ДУЛЬНЫЙ ТОРМОЗ ДЛЯ ОРУЖИЯ МАЛОГО КАЛИБРА Российский патент 2024 года по МПК F41A21/36 

Изобретение относится к области стрелково-пушечного вооружения и может быть использовано для снижения силы отдачи пороховых газов при выстреле и снижения их негативного воздействия на оружие и стрелка в периоде последействия.

Известны конструкции дульных тормозов, обеспечивающие увеличение импульса тянущей силы. Их функционирование основано на принципе дифференциации поля давления пороховых газов в периоде последействия в полости тормоза.

Известна конструкция дульного тормоза [1], содержащая корпус 1 (фиг. 1) со следующими друг за другом цилиндрической частью А, конической частью В и цилиндрической частью С. Функционально конструкция корпуса 1 содержит два блока расширения пороховых газов 2 (фиг. 2), расположенных горизонтально и симметрично относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось корпуса тормоза 1. Блоки объединены направляющими сегментами 3, являющимися продолжением ствола и проходящими по всей длине корпуса тормоза до его передней стенки 4 (фиг. 3). В стенках функциональных блоков 2 (фиг. 3) выполнены окна 5 прямоугольной формы.

При течении потока газов с высокой скоростью по блокам расширения происходит их разделение на внешний (фиг. 4, d) поток и внутренний поток (фиг. 4, е). Внешний поток препятствует радиальному расширению внутреннего потока, увеличивая время его нахождения в полости корпуса 1. Создаваемая при этом в районе передней стенки область ƒ (фиг. 4) высокого статического давления и глубокое разрежение газов в конической части корпуса (фиг. 4, g) формируют тянущую силу тормоза на всем интервале времени периода последействия.

Конструкция обеспечивает увеличение импульса тянущей силы дульного тормоза для орудий с ослабленной энергетикой периода последействия при допустимых величинах давлений пороховых газов в местах расположения боевого расчета.

Технические ограничения конструкции связаны с невозможность ее непосредственно применения для стрелкового оружия в виду формирования воздействия пороховых газов, превышающего физические возможности стрелка.

Целью заявляемого изобретения является повышение функциональной эффективности дульного тормоза за счет увеличения импульса тянущей силы для оружия малого калибра при сохранении физической целостности и удовлетворении ограничений по избыточному давлению пороховых газов и их звуковому давлению.

Эта цель достигается следующими изменениями конструкции прототипа.

1. Изменена конструкция функционального блока расширения пороховых газов. Его боковая стенка k (фиг. 5) выполнена не радиальной, а прямой, ширина S (фиг. 5) канала равна калибру оружия D, длина (фиг. 5) L блока расширения равна 12D длина конической части N равна 3D при угле наклона стенки α (фиг. 6) 14 градусов, длина окна (фиг. 6) М равна 2.75D, высота окна (фиг. 5) равна ширине S канала расширения (фиг. 5), угол скоса граней окна ϕ (фиг. 6) равен 30 градусам, толщина стенки U (фиг.6) равна 0.25 D.

2. Корпус содержит три функциональные секции блока расширения в одном корпусе 1, размещенные вокруг его продольной оси с угловым шагом в 120 градусов (фиг. 7). Такая конструкция исключает использование направляющих сегментов 3 (фиг. 2, фиг. 3).

3. В передней стенке 4 (фиг. 6) выполнена полусферическая полость радиусом R, равным 1.45D вокруг центрального канала (фиг. 6). Конфигурация функциональной части тормоза показана на фиг. 7.

4. Наружная конфигурация корпуса, выполняется из условия ее прочности при соответствующих выстрелу давлениях пороховых газов в полости корпуса тормоза.

Работа устройства

Устройство работает аналогично прототипу. Отличие заключается в следующих особенностях:

- перераспределение пороховых газов происходит по трем блокам расширения, что способствует увеличению их расхода и тянущей силы тормоза, рассеянию в околодульном пространстве и снижению энергетического воздействия на стрелка;

- наличие полости в виде полусферы в передней стенке тормоза способствует увеличению гидравлического сопротивления для пороховых газов вследствие их дросселирования при высоком статическом давлении (до величины дульного давления и выше) в области передней стенки как до, так и после вылета пули из полости тормоза. Это приводит к увеличению времени работы пороховых газов в полости тормоза и поддержанию их высокого давления в области его передней стенки.

Оценка возможностей заявленной конструкции проведена по комплексной распределенной математической модели функционирования 7.62-мм винтовки СВ-98 при стрельбе патроном со стальным сердечником [2]. Внутрибаллистические характеристики (фиг. 8) определялись с использованием термодинамической модели [3, 4].

Модель периода последействия построена на основе решеточных уравнений Больцмана [5, 6]. Свойства выстрела с заявленной конструкцией тормоза сравнивались со свойствами выстрела с моделью прототипа и свойствами выстрела без использования дульного тормоза. Фрагмент функций тянущих сил для начала периода последействия показан на фиг. 9. Модель с тремя функциональными секциями предпочтительней модели с двумя функциональными секциями.

Полная эффективность дульных тормозов оценена моделированием свободного отката винтовки за все время периода последействия. При использовании двухсекционного дульного тормоза длина отката равна 0.15 м, при использовании трехсекционного тормоза длина отката равна 0.09 м. По этому показателю трехсекционный тормоз предпочтительней двухсекционного.

Свойства пороховых газов в околодульном пространстве фиксировались датчиками регистрации избыточного давления, размещение которых показано на фиг. 10. Пример функций давления для датчика 6 показан на фиг. 11. Для остальных датчиков характер функций аналогичен.

Звуковое давление для датчиков 1-16 определялось расчетами стандартным образом. Пример для датчика 6 показан на фиг. 12. Приоритетность результатов аналогична для всех использованных датчиков. По двум последним показателям трехсекционный тормоз предпочтительней двухсекционного.

Оценка возможной целостности тормоза выполнена на основе топологической оптимизации (фиг. 13) [7, 8]. Трансформация дульного тормоза функционального представления (фиг. 13, а) в дульный тормоз допустимой для винтовки СВ-98 геометрии (фиг. 13, b) и в дульный тормоз возможной наружной конфигурации корпуса (фиг. 13, b) выполнена в среде SolidWorks. Дульный тормоз позиции с определялся из условия прочности при соответствующих выстрелу давлениях пороховых газов в полости корпуса тормоза (фиг. 13, а). Согласно [9] в расчетах использовано статическое давление газов по критичным фрагментам внутренней поверхности корпуса 1 тормоза. Данные свидетельствуют о возможности сохранения целостности корпуса 1 тормоза, заявленной в цели изобретения. Возможная наружная конфигурация тормоза (фиг. 13, с) отличительными признаками не заявляется по причине вариативной природы методов ее получения.

По результатам моделирования процесса выстрела можно заключить, что заявленные цели реализуются в предлагаемой конструкции дульного тормоза (фиг. 6, фиг. 7).

Источники

1. Дульный тормоз. // Патент на изобретение №2789498, 2023. бюл. №4. Дьячков Ю.А., Краснов М.Н., Устинов Е. М., Камшин С.В., Новичков С.А., Коротков Д.И.

2. Куканов, С.А. Каталог патронов стрелкового оружия: учебн.-нагляд. пособие для вузов / С.А. Куканов, Г.А. Хватов, А.О. Колпиков; под общ. ред. С.А. Куканова. - Пенза: ВУНЦ СВ «ОВА ВС РФ» (фил.), 2011. - 117 с.

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

4. Чурбанов Е.В. Внутренняя баллистика. - Л.: Изд. ВАОЛКА им. М.И. Калинина, 1975.-244 с.

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

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

7. В.В. Сысоева, В.В. Чедрик. Алгоритмы оптимизации топологии силовых конструкций. // Ученые записки ЦАГИ, T.XLII, №2, 2010. - с. 91-102.

8. К.А. Башин, Р.А. Торсунов, С.В. Семенов. Методы топологической оптимизации конструкций, применяющиеся в аэрокосмической отрасли. // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2017. №51. - с. 51-62.

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

Изобретение относится к области вооружения. Дульный тормоз, содержащий корпус с блоками расширения с окнами выхода пороховых газов и передней стенкой со снарядным окном, отличающийся тем, что внутренняя полость выполнена как объединение трех функциональных секций блоков расширения с угловым шагом 120 градусов, боковая стенка блока расширения выполнена прямой, ширина канала равна калибру оружия, длина блока расширения равна 12 калибрам оружия, длина конической части блока расширения равна трем калибрам оружия при угле наклона стенки к центральной оси 14 градусов, длина окна равна 2.75 калибра оружия, высота окна равна калибру оружия, угол скоса граней окна равен 30 градусам, толщина стенки в месте расположения окна равна 0.25 калибра оружия, в передней стенке выполнена полусферическая полость вокруг центрального канала радиусом, равным 1.45 калибра оружия. Обеспечивается повышение функциональной эффективности дульного тормоза. 13 ил.

Дульный тормоз, содержащий корпус с блоками расширения с окнами выхода пороховых газов и передней стенкой со снарядным окном, отличающийся тем, что внутренняя полость выполнена как объединение трех функциональных секций блоков расширения с угловым шагом 120 градусов, боковая стенка блока расширения выполнена прямой, ширина канала равна калибру оружия, длина блока расширения равна 12 калибрам оружия, длина конической части блока расширения равна трем калибрам оружия при угле наклона стенки к центральной оси 14 градусов, длина окна равна 2.75 калибра оружия, высота окна равна калибру оружия, угол скоса граней окна равен 30 градусам, толщина стенки в месте расположения окна равна 0.25 калибра оружия, в передней стенке выполнена полусферическая полость вокруг центрального канала радиусом, равным 1.45 калибра оружия.