Дульный тормоз-компенсатор (ДТК) с дизельным эффектом Российский патент 2021 года по МПК F41A21/36 

Дульный тормоз-компенсатор с дизельным эффектом (ДТК) относится к стрелковому оружию, преимущественно к конструкциям ствольных, в частности дульных или надульных, устройств.

ДТК применяется в качестве надульного устройства для компенсации подскока и/или отдачи ствола оружия и может быть использовано для улучшения боевых свойств такого оружия, в частности, для повышения точности стрельбы. Назначение ДТК — это улучшение боевых характеристик оружия и эксплуатационных свойств, относится к инжекторным надульным устройствам, применяется для уменьшения отдачи и уменьшения подброса при выстреле.

Известно изобретение «Дульный тормоз - компенсатор», патент RU189743, опубл.31.05.2019, МПКF41A 21/32, F41A 21/32, снабженный насадкой, имеющей сквозной канал, содержащий несколько отверстий, расположенных под углом к оси насадки с наклоном и часть отверстий закрыта стенками. Позволяет за счет формы сквозных отверстий отсекать и перенаправлять газы в нужные стороны от ствола. Относится к регулируемым дульным устройствам стрелкового оружия, устанавливаемых на ствол стрелкового оружия и используется для улучшения боевых характеристик и эксплуатационных свойств, за счет уменьшения реактивной составляющей отдачи и уменьшения подброса при выстреле. Однако не может использоваться для маломощьного оружия, а также недостаточно эффективно уменьшает отдачу, поскольку взаимодействует с меньшим количеством газа, так как истекающие струи имеют меньшее давление, при этом реактивные струи, направленные вверх и вниз частично компенсируют друг друга, что уменьшает направленную для компенсации силу и это сказывается на общей эффективности.

Известно изобретение «Пуля газодинамического типа и способ снаряжения патрона для нее», патент RU 23716664, опубл.27.10.2009, МПК F42B 10/28, F42B 7/10, в которой используют для инжекции набегающий поток при полете пули. Однако конструкция обеспечивает иной технический результат. За счет размещения ребер для образования в пуле газопроводных патрубков газореактивных сопел, в них прорывается дополнительный порох, и за счет геометрии ребер, пуля получает вращательный момент в полете.

Известна полезная модель «Модератор выстрела», патент RU 125 323, опубл. 27.03.2013 г., МПК F41A21/30, в котором существенно активизируют процесс оттока газов из газовода-сепаратора и за пулей образуется зона уплотнения, в результате чего возникает разница давлений между внутренним объемом расширительной камеры и запульным пространством газовода-сепаратора. Используют фактор эжекции, возникающий при движении газов периферийного потока вдоль перфорированной поверхности газовода-сепаратора. Однако решают иную задачу, а именно - снижения звука выстрела за счет уменьшения давления и температуры и растягивания фазы выстрела.

Известно изобретение «Надульное устройство ствола огнестрельного оружия», патент RU2611461, опубл. 22.02.2017 г., МПК F41A21|30, F41A21|32, предназначенное для уменьшения импульса отдачи. В устройстве в процессе отсекания газов часть отсеченных газов направляется в отсечные камеры таким образом, что газы эффективно остывают, и догорают не сгоревшие частицы пороха. Корпус устройства выполнен составным из неразъемно соединенных между собой отсекающих камер, с разными диаметрами пулевых отверстий, соединенные между собой кольцевым элементом корпуса. Отсеченная часть пороховых газов воздействует на шайбы камер, тем самым толкая надульное устройство по направлению выстрела. С точки зрения газодинамики радиусные закругления, направленные навстречу друг другу у шайб одной камеры а также разные диаметры шайб обеспечивают направление потока пороховых газов таким образом, при котором интенсивно уменьшается их температура за счет уменьшения их скорости. Кроме того, при такой форме камер и направлении газового потока все пороховые частицы успевают догорать до выхода из надульного устройства в атмосферу. Однако решается задача обеспечения наилучшего пламягашения за счет догорания остатков газовой смеси, а не увеличение эффективности компенсации отдачи.

Наиболее близким техническим решением является изобретение «Способ уменьшения отдачи оружия и эжекторное устройство для его осуществления», патент RU2413154, опубл. 27.02.2011 г., МПК F41A21/36, используют эжекторные устройства, при которых температура и масса смеси пороховых газов и наружного воздух регулируют как сечением эжектируемых каналов, так и их количеством. Таким образом, на выходе из диффузоров получают реактивную струю смеси, обладающую повышенным реактивным кинетическим моментом. Содержит дульную насадку, соединенную с концевым срезом ствола, содержащую газоотводные отверстия, направляющие пороховые газы в направлениях, противоположных отдаче и отскоку оружия при выстреле, и снабжено кольцевым зазором и охватывающей его камерой расширения. Пороховые газы направляют в специальную полость на дульном срезе, которые истекают через переднее и боковые отверстия этой полости в атмосферу. Истечение пороховых газов через боковые каналы, направленные под различными углами к оси канала ствола, уменьшает осевую реакцию, действующую на ствол и на оружие. Однако в противоположность к предложенному техническому решению, в данном устройстве, реализуют эжекцию, используя зоны диффузора с вакуумным разрежением, а не зоны с сжатием. В данном устройстве с помощью этих зон эжектируют наружный воздух через каналы, соединяющие зоны с атмосферой, которые охлаждают пороховые газы для увеличивая общей массы смеси за счет эжектируемого воздуха. Иными словами используют эффект снижения давления пороховых газов, и увеличения суммарного кинетического момента выходной реактивной струи из диффузоров. Задача этого устройства - обеспечить охлаждение газов, а не дополнительно нагреть их для увеличения их внутренней энергии и реактивной силы с целью компенсации отдачи и подброса. Кроме того, в объеме корпуса вышеуказанного надульного устройства не ставится задача и не создаются специальные условия для сжатия газовой смеси и для целенаправленного воспламенения образующейся топливо - воздушной смеси с последующим использованием энергии горения для повышения энергии реактивной струи. Конструкция известных устройств не создает более высокое давление в отбрасываемой реактивной струе. Инжектор в предложенном техническом решении создает более высокое давление за счет сжатия и нагнетания атмосферного воздуха, а эжектор использует разницу давлений в средах. Таким образом, в следствие конструктивных особенностей прототипа в нем удается быстрее уменьшить температуру истекающих газов, но не удается обеспечить увеличение эффективности компенсации отдачи и подскока ствола за счет увеличения давления в истекаемой реактивной струе.

Одним из известных способов уменьшения отдачи является уменьшение отдачи оружия за счет преобразования части энергии пороховых газов, возникающих при выстреле, и способ состоит в том, что после вылета снаряда используют энергию пороховых газов, выходящих из канала ствола вслед за метаемым снарядом. (См. учебник: Министерство образования РФ, Волгоградский Государственный технический университет "Физические основы устройства и функционирования стрелково пушечного, артиллерийского и ракетного оружия". Часть 1. Под ред. чл. корр. РАРАН А.А.Королева и чл. корр. МАНПО, В.Г.Кучерова. РПК, «Политехник», Волгоград, 2002, стр.116…119, §2.4.)

В классическом ДТК газо-отражательного типа эффект компенсации достигается за счет использования части газов от основного потока газов идущих следом за пулей (метаемым телом) с последующим их разворотом и выбросом в сторону, обратную направлению выстрела, чем создают действующую в направлении выстрела реактивную силу, которая уменьшает отдачу оружия.

Однако существует класс маломощного оружия газовыделение на срезе ствола которого имеет малый объем, который совершенно недостаточен для эффективной работы компенсаторов в виде классических ДТК. Например, для карабинов, рассчитанных на использование маломощных и пистолетных патронов. В оружии такого типа, к моменту истечения из среза ствола газ уже настолько расширился, остыл и утратил давление, что уже не обладает энергетикой, достаточной для создания реактивной струи необходимой силы. Говоря иными словами, наблюдается острая нехватка внутренней энергии газа.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает следующий технический результат:

- повышение эффективности надульного устройства за счет:

- - уменьшения отдачи и уменьшения подброса при выстреле,

- - уменьшения габарита и массы надульного устройства и оружия в целом,

- - возможность более эффективной компенсации отдачи и подброса, даже в оружии, использующем маломощные патроны,

- а также возможность создания ДТК малых, не перекрывающих прицельные приспособления диаметров.

Данный технический результат получают за счет того, что дульный тормоз-компенсатор (ДТК) с дизельным эффектом, содержит закрытый со стороны, противоположной срезу ствола корпус, который по оси ствола снабжен внутренним сквозным каналом, достаточным для беспрепятственного прохождения метаемого тела, соплом, размещенным с ближней к срезу ствола стороны корпуса, и, по меньшей мере, одним боковым окном, обеспечивающим инжекцию атмосферного воздуха во внутренний объем корпуса ДТК и выброс газов по направлению назад и вбок относительно канала ствола, при этом ДТК использует для своего функционирования реактивную силу истекающих из бокового окна газов.

Новым в предложенном техническом решении является то, что в ДТК используют дополнительно к внутренней энергии пороховых газов, выходящих из канала ствола вслед за выпущенным метаемым телом, энергию реакции окисления остаточного топлива (дожигания), содержащегося в этих пороховых газах, с помощью кислорода атмосферного воздуха. Корпус ДТК выполнен в виде трубчатой насадки на конец ствола, размещенной после среза ствола, а внутри корпуса размещена камера сгорания с соплом, снабженным около выходного среза сопла, по меньшей мере, одним боковым окном предназначенным для инжекции (засасывания) воздуха и выпуска газов. Боковых окон может быть несколько. Боковое окно (окна) расположено таким образом, чтобы при установке ДТК на конец ствола оружия все боковые окна камеры сгорания были ориентированы перпендикулярно или под углом назад к оси ствола, и имели площадь «s₁» в суммарном сечении, по меньшей мере, в два раза большей площади «s₂» сечения канала ствола. В частном случае боковые окна камеры сгорания используют как для засасывания воздуха, так и выброса газов, однако они могут быть конструктивно разделены. Сопло с расчетной степенью расширения размещено на входе в камеру сгорания и имеет диаметр критического сечения, выполненный не менее диаметра метаемого тела для его беспрепятственного прохождения. Противоположный соплу конец камеры сгорания заглушен и снабжен отверстием диаметром не менее диаметра метаемого тела для его беспрепятственного прохождения, а расстояние «h₁» длины камеры сгорания рассчитано в зависимости от требуемой мощности дополнительно получаемой энергии от реакции окисления остаточного топлива при топливо-воздушном взрыве, необходимой для компенсации подброса и/или отдачи. Чем более значительная нужна прибавка в мощности, тем больше длина камеры сгорания (а следовательно, и объем при том же диаметре). В частном случае дульный тормоз-компенсатор (ДТК) может быть выполнен таким образом, что сопло и камера сгорания образуют вокруг центрального канала дополнительный кольцевой объем, достаточный для реакции окисления остаточного топлива. При малой потребности добавочной мощности, например, длина камеры сгорания может быть достаточно малой, но не менее одного калибра.

Конструкция иллюстрируется чертежами, которые не охватывают все варианты исполнения предложенной конструкции.

На Фиг1 - внешний вид насадки ДТК, показывающий расположение боковых окон.

На Фиг. 2 показан продольный разрез А-А насадки ДТК.

На Фиг. 3 показано поперечное сечение Б-Б насадки ДТК с заглушкой противоположного соплу конца камеры сгорания.

Описание конструкции

ДТК выполнен следующим образом: камера сгорания (1) с соплом (2) снабжено боковыми сквозными выпускными окнами (3). ДТК выполнен таким образом, чтобы при установке ДТК на конец ствола (4) оружия боковые выпускные окна (3) каждой камеры сгорания (1) были ориентированы перпендикулярно или под углом «ά» назад к оси «Y» ствола и имели площадь «s₁» в сечении суммарно для каждой камеры (1), по меньшей мере, в два раза больше площади «s₂» сечения канала («в») ствола (4). Длина камеры сгорания(1), которым является расстояние «h₁» является расчетным в зависимости от придания необходимой дополнительной энергии газам, выходящим из канала ствола вслед за выпущенным метаемым телом, полученной от реакции окисления остаточного топлива (дожигания), содержащегося в пороховых газах, с помощью кислорода атмосферного воздуха. На Фиг. 1-3 условно показан только одна камера сгорания, однако также несколько камер сгорания могут быть последовательно соединены друг с другом. Однако по факту более одной камеры не требуется, поскольку по сути именно возможность использовать одну камеру позволяет решить поставленную задачу, что обеспечивает компактность. Кроме того, вариант с последующими камерами усложнит конструкцию, так как потребуется дополнять топливо с помощью дополнительных технических средств.

Сопло (2) с расчетной степенью расширения размещено на входе в камеру сгорания (1) и имеет диаметр критического сечения, выполненный не менее диаметра метаемого тела для его беспрепятственного прохождения.

Противоположный соплу (2) конец камеры сгорания (1) заглушен плоским кольцевым элементом (5), который в данном частном случае является плоский газо-отражающий диск с отверстием (6) так же известный как «шайба». Отверстие (6) расположено соосно основному каналу «в» и имеет диаметр, не менее диаметра метаемого тела для его беспрепятственного прохождения. Боковое окно (окна) (3) расположены у среза сопла (2) таким образом, что бы во время фазы истечения пороховых газов из сопла (2) обеспечивать инжекцию (засасывание, увлечение) истекающими газами окружающего атмосферного воздуха во внутренний объем камеры сгорания ДТК (1), а во время фазы после топливо-воздушного взрыва боковое окно (окна) (3) обеспечивает истечение продуктов сгорания в бок и назад относительно направления выстрела.

Камера сгорания (1) имеет форму полого цилиндра с заглушенным концом.

Принцип и конструкция подобны цилиндру двухтактного двигателя внутреннего сгорания.

Таким образом, принятая в описании терминология соответствует следующим значениям. Сопло (2), которое одновременно является воздушным инжектором. Плоский кольцевой элемент (шайба) - заглушка (5) на дальнем конце камеры сгорания (1) в которой есть отверстие (6).

Критическое сечение сопла - наименьшее сечение сопла, оно соответствует входному сечению сопла.

ДТК работает следующим образом.

Известно из уровня техники (http://elib.biblioatom.ru/text/fizika-vzryva_2_1953/go,208/), что истекающие из канала ствола пороховые газы по большей части состоят из топлива в виде недогоревших частиц пороха, водорода, азота, метана, а так же оксидов углерода и азота в не высшей степени окисления (например, только на один, являющийся отличным топливом, угарный газ (CO) приходится порядка 40% объема пороховых газов), кроме этого пороховые газы так же содержат частицы масла от смазки канала ствола и сажу.

Таким образом, если в истекающие из канала ствола (4) пороховые газы добавить окислитель в виде содержащегося в воздухе кислорода и сжать получившуюся топливно-воздушную смесь до достижения ею условий самовоспламенения, то произойдет топливо-воздушный взрыв. Выделившееся при этом дополнительное тепло и образовавшийся газ (оксиды) будут способны совершить дополнительную работу посредством создания компенсирующей реактивной силы. По своей сути предложенная конструкция ДТК является частным случаем тепловой машины по типу пульсирующего воздушно-реактивного двигателя, в которой тепловая энергия газа превращается в полезную работу через организацию истечения струи газа в нужном направлении для создания полезной реактивной компенсирующей силы.

Технически этот эффект достигается посредством правильной организации процесса выстрела в полый цилиндр (1) нужного объема, при котором истекающие из канала (4) ствола пороховые газы на пути в этот цилиндр вначале проходят через воздушный зазор (инжектор), организованный боковыми окнами (3) и соплом (2), при этом они захватывают (увлекают за собой, инжектируют) необходимое количество воздуха, содержащего окислитель (кислород), затем, при дальнейшем движении газовой смеси вперед происходит смешение пороховых газов и воздуха с последующим инерционным сжатием образовавшейся топливо-воздушной смеси в районе преграды (5), в следствии чего в смеси будет происходить рост давления и температуры, а после достижения топливо воздушной смесью температуры самовоспламенения произойдет взрыв (детонация), подобно тому, как это происходит в рабочем цилиндре дизельного двигателя. Таким образом, в объеме камеры сгорания (1) происходит смешение содержащих топливо пороховых газов с затянутым (инжектированным) окислителем (кислородом воздуха), с последующим их сжатием, нагревом и воспламенением (детонацией, дизеллированием) образовавшейся топливо-воздушной смеси.

После взрыва, не имеющий возможности расширяться вперед, находящийся под избыточным давлением горячий газ вынужден расширяться в обратном направлении и истекать из боковых окон (3) с высокой скоростью, создавая при этом реактивную силу, причем, намного большую, чем сила, которую мог бы создать исходный истекающий из ствола газ.

Регулирование прироста за счет использования дизельного эффекта дополнительной мощности рассчитывают и практически осуществляют путем задания нужной длинны «h₁» (и как следствие объема) рабочей камеры сгорания (1) в котором происходит топливо-воздушный взрыв. Чем больше объем камеры, тем больше он вместит топливо-воздушной смеси, тем более высокая дополнительная мощность будет получена.

Дополнительной полезной особенностью использующих дизельный эффект ДТК является то, что в отличие от ДТК классических схем, их диаметр не имеет минимальных ограничений, обусловленных необходимостью «оставить достаточно места для плавного разворота и отражения газового потока». Т.е. конструктивно возможно даже сделать эффективный ДТК с наружным диаметром, близким к диаметру ствола оружия, что в свою очередь позволяет уменьшить габарит и массу оружия, а так же исключить возможность перекрытия ДТК прицельных приспособлений.

По результатам тестовых испытаний на спортивном карабине типа AR-15 со свободным затвором использующем патрон 9х19 была доказана возможность не только полной компенсации отдачи, но даже, при необходимости, получения отрицательной суммарной отдачи оружия, что полностью доказывает как теоретические расчеты, так и возможность практического построения устройств на представленном принципе.

ДТК содержит трубчатый корпус. Внутри корпуса размещена камера сгорания с соплом, снабженным около выходного среза боковыми окнами для инжекции воздуха и выпуска газов. Боковое окно (окна) расположено таким образом, чтобы при установке ДТК на конец ствола оружия боковые окна камеры сгорания были ориентированы перпендикулярно или под углом назад к оси ствола. Противоположный соплу конец камеры сгорания заглушен и снабжен отверстием диаметром не менее диаметра метаемого тела для его беспрепятственного прохождения. Технический результат - повышение эффективности надульного устройства, уменьшение отдачи и подброса при выстреле, уменьшение габаритов и массы надульного устройства и оружия в целом, улучшение эффективной компенсации отдачи и подброса, возможность создания ДТК малых, не перекрывающих прицельные приспособления диаметров. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Дульный тормоз-компенсатор (ДТК) с дизельным эффектом содержит закрытый со стороны, противоположной срезу ствола, корпус, который по оси ствола снабжен внутренним сквозным каналом, достаточным для беспрепятственного прохождения метаемого тела, с соплом, размещенным с ближней к срезу ствола стороны корпуса, и по меньшей мере одним боковым окном, обеспечивающим инжекцию атмосферного воздуха во внутренний объем корпуса ДТК и выброс газов по направлению назад и вбок относительно канала ствола, при этом ДТК использует для своего функционирования реактивную силу истекающих из бокового окна газов, отличающийся тем, что в ДТК используют дополнительно к внутренней энергии пороховых газов, выходящих из канала ствола вслед за выпущенным метаемым телом, энергию реакции окисления остаточного топлива, содержащегося в этих пороховых газах, кислородом атмосферного воздуха, и корпус ДТК выполнен в виде трубчатой насадки на конец ствола, размещенной после среза ствола, а внутри корпуса размещена камера сгорания с соплом, снабженным около выходного среза сопла по меньшей мере одним боковым окном, предназначенным для инжекции (засасывания) воздуха и выпуска газов, боковое окно (окна) расположено таким образом, чтобы при установке ДТК на конец ствола оружия боковые окна камеры сгорания были ориентированы перпендикулярно или под углом назад к оси ствола и имели площадь «s₁» в суммарном сечении, по меньшей мере в два раза большей площади «s₂» сечения канала ствола, сопло с расчетной степенью расширения размещено на входе в камеру сгорания и с диаметром критического сечения, выполненным не менее диаметра метаемого тела для его беспрепятственного прохождения, противоположный соплу конец камеры сгорания заглушен и снабжен отверстием диаметром не менее диаметра метаемого тела для его беспрепятственного прохождения, а расстояние «h₁» длины камеры сгорания рассчитано в зависимости от требуемой мощности дополнительно получаемой энергии от реакции окисления остаточного топлива при топливо-воздушном взрыве, необходимой для компенсации подброса и/или отдачи.

2. Дульный тормоз-компенсатор (ДТК) по п. 1, отличающийся тем, что сопло и камера сгорания образуют вокруг центрального канала дополнительный кольцевой объем, достаточный для реакции окисления остаточного топлива.

3. Дульный тормоз-компенсатор (ДТК) по п. 1, отличающийся тем, что длина камеры сгорания выполнена не менее одного калибра.

4. Дульный тормоз-компенсатор (ДТК) по п. 1, отличающийся тем, что боковые окна камеры сгорания используют как для засасывания воздуха, так и выброса газов.