СПОСОБ СТРЕЛЬБЫ И ДУЛЬНЫЙ ТОРМОЗ Российский патент 2024 года по МПК F41A21/36 

Важным элементом современного ствольного оружия является дульный тормоз (ДТ), обеспечивающий наряду с другими устройствами существенное снижение силового действия пороховых газов (ПГ) при выстреле на элементы оружия.

Функционирование конструкций ДТ основано на способе рассеяния ПГ, сущность которого заключается в отводе части их потока через окна в корпусе ДТ. «При этом уменьшается расход газов в направлении оси канала, что уменьшает реактивную силу в направлении движения ствола, а вследствие поворота струи газов в каналах дульного тормоза или вследствие удара центральной струи о переднюю стенку тормоза возникает реактивная сила, действующая в направлении, образном откату, и уменьшающая энергию отката» {1, с. 386]. Способ рассеяния обеспечивает силовое действие ПГ ослабленным периферийным течением, кратковременно усиливающимся энергетическим потенциалом центрального ядра во время прохождения дном снаряда областей отводящих окон в корпусе ДТ. При этом количественное изменение параметров конструкции ДТ не обеспечивает увеличение импульса его тянущей силы, выходящее за границы установленных соотношений процесса функционирования и конструкции ДТ [2, 3, 4].

Известны ствольные артиллерийские орудия (семейство орудий типа 2Б16), в конструкции которых используется ДТ. Особенности функционирования ДТ в таких орудиях обусловлены следующими факторами:

- истечением пороховых газов, с момента воспламенения метательного заряда до окончания периода последействия пороховых газов на ствол;

- низкой баллистикой метательного заряда., исключающей существенное повышение эффективности ДТ классической конструкции;

- обтеканием газами снаряда в полости ДТ, что приводит к повышению силового действия ПГ па снаряд по сравнению с ДТ, имеющим отсекающие боковой ноток газов диафрагмы во внутренней полости корпуса;

- относительно малой длиной ствола, что приводить к ограничению эффективности ДТ в связи с медицинскими требованиями по величине избыточного давления ПГ на. местах орудийного расчета;

- ограничением на массу ДТ в связи с ограничением на массу всего орудия.

Известна конструкция дульного тормоза., [5], содержащая (фиг. 1) корпус 1 с кольцевой частью А, конической частью В и цилиндрической частью С. В цилиндрической части С корпуса 1 (фиг. 2) выполнены приливы 2 вертикальных боковых окон 3 прямоугольной формы с тремя вертикальными 4 и одним горизонтальным 5 разделителями. Приливы и окна, расположены симметрично относительно продольной вертикальной плоскости корпуса 1 тормоза. На наружной поверхности корпуса 1 (фиг. 3) сверху и снизу выполнены продольные ребра жесткости 6. На внутренней поверхности корпуса 1 (фиг. 3) в верхней и нижней части выполнены продольные ребра жесткости 7.

Процесс функционирования такого ДТ реализуется следующими операциями (фиг. 4):

- обтеканием снаряда ПГ в полости ДТ с момента прохождения задней конической частью снаряда дульного среза, ствола до момента прохождения этой частью снаряда переднего среза корпуса ДТ;

- воздействием пороховых газов на переднюю стенку дульного тормоза с последующим их рассеяния в атмосферу через боковые окна. При этом создается тянущee усилие, способствующее снижению силового действия ПГ на откатные части.

Определенным достоинством конструкции дульного тормоза являются компактность и малая масса.

Основным недостатком такой конструкции, обусловленным спецификой функционирования ДТ, является ограниченное время формирования импульса тянущей силы дульного тормоза, практически равное времени прохождения снаряда по полости корпуса тормоза 1 (фиг. 5).

Целью заявляемого изобретения является увеличение импульса тянущей силы дульного тормоза, снижение избыточного давления пороховых газов в направлении боевого расчета.

Для достижения указанной цели предлагается новый способ увеличения тянущей силы ДТ и конструкция тормоза, обеспечивающая реализацию такого способа.

Способ включает следующие операции:

- концентрации энергетического потенциала потоков ПГ путем уменьшения площади поперечного сечения каналов их течения. Реализуемый вариант концентрирующих каналов течения газов показан на фиг. 6. Направляющая часть тормоза выполнена (фиг. 7) в виде двух дуг с внутренним диаметром, равным калибру орудия d, угловой размер дуг k (фиг. 8) направляющей части корпуса (участки В и С, фиг. 6) равен 90 градусов (фиг. 8). Дуги k размещены вертикально и симметрично относительно центральной вертикальной и центральной горизонтальной плоскостей, проходящих через ось корпуса тормоза. Длина с (фиг. 7) переходного конуса В равна. 1.53d, высота а профиля равна. 1.32d, ширина b профиля равна 2.25d. Длина h (фиг. 9) цилиндрического участка С равна 2.35d. Организованные таким образом приливы переходного конуса В и цилиндрической части С корпуса 1 обеспечивают увеличение скорости потока газов, эжектирование области за дульным срезом ствола.

- разделение потоков на внешний (сначала пристенный) и внутренний (фиг. 9, фиг. 10) с целью создания зоны высокого статического давления в области передней стенки w ДТ вследствие экранирования внутреннего потока ПГ внешним. Для этого цилиндрическая часть С корпуса 1 содержит боковые окна 10 (фиг. 9) прямоугольной формы. Высота с окон 10 (фиг. 8, фиг. 9) равна 1.06d, ширина f окна 10 (фиг. 9) paвна 1.49d. Центр окна размещен от переднего торца корпуса тормоза на расстоянии g, равном 1.16d. Углы боковых окон скруглены. Разделяющим компонентом является передняя грань окна 10 (фиг. 10). Кроме того, экранирование внутреннего потока внешним обеспечивает снижение избыточного давления ПГ в местах размещения боевого расчета;

- ограничение области вертикального расширения пристенного потока с целью поддержания энергетического потенциала при выходе из полости ДТ. Для этого на внутренних верхних и нижних горизонтальных поверхностях части С корпуса. 1 выполнены приливы s (фиг. 11). Начало приливов s совпадает с плоскостью окончания конусной части В и начала цилиндрической части С. Полная длина b1 прилива s (фиг. 12) равна 0.72d, длина b2 передней части приливов s равна. 0.13d, радиусы R1 и R2 равны соответственно 5.15d и 0.21d;

- разрушение ядра потока ПГ с целью поддержания зоны высокого статического давления в области передней стенки w ДТ путем экранирования центрального канала пороховыми газами после выхода снаряда из полости ДТ. Для этого передняя стенка w ДТ (фиг. 13) соединена со стенками цилиндрической части С корпуса 1 со скруглением R3, равным 0.25d.

Реализация способа и работа дульного тормоза.

При прохождении задней конусной части снаряда начала участка В образуется зазор (фиг. 14, вид сверху) между корпусом снаряда и внутренней поверхностью приливов в переходной области корпуса 1 тормоза, в который поступают на высокой скорости пороховые газы, опережая движение снаряда. Реализуется первая операция - концентрация истекающих из ствола газов в два потока. К области дульного среза ствола формируется зона глубокого разряжения пороховых газов, функционирующая в таком качестве во все время периода последействия газов на ствол и способствующая предотвращению обратного пламени при открывании затвора.

Далее реализуется вторая операция - разделение потока ПГ на внешний и внутренний. Часть газов, ближняя к боковой стенке приливов цилиндрической части С корпуса 1, сразу истекает через окна 10 в атмосферу (фиг. 15, фиг. 16). Эта часть газа после истечения в атмосферу является защитным экраном, предотвращающим распространение внутренней части газов в сторону орудийного расчета и способствует снижению избыточного давления на местах его размещения. Для этой части газов реализуется третья операция - ограничение области вертикального расширения как дополнительная концентрация внешнего потока газов (фиг. 17, фиг. 18) с целью повышения эффективности экранирования внутреннего потока. Внутренняя часть потока газов воздействует на переднюю стенку w корпуса 1 (фиг. 16), создавая со временем зону повышенного статического давления, после чего так же истекает через окна 10 в атмосферу.

В период прохождения конической задней частью снаряда окна передней стенки w корпуса 1 ДТ (фиг. 19) и далее до окончания периода последействия реализуется четвертая операция - разрушение ядра потока ПГ. Внутренняя часть газов в каналах течения, ранее отражавшаяся от корпуса снаряда перед выходом в атмосферу, теперь во встречном движении вследствие направляющего скругления R3 (фиг. 13) экранирует центральный канал, что приводит к разрушению ядра потока газов и обеспечивает формирование тянущей силы ДТ до завершения периода последействия.

Наличие направляющих дуг k (фиг. 8) повышает защищенность боковой поверхности снаряда от действия пороховых газов, снижая вероятность ее повреждения в периоде последействия.

Высокая скорость газов формирует в дульной области структуру течения среды, при которой вынос основной энергии потока осуществляется не в сторону расположения орудийного расчета.

Оценкой возможностей [6, 7] изобретения по сравнению со способом рассеяния пороховых газов и конструкцией прототипа [5] для внутрибаллистического процесса, аналогичного орудию 2Б16 со снарядом ОФ49 на полном заряде в периоде исследования T=0.008 с определено превышение импульса тянущей силы более чем в 5 раз. Избыточное давление дульной ударной волны фиксировалось за все время исследуемого процесса в восьми точках (фиг. 20). Типовые графики функций избыточного давления показаны на фигурах 21-24.

Изначальная деформация формы потока газов и геометрические характеристики каналов течения обеспечивают поддержание структуры потока с разрушенным центральным ядром при движении снаряда в полости устройства и в периоде последействия.

Геометрические характеристики модели изобретения находятся в границах геометрических характеристик прототипа. Основные компоненты конструкции тормоза показаны на фиг. 25.

По результатам моделирования процесса выстрела можно заключить, что заявленные цели достигаются предложенным способом и реализующей его конструкцией.

Источники.

1. Серебряков М.В. Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ракет. М.: Оборонгиз, 1962. - 703 с.

2. Слухоцкий В.Е. Вопросы промежуточной баллистики. / В.Е. Слухоцкий. - М., Л.: Отдел изд. Наркомвоенмора, 1934, - 72 с.

3. Сергеев М.М. Теория и расчет дульных тормозов / М.М. Сергеев. - М.: Государственное издательство Оборонной промышленности, 1939. - 140 с.

4. Орлов Б.В. Устройство и проектирование стволов артиллерийских орудий / Б.В. Орлов, Э.К. Ларман, В.Г. Маликов. - М.: Машиностроение, 1976. - 432 с.

5. https://topwar.ru/1943 16-buksiruemoe-orudie-2b16-nona.-k.html.

6. Черчиньяни К. Теория и приложения уравнения Больцмана. М.: Мир, 1978. - 496 с.

7. Кривовичев Г.В. О расчете течений вязкой жидкости методом решеточных уравнений Больцмана. Компьютерные исследования и моделирование, 2013 т. 5 №2 с. 165-178.

Способ стрельбы, при котором концентрируют энергию потоков пороховых газов путем уменьшения площади поперечного сечения каналов их течения, разделяют потоки пороховых газов на внешний и внутренний с экранированием внутреннего потока внешним, создают зону высокого давления в области передней стенки тормоза, ограничивают область вертикального расширения пристенного потока, разрушают ядро потока газов путем экранирования центрального канала пороховыми газами после выхода снаряда из полости ДТ для поддержания высокого давления в области передней стенки тормоза на всем периоде последействия. Дульный тормоз содержит корпус с кольцевой, конической и цилиндрической частями, приливами с выполненными в них окнами. Боковые окна, выполненные в приливах цилиндрической части корпуса тормоза, выполнены прямоугольной формы. Начало приливов совпадает с плоскостью окончания конусной части корпуса и начала цилиндрической части. Передняя стенка тормоза соединена со стенками цилиндрической части корпуса со скруглением. Внутренний диаметр кольцевой части и минимальный внутренний диаметр на конической и цилиндрической частях корпуса выполнены равными калибру ствола d в виде двух дуг с угловым размером 90° и симметричными относительно центральных вертикальной и горизонтальной плоскостей корпуса тормоза. Технический результат - увеличение импульса тянущей силы дульного тормоза, снижение избыточного давления пороховых газов в направлении боевого расчета. 2 н.п. ф-лы, 25 ил.

1. Способ стрельбы, при котором уменьшают расход газов в направлении оси канала, поворачивают струи газов в каналах дульного тормоза и ударяют центральную струю о переднюю стенку тормоза с формированием реактивной силы, отличающийся тем, что концентрируют энергетический потенциал потоков пороховых газов путем уменьшения площади поперечного сечения каналов их течения, разделяют потоки пороховых газов на внешний и внутренний с экранированием внутреннего потока внешним, и создают зоны высокого давления в области передней стенки тормоза, ограничивают области вертикального расширения пристенного потока газов для поддержания их энергетического потенциала при выходе из полости тормоза, разрушают ядро потока газов путем экранирования центрального канала пороховыми газами после выхода снаряда из полости ДТ, и поддерживают высокое давление в области передней стенки тормоза на всем периоде последействия.

2. Дульный тормоз, содержащий корпус с кольцевой, конической и цилиндрической частями, приливами с выполненными в них окнами, отличающийся тем, что внутренний диаметр кольцевой части и минимальный внутренний диаметр на конической и цилиндрической частях корпуса выполнены равными калибру ствола d в виде двух дуг с угловым размером 90° и симметричными относительно центральных вертикальной и горизонтальной плоскостей корпуса тормоза, коническая часть длиной 1,53d и цилиндрическая часть длиной 2,35d являются приливами корпуса в горизонтальной области симметрично относительно центральной вертикальной и центральной горизонтальной плоскостей с шириной профиля, равной 2,25d, высотой профиля, равной 1,32d, боковые окна, выполненные в приливах цилиндрической части корпуса тормоза, прямоугольной формы высотой 1,06d и шириной 1,49d и размещением центра окна от передней стенки корпуса тормоза на расстоянии 1,16d, на внутренних верхних и нижних горизонтальных поверхностях приливов цилиндрической части корпуса выполнены приливы, начало приливов совпадает с плоскостью окончания конусной части корпуса и начала цилиндрической части, полная длина прилива равна 0,72d, длина передней части приливов равна 0,13d, радиусы профиля приливов равны соответственно 5,15d и 0,21d, передняя стенка тормоза соединена со стенками цилиндрической части корпуса со скруглением, равным 0,25d.