Охлаждаемый пулеметный ствол Российский патент 2021 года по МПК F41A21/24 F41A13/12 

Изобретение относится к стрелковому автоматическому оружию и может быть использовано для жидкостного охлаждения стволов пулеметов. Известны стволы с эффективным межслойным охлаждением в виде трубы с наружными продольными канавками, разделенными ребрами, охваченной кожухом, кроме зоны патронника и дульной части ее, с герметизацией зоны циркуляции хладагента, имеющим по краям по поперечному окну подвода и отвода хладагента к этой зоне и из нее (см. книгу Орлова Б.В. и др. Устройство и проектирование стволов артиллерийских орудий. - М.: Машиностроение, 1976, с. 223-228).

Их недостаток: при высоких плотностях тепловых потоков на охлаждаемых поверхностях стволов калибра 12,7-14,5 мм возникает кризис теплообмена 1-го рода, что приводит к перегреву казенной части трубы и ее разрушению при стрельбе длинными очередями из-за использования продольных канавок, не обеспечивающих эффективного перемешивания текущего хладагента по ним с недостаточной охлаждаемой поверхностью. Известен охлаждаемый пулеметный ствол в виде трубы с выполненными, кроме зоны патронника и дульной части ее, наружными продольными или наклонными канавками с наклонными боковыми поверхностями, разделенными между собой соответствующими ребрами, а в казенной части ее на этих ребрах выполнены с наклонными боковыми поверхностями кольцевые прорези, разделенные между собой кольцевыми ребрами; эта труба охвачена соединенным с ней в казенной части кожухом, имеющим на концах по поперечному окну, открытому в казенной части в кольцевую прорезь трубы, а в дульной части в кольцевой зазор между их боковыми поверхностями, герметизированный у ее дульного среза (см. патент РФ 2752367 С1, от 13.11.2020).

Его недостатки: значительные при стрельбе неизотермичность и разнопрочность направляющей части трубы между зонами ее, расположенными под канавками, их наклонными боковыми поверхностями и вершинами ребер, а также нетехнологичность ее из-за таких канавок и усложненный инструмент с невысокой стойкостью для их образования. Задача предлагаемого решения - уменьшение этой неизотермичности с повышением прочности и технологичности трубы, а также упрощением конструкции инструмента для образования ее канавок. Технический результат от этого: повышение прочности и живучести трубы с упрощением геометрии и снижением стоимости ее изготовления и ствола. Это достигается тем, что в охлаждаемом пулеметном стволе в виде трубы с выполненными, кроме зоны патронника и дульной части ее, наружными продольными или наклонными канавками, разделенными между собой соответствующими ребрами, а в казенной части ее выполнены кольцевые прорези, разделенные своими кольцевыми ребрами, выполненные, как и канавки, расширяющимися от их доньев до вершин их ребер, и охваченной соединенным с ней в казенной части кожухом, имеющим на концах по поперечному окну, открытому в казенной части в ее кольцевую прорезь, а в дульной части в кольцевой зазор между их боковыми поверхностями, загерметизированный у дульного среза трубы, новым является то, что боковые поверхности канавок трубы развернуты к ее наружной поверхности с продолжением ими имеющихся плоских доньев, заканчивающихся на ней, а кольцевые прорези ее казенной части выполнены глубиной, меньше или равны глубине этих канавок; при минимальном числе таких канавок в каждой из них выполнено по радиальному ребру с диаметральным размером по вершине его, как и у имеющихся ребер, и с кольцевыми прорезями выше указанной глубины в казенной части трубы. Выполнением в средней и казенной частях трубы прямых или наклонных наружных канавок с боковым поверхностями, развернутыми к ее наружной поверхности с продолжением ими имеющихся плоских доньев, заканчивающихся на ней, уменьшается установившаяся при стрельбе неизотермичность на ее внутренней поверхности в зоне доньев таких канавок и вершин их ребер, а также упрощаются геометрия боковой поверхности трубы, ее изготовление и используемый для этого инструмент. Формированием кольцевых прорезей в казанной части трубы глубиной, меньше или равны глубине ее канавок, уменьшается объем снимаемого металла с нее при их образовании и сохраняется прочность трубы там.

Созданием при минимальном числе плоских канавок в каждой из них, по дополнительному ребру с диаметральным размером по вершине его, как и у имеющихся ребер, и с кольцевыми прорезями выше указанной глубины в казенной части трубы повышается прочность трубы по середине такой канавки из-за контакта его вершины с боковой поверхностью кожуха; таким решением также увеличивается поверхность охлаждения трубы за счет боковых поверхностей и кольцевых прорезей такого ребра. Предлагаемое от известных решений ново, существенно отличается от них, промышленно пригодно и отвечает критериям изобретение. Такой ствол представлен на чертеже фиг. 1, где в верхней части ее показано продольное сечение его кожуха и трубы по прямому ребру с кольцевыми прорезями с наклонными боковыми поверхностями в ее казенной части, а в нижней части - наружные наклонные канавки средней и казенной частей трубы с этими прорезями в наклонных ребрах казенной части, разделяющих эти канавки. На фиг. 2 приведено поперечное сечение А-А казенной части ствола с предлагаемыми канавками трубы и прорезями указанной выше глубины и дополнительным ребром на такой канавке в правой части ее

Предлагаемый ствол содержит трубу 1 с патронником 2, от пульного входа которого начинаются ее наружные кольцевые трапецеидальные прорези 3, выполненные в наружных наклонных ребрах 4, причем и казенной части трубы 1 ими образованы выступы 4'; в начале средней части трубы ее плоские наклонные канавки 5 без боковых поверхностей открыты в кольцевой зазор 6 между поверхностями дульной части трубы 1 без канавок и охватывающим ее кожухом 7; не показанной резьбой он соединен через прокладку 8 и дополнительно сваркой с казенной частью трубы 1, а дульной частью расположен у ее дульного среза с герметизацией там зоны циркуляции хладагента теплостойким элементом 9; у кожуха 7 под хладагент выполнены поперечное окно 10 в дульной части, открытое в кольцевой зазор 6, и такое же окно 11 в казенной части, выходящее в кольцевую прорезь 3 трубы, а из нее в предлагаемые канавки 5 или 5 и 5'; справа в сечении А-А показано ребро 12, сформированное на канавке 5 с образованием 2-х канавок 5' в котором выполнены выше указанные прорези 3' с ранее приведенной глубиной, но меньшей ширины; этим ребром, сформированным по вершине в диаметральный размер имеющихся ребер трубы, повышается прочность при 4-х или 6-ти предлагаемых канавках ее и возрастает охлаждаемая поверхность за счет их боковых поверхностей и кольцевых прорезей 3' каждого из таких ребер. Такая конструкция наружной поверхности трубы определяется кривой давления пороховых газов с максимумом до 35 кг/мм², действующих на нее при выстреле в казенной части на длине не более 10-15 калибров ствола, а затем оно резко убывает к дульному срезу до 10-15 кг/мм² в зависимости от длины трубы; поэтому труба в дульной части не упрочняется кожухом, и понижается на глубину канавок 5 с образованием кольцевого зазора 6 между их боковыми поверхностями.

Ствол охлаждается так: хладагент подводится через поперечное окно 10 кожуха 7 в его кольцевой зазор 6; по нему, охлаждая дульную часть трубы 1, он устремляется к ее средней части с канавками 5; по каналам, образованным плоскими наружными канавками 5или 5 и 5' и частями внутренней поверхности кожуха (см. фиг. 2), хладагент охлаждает эту часть трубы 1 и перемещается в казенную часть ее с кольцевыми прорезями 3 и 3' в ребрах 4 и 12, образующими отдельно стоящие выступы 4' ее, омываемые с 4-х сторон хладагентом, с отводом к окну 11 кожуха нагретого этой частью трубы и дополнительно ее выступами 4' разной ширины у ребер 4 и 12 (когда используются ребра 12 у канавок 5) хладагента за пределы ствола.

Такой конструкцией наружных прямых или наклонных плоских канавок и кольцевых прорезей в их ребрах казенной части трубы значительно увеличивается охлаждаемая поверхность, чем уменьшается плотность отводимого от нее теплового потока и этим самым устраняется кризис теплообмена 1-го рода при кипении хладагента там. При этом ребрами 12, когда у трубы 1 плоских канавок 5, например, 4-ре, повышается ее прочность по их серединам, т.к. вершины ребер 12 контактируют, как и вершины ребер 4, с внутренней поверхностью кожуха 7. Ими же увеличивается и охлаждаемая поверхность трубы 1 за счет их боковых поверхностей и уменьшенных толщинами ребер 12 прорезей 3. Такие канавки можно формировать на фрезерно-агрегатных станках, получая одновременно за 1 проход 2 канавки или даже 3 при числе канавок трубы у пулеметов калибров d=12.7 и 14,5 мм 4, 6 или 8 с использованием, при этом - жестких концевых твердосплавных фрез. Ребра 12 трубы будет фрезероваться с одновременном образованием такого ребра и двух канавок, имеющих каждая плоское дно и боковую стенку. Указанную неизотермичность направляющей части трубы в поперечном сечении оценим по уравнению теплопроводности Фурье для плоской стенки q=-λ dT/dn, где q=2000000 - отводимая хладагентом от канавки (см. сечение А-А) плотность теплового потока; λ=30 - коэффициент теплопроводности стальной трубы; dT-перепад температур между ее теплообменными поверхностями, определяемый по этой зависимости; dn=0,2d=0,0025-0,005-толщины стенок соответственно от середины ее канавок до их краев для трубы калибра d=12,7 мм и наружного диаметра 0,022 по вершинам ребер 6-ти предлагаемых канавок фиг. 2. Размерность этих величин, кроме калибра ствола, в системе СИ.

Тогда получим по середине такой канавки трубы перепад 166°, а на краю ее у наружного диаметра 0,022 уже 332°, причем с увеличением количества канавок на трубе ее наружный диаметр уменьшается, и последнее значение этого перепада становится меньше, чем снижается установившаяся неизотермичность при стрельбе направляющей части с возрастанием ее живучести.

Количество штатных канавок (прямоугольных, трапецеидальных, радиусных и др.) для этого калибра ствола как минимум 8, и неизотермических зон у направляющей части трубы больше, что снижает ее живучесть. Кольцевые прорези казенной части трубы выполняются переменной глубины (см. фиг. 2): в зоне контакта вершины ребра трубы с внутренней поверхностью кожуха 7 она постоянна и равна глубине предлагаемой канавки, а за пределами этой зоны уменьшается и к середине такой канавки равна 0, чем уменьшается объем снимаемого металла при образовании канавок и кольцевых прорезей.

Последними также снижается и установившаяся при стрельбе продольная неизотермичность направляющей части с повышением живучести трубы. Таким образом, предлагаемыми плоскими наружными канавками и кольцевыми прорезями переменной глубины в казенной части трубы повышаются ее живучесть до 5%, прочность и технологичность упрощением геометрии ее наружной боковой поверхности, чем снижается стоимость такого ствола.

Охлаждаемый пулеметный ствол в виде трубы с выполненными, кроме зоны патронника и дульной части ее, наружными продольными или наклонными канавками. Боковые поверхности канавок трубы развернуты к ее наружной боковой поверхности с продолжением ими имеющихся плоских доньев, которые заканчиваются на ней. Кольцевые прорези казенной части выполнены глубиной, меньшей или равной глубине канавок. На каждой канавке выполнено по радиально расположенному ребру. Технический результат - повышение прочности и живучести трубы, упрощение конструкции. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Охлаждаемый пулеметный ствол в виде трубы с выполненными, кроме зоны патронника и дульной части ее, наружными продольными или наклонными канавками, разделенными между собой соответствующими ребрами, а в казенной части выполнены кольцевые прорези, разделенные своими кольцевыми ребрами, образованные, как и канавки, расширяющимися от их доньев до вершин их ребер, и охваченной соединенным с ней в казенной части кожухом, имеющим на концах по поперечному окну, открытому в казенной части в ее кольцевую прорезь, а в дульной части в кольцевой зазор между их боковыми поверхностями, загерметизированный у дульного среза трубы, отличающийся тем, что боковые поверхности канавок трубы развернуты к ее наружной' поверхности с продолжением ими имеющихся плоских доньев, заканчивающихся на ней, а кольцевые прорези ее казенной части выполнены глубиной, меньшей или равной глубине этих канавок.

2. Охлаждаемый пулеметный ствол по п. 1, отличающийся тем, что при минимальном числе таких канавок на каждой из них выполнено по радиально расположенному ребру с диаметральным размером по вершине его, как и у имеющихся ребер, и с кольцевыми прорезями в казенной части трубы.