных в книге Гуревич М.И. Теория струй идеальной жидкости - М. Изд. Физико-математической литературы, 1961., стр. 443.

Использование кавитирующих сердечников - прототипов в боеприпасах калибров 4.5 мм - 18.5 мм показало их устойчивое кавитационное движение в воде при повышенных возмущениях сердечника, например, после пробития двух подводных алюминиевых мишеней толщиной 2 мм.

Однако использование кавитирующих сердечников - прототипов, а также кавитирующих сердечников - аналогов при охоте на воздухе и в воде показало, что они образуют сквозную прямолинейную пробоину в мягких тканях объекта охоты и имеют низкое останавливающее действие при ранении объекта охоты в его не жизненно важные органы. При этом вокруг сквозного прямолинейного раневого канала мягкая ткань превращается в слизистую массу от гидравлического воздействия образованной каверны и не пригодна для приготовления пищи. Причем поврежденные и не пригодные для приготовления пищи мягкие ткани могут составлять 10-30% от общей массы объекта охоты при использовании безоткатного подводного огнестрельного оружия и кавитирующего сердечника с диаметром кавитирующей кромки d>2.5 мм.

Анализ формулы огибающего контура (R) сердечника - прототипа показывает, что при углах ϕ=60°…180° и d<2,5 мм обеспечиваются минимальные расчетные зазоры δ=0,5-0,7 мм между огибающим контуром (R) сердечника и контуром каверны (W) на длине L_x=0,3-0,9D. При d>2,5 мм увеличиваются минимальные расчетные зазоры (δ), которые на длине L_x=0,3-0,9D равны δ=0,7-0,9 мм при d=3,2 мм и продолжают увеличиваться при дальнейшем увеличении диаметра кавитирующей кромки (d). Экспериментально определено, что такие минимальные расчетные зазоры (δ) обеспечивают устойчивое кавитационное движение сердечника не только в воде, но и в других неоднородных (гетерогенных) водосодержащих средах и объектах.

Повышенная кавитационная устойчивость сердечника необходима в воде, но не желательна в другой неоднородной (гетерогенной) водосодержащей среде, потому что снижается эффективность его применения из-за низкого останавливающего действия и высокой степени повреждения мягких тканей объектов охоты, что недопустимо при охоте на крупных рыб: тунца, меч-рыбы, голубого марлина и т.д.

Задачей данного изобретения является повышение эффективности кавитирующего сердечника путем приближения его контура (R) к образующемуся в воде контуру каверны (W), увеличения его массы и повышения поражающей способности за счет его потери кавитационной устойчивости и переворота в неоднородной (гетерогенной) и сжимаемой водосодержащей среде с увеличением площади контакта с объектом поражения.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в кавитирующем сердечнике боеприпаса огнестрельного оружия, содержащим головную часть, сопряженную с секущей носовой поверхностью по кавитирующей кромке, центральную и кормовую часть с глиссирующей поверхностью, предназначенной для стабилизации сердечника в каверне за счет одностороннего периодического замывания и глиссирования вдоль контура каверны, причем наибольший диаметр окружности, описывающий поперечное сечение глиссирующей поверхности, определяет калибр сердечника (D), согласно изобретению, в плоскости осевого продольного сечения сердечника огибающий контур (R) поперечных сечений от кавитирующей кромки до калибра сердечника (D) ограничен формулой:

D_x=d×[1+(L_x/d)×2π×sin ϕ/π]^N, где:

D_x - текущий диаметр огибающего контура (R) поперечных сечений сердечника на текущей длине (L_x), мм;

d - диаметр кавитирующей кромки, мм;

L_x - текущая длина сердечника, мм;

ϕ=60°…180° - угол раствора касательных к секущей носовой поверхности в точках ее сопряжения с кавитирующей кромкой, измеренный со стороны головной части;

N=0,25…0,40 - коэффициент объема сердечника,

при этом калибр сердечника (D) равен текущему диаметру (D_x) огибающего контура (R) при L_x=L, где L - длина от кавитирующей кромки до калибра сердечника (D), а центр масс сердечника расположен на длине X≥0,3 D перед передней кромкой глиссирующей поверхности, находящейся на длине (L).

Указанная совокупность признаков изобретения, отраженная в независимом пункте формулы, превышает огибающий контур (R) прототипа и приближает огибающий контур (R) заявленного кавитирующего сердечника к образующемуся в воде контуру каверны (W) с уменьшением зазоров (δ) между ними.

Эти отличия от прототипа, при прочих равных условиях, увеличивают объем и массу головной части кавитирующего сердечника, смещают его центр масс к головной части, обеспечивают его устойчивое кавитационное движение в воде с уменьшенными зазорами (δ) и обеспечивают потерю его кавитационной устойчивости в гетерогенной водосодержащей среде (в объекте охоты) следующим способом:

- в гетерогенной и сжимаемой водосодержащей среде увеличивается глубина замывания глиссирующей поверхности за образующийся в данной среде контур каверны, повышается амплитуда угловых колебаний сердечника и уменьшаются минимально допустимые зазоры (δ) между наружной поверхностью сердечника и образующимся в данной среде контуром каверны;

- частицы воды (водяной пар), а также другие частицы этой окружающей среды, срывающиеся с кавитирующей кромки, застревают в уменьшенных минимально допустимых зазорах (δ) и замывают поверхность кавитирующего сердечника;

- замывание фронтальной поверхности кавитирующего сердечника приводит к потере его кавитационной устойчивости, перевороту, увеличению площади контакта с объектом охоты и резкому торможению с передачей всей энергии объекту охоты, что существенно увеличивает его поражающую способность по сравнению с прототипом и исключает образование сквозного ранения с повреждением мягких тканей объектов охоты.

Для выполнения условий настоящего изобретения геометрия кавитирующего сердечника должна быть согласована с образующимся в воде контуром каверны (W) так, чтобы при его глиссировании в каверне обеспечивались минимально допустимые зазоры (δ) между его фронтальной поверхностью и контуром каверны (W) и уменьшающиеся к калибру сердечника (D).

Для выполнения этих требований текущие диаметры (D_x) поперечных сечений сердечника от кавитирующей кромки до его калибра (D) не должны превышать огибающий контур (R), а калибр сердечника (D) должен быть равен текущему диаметру (D_x) огибающего контура (R) при L_x=L, где L - длина от кавитирующей кромки до калибра сердечника (D). Превышение огибающего контура (R) приводит к уменьшению минимально допустимых зазоров (δ), замыванию выступающего за контур (R) участка фронтальной поверхности сердечника и потере его кавитационной устойчивости в воде. Существенное занижение огибающего контура (R) приводит к снижению массы кавитирующего сердечника, но может быть компенсировано за счет увеличения его длины. В оптимальном варианте наружные поверхности кавитирующего сердечника должны совпадать с контуром (R), а конструктивные элементы кавитирующего сердечника, например, резьбы, кольцевые проточки или продольные пазы могут быть занижены относительно контура (R). Центр масс кавитирующего сердечника должен быть расположен на длине X≥0,3D перед передней кромкой глиссирующей поверхности, находящейся на длине (L), а уменьшение размера (X) приводит к изменению траектории движения в воде и в других водосодержащих средах.

Образующейся в воде контур каверны (W) и огибающий контур (R) кавитирующего сердечника зависят от диаметра кавитирующей кромки (d) и коэффициента кавитационного сопротивления (с_х), который зависит от геометрии носовой поверхности (с_х=sin ϕ/π). Для выбранных размеров (d) и (ϕ) кавитирующий сердечник может иметь коэффициент объема N=0,25…0,40. При завышении коэффициента объема N>0,40 огибающий контур (R) кавитирующего сердечника приближается к образующемуся в воде контуру каверны (W) за пределы допустимых зазоров (δ), что приводит к потере кавитационной устойчивости сердечника в воде. При занижении коэффициента объема N<0,25 снижается масса и эффективность кавитирующего сердечника из-за увеличения зазоров (δ) между поверхностями сердечника и образующимся в воде контуром каверны (W), что исключает потерю его кавитационной устойчивости в неоднородной (гетерогенной) водосодержащей среде.

Угол раствора касательных (ϕ) к секущей носовой поверхности в точках ее сопряжения с кавитирующей кромкой выбирается с учетом габаритов, массы, начальной скорости и материала сердечника. Например, при высокой начальной скорости и повышенной массы сердечника, а также при изготовлении носовой поверхности из легкодеформируемого материала (сплава цветного металла или низкоуглеродистой стали) целесообразно использовать ϕ<150°, что позволяет избежать деформации носовой поверхности набегающим потоком воды. При малом диаметре кавитирующей кромки (d<1,2 мм при ϕ=180°), когда при малых числах Рейнольдса возможно нестабильное образование каверны в воде, целесообразно использовать ϕ<120°, что позволяет увеличить d>1,2 мм при сохранении контура образующейся каверны (W).

Носовая поверхность кавитирующего сердечника может быть выполнена в виде плоского торца, конуса, конуса со скругленной вершиной, усеченного конуса или усеченного конуса со скругленной кромкой меньшего основания. При этом диаметр меньшего основания усеченного конуса с учетом скругленной кромки или диаметр основания шарового сегмента в конусе со скругленной вершиной не должен превышать 0.5d для возможности правильного формирования каверны. Носовая поверхность в виде плоского торца наиболее проста в изготовлении. Притупленная или скругленная носовая поверхность уменьшает аэродинамическое и кавитационное сопротивление из-за снижения длины и площади поверхностного трения носовой поверхности при углах ϕ<140°.

В головной части кавитирующего сердечника может быть выполнена узкая кольцевая проточка, наименьший диаметр которой равен 1,3-1,8 диаметра кавитирующей кромки (d). Узкая кольцевая проточка обеспечивает возможность входа сердечника в воду при стрельбе под малым углом к поверхности воды путем создания временной кавитационной полости своей кромкой, образованной сопряжением задней стенки кольцевой проточки и наружной поверхностью головной части сердечника. При этом головная часть, выполненная из легкодеформируемого материала (сплава цветного металла или низкоуглеродистой стали), изгибается по наименьшему диаметру кольцевой проточки при соударении сердечника с твердой преградой, например, с костной тканью объекта охоты. Это ускоряет потерю устойчивости искривленного кавитирующего сердечника в мягких тканях объектах охоты. При выполнении головной части из высокопрочного материала (упрочненной стали или вольфрамового сплава), носок головной части откалывается по наименьшему диаметру кольцевой проточки при соударении сердечника с твердой преградой, расположенной под углом к линии стрельбы. После этого с преградой взаимодействует задняя стенка кольцевой проточки, диаметр которой больше, чем диаметр кавитирующей кромки, что исключает рикошет сердечника. При выполнении наименьшего диаметра кольцевой проточки менее 1,3d возможно искривление головной части кавитирующего сердечника при его входе в воду, а при выполнении наименьшего диаметра кольцевой проточки более 1,8d головная часть сердечника может не деформироваться при соударении с твердой преградой.

Кормовая часть, выполненная в виде многолопастного оперения, может устанавливаться с возможностью вращения вокруг продольной оси кавитирующего сердечника и может быть снабжена цилиндрическим донным участком. Возможность вращения многолопастного оперения вокруг продольной оси предотвращает его совместное вращение с головной и центральной частями при выстреле из нарезного ствола, что снижает рассеивание в воздухе и в воде. Снабжение многолопастного оперения цилиндрическим донным участком повышает аэродинамическую устойчивость и обеспечивает возможность крепления кавитирующего сердечника в гильзе в некоторых конструкциях боеприпасах.

Головная и центральная части кавитирующего сердечника могут быть снабжены защитным колпаком, разрушающимся при выстреле. Это обеспечивает защиту носовой поверхности с кавитирующей кромкой от механических деформаций при транспортировке, сборки боеприпасов и при использовании боеприпаса в оружии, более надежную герметизацию боеприпаса при его хранении и использовании.

Кавитирующие сердечники длиной до пяти калибров (D) с отделяющимся поддоном или без поддона можно стабилизировать в воздухе вращением, а длиной более четырех калибров (D) можно стабилизировать в воздухе аэродинамическим сопротивлением кормовой части, выполненной в виде многолопастного оперения. Кроме того, кавитирующие сердечники с отделяющимся поддоном можно стабилизировать в воздухе аэродинамическим сопротивлением поддона, который обеспечен возможностью отделения от кавитирующего сердечника только в воде. Это позволяет использовать для стрельбы из воздуха в воду из гладкоствольного или нарезного оружия кавитирующий сердечник без многолопастного оперения, который имеет увеличенную массу и лучшие гидродинамические параметры.

Указанная совокупность признаков изобретения позволяет повысить эффективность кавитирующего сердечника путем приближения его огибающего контура (R) к контуру образующейся в воде каверны (W), увеличения его массы и повышения поражающей способности за счет его потери кавитационной устойчивости и переворота в гетерогенной сжимаемой водосодержащей среде с увеличением площади контакта с объектом поражения.

Следует заметить, что для специалиста в области боеприпасов было бы очевидно повысить поражающую способность кавитирующего сердечника путем выполнения в нем различных пазов, как сделано в конструкциях известных экспансивных пуль, которые увеличивают свой диаметр при проникании в мягкие ткани объекта охоты. При этом для специалиста в области боеприпасов было бы также очевидно не превышать огибающий контур (R) поперечных сечений кавитирующего сердечника аналога или прототипа, который гарантирует его устойчивое кавитационное движение в воде. Однако экспансивное действие известных экспансивных пуль, предназначенных для стрельбы в воздухе, обеспечивается при их переходе из воздуха в более плотную окружающую среду.

Изобретение поясняется более подробно на конкретных примерах его осуществления, ни в коей мере не ограничивающих объем притязаний, а предназначенных лишь для лучшего понимания его сущности специалистом.

При описании примеров конкретной реализации изобретения даны ссылки на прилагаемые чертежи и фотографии, на которых изображено:

- на Фиг. 1 - первый пример выполнения изобретения в кавитирующем сердечнике боеприпаса калибра .223 (5,56×45 мм) при его движении в каверне;

- на Фиг. 2 - второй пример выполнения кавитирующего сердечника по изобретению, установленного в боеприпасе калибра .223 (5,56×45 мм);

- на Фиг. 3 - фотография желатинового блока с пробоиной от кавитирующего сердечника заявленного изобретения представленного на Фиг. 1;

- на Фиг. 4 - фотография желатинового блока со сквозной пробоиной от кавитирующего сердечника - прототипа боеприпаса калибра .223 (5,56×45 мм);

- на Фиг. 5 - третий пример выполнения изобретения в кавитирующем сердечнике охотничьего боеприпаса 12-го калибра для безоткатного подводного огнестрельного оружия при его движении в каверне;

- на Фиг. 6 - четвертый пример выполнения кавитирующего сердечника по изобретению, установленного в охотничьем боеприпасе 12-го калибра для безоткатного подводного огнестрельного оружия.

На Фиг. 1 изображена конструкция кавитирующего сердечника (d) боеприпаса калибра .223 (5,56×45 мм), глиссирующего вдоль контура каверны (W) после выстрела из нарезного ствола.

Кавитирующий сердечник (G₁) содержит головную часть 1, сопряженную по кавитирующей кромке 2 диаметром (d) с секущей носовой поверхностью 3, выполненную в виде конуса со скругленной вершиной и углом раствора касательных ϕ=90°, центральную часть 4 и кормовую часть 5 с глиссирующей поверхностью 6.

В плоскости осевого продольного сечения кавитирующего сердечника (G₁) огибающий контур (R) его поперечных сечений от кавитирующей кромки 2 до передней кромки глиссирующей поверхности 6, находящейся на длине (L), диаметр которой равен калибру сердечника (D) ограничен формулой:

D_x=d×[1+(L_x/d)×2π×sin ϕ/π]^N, где:

d=2,1 мм; ϕ=90°; N=0,3157 и D=D_x=5,68 мм при L_X=L=15,6 мм

Округление вершины носовой поверхности 3 выполнено в виде шарового сегмента с диаметром основания равным 0,4d для правильного формирования каверны. Кавитирующая кромка 2 имеет цилиндрический участок 7, а передние кромки цилиндрических участков 8 и 9 совпадают с текущими диаметрами (D_x1) и (D_x2) огибающего контура (R) кавитирующего сердечника на текущих длинах L_x1=3,0 мм и L_x2=12,5 мм. Эти цилиндрические участки 7, 8 и 9 позволяют точно контролировать изготовления их размеров, которые определяют работоспособность сердечника. Другие наружные поверхности головной части 1 и центральной части 4 ограничены (незначительно меньше) огибающим контуром (R), что упрощает их изготовление и контроль. При этом цилиндрические участки 8 и 9, а также кольцевая коническая канавка 10 предназначены для крепления защитного колпака, показанного на Фиг. 2.

Кавитирующий сердечник (G₁) содержит наконечник 12, запрессованный своей цилиндрической частью 13 в оболочку 14. Масса кавитирующего сердечника (G₁) равна 5,4 г при изготовлении наконечника 12 и его цилиндрической части 13 из вольфрамового сплава плотностью ρ=17,0 г/см³ и при изготовлении оболочки 14 из латуни плотностью ρ=8,4 г/см³. Донное отверстие 15 в оболочке 14 смещает центр масс сердечника к головной части 1 на длину X=0,38D от передней кромки глиссирующей поверхности 6 находящейся на длине (L), что обеспечивает прямолинейное кавитационное движение в воде и возможность стабилизации в воздухе вращением. Причем длина и диаметр цилиндрической части 13 наконечника 12, а также размеры донного отверстия 15 обеспечивают возможность варьирования расположением центра масс.

Кавитирующий сердечник (G₁) имеет длину 4,6D и стабилизируется в воздухе вращением при стрельбе из стандартного 5,56 мм ствола с шагом нарезов 7 дюймов (178 мм). При выстреле на наружных поверхностях диаметрами (D) и (D₁) образуются следы 11 от нарезов канала ствола. Поэтому в каверне сердечник глиссирует поверхностью 6 со следами нарезов 11, а диаметр (D₁) не имеет глиссирующей поверхности и не касается контура образующейся в воде каверны (W). При этом диаметр (D₁) может быть меньше калибра сердечника (D), например, D₁=0.995D для лучшей фиксации кавитирующего сердечника в дульце гильзы боеприпаса, показанного на Фиг. 2. Кроме того, диаметр (D₁) может быть равен калибру сердечника (D), например, D₁=D для упрощения технологии изготовления сердечника. Более того, наружный диаметр (D₁) может превышать калибр сердечника (D), например, D₁=1,01D при использовании конструкции сердечника (G₁) в боеприпасе к безоткатному огнестрельному оружию, показанного на Фиг. 6.

При кавитационном движении в воде и глиссировании поверхности 6 вдоль контура каверны (W) наибольший угол наклона сердечника (G₁) в каверне равен ω=4,0° при расчетном зазоре δ_L=2,18 мм на длине L=15,6 мм. При этом обеспечиваются минимально допустимые расчетные зазоры δ₁=0,35 мм и δ₂=0,09 мм между контуром каверны (W) и передними кромками цилиндрических участков 8 и 9 на длинах L_x1=3,0 мм и L_x2=12,5 мм, соответственно.

При движении в неоднородной (гетерогенной) и сжимаемой водосодержащей среде увеличивается глубина замывания глиссирующей поверхности 6 за контур каверны и увеличивается угол поворота кавитирующего сердечника (ω). Это приводит к исчезновению зазора (δ₂) и замыванию поверхности цилиндрического участка 9 в зоне центра масс кавитирующего сердечника, что вызывает изменение его траектории движения. При этом уменьшение зазора (δ₁) и замывание поверхности 8 частицами воды и частицами окружающей среды приводит к потере кавитирующим сердечником (d) его кавитационной устойчивости, перевороту и торможению с передачей всей энергии поражаемому объекту, что существенно увеличивает его поражающую способность по сравнению с прототипом.

На Фиг. 2 изображен фрагмент боеприпаса калибра .223 (5,56×45 мм) с закрепленным кавитирующим сердечником (G₂).

Боеприпас содержит капсюлированную гильзу 20, пороховой заряд 21 и кавитирующий сердечник (G₂) с защитным колпаком 22. Размеры наружных поверхностей кавитирующего сердечника (G₂) равны размерам кавитирующего сердечника (G₁). При этом масса кавитирующего сердечника (G₂) равна 3,1 г при его изготовлении из бронзы плотностью ρ=8,8 г/см³. Донное отверстие 15 позволяет разместить в нем часть порохового заряда 21 и смещает центр масс сердечника к головной части на длину X=0,35 D от передней кромки глиссирующей поверхности 6 находящейся на длине (L), что обеспечивает прямолинейное кавитационное движение в воде и возможность стабилизации в воздухе вращением.

Защитный пластиковый колпак 22 напрессован на цилиндрические участки 8 и 9 и закреплен в конической кольцевой канавке 10. При этом диаметр D₂=1,005D для обеспечения более плотной фиксации колпака 22 в дульце гильзы 23. Защитный колпак 22 имеет массу около 0,12 г при изготовлении из пластика типа ПА-6 прочностью σ_в=65-70 МПа и плотностью ρ=1,12-1,15 г/см³ и предназначен для защиты носовой поверхности с кавитирующей кромкой от повреждений при транспортировке, при сборке боеприпаса и при использовании боеприпаса в оружии, а также для обеспечения лучшей герметизации боеприпаса при его хранении и использовании в воде. Длина боеприпаса равна длине стандартного боеприпаса .223 (5,56×45 мм) для возможности его использования в существующем стандартном оружии.

При выстреле и разгоне кавитирующего сердечника с пластиковым колпаком 22 в канале ствола, пороховой газ протекает через узкий продольный паз 24 и заполняет полости 25 и 26 между внутренней поверхностью пластикового колпака и наружной поверхностью головной части кавитирующего сердечника. Пластиковый колпак 22 разрывается на многочисленные фрагменты в дульной или средней части канала ствола от давления порохового газа скопившегося в полостях 25 и 26. При этом кавитирующий сердечник, движущийся в этот момент в нарезах канала ствола не получает никаких начальных возмущений от разделения пластикового колпака.

Аналогично пластиковый колпак 22 отделяется от кавитирующего сердечника при стрельбе под водой из мокрого оружия, которое сопровождается выталкиванием воды пороховыми газами из канала ствола. Причем для подводной стрельбы используются специально снаряженные универсальные боеприпасы с уменьшенной массой порохового заряда, который обеспечивает допустимое давление при подводном выстреле сопровождаемой выталкиванием воды из ствола. При этом экспериментально определена работоспособность стандартных винтовок "НК 416", "FN SCAR-L", "LMT" и "Galil АСЕ 23" при автоматической подводной стрельбе универсальными боеприпасами калибра .223 (5,56×45 мм) с кавитирующими сердечниками заявленного изобретения и с кавитирующими сердечниками - прототипами.

Кавитирующий сердечник (G₂) имеет меньшую массу и эффективную дальность подводной стрельбы, чем кавитирующий сердечник (G₁), но он может использоваться для спортивной и тренировочной стрельбы в "Акватире" (см. описание патента РФ №2316712 С2, МПК⁸ F41J 1/18 от 10.02.2008; патент США №US 7,942,420 В2 от 17.05.2011 и патент Европы №ЕР 1884736 В1 от 29.05.2013). При этом кавитирующиий сердечник (G₂) теряет продольную устойчивость и переворачивается при проникании в желатиновый блок, аналогично кавитирующиму сердечнику (G₁). При стрельбе из воздуха в воду с начальной скоростью V₀=950 м/с, а при стрельбе в воде с начальной скоростью V₀=710 м/с кавитирующий сердечник (G₂) имеет скорость V=220 м/с и энергию Е=75дж на подводной дистанции S=5 м и S=4 м, соответственно. Поэтому боеприпас калибра .223 (5,56×45 мм) с кавитирующим сердечником (G₂) может использоваться для охоты на рыб массой до 40 кг до подводной дистанции S=4…5 м.

При стрельбе в воздухе с начальной скоростью V₀=950 м/с кавитирующий сердечник (G₂) на дистанции 100 м и 200 м имеет скорость и энергию: V=800 м/с и Е=990 дж, V=680 м/с и Е=720 дж, соответственно. Улучшение аэродинамических характеристик может быть обеспечено уменьшением диаметра кавитирующей кромки (d) и площади (S_N) носовой поверхности 3 с увеличением угла (ϕ) для сохранения коэффициента кавитационного сопротивления (с_х) и контура каверны (W). Например, в кавитирующем сердечнике (G₁) и (G₂) площадь носовой поверхности 3 с учетом округленной вершины равна S_N=4,60 м² при ϕ=90° и d=2,1 мм, а при значениях ϕ=180° и d=1,7 мм площадь носовой поверхности уменьшится на 100% (S_N=2,27 мм²), при этом не изменится коэффициент кавитационного сопротивления (с_х) и контур каверны (W), но снизится волновое сопротивление носовой поверхности в воздухе.

Кавитирующий сердечник (G₂) может быть изготовлен из легкодеформируемого материала с параметрами прочности эквивалентными низкоуглеродистой стали или сплавам цветных металлов таких, как медь, томпак или латунь, и иметь внутреннее наполнение из высокоплотного материала с параметрами плотности эквивалентными сплавам на основе вольфрама или свинца. Масса кавитирующего сердечника (G₂) может быть увеличена до 3,6 г при выполнении донного отверстия 15 до цилиндрического участка 8 и заполнении этого объема свинцом плотностью ρ=11,3 г/см³ с сохранением незаполненной части донного отверстия 15 для обеспечения центра масс на длине X≥0,3D от передней кромки глиссирующей поверхности 6. Это позволит улучшить аэродинамические и гидродинамические параметры кавитирующего сердечника (G₂) за счет увеличения его массы. Причем в не заполненную свинцом часть донного отверстия 15 может быть установлен трассер плотностью ρ=1,6-1,7 г/см³, что может повысить результативность стрельбы в воде и в воздухе по перемещающимся целям.

Сравнение огибающего контура (R) заявленного кавитирующего сердечника с контуром кавитирующего сердечника - аналога показывает, что в сердечнике (G₁) и (G₂) контур (R) ограничен диаметром D_x=3,05 мм на длине L_x=0,4D=2.27 мм, что на 34% больше диаметра аналога, который не может превышать 2,27 мм (0,4D) на длине 0.4D.

Сравнительный расчет огибающего контура (R) кавитирующего сердечника (G₁) с использованием формулы прототипа:

D_x=d×[1+(L_x/d)×(2 sin ϕ/π)^1/N]^N показывает, что при d=2,1 мм, ϕ=90° и N=0,484 обеспечивается расчетный зазор δ_L=2,18 мм на длине L=15,6 мм и наибольший угол наклона сердечника в каверне равен ω=4,0°. При этом обеспечиваются минимально допустимые расчетные зазоры δ₁=0,56 мм и δ₂=0,15 мм между контуром каверны (W) и огибающим контуром (R) на длинах L_x1=3,0 мм и L_x2=12,5 мм. Расчет показывает, что в сердечнике - прототипе зазоры (δ₁) и (δ₂) больше на 60%, чем зазоры (δ₁) и (δ₂) в заявленном изобретении. Это обеспечивает возможность устойчивого кавитационного движения кавитирующего сердечника - прототипа в воде и в других гетерогенных водосодержащих средах.

Сравнительная стрельба боеприпасами калибра .223 (5,56×45 мм) с сердечником (G₁) заявленного изобретения массой 5,4 г и с сердечником - прототипом массой 5,2 г в водосодержащие мишени при скоростях соударения в диапазоне от 250 м/с до 750 м/с подтвердила отличия их поражающей способности.

Стрельба в баллистические желатиновые блоки размерами 200×200×500 мм, содержащие 80-90% воды, показала следующее:

- кавитирующий сердечник заявленного изобретения образует дугообразную пробоину с объемной полостью от его переворота при потере продольной устойчивости и останавливается в желатиновом блоке на длине 0,35-0,45 м, как показано на Фиг. 3;

- кавитирующий сердечник - прототип пробивает два желатиновых блока общей длиной один метр и продолжает свой полет, а в желатиновых блоках образуется сквозная пробоина диаметром 8-10 мм, как показано на Фиг. 4.

На Фиг. 3 показана фотография желатинового блока с размерами 200×200×500 мм с дугообразной пробоиной (А) и объемной полостью (В) после выстрела боеприпасом калибра .223 (5,56×45 мм) с кавитирующим сердечником (G₁) массой 5.4 г при скорости соударения с блоком 518 м/с, где указано направление движения сердечника (V).

На Фиг. 4 показана фотография желатинового блока с размерами 200×200×500 мм со сквозной пробоиной (С) после выстрела боеприпаса калибра .223 (5,56×45 мм) с кавитирующим сердечником - прототипом массой 5.2 г при скорости соударения с блоком 526 м/с, где указано направление движения сердечника (V). Причем несимметричность канала сквозной пробоины (С) указывает на неоднородный (гетерогенный) состав желатинового блока.

Стрельба в спелые арбузы, содержащие 80-90% воды, показали следующее:

- кавитирующий сердечник заявленного изобретения теряет продольную устойчивость в мякоти арбуза, переворачивается и разрывает арбуз на многочисленные фрагменты, при этом мякоть арбуза в этих фрагментов сохраняет свои вкусовые качества и пригодна для употребления в пищу;

- кавитирующий сердечник - прототип делает сквозную пробоину в арбузе и продолжает свой полет без потери устойчивости, при этом вся арбузная мякоть превращается в слизистую массу от гидравлического воздействия образованной каверны и непригодна для употребления в пищу.

Эти примеры показывают, что заявленное изобретение повышает эффективность кавитирующего сердечника за счет обеспечения возможности потери его продольной устойчивости в неоднородной (гетерогенной) водосодержащей среде.

Пример повышенной кавитационной устойчивости 7.62 мм кавитирующего сердечника - прототипа массой 8 г, который при скорости полета примерно 800 м/с не меняет траекторию при пробитии стенок 12-и пластиковых бутылей с водой, показан на сайте: https://www.guns.com/news/2012/08/28/pnw-arms-supercavitating-underwater-ammo.

Другой пример повышенной кавитационной устойчивости 7.62 мм кавитирующего сердечника - прототипа массой 15,9 г, который при скорости полета 550 м/с пробивает желатиновый блок длиной четыре метра и арбуз без их деформации показан на сайте: https://www.youtube.com/watch?v=U2zfy75-f_k или

https://www.thefirearmblog.com/blog/2019/05/24/world-record-gel-penetration-test/ или http://gunportal.com.ua/10587/2019/05/26/norvezhcy-poxvastalis-kavitiruyushhimi-pulyami/

На Фиг. 5 изображена конструкция кавитирующего сердечника (G₃) охотничьего боеприпаса 12-го калибра для безоткатного подводного огнестрельного оружия, глиссирующего вдоль контура каверны (W).

Кавитирующий сердечник (G₃) содержит головную часть 1, сопряженную по кавитирующей кромке 2 диаметром (d) с секущей носовой поверхностью 3, выполненную в виде усеченного конуса с углом раствора касательных ϕ=120°, центральную часть 4 и кормовую часть 5 с глиссирующей поверхностью 6. Кормовая часть 5 выполнена в виде втулки 31 с 6-и лопастным оперением 32 с глиссирующей поверхностью 6, установленной с возможностью свободного вращения на резьбовом штифте 33 и закрепленной диском 34, имеющего вид цилиндрического донного участка с глиссирующей поверхностью 6.

В плоскости осевого продольного сечения кавитирующего сердечника (G₃) огибающий контур (R) его поперечных сечений от кавитирующей кромки 2 до передней кромки глиссирующей поверхности 6, находящейся на длине (L), диаметр которой равен калибру сердечника (D) ограничен формулой:

D_x=d×[1+(L_x/d)×2π×sin ϕ/π]^N, где:

d=3,15 мм; ϕ=120°; N=0,3847 и D=D_x=18,5 мм при L_x=L=80 мм

Диаметр меньшего основания усеченного конуса носовой поверхности 3 равен 0.4d для правильного формирования каверны. Кавитирующая кромка 2 имеет цилиндрический участок 7, а передние кромки цилиндрических участков 8, 9 и передняя кромка 35 оперения 32, совпадают с текущими диаметрами (D_x1, D_x2 и D_x3) огибающего контура (R) кавитирующего сердечника на текущих длинах L_x1=6 мм, L_x2=16 мм и L_x3=60 мм. Эти цилиндрические участки 7, 8 и 9 позволяют точно контролировать изготовления их размеров, которые определяют работоспособность сердечника. Другие наружные поверхности головной части 1 ограничены (незначительно меньше) огибающим контуром (R), что упрощает их изготовление и контроль. Наружная поверхность 36 лопастей оперения 32 от передней кромки 35 до калибра сердечника (D) выполнена в виде усеченного конуса, основания которого совпадают с диаметрами (D_x3 и D) огибающего контура (R) на длинах (1_x3 и L). В центральной части 4 выполнена резьба 37 (М12×1.5) для крепления отделяющегося поддона, как показано на Фиг. 6. Поэтому наружные поверхности кавитирующего сердечника от передней кромки цилиндрического участка 8 до передней кромки 35 оперения 32 (от L_x2 до L_x3) занижены относительно огибающего контура (R), но это конструктивные особенности кавитирующего сердечника (G₃).

Кавитирующий сердечник (G₃) имеет массу 75 г при изготовлении головной части 1, центральной части 4 с резьбовым штифтом 33 и втулки 31 с 6-и лопастным оперением 32 из латуни плотностью ρ=8,4 г/см³, а диска 34 - из алюминиевого сплава типа Д16Т прочностью σ_в=450-500 МПа и плотностью ρ=2,7 г/см³. При этом центр масс кавитирующего сердечника расположен на длине X=1,60 D от передней кромки глиссирующей поверхности 6 на длине (L), что обеспечивает прямолинейное кавитационное движение в воде и аэродинамическую устойчивость при стабилизации в воздухе кормовой частью 5.

Кавитирующий сердечник (G₃) имеет длину 4.8D и стабилизируется в воздухе аэродинамическим сопротивлением кормовой части 5 при выстреле из гладкого или из нарезного ствола. Аэродинамическая стабилизация в воздухе достигается 6-и лопастным оперением 32 с толщиной лопастей 1,5 мм и диском 34, который увеличивает аэродинамическое сопротивление, но обеспечивает быстрое снижение углов атаки кавитирующего сердечника после вылета из канала ствола и отделения поддона, что особенно необходимо при стрельбе из воздуха в воду с короткой дистанции. Кроме того, диск 34 предназначен для крепления кавитирующего сердечника в боеприпасе 12-го калибра с металлической гильзой (12/70) и герметизации порохового заряда, а также обеспечивает обтюрацию пороховых газов совместно с поддоном при разгоне кавитирующего сердечника в канале ствола. Причем глиссирующие поверхности 6 лопастей оперения 32 диаметром (D) и глиссирующая поверхность 6 диска 34 диаметром (D) прокалиброваны совместно для исключения их несимметричности. При выстреле из нарезного ствола головная часть 1, центральная часть 4 с резьбовым штифтом 33 и диском 34 будут вращаться, а втулка 31 с оперением 32 будут прокручиваться на резьбовом штифте 33, что снизит рассеивание в воздухе и в воде.

В головной части 1 выполнена узкая кольцевая проточка 38 диаметром d₁=1,5 d и кромкой 39, которая при входе кавитирующего сердечника в воду под малым углом к поверхности воды и замывании поверхности головной части 1 до проточки 38 создает под сердечником временную кавитационную полость и предотвращает замывание его остальной поверхности. После погружения сердечника в воду каверна образуется кавитирующей кромкой 2 диаметром (d). При этом кольцевая проточка 38 повышает поражающее действие кавитирующего сердечника. При изготовлении кавитирующего сердечника из легкодеформируемого материала (низкоуглеродистой стали или сплава цветного металла) головная часть 1 изгибается по наименьшему диаметру (d₁) кольцевой проточки 38 при соударении сердечника с твердой преградой, например, с костной тканью объекта охоты. Это ускоряет потерю устойчивости искривленного кавитирующего сердечника в мягких тканях объектах охоты. При изготовлении головной части 1 из прочного материала (вольфрамового сплава или упрочненной стали), носок головной части откалывается по наименьшему диаметру (d₁) кольцевой проточки 38 при соударении сердечника с твердой преградой под малым углом к линии стрельбы. После этого с преградой взаимодействует кромка 39, диаметр которой больше, чем диаметр кавитирующей кромки (d), что исключает рикошет сердечника.

При кавитационном движении в воде и глиссировании поверхности 6 вдоль контура каверны (W) наибольший угол наклона сердечника в каверне равен ω=0,8° при расчетном зазоре δ_L=2,30 мм на длине L=80 мм. При этом обеспечиваются минимальные допустимые расчетные зазоры δ₁=0,36 мм, δ₂=0,15 мм и δ₃=0,04 мм между контуром каверны (W) и передними кромками цилиндрических участков 8, 9 и передней кромкой 35 лопастей оперения 32 на длинах L_x1=6 мм, L_x2=16 мм и L_x3=60 мм. Причем в случае увеличения угловых колебаний тяжелого кавитирующего сердечника (G₃) в каверне возможно инерционное замывание глиссирующей поверхности 6 за контур каверны (W) и исчезновение зазора (δ₃) с замыванием наружной поверхности 36 лопастей оперения 32 от кромки 35 до калибра сердечника (D). Это увеличивает площадь глиссирующей поверхности и обеспечивает дополнительную устойчивость кавитирующего сердечника в каверне, но не может изменить его подводную траекторию, так как в этом случае центр масс будет расположен на длине Х₁=0.52D от передней кромки глиссирующей поверхности, которая будет начинаться от кромки 35 лопастей оперения на длине (L_x3), что соответствует условиям данного изобретения.

При движении в неоднородной (гетерогенной) и сжимаемой водосодержащей среде увеличивается глубина замывания глиссирующей поверхности 6 и наружной поверхности 36 лопастей оперения 32 за контур каверны. При этом увеличивается угол поворота кавитирующего сердечника (ω) и исчезает зазор (δ₂), который меньше зазора (δ₁), а замывание поверхности 9 с последующим замыванием резьбы 37 частицами воды и другими частицами окружающей среды приводит к потере кавитирующим сердечником его продольной устойчивости и к началу его переворота в каверне. При этом исчезает зазор (δ₁) и острая кромка 39 образует увеличенную кавитационную полость, которая способствует ускоренному перевороту тяжелого сердечника (G₃) и его торможению с передачей всей энергии поражаемому объекту, что существенно увеличивает его поражающую способность по сравнению с прототипом.

При выстреле в воздухе или в воде из сухого ствола безоткатного подводного оружия боеприпасом 12-го калибра кавитирующий сердечник - прототип массой 70 г с алюминиевым отделяемым поддоном массой 4 г имеет начальную скорость 600 м/с с учетом скорости свободного отката ствола (см. патент РФ №2651318 С2, опубл. 19.04.2018; европейскую патентную заявку №ЕР 3431915 А2 опубл. 23.01.2019 и патентную заявку США №US 2019/0101344 А1 опубл. 04.04.2019). Кавитирующий сердечник (G₃) заявленного изобретения имеет массу 75 г за счет более точного приближения его контура (R) к контуру образующейся каверны (W), поэтому его начальная скорость с учетом массы отделяемого пластикового поддона (3г) будет составлять V₀=585 м/с при аналогичном выстреле. При этом его скорость (V) и энергия (Е) на подводной дистанции (S) будут иметь следующие параметры:

S=5 м: V₅=496 м/с и Е₅=9220 дж;

S=10 м: V₁₀=421 м/с и Е₁₀=6650дж;

S=15 м: V₁₅=357 м/с и Е₁₅=4780 дж.

Эти параметры сердечника (G₃) с учетом его потери кавитационной устойчивости в мягких тканях могут обеспечить поражение крупного объекта охоты.

Для сравнения, известная пуля "Бреннеке" диаметром 18,5 мм и массой 31,5 г, которая используется в охотничьем боеприпасе 12-го калибра (12/70 Magnum) для охоты на крупных наземных животных, имеет начальную скорость и энергию V₀=460 м/с и Е₀=3335 дж, а на дистанции 50 м имеет скорость и энергию V₅₀=352 м/с и Е₅₀=1951 дж. (см., https://www.brenneke-ammunition.de/en/shotgun-ammunition/classic/).

Повышение энергетических характеристик кавитирующего сердечника на воздушной и подводной траектории достигается увеличением его массы при использовании в его конструкции высокоплотных материалов на основе вольфрама или свинца. Причем, в конструкциях боеприпасах, где кавитирующий сердечник с многолопастным оперением закреплен с помощью поддона, а не с помощью диска 34, можно уменьшить наружный диаметр диска 34 до наружного диаметра втулки 31. Это существенно снизит аэродинамическое сопротивление кормовой части 5 за счет устранение донного сопротивление диска 34, который предназначен для быстрого снижения углов атаки кавитирующего сердечника при стрельбе из воздуха в воду с короткой воздушной дистанции. В этой конструкции втулку 31 и оперение 32 целесообразно изготовить из алюминиевого сплава плотностью ρ=2,7 г/см³, что обеспечит дополнительное смещение центра масс кавитирующего сердечника (G₃) к головной части 1 и обеспечит его устойчивость в воздухе и в воде без диска 34.

На Фиг. 6 изображен фрагмент охотничьего боеприпаса 12-го калибра с металлической гильзой 12/70 для безоткатного подводного огнестрельного оружия и закрепленным кавитирующим сердечником (G₄).

Боеприпас содержит металлическую капсюлированную гильзу 40 охотничьего боеприпаса 12-го калибра (12/70), пороховой заряд 41 и кавитирующий сердечник (G₄) с отделяющимся поддоном 42. Размеры наружных поверхностей головной части 1 и средней части 4 кавитирующего сердечника (G₄), а также его длина и калибр (D) на длине (L), равны аналогичным размерам кавитирующего сердечника (G₃). При этом кормовая часть 5 сердечника (G₄) выполнена в виде сочетания двух усеченных конусов (Е) и (F), где большее основание конуса (F) сопряжено с глиссирующей поверхностью 6, контур которой соответствует глиссирующей поверхности 6 с донным участком (диском 34) кавитирующего сердечника (G₃). Причем, диаметр сопряжения (D_x34) двух усеченных конусов (Е) и (F) на длине (L_x3) на 5% меньше, чем диаметр (D_x3) на длине (L_x3) кавитирующего сердечника (G₃). Уменьшенный диаметр сопряжения (D_x34) исключает замывание и глиссирование наружной поверхности усеченного конуса (F) при кавитационном движении в воде, потому что центр масс кавитирующего сердечника должен быть расположен на длине X≥0,3 D перед передней кромки глиссирующей поверхности находящейся на длине (L) согласно условиям данного изобретения.

Масса кавитирующего сердечника (G₄) равна 120 г при изготовлении его корпуса 43 из латуни плотностью ρ=8,4 г/см³ и наполнении свинцом 44 плотностью ρ=11,3 г/см³. Донное отверстие 45 позволяет разместить в нем часть порохового заряда 41 и смещает центр масс на длину X=0,97 D к головной части от передней кромки глиссирующей поверхности 6 находящейся на длине (L), что обеспечивает прямолинейное кавитационное движение в воде, а также возможность аэродинамической стабилизации в воздухе.

Отделяющий поддон 42 массой 3 г изготовлен из пластика типа ПА-6 прочностью σ_в=65-70 МПа, плотностью ρ=1,12-1,15 г/см³, а диаметр его наружной поверхности (D₃) равен калибру сердечника (D). Симметричность наружной поверхности поддона 42 диметром (D₃) и глиссирующей поверхности 6 диаметром (D) обеспечивается креплением поддона 42 на резьбе 37 с фиксацией на конусной поверхности 46.

Кавитирующий сердечник (G₄) запрессован в гильзу 40 своей глиссирующей поверхностью 6. Аналогично крепится в гильзе 40 кавитирующий сердечник (G₃) своей глиссирующей поверхностью 6 диска 34. При длине кавитирующих сердечников (G₃) и (G₄) равной 4.8D длина боеприпаса составляет 150 мм и превышает длину охотничьего боеприпаса 12-го калибра, но это допустимо при ручном заряжании безоткатного подводного огнестрельного оружия. При выстреле обтюрация пороховых газов в стволе обеспечивается глиссирующей поверхностью 6 и поддоном 42.

При выстреле из гладкого ствола 12-го калибра в воздухе кавитирующий сердечник (G₄) стабилизируется аэродинамическим сопротивлением кормовой части 5 и пластиковым поддоном 42, который не может разделиться вдоль 3-х узких продольных пазов 47 без центробежной силы вращения, и разделяется только при вхождении его в воду. Конечно, пластиковый поддон 42 существенно увеличивает аэродинамическое сопротивление, но это допустимо при стрельбе из воздуха в воду с короткой дистанции. В случае, использования нарезного ствола в безоткатном огнестрельном оружии, кавитирующий сердечник (G₄) стабилизируется в воздухе вращением после разделения поддона 42 вдоль 3-х узких продольных пазов 47 за счет центробежных сил вращения.

Кавитационное движение в воде и потеря кавитационной устойчивости в гетерогенной и сжимаемой водосодержащей среде кавитирующего сердечника (G₄) аналогично сердечнику (G₃), так как они имеют идентичный огибающий контур (R), кроме диаметра (D_x34) на длине (L_x3).

При этом кавитирующий сердечник (G₄) имеет большую массу и меньшую начальную скорость, чем кавитирующий сердечник (G₃), но большую энергию на подводной траектории. При выстреле в воздухе или в воде из сухого ствола безоткатного подводного оружия кавитирующий сердечник (G₄) массой 120 г с отделяемым поддоном массой 3 г будет иметь начальную скорость V₀=465 м/с с учетом скорости свободного отката ствола, а его скорость (V) и энергия (Е) на подводной дистанции (S) будут иметь следующие параметры:

S=5 м: V₅=420 м/с и Е₅=10580 дж;

S=10 м: V₁₀=380 м/с и Е₁₀=8660 дж;

S=15 м: V₁₅=345 м/с и Е₁₅=7140 дж.

Этот пример показывает, что увеличение массы кавитирующего сердечника (G₄) повышает его энергетические параметры на подводной дистанции, которые на 30-50% превышают энергетические параметры сердечника (G₃).

Сравнение огибающего контура (R) заявленного кавитирующего сердечника с контуром кавитирующего сердечника - аналога показывает, что в сердечниках (G₃) и (G₄) контур (R) ограничен диаметром D_x=7.4 мм на длине L_x=0,4D=7.68 мм и больше диаметра аналога, который не может превышать 7.4 мм (0,4D) на длине 0,4D.

Сравнительный расчет огибающего контура (R) кавитирующего сердечника (G₃) с использованием формулы прототипа:

D_x=d×[1+(L_x/d)×(2 sin ϕ/π)^1/N]^N

показывает, что при d=3,15 мм, ϕ=120° и N=0,478 обеспечивается расчетный зазор δ_L=2,30 мм на длине L=80 мм и наибольший угол наклона сердечника в каверне равен ω=0,8°. При этом обеспечиваются минимально допустимые расчетные зазоры δ₁=0,84 мм, δ₂=0,72 мм и δ₃=0,24 мм между контуром каверны (W) и огибающим контуром (R) на длинах L_x1=6 мм, L_x2=16 мм и L_x3=60 мм. Расчет показывает, что в сердечнике - прототипе зазоры (δ₁), (δ₂) и (δ₃) больше в 2,3 раза, в 4.8 раз и в 6 раз, чем аналогичные зазоры (δ₁), (δ₂) и (δ₃) в заявленном изобретении. Это обеспечивает возможность устойчивого кавитационного движения кавитирующего сердечника - прототипа в воде и в других гетерогенных водосодержащих средах, что было подтверждено сравнительной стрельбой в воду и в желатиновые блоки сердечниками - прототипами и сердечниками заявленного изобретения.

Анализ огибающего контура (R) кавитирующего сердечника (G₃) с использованием формулы каверны представленной в известной презентации "RAMICS" (см. https://www.scribd.com/document/342233681/30x173-for-RAMICS), которая имеет вид:

где:

У=R=D/2 - текущий радиус поперечных сечений образующейся каверны на текущей длине (х), мм;

d - диаметр кавитирующей кромки, мм;

k=2 с_х=2 sin ϕ/π - удвоенный коэффициент кавитационного сопротивления (с_х) для носовой поверхности, выполненной в виде плоского торца (ϕ=180°);

х - текущая длина (L_x) образующейся каверны от кавитирующей кромки, мм,

показывает, что при глиссировании поверхности 6 вдоль контура каверны (W) наибольший угол наклона сердечника в каверне равен ω=0,4° при расчетном зазоре δ_L=1,10 мм на длине L=80 мм. При этом обеспечиваются отрицательные минимальные расчетные зазоры δ₁=-0,61 мм, δ₂=-0,60 мм и δ₃=-0,18 мм между контуром каверны и передними кромками цилиндрических участков 8, 9 и передней кромкой 35 лопастей оперения 32 на длинах L_x1=6 мм, и L_x2=16 мм и L_x3=60 мм. Этот анализ показывает, что расчетный контур каверны в презентации "RAMICS" занижен относительно реального контура образующейся каверны (W), что в принципе не позволяет создать огибающий контур (R) квитирующего сердечника заявленного изобретения с использованием формулы каверны из презентации "RAMICS".

Приведенные примеры показывают, что заявленное изобретение позволяет повысить эффективность кавитирующего сердечника за счет приближения его контура (R) к контуру образующейся в воде каверны (W), увеличения его массы и повышения поражающей способности за счет потери кавитационной устойчивости и переворота в гетерогенной сжимаемой водосодержащей среде с увеличением площади контакта с объектом поражения.

Изобретение относится боеприпасам огнестрельного оружия, предназначенным для поражения преимущественно подводных целей при подводной и воздушной стрельбе в воду. Кавитирующий сердечник боеприпаса огнестрельного оружия содержит головную часть, сопряженную с секущей носовой поверхностью по кавитирующей кромке, центральную и кормовую часть с глиссирующей поверхностью, предназначенной для стабилизации сердечника в каверне за счет одностороннего периодического замывания и глиссирования вдоль контура каверны. Наибольший диаметр окружности, описывающий поперечное сечение глиссирующей поверхности, определяет калибр сердечника (D). В плоскости осевого продольного сечения сердечника огибающий контур (R) поперечных сечений от кавитирующей кромки до калибра сердечника (D) ограничен зависимостью: D_x=d×[1+(L_x/d)×2π×sin ϕ/π]^N, где: D_x - текущий диаметр огибающего контура (R) поперечных сечений сердечника на текущей длине (L_x), мм; d - диаметр кавитирующей кромки, мм; L_x - текущая длина сердечника, мм; ϕ=60…180° - угол раствора касательных к секущей носовой поверхности в точках ее сопряжения с кавитирующей кромкой, измеренный со стороны головной части; N=0,25…0,40 - коэффициент объема сердечника. Калибр сердечника (D) равен текущему диаметру (D_x) огибающего контура (R) при L_x=L, где L - длина от кавитирующей кромки до калибра сердечника (D). Центр масс сердечника расположен на длине X≥0,3 D перед передней кромкой глиссирующей поверхности, находящейся на длине (L). В результате повышается эффективность поражения целей за счет приближения контура (R) кавитирующего сердечника к контуру каверны (W) в воде, увеличения массы сердечника и обеспечения потери его кавитационной устойчивости с переворотом в неоднородной (гетерогенной) и сжимаемой водосодержащей среде. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Кавитирующий сердечник боеприпаса огнестрельного оружия, содержащий головную часть, сопряженную с секущей носовой поверхностью по кавитирующей кромке, центральную и кормовую часть с глиссирующей поверхностью, предназначенной для стабилизации сердечника в каверне за счет одностороннего периодического замывания и глиссирования вдоль контура каверны, причем наибольший диаметр окружности, описывающий поперечное сечение глиссирующей поверхности, определяет калибр сердечника (D), отличающийся тем, что в плоскости осевого продольного сечения сердечника огибающий контур (R) поперечных сечений от кавитирующей кромки до калибра сердечника (D) ограничен формулой

D_x=d×[1+(L_x/d)×2π×sin ϕ/π]^N, где:

D_x - текущий диаметр огибающего контура (R) поперечных сечений сердечника на текущей длине (L_x), мм;

d - диаметр кавитирующей кромки, мм;

L_x - текущая длина сердечника, мм;

ϕ=60…180° - угол раствора касательных к секущей носовой поверхности в точках ее сопряжения с кавитирующей кромкой, измеренный со стороны головной части;

N=0,25…0,40 - коэффициент объема сердечника,

при этом калибр сердечника (D) равен текущему диаметру (D_x) огибающего контура (R) при L_x=L, где L - длина от кавитирующей кромки до калибра сердечника (D), а центр масс сердечника расположен на длине X≥0,3 D перед передней кромкой глиссирующей поверхности, находящейся на длине (L).

2. Кавитирующий сердечник по п. 1, отличающийся тем, что носовая поверхность выполнена в форме, выбранной из группы, включающей: плоский торец, конус, конус со скругленной вершиной, усеченный конус или усеченный конус со скругленной кромкой меньшего основания.

3. Кавитирующий сердечник по п. 1, отличающийся тем, что в головной части выполнена узкая кольцевая проточка, наименьший диаметр которой равен 1,3-1,8 диаметра кавитирующей кромки.

4. Кавитирующий сердечник по п. 1, отличающийся тем, что кормовая часть выполнена в виде многолопастного оперения и снабжена цилиндрическим донным участком для крепления кавитирующего сердечника в боеприпасе.

5. Кавитирующий сердечник по п. 1, отличающийся тем, что кормовая часть выполнена в виде многолопастного оперения и обеспечена возможностью вращения вокруг продольной оси кавитирующего сердечника.

6. Кавитирующий сердечник по п. 1, отличающийся тем, что его головная и центральная части снабжены защитным колпаком, разрушающимся при выстреле.

7. Кавитирующий сердечник по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен отделяющимся поддоном, предназначенным для ведения кавитирующего сердечника в канале ствола и для его стабилизации при полете в воздухе, и обеспеченным возможностью отделения от кавитирующего сердечника только в воде.