ГАЛЬВАНОУДАРНАЯ ВТУЛКА Российский патент 2025 года по МПК F42B19/00 

Средства воспламенения артиллерийских выстрелов по способу задействования разделяются на три группы:

- ударные капсюльные втулки;

- электрические капсюльные втулки;

- гальваноударные (электроударные) втулки;

Для самоходной артиллерии, особенно танковой, где предусмотрена стрельба с ходу, предпочтительно применять в боеприпасах гальваноударное средство воспламенения (СВ), как обеспечивающее большую надежность безотказного действия.

Типичным представителем гальваноударного средства воспламенения является известная гальваноударная втулка, которой комплектуются ряд боеприпасов [1].

Конструкция этого СВ, представленная на фиг. 1 содержит:

- резьбовой металлический корпус из конструкционной стали 1;

- наружный обтюратор в виде медной чашечки 2, вставленной во втулку 3, пороховую шашку из дымного ружейного пороха (ДРП-2) 4 с пороховой подсыпкой 5, закрываемую медной крышкой с подштампованными лучами 6;

- внутренний обтюратор, состоящий из стального резьбового винта из конструкционной стали 7, закрепляющего наружный обтюратор (чашечку) к корпусу, и медного конусного клапана 8;

- электроударный узел, размещенный в гайке зажимной с основанием, конструктивно выполненной из двух частей - латунной резьбовой гайки 10 и изолированного от нее опрессованной пластмассой латунного основания 9, внутрь которого устанавливается капсюль-воспламенитель втулочный 11 с гремучертутным ударно-воспламенительным составом, поджимаемый втулкой прижимной 12. Сверху в изолированном гнезде основания помещается дисковый электрозапал с мостиком накаливания и инициирующим взрывчатым веществом (ИВВ) - тринитрорезорценатсвинца (ТНРс) на нитролаке 13, причем нижняя обкладка-контакт контактирует через шайбу с основанием и изолирована от массы корпуса, а верхняя обкладка - контакт диска через обжимную шайбу электрически контактируют с гайкой зажимной, а значит и массой корпуса. Электроударный узел ввинчивается в корпус гальваноударной капсюльной втулки, и тем самым образуется однопроводная электрическая цепь: основание (+) - корпус (-). Верхняя и нижняя обкладки диска разделены изолирующей пластмассовой шайбой. Мостик накаливания из константановой проволоки диаметром 50 мк припаян к верхней и нижней обкладкам и проходит по диагонали через отверстие диска, которое заполняется инициирующим ВВ-ТНРс, замешанном на нитролаке.

Для герметизации электроударного узла от внешних воздействий по окружности резьбовой доньевой втулки выполнена кольцевая конусная проточка, в которую досылается через углубление корпуса под натягом пластикатовая шайба и алюминиевое кольцо конической конфигурации 14.

Принцип действия электроударной втулки, являющейся прототипом предполагаемого изобретения.

При подаче электрического напряжения 20 В, а затем ударного импульса 4 Дж, если СВ не сработала от электрики (именно в такой последовательности работает спусковой механизм танковой артсистемы) мостик накаливания нагревается и сгорает, воспламеняя инициирующее взрывчатое вещество (ИВВ) электрозапала.

Воспламенительный импульс от электрозапала, двигаясь в обе стороны зажигает через отверстие в наковаленке диаметром 1 мм гремучертутный ударно-воспламенительный состав капсюля втулочного, а также поднимая медный конусный клапан воспламеняет через перфорированные отверстия в дне втулки резьбовой пороховую подсыпку, пороховую шашку и раскрывая медную крышку по подштампованным лучам, зажигает дополнительный воспламенитель метательного заряда выстрела. В случае отказа электрозапала (что практически не бывает) от ударного импульса бойка спускового механизма артсистемы срабатывает капсюль-воспламенитель - зажигает ИВВ электрозапала и далее огневая цепочка действует по выше описанной схеме.

При обратном действии давления пороховых газов от сгорания метательного заряда выстрела медная чашечка и медная втулка раздаются и своими стенками облегают внутреннюю поверхность посадочного гнезда гальваноударной втулки в поддоне боеприпаса, препятствуя тем самым прорыву газов по наружной резьбе.

В тоже время под давлением пороховых газов медный конусный клапан запирается в гнезде резьбового винта, обтюрируя проход газов по оси СВ.

Следует отметить, что электроударная втулка характеризуется как высоконадежное средство воспламенения.

За весь многолетний период наблюдения не зафиксировано ни одного случая отказа или нештатной работы ни в стендовых ни полигонных испытаниях, а также при эксплуатации данного СВ с определенным порогом нагрузки.

Требования современных разрабатываемых боеприпасов повышенного могущества значительно (на 30-40%) превосходят порог допустимой нагрузки на это СВ.

Полигонные испытания показали, что нагрузки такого уровня не выдерживают выполненные из конструкционной углеродистой стали силовые элементы - корпус и винт внутреннего обтюратора. Оба эти элемента выдавливаются из посадочного гнезда в сторону затворной части артсистемы, приводя тем самым к поломке деталей спускового механизма и затрудненному открытию затвора орудия.

Кроме того, не отвечает современным требованиям по экологии и тропикоустойчивости наличие в капсюле-воспламенителе гремучертутного ударно-воспламенительного состава. Гремучая ртуть запрещена во всех западных странах.

При модернизации втулки под требования артсистемы повышенного могущества со значительно более высоким давлением выстрела оказалось необходимым усилить прочность конструкции всех силовых элементов, а также устранить из ударно-воспламенительного состава (УВС) ударного узла - гремучую ртуть как наиболее экологически вредного компонента, не обеспечивающего к тому же стойкость к повышенной температуре и тропикоустойчивость.

Конструктивное решение модернизированного СВ вылилось в:

- применении для деталей корпуса и винта обтюраторного узла легированной стали 30ХГСА с упрочнением термообработкой до твердости HRC 35-40 ед.;

- герметизацию резьбового соединения корпус-обтюраторный узел компаундом (например К-115);

- замену гремучертутной рецептуры УВС капсюля на ТНРс-тетразеновый состав.

Модернизированной конструкции СВ присвоено название - гальваноударная втулка высокой стойкости.

Экспериментальная проверка гальваноударной втулки высокой стойкости подтвердила, что модернизированная конструкция СВ обеспечивает заданные требования по прочности, обтюрирующей способности, термостойкости и тропикоустойчивости. Прочность резьбового соединения (усилие на срез) корпус - винт внутреннего обтюратора увеличилась более чем в 1,5 раза. Однако при задействовании только от электрического импульса, что предусмотрено требованиями конструкторской документации, втулка срабатывает, зажигает метательный заряд, но при этом в большинстве случаев (8 из 10) капсюль-воспламенитель остается не сработавшим, что недопустимо с точки зрения безопасности для реальных условий эксплуатации и утилизации остатков выстрелов.

Исследование аномальной работы электроударного узла модернизированного СВ показало, что причиной не зажжения УВС капсюля является недостаточная площадь поверхности входного (выходного) отверстия наковаленки для возбуждения ТНРс-тетразенового состава, обладающего более низкой восприимчивостью к лучу огня от электрозапала по сравнению с гремучей ртутью. Попытки подобрать более чувствительную к лучу огня рецептуру УВС и материалы покрытия состава, обеспечивающую при этом безотказность действия к заданной энергии удара УВС, не увенчалось успехом.

В конечном итоге для капсюльного узла была сохранена ТНРс-тетразеновая рецептура УВС, обеспечивающая безотказность действия от удара со следующими масс - %:

- ТНРс - 38,0±3,0

- тетразен - 3,0±1,0

- азотнокислый барий - 32,0±3,0

- пентаэритриттетранитрат(ТЭН) - 5,0±1,0

- трехсернистая сурьма(антимоний) - 15,0±3,0

- цирконий - 7,0±2,0

Решение по воспламенению капсюльного состава было найдено путем разработки конструкции ударного узла с трехлепестковой наковаленкой с тремя полукруглыми вырезами (вырубками), под углом 120° друг к другу радиусом от 0,8 мм до 1,1 мм, площадь которых для прохода луча огня в разы превышает площадь отверстия наковаленки КВ втулочного.

Геометрия наковаленки капсюля-воспламенителя втулочного, применяемого в прототипе, и ударного узла с трехлепестковой наковаленкой гальваноударной втулки высокой стойкости представлены на фиг. 2, 3.

Отношение площади отверстия наковаленки, через которое проходит форс пламени для капсюля-воспламенителя втулочного в прототипе к площади воспламеняемой поверхности составляет менее 0,07, в то время как отношение площади трех полуотверстий радиусом от 0,8 мм до 1,1 мм трехлепестковой наковаленки для прохода форса пламени к поверхности УВС колпачка снаряженного ударного узла гальваноударной втулки высокой стойкости находится в интервале от 0,2 до 0,4.

Экспериментально установлено, что при значении данного соотношения ниже 0,2 снижается надежность воспламенения капсюльного узла (колпачка снаряженного), а при превышении значения 0,4 уменьшается прочность наковаленки из-за сужения ширины лепестков, и соответственно снижения надежности безотказного действия от удара.

Многократные испытания гальваноударной втулки высокой стойкости: стендовые, натурные, вплоть до межведомственных подтвердили безотказность действия СВ, как от электрического, так и ударного импульсов и полноту срабатывания капсюля от луча огня электрозапала.

Конструкция электрозапала изображена на фиг. 4.

На фиг. 5 представлена окончательная конструкция гальваноударной втулки высокой стойкости по предполагаемому изобретению, которая содержит:

- стальной резьбовой корпус 1;

- наружный обтюратор в виде медной чашечки 2, вставленный в медную втулку 3, с размещенной внутри пороховой шашкой 4 с пороховой подсыпкой 5, закрываемой медной крышкой с подштампованными лучами 6;

- внутренний обтюратор, состоящий из стального резьбового винта 7, закрепляющего наружный обтюратор (чашечку) к корпусу, и медного конусного клапана 8, удерживаемого втулкой резьбовой с перфорированным дном 17, опирающейся на медную шайбу 16;

- втулку снаряженную, представляющую собой электроударный узел, размещенный в гайке зажимной с основанием, конструктивно выполненной из двух частей - латунной резьбовой гайки 10 и изолированного от нее опрессованной пластмассой латунного основания 9, внутри которого установлен ударный узел, состоящий из колпачка снаряженного ударно-воспламенительным составом с фольговым покрытием 11, и вставленной в него наковаленкой 15, прижимаемого поджимной втулкой 12, а также расположенного в изолированном гнезде и обжимаемого от выпадения шайбой обжимной 18 электрозапала 13 с двумя обкладками-контактами верхней и нижней, изолированных размещенной между ними пластмассовой шайбой с отверстием, через которое по диагонали проходит мостик накаливания из константатовой проволоки диаметром 50 мк, припаянный к обеим обкладкам-контактам и, в которое наносится на нитролаке инициирующее ВВ - ТНРс.

Электроударный узел герметизируется от внешних воздействий пластикатовой шайбой и конусным алюминиевым кольцом 17, запрессованным в гнездо корпуса по периметру гайки зажимной с основанием.

Принцип действия гальваноударной втулки высокой стойкости по предполагаемому изобретению аналогичен действию прототипа и заключается в следующем:

при подаче электрического напряжения от спускового механизма артсистемы - ток через центральный контакт - основание и массу поддона - корпуса втулки попадает на мостик накаливания, разогревает его, воспламеняя ИВВ - ТНРс. Воспламенительный импульс электрозапала, проходя через вырезы в трехлепестковой наковаленке, выполненные под углом 120° друг к другу и имеющие радиус от 0,8 мм до 1,1 мм, воспламеняет ТНРс-тетразеновый УВС, запрессованный в колпачке снаряженном, и поднимая медный конус-клапан зажигает пороховую подсыпку, пороховую шашку и раскрывая медную крышку по подштампованным лучам, задействует метательный заряд выстрела. Запирание пороховых газов от метательного заряда происходит вышеописанным способом, а усиленные силовые элементы СВ - корпус и винт внутреннего обтюрирующего устройства, выполненные из легированной и термоупрочненной до HRC 35-40 ед. легированной стали 30ХГСА удерживают по резьбовому соединению, покрытому компаундом К-115, давление выстрела повышенного могущества, что подтверждено расчетно-экспериментальной оценкой.

Таким образом, резюмируя все вышеизложенное, конструкция СВ по предполагаемому изобретению представляет собой гальваноударную втулку высокой стойкости, которая содержит:

- стальной резьбовой корпус;

- наружный обтюратор в виде медной чашечки, вставленной в медную втулку, с расположенными в ней пороховой петардой с пороховой подсыпкой, закрываемые медной крышкой с подштампованными лучами. На крышку завальцовываются края чашечки;

- внутреннее обтюрирующее устройство, состоящее из стального резьбового винта, закрепляющего медную чашечку с медной втулкой к корпусу резьбовым соединением;

- медного конусного клапана, удерживаемого перфорированной по дну резьбовой втулкой, опирающейся на медную шайбу;

- механизм ударного действия с электрозапалом, включающим в себя ввинчиваемую в корпус гайку зажимную с латунным основанием, изолированным от корпуса опрессованной пластмассой. В основании размещен капсюльный узел ударного действия, состоящий из снаряженного ударно-воспламенительным составом с фольговым покрытием колпачка и наковаленки. Капсюльный узел закреплен в основании втулкой прижимной. Дисковый электрозапал с двумя обкладками-контактами верхней и нижней изолированными расположенной между ними пластмассовой шайбой, мостиком накаливания из константановой проволоки диаметром 50 мк, напаянным между обкладками-контактами и проходящим по диагонали через отверстие диска, заполненного инициирующим взрывчатым веществом - ТНРс, замешанном на нитролаке, закреплен в изолированном посадочном месте гайки зажимной с помощью шайбы обжимной.

Гальваноударная втулка высокой стойкости отличается тем, что наковаленка выполнена трехлепестковой с тремя полукруглыми вырезами под углом 120° друг к другу радиусом от 0,8 мм до 1,1 мм, соотношение общей площади которых к площади поверхности запрессованного в колпачке ударно-воспламенительного состава составляет от 0,2 до 0,4.

Созданная конструкция СВ по предполагаемому изобретению с трехлепестковой наковаленкой с вырезами, обеспечивающими надежное воспламенение капсюльного узла, снаряженного безгремучертутным ударно-воспламенительным составом на основе ТНРс-тетразеновой смеси, силовыми элементами - корпус и резьбовой винт внутреннего обтюрирующего устройства, выполненными из легированной стали 30ХГСА с термоупрочнением до 35-40 ед. HRC и загерметизированным компаундом К-115 резьбовым соединением между ними, позволила осуществить создание современного артиллерийского боеприпаса повышенного могущества.

Изобретение относится к средствам воспламенения, а именно к гальваноударной втулке. Гальваноударная втулка содержит стальной резьбовой корпус, наружный обтюратор в виде медной чашечки, вставленной во втулку, с размещенной в ней пороховой петардой с пороховой подсыпкой, закрываемой медной крышкой с подштампованными лучами, на которую завальцовываются края чашечки. Гальваноударная втулка содержит внутреннее обтюрирующее устройство, состоящее из стального резьбового винта, закрепляющего медную чашечку с втулкой к корпусу, и медного конусного клапана, удерживаемого перфорированной по дну резьбовой втулкой, опирающейся на медную шайбу, механизма ударного действия с электрозапалом, включающим в себя ввинчиваемую в корпус гайку зажимную с латунным основанием, изолированным от корпуса опрессованной пластмассой, с размещенным в нем капсюльным узлом ударного действия. Узел ударного действия состоит из снаряженного ударно-воспламенительным составом с фольговым покрытием колпачка и наковаленки, закрепленных в основании втулкой прижимной, дискового электрозапала с двумя обкладками-контактами - верхней и нижней, изолированными расположенной между ними пластмассовой шайбой, мостиком накаливания из константановой проволоки диаметром 50 мкм, напаянным между обкладками-контактами и проходящим по диагонали через отверстие диска, заполненного инициирущим ВВ - ТНРСом, замешанным на нитролаке, удерживаемого в изолированном посадочном месте гайки зажимной с помощью шайбы обжимной. Наковаленка выполнена трехлепестковой с тремя полукруглыми вырезами под углом 120° друг к другу радиусом от 0,8 до 1,1 мм, соотношение общей площади которых к площади поверхности запрессованного в колпачке ударно-воспламенительного состава составляет от 0,2 до 0,4. Технический результат заключается в обеспечении надежного воспламенения капсюльного узла. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Гальваноударная втулка, содержащая стальной резьбовой корпус, наружный обтюратор в виде медной чашечки, вставленной во втулку, с размещенной в ней пороховой петардой с пороховой подсыпкой, закрываемой медной крышкой с подштампованными лучами, на которую завальцовываются края чашечки, внутреннее обтюрирующее устройство, состоящее из стального резьбового винта, закрепляющего медную чашечку с втулкой к корпусу, и медного конусного клапана, удерживаемого перфорированной по дну резьбовой втулкой, опирающейся на медную шайбу, механизма ударного действия с электрозапалом, включающим в себя ввинчиваемую в корпус гайку зажимную с латунным основанием, изолированным от корпуса опрессованной пластмассой, с размещенным в нем капсюльным узлом ударного действия, состоящим из снаряженного ударно-воспламенительным составом с фольговым покрытием колпачка и наковаленки, закрепленных в основании втулкой прижимной, дискового электрозапала с двумя обкладками-контактами - верхней и нижней, изолированными расположенной между ними пластмассовой шайбой, мостиком накаливания из константановой проволоки диаметром 50 мкм, напаянным между обкладками-контактами и проходящим по диагонали через отверстие диска, заполненного инициирущим ВВ - ТНРСом, замешанным на нитролаке, удерживаемого в изолированном посадочном месте гайки зажимной с помощью шайбы обжимной, отличающаяся тем, что наковаленка выполнена трехлепестковой с тремя полукруглыми вырезами под углом 120° друг к другу радиусом от 0,8 до 1,1 мм, соотношение общей площади которых к площади поверхности запрессованного в колпачке ударно-воспламенительного состава составляет от 0,2 до 0,4.

2. Гальваноударная втулка по п. 1, отличающаяся тем, что ударно-воспламенительный состав имеет рецептуру и процентное соотношение входящих в него компонентов, мас.%:

ТНРС 38,0±3,0 азотнокислый барий 32,0±3,0 тетразен 3,0±1,0. ТЭН 5,0±2,0 антимоний 15,0±3,0 цирконий 7,0±2,0

3. Гальваноударная втулка по п. 1, отличающаяся тем, что корпус и резьбовой винт внутреннего обтюрирующего устройства выполнены из легированной хромо-марганцевой стали 30ХГСА с упрочняющей термообработкой до твердости 35÷40 ед. HRC.

4. Гальваноударная втулка по п. 1, отличающаяся тем, что резьбовое соединение корпус-винт внутреннего обтюрирующего устройства загерметизировано компаундом, например К-115.