Бронированный трубчатый заряд Российский патент 2020 года по МПК F42B3/08 C06B21/00 

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при проектировании, отработке и изготовлении твердотопливных зарядов для артиллерийских систем и крупнокалиберного огнестрельного оружия, ракетных двигателей, газогенераторов, турбогенераторных источников питания, пороховых аккумуляторов давления и других механизмов жизнеобеспечения военной, ракетной и другой техники.

Среди большого количества ракетных зарядов из твердых ракетных топлив важное место занимают вкладные бронированные заряды с полимерным бронепокрытием, к которым предъявляется целый ряд специальных требований, и, в частности, таких как высокие физико-механические характеристики и эрозионная стойкость покрытия, надежная его работоспособность в течение всего времени работы заряда, длительные сроки эксплуатации. Такие заряды имеют различную конфигурацию и габариты (Патент РФ №2348826, опубл. от 10.03.2009, Бюл. №7).

Известно устройство заряда твердого ракетного топлива, включающего топливную шашку-моноблок, бронированную по заднему торцу и боковой поверхности бронечехлом, со стороны переднего небронированного торца на наружной поверхности заряда выполнено удаление бронепокрытия в виде конической проточки. На боковой поверхности заряда удалено бронепокрытие в виде двух диаметрально противоположных пазов (Патент РФ №2497006, опубл. от 27.10.2013 г., Бюл. №30).

Однако, заряд выполнен бесканальным, что исключает возможность его применения для прогрессивного горения.

Известно устройство твердотопливного скважинного газогенератора с детонационной системой воспламенения трубчатых зарядов, состоящих из смесевого твердого топлива. Каждый заряд имеет бронепокрытие по боковой поверхности и тонкостенную металлическую трубку в центральном канале, в которой по всей длине сборки генератора проложен детонирующий шнур, соединенный с герметичным взрывным патроном (Патент РФ №2018508, опубл. от 30.08.94, Бюл. №16). Недостатками этого газогенератора являются: засоряемость скважины остатками металлических трубок воспламенительных зарядов, которые разбиваются детонирующим шнуром на ленты с рваными краями и могут создавать условия непрохождения для скважинных приборов при последующих исследованиях; высокая металлоемкость и необходимость применения дорогостоящих смесевых топлив.

Известно устройство комбинированного заряда, содержащего пороховые элементов двух видов, причем элементы первого вида имеют поверхностное горение, а пороховые элементы второго вида имеют прогрессивное горения (Патент РФ №2100755, опубл. 27.12.1997 г.). Недостатком данного технического решения является то, что пороховые элементы имеют сложную конфигурацию поверхностей.

Известно термостойкое газогенерирующее кислотообразующее высокопрочное топливо для скважинных аппаратов, в состав которого включают соединения, имеющие в составе молекулы атомы фтора, например, политетрафторэтилена или лития фтористого, в количестве до 40,0 мас. %, что позволяет получить в продуктах сгорания фтористый водород, которые в скважинной жидкости образуют плавиковую кислоту, эффективную при обработке терригенных коллекторов (Патент РФ №2603373, опубл. от 27.11.2016, Бюл. №33). Однако, применение политетрафторэтилена или лития фтористого в составе пороха ухудшают его качество и повышают стоимость порохового заряда, а реакция данных веществ со скважинной жидкости протекает при ограниченных условиях температур и давления.

В настоящее время работы по совершенствованию артиллерийских систем направлены на увеличение их мощности, увеличение дальности стрельбы и бронепробиваемости. В связи с этим предъявляются особенно высокие требования к начальной скорости снарядов. Для достижения данной цели в устройство выстрела для пушек среднего и большого калибров вводится дополнительная навеска трубчатого высокоэнергетического пороха, что при определенных условиях дает увеличение скорости снаряда за счет высокого давления пороховых газов, образовавшихся от горения трубчатого пороха дополнительной навески (Патент РФ №2320951, опубл. от 27.03.2008, Бюл. №9). Однако, введение дополнительной навески для получения более высокого давления пороховых газов приводит к увеличению массо-габаритных характеристик устройства выстрела.

Известно устройство трубчатого порохового заряда для применения выстрелов как унитарного, так и раздельно-гильзового заряжания. Особенностью трубчатых пороховых зарядов является наличие в пороховых элементах осевого внутреннего канала (Патент РФ №2241201, опубл. от 27.11.2004, Бюл. №33). Недостатком данного технического решения является отсутствие бронирования внешней поверхности, что не позволяет обеспечивать в достаточной степени безопасную скорость нарастания давления, а также требуемую стабильность горения и малый разброс начальных скоростей снаряда.

В настоящее время в практике бронирования зарядов из баллистных порохов наибольшее распространение получили материалы на основе пластифицированных эфиров целлюлозы (нитро-, ацетат-, этил-, ацетобутират целлюлозы). Известно, что одним из негативных последствий применения бронирования на основе пластифицированных эфиров целлюлозы является их большая сорбционная способность к нитроэфирам, мигрирующим из пороха, что приводит в процессе хранения и эксплуатации к ухудшению баллистических характеристик зарядов (Патент США 3642.961 от 15.02.1972).

Особенно это касается тонкосводных трубчатых зарядов, когда наблюдается полная потеря работоспособности зарядов из-за повышения горючести бронепокрытия и потери способности его защитить поверхность пороха от горения.

Известен способ получения и использования композитных материалов изготовленных на основе порошка фторуглерода. Композитные материалы включают матрицу - смолы, каучуки, металлы, керамику, микрочастицы мезоуглерода, игольчатый кокс, углеродную сажу, пек, деготь, масла, органические растворители, воду или водные растворы и диспергированные в матрице частицы порошка фторуглерода (фторуглеродные частицы). Тонкоизмельченные композитные частицы содержат ядро из твердых вышеуказанных материалов и покрытие - фторуглеродные частицы. Одним из основных свойств фторуглеродных частиц является их применение в качестве водоотталкивающих и маслоотталкивающих агентов. При этом отмечено, что при нагреве свыше 600°С происходит обратная реакция - реакция термического разложения фторуглеродного порошка с образованием газообразного (паров) фтора (Патент РФ №2125968, опубл. от 10.02.1999 г.). Однако, раннее порошок фторуглерода не применялся для создания бронепокрытия твердотопливных зарядов, при этом приведенные в патенте данные параметры необходимо учитывать при работе с порошком фторуглерода.

Известно устройство бронированного трубчатого заряда, включающий шашку из твердого топлива с внутренним сквозным каналом, и слой бронирования из композитного материала по определенной поверхности шашки, содержащего слой лака и слой бронепокрытия (Патент РФ на полезную модель №17714, опубл. от 20.04.2001 Бюл. №11). Недостатком данного технического решения является то, что для исключения ухудшения баллистических характеристик зарядов из-за миграции пластификатора топлива - нитроглицерина в слой бронирования из ацетилцеллюлозы применяются дополнительные покрытия твердого топлива заряда в виде слоев различных лаков, что усложняет конструкцию бронированного трубчатого заряда, усложняет технологию изготовления и увеличивает стоимость трубчатого заряда. Также применение бронирования обеспечивает прогрессивное горение, которое позволяет поддерживать постоянное давление горения твердого топлива, но снижает мощность выстрела из-за первоначальной небольшой поверхности горения только внутренней поверхности сквозного канала.

Технический результат, который может быть получен при применении данного изобретения, заключается в упрощении конструкции и стоимости изготовления бронированного трубчатого заряда, снижении влагопроницаемости заряда, увеличении мощности выстрела, а также стабильности баллистических характеристик зарядов в процессе хранения за счет исключения миграции нитроглицерина из топлива в слой бронирования без применения дополнительных покрытий.

Для достижения данного технического результата предлагаемый бронированный трубчатый заряд, включающий шашку из твердого топлива с внутренним сквозным каналом, и слой бронирования по определенной поверхности шашки из композитного материала, снабжен слоем бронирования, расположенным на внешней цилиндрической и торцевых поверхностях трубчатого заряда, при этом слой бронирования выполнен из композитного материала на основе порошка фторуглерода, термическое разложение которого при горении твердого топлива заряда сопровождается выделением дополнительного к пороховым газам газообразного фтора и фторсодержащих газов.

Введение в предлагаемый бронированный трубчатый заряд слоя бронирования, выполненного из композитного материала на основе порошка фторуглерода, состав которого при горении твердого топлива заряда обеспечивает термическое разложение порошка фторуглерода с образованием газообразного фтора и расположенного на внешней цилиндрической и торцевых поверхностях трубчатого заряда позволяет получить новое свойство, заключающееся в том, что использование композитного материала на основе порошка фторуглерода обеспечивает снижение влагопроницаемости заряда от влаги из окружающей среды и стабильность баллистических характеристик зарядов в процессе хранения за счет исключения миграции нитроглицерина из топлива в слой бронирования без применения дополнительных покрытий в следствии уникальных водоотталкивающих и маслоотталкивающих свойств фторуглеродных частиц (порошка фторуглерода), что приводит к упрощению конструкции и стоимости изготовления бронированного трубчатого заряда, а также увеличении мощности выстрела без применения дополнительного количества твердого топлива, в следствии увеличения давления пороховых газов за счет образования дополнительного количества газов при термическом разложении порошка фторуглерода в процессе горения твердого топлива заряда, а именно, газообразного фтора и фторсодержащих газов.

На фиг. 1 изображено устройство бронированного трубчатого заряда.

Бронированный трубчатый заряд включает в себя шашку, выполненную из твердого топлива 1, с внутренним сквозным каналом 2. Слой бронирования из композитного материала на основе порошка фторуглерода расположен на внешней цилиндрической поверхности 3 и с торцевых поверхностей 4.

Предлагаемое техническое решение функционирует следующим образом.

Динамику использования предлагаемого технического решения можно рассмотреть на двух этапах его применения: при непосредственно выстреле и при продолжительном хранении.

В частном случае, для артиллерийских систем и крупнокалиберного огнестрельного оружия, При выстреле снаряд (ракета и т.д.) движется в стволе все быстрее и быстрее. И заснарядное пространство, где образуются продукты горения топлива (пороховые газы), также увеличивается. Значит, чтобы заполнить это все увеличивающееся пространство, твердое топливо должно давать с каждой долей секунды все больше и больше газов.

Нужно, чтобы приток газов не убывал, а возрастал. Для этого поверхность горения твердого топлива должна не уменьшаться, а увеличиваться. А этого можно добиться только в том случае, если будет выбрана соответствующая форма твердотопливного заряда. Наиболее оптимальный вариант трубчатая форма заряда с внутренним сквозным каналом.

При выстреле раскаленные газы от заряда-воспламенителя (на фиг. не показан) проникают во внутренний сквозной канал 2 и воспламеняют его поверхность с образованием газообразных продуктов горения (пороховых газов). Поскольку шашка, выполненная из твердого топлива 1, покрыта слоем бронирования по внешней цилиндрической 3 и торцевым 4 поверхностям, из негорючего композитного материала, то процесс горения будет происходить только изнутри по поверхности сквозного канала 2, при этом поверхность горения будет со временем только увеличиваться и каждую следующую тысячную долю секунды приток пороховых газов будет увеличиваться с самого начала горения и до конца. Таким образом будет происходить интенсивное прогрессивное горение бронированного трубчатого заряда.

Под действием высокой температуры горения твердого топлива 3 происходит термическое разложение слоя бронирования по внешней цилиндрической 3 и торцевым 4 поверхностям. Нагрев слоя бронирования из композитного материала на основе порошка фторуглерода до температуры более 600°С обеспечивает реакцию термического разложения порошка фторуглерода с интенсивным образованием, дополнительных к пороховым газам, газообразного фтора и фторсодержащих газов.

Образование дополнительного количества газов (газообразного фтора и фторсодержащих газов) приводит к повышению давления и увеличению мощности выстрела без применения дополнительного количества твердого топлива.

В настоящее время для бронирования зарядов артиллерийских систем и крупнокалиберного огнестрельного оружия широко используются бронепокрытия на основе ацетата целлюлозы, имеющие низкую мощность дымообразования. В процессе длительного хранения зарядов из-за миграции пластификатора - нитроглицерина в бронепокрытие снижается термостойкость ацетилцеллюлозного бронепокрытия, увеличивается мощность дымообразования, происходит изменение химического состава топлива и бронепокрытия. Для уменьшения миграции нитроэфиров из топлива в бронепокрытие, на топливо наносится защитно-адгезионный лак.

Поэтому на этапе продолжительного хранении использование слоя бронирования композитного материала на основе порошка фторуглерода по внешней цилиндрической 3 и торцевым 4 поверхностям трубчатого заряда обеспечивает снижение влагопроницаемости заряда от влаги из окружающей среды и стабильность баллистических характеристик зарядов в процессе хранения за счет исключения миграции нитроглицерина из твердого топлива 1 в слой бронирования на внешней цилиндрической 3 и торцевых 4 поверхностях без применения дополнительных покрытий в следствии уникальных водоотталкивающих и маслоотталкивающих свойств частиц порошка фторуглерода, что приводит к упрощению конструкции и стоимости изготовления бронированного трубчатого заряда.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:

1. Патент РФ №2348826, опубл. от 10.03.2009, Бюл. №7.

2. Патент РФ №2497006, опубл. от 27.10.2013 г., Бюл. №30.

3. Патент РФ №2018508, опубл. от 30.08.94, Бюл. №16.

4. Патент РФ №2100755, опубл. 27.12.1997 г.

5. Патент РФ №2603373, опубл. от 27.11.2016, Бюл. №33.

6. Патент РФ №2320951, опубл. от 27.03.2008, Бюл. №9.

7. Патент РФ №2241201, опубл. от 27.11.2004, Бюл. №33.

8. Патент США 3642.961 от 15.02.1972.

9. Патент РФ №2125968, опубл. от 10.02.1999 г.

10. Патент РФ на полезную модель №17714, опубл. от 20.04.2001, Бюл. №11 - прототип.

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при проектировании, отработке и изготовлении твердотопливных зарядов для артиллерийских систем и крупнокалиберного огнестрельного оружия, ракетных двигателей, газогенераторов, турбогенераторных источников питания, пороховых аккумуляторов давления и других механизмов жизнеобеспечения военной, ракетной и другой техники. Бронированный трубчатый заряд включает шашку из твердого топлива с внутренним сквозным каналом и слой бронирования из композитного материала по определенной поверхности шашки. Слой бронирования расположен на внешней цилиндрической и торцевых поверхностях трубчатого заряда и выполнен из композитного материала на основе порошка фторуглерода, термическое разложение которого при горении твердого топлива заряда сопровождается выделением дополнительных к пороховым газам газообразного фтора и фторсодержащих газов. Упрощается конструкция, снижается влагопроницаемость заряда, увеличивается мощность выстрела и стабильность баллистических характеристик зарядов в процессе хранения. 1 ил.

Бронированный трубчатый заряд, включающий шашку из твердого топлива с внутренним сквозным каналом и слой бронирования из композитного материала по определенной поверхности шашки, отличающийся тем, что слой бронирования расположен на внешней цилиндрической и торцевых поверхностях трубчатого заряда, при этом слой бронирования выполнен из композитного материала на основе порошка фторуглерода, термическое разложение которого при горении твердого топлива заряда сопровождается выделением дополнительных к пороховым газам газообразного фтора и фторсодержащих газов.