Огнестрельное оружие Российский патент 2025 года по МПК F41A21/00 

Изобретение относится к ствольной артиллерии, а также к стрелковому вооружению. Известен способ и устройство увеличения дульной скорости снаряда, основанные на использовании многоступенчатого выстрела с использованием многокамерной гильзы, состоящей из нескольких стаканов (1), отличительными особенностями которых является наличие неподвижной первой камеры гильзы с неподвижным пороховым зарядом, находящимся в ней, соединенной со снарядом через вторую камеру гильзы, разгон второй камеры гильзы с помещенным во второй камере зарядом до скорости V₀ и последующим воспламенением порохового заряда, находящегося во второй камере гильзы, и увеличение дульной скорости снаряда до скорости 2V₀.

Особенностью прототипа является то, что один или несколько участков ствола выполнены с байпасами, а боеприпасы снабжены дополнительными зарядами взрывчатого вещества, размещенными в отдельных поршнях, выполненных в виде стаканов. Однако при воспламенении порохового заряда во второй камере гильзы (стакане) выстрела вторая камера гильзы начинает двигаться в сторону казенной части ствола, создавая большие ударные газодинамические волны в за снарядном пространстве между днищем второй камеры гильзы и казенной частью ствола.

Известен патент "Дальнобойное орудие", содержащее ствол с казенной частью и боеприпасы с зарядами взрывчатых веществ, выполненными в виде последовательно расположенных по длине ствола двух или более отдельных камер, отличающееся тем, что камеры соединены со снарядом друг через друга посредством шейки гильзы, при этом в канале ствола выполнены отверстия на расстоянии от начала канала ствола, меньшем, чем суммарная длина первой и второй камер, но большем длины первой камеры. (2)

Предполагается, что данное орудие достаточно сложно в изготовлении и кроме того, наличие подвижных элементов в конструкции ствола с отверстиями для выпуска газов в начале ствола в процессе эксплуатации со временем может нарушить герметичность ствола, а выпуск газов при выстреле может представлять опасность для расчета. Для того, чтобы сдвинуть снаряд с места и преодолеть сопротивление его оболочки врезанию в нарезы ствола и, собственно, добиться большой дальности стрельбы приходится создавать огромное давление за счет заряда большой мощности. И это заставляет применять дорогостоящие материалы на изготовление орудия и технологию его изготовления, выдерживающие колоссальные нагрузки и значительно утяжеляет конструкцию и повышает его стоимость. А кроме того, увеличение мощности заряда приводит к резкому росту ускорения, а это приводит к росту перегрузок. Есть расчет, что при скорости вылета снаряда порядка 905 м/сек перегрузка может достигать 14105g (3).

А как же запускают космонавтов, когда нужно получить скорость порядка 7 км/сек.? Если разгонять ракету непрерывно, то можно очень быстро достичь критических значений перегрузки, гибельной для космонавтов. После включения ракетного двигателя, когда ракета-носитель начинает разгоняться, начинает расти ускорение. На человека массой т в космическом корабле будут действовать две силы: сила тяжести mg (g - ускорение свободного падения у поверхности Земли, 9,8 м/с²) и сила реакции опоры N (Фиг. 1). Так как ускорение ракеты а направлено вверх, то преобладающей оказывается сила реакции опоры: N>mg. Их равнодействующая F=N-mg по второму закону Ньютона равна произведению массы на ускорение:

Откуда:

Вес космонавта Р по третьему закону Ньютона равен по величине силе реакции N, поэтому:

До старта ракеты вес космонавта был равен силе тяжести mg. Теперь, как это видно из последнего равенства, его вес увеличился, превысив силу тяжести на величину ma.

Человеческий организм имеет ограниченные возможности по отношению к перегрузкам. Например, отечественные пилотируемые ракеты имеют максимальную перегрузку при выведении до 4g. (Характеристики «Зенит-3SLБ»). (4)

Другими словами, вес космонавта во время запуска корабля как бы увеличивается в четыре раза. Но замечено, что когда первая ступень прекращает работу, ускорение падает до минимальных значений, перегрузки снимаются с космонавтов. Это можно понять, если вернуться к формуле (1):

То при а=0 P=mg

Но вот включается в работу 2-я ступень, и ускорение начинает расти, пропорционально начинает расти перегрузка, растет вес ракеты, но как бы с минимальных значений. А вот скорость при отделении первой ступени падает незначительно. Ракета некоторое время движется по инерции. И при включении в работу 2-й ступени ракеты скорость продолжает расти, но со значений, на которых приблизительно закончила свою работу 1 -я ступень.

При переходе работы двигателей с одной ступени на другую скорость падает незначительно. И затем, с момента включения двигателя следующей ступени, начинает снова расти. Хотя мощность двигателей следующей ступени в несколько раз меньше предыдущей ступени. Это становится возможным поскольку вес ракеты уменьшился за счет, отделения предыдущей отработанной ступени и за счет резкого снижения ускорения и, соответственно, уменьшения перегрузки.

В такой же мере, как и на космонавта, перегрузка действует и на космический корабль. Т.е. при достижении ускорения, скажем, в 4g вес ракеты тоже как бы возрастает приблизительно в 4 раза. И ракетному двигателю приходится нагружаться с учетом этой дополнительной нагрузки. Но при прекращении ускорения перегрузка снимается. Включается в работу следующая ступень ракеты. Начинает расти ускорение и снова начинает расти перегрузка, но как бы с минимальных значений.

На Фиг. 2 показан вычисленный фон Брауном график ускорений трехступенчатого космического корабля, способного выйти на орбиту спутника Земли. (5) Из графика мы видим, как скачками изменяется ускорение (и, соответственно, перегрузки) в зависимости от режима работы ступеней ракеты, а вот скорость растет достаточно равномерно. Например, при работе первой ступени видно, как растет ускорение порядка до 9 g, пропорционально растет перегрузка, пропорционально растет вес ракеты. Но если в какой-то момент времени ускорение падает почти до ноля, перегрузка тоже падает пропорционально ускорению почти до ноля и, соответственно, дополнительное увеличение веса снижается почти до ноля. А вот скорость, что интересно, падает при этом незначительно, если время между прекращением ускорения и последующим возрастанием ускорения мало. Здесь имеет значение инерция, приобретенная ракетой. Значит можно ограничивать значительное ускорение и перегрузку, а, соответственно, и затраты на ее преодоление, за счет периодического ограничения работы двигателей, не меняя тенденции роста скорости ракеты.

Если посмотреть на график изменения ускорений при запуске SaturnV Фиг. 3 и график изменения скорости Фиг. 4, то мы видим ту же тенденцию, что и на графиках Фон Брауна Фиг. 2. На Фиг. 3 график ускорений космического корабля "SaturnV" с "Apollon11". До 135 сек. ускорение быстро растет и достигло 3,7 g. Причем ускорение росло настолько быстро, то чтобы избежать дальнейшего роста перегрузки руководитель полета отключил центральный двигатель еще до полной выработки топлива. Ускорение резко снизилось (точка 1), но затем несколько секунд продолжало расти за счет работы периферийных двигателей первой ступени. И перегрузка достигла 3,8g (точка 2). На 161,63 сек. отключаются дополнительные двигатели первой ступени и ускорение падает почти до ноля. 5 секунд невесомости и включаются двигатели второй ступени. Далее снова растет ускорение. Причем эти скачки ускорения фактически не сказались на росте скорости Фиг. 4 (10)

Если вспомнить историю создания ФАУ-3, то здесь, мне кажется, проявилась фатальная ошибка немецких конструкторов, которые создали дальнобойное орудие длиной 124 м, калибр 150 мм, массу 76 тонн. Ствол орудия HDP состоял из 32 секций длиной 4,48 м; каждая секция имела две расположенные по ходу ствола и под углом к нему зарядные каморы (всего 60 боковых зарядных камор), которые должны были создать огромное ускорение, а, соответственно, и огромную перегрузку. Орудие использовало снаряд массой до 140 кг. Заряд взрывчатого вещества в снаряде составлял около 25 кг. Дальность полета стреловидного снаряда по расчетам должна была достигать 165 км. Но получить такой результат им не удалось. В упрощенном варианте пушки удалось получить результат около 50 км. (6)

Предполагается, что все дело в том, что дополнительные заряды боковых зарядных камор на всем пути следования снаряда по стволу орудия не только поддерживали его большое ускорение, но и увеличивали его. Соответственно возникали большие перегрузки для снаряда и на огромное увеличение веса снаряда приходилось тратить колоссальное количество энергии зарядов. Т.е. для увеличения дальности стрельбы более экономически выгодным способом, наверное, является необходимость при движения снаряда (пули) по стволу периодически снимать ускорение и, соответственно, перегрузку, как это делает многоступенчатая ракета.

Предлагается, как вариант, сделать заряд многоступенчатым. В самом простом случае, состоящим из двух, срабатывающих последовательно.

Рассмотрим случай нарезного оружия с тремя участками ствола Фиг. 5.

После срабатывания первого заряда А Фиг. 5 резко поднимается давление и снаряд (пуля) начинает движение, врезаясь в нарезы. Растет ускорение снаряда, растет перегрузка. "Сила действия равна и противоположна по направлению силе противодействия" - хорошо знакомый многим третий закон Ньютона. Или по другому - закон сохранения импульса. Максимальное давление при выстреле из стрелкового оружия развивается при прохождении пулей 4-6 см пути, а в артиллерийских системах при прохождении снарядом 20-45 см. (7) В данном случае, нет смысла делать первый заряд мощным. Важно дать снаряду (пуле) начальную скорость. Давайте сравним ситуацию с движением автомобиля. Даже легковой автомобиль может весить порядка одной тонны. И эту тонну металла нужно сдвинуть с места. Для этого двигателю нужно затратить значительную энергию. Чтобы помочь двигателю, подключают систему рычагов. Это коробка передач. Посмотрим на рисунок Фиг. 6 вариант 1). Допустим коленчатый вал двигателя подключен к маленькой шестеренке А, которая, в свою очередь, в коробке передач соединена с большой шестеренкой Б, идущей на трансмиссию. Получается за счет диаметра большой шестеренки мы получаем большой рычаг, с помощью которого двигателю легче начать движение. Но скорость движения маленькая. Вторичный вал вращается медленней. Когда же автомобиль разогнали до определенной скорости, нам нужно получить выигрыш в скорости. Для этого включают более высокую передачу. На Фиг. 6 вариант 2). В этом случае коленчатый вал двигателя подключают к большой шестеренки Б, которая, в свою очередь, в коробке передач соединена с маленькой шестеренкой А (трансмиссия). В этом случае при тех же оборотах коленчатого вала двигателя вторичный вал будет вращаться быстрее. Можно, конечно, и на первой передаче пытаться достичь большой скорости. Мы будем давить на педаль газа, будет расти ускорение, будет расти перегрузка, нас вдавливает в спинку сиденья, достигаем большой скорости, но за счет огромной затраты энергии. Более практично - выключить первую передачу. При этом снимается ускорение, уменьшается противодействующая сила, уменьшается перегрузка. Включаем следующую передачу и с меньшими затратами получаем более высокую скорость.

На Фиг. 7 показан график изменения ускорений в зависимости от включения соответствующей передачи с 1-й по 3-ю. (8)

Из графика видно, что на первой передаче самое большое ускорение. А значит и большие энергетические затраты. Но это важно, чтобы начать движение. А на других более высоких передачах ускорение меньше и энергетические затраты меньше. Но, если мы попробуем сразу включить высокую передачу, то мощности двигателя может не хватить, чтобы начать движение и он может просто заглохнуть. Причем, если посмотреть на график изменения скорости Фиг. 8 с учетом переключения передач, то видно, что скорость растет достаточно плавно. Если мы сравним графики Фиг. 2, Фиг. 3, Фиг. 4 и Фиг. 7, 8, то можно увидеть аналогию.

Так и в стволе, после срабатывания первого заряда А Фиг. 5 резко растет давление, начинается разгон снаряда (пули). После чего давление в стволе начинает несколько снижаться. И в этот момент предлагается в стволе прекратить нарезку с длиной участка ствола в пределах две длины снаряда или пули. За исключением двух групп по три нареза В и Г, расположенных по 180° по отношению дуг к другу Фиг. 9. Получается, что в снаряде (пуле) уже образовались канавки от нарезов ствола и через них при отсутствии нарезов в стволе газы начнут вырываться в переднюю часть ствола, обгоняя снаряд (пулю). Резко снижается давление сзади снаряда, падает ускорение, снижается перегрузка, уменьшается вес снаряда (пули) и требуется значительно меньшая энергия для получения высокой скорости вылета снаряда (пули). Задача заряда А выполнена. И далее по ходу движения снаряда (пули) снова начинается нарезка ствола. Конечно, крайне важно, чтобы в этом случае нарезы на снаряде (пули) совпали с нарезами ствола, что обеспечит дальнейшую надежную обтюрацию. Именно для этого продолжаются две группы по три нареза В и Г Фиг. 9, расположенных по 180° по отношению дуг к другу. И когда снаряд (пуля) полностью входит в нарезы ствола, соблюдается обтюрация, и в этот момент срабатывает второй основной мощный заряд Б Фиг. 5. Время срабатывание второго заряда можно рассчитать, например, с помощью перегородки между зарядами А и Б Фиг. 5, которая по времени сгорает после того, как снаряд (пуля) двигаясь по стволу вновь входит в нарезы ствола после их отсутствия.

Напрашивается возражение, что часть энергии от срабатывания заряда А, опережая снаряд, уходит в ствол орудия и жаль, что не полностью используется энергия заряда А. Специалисты говорят, что приблизительно в кинетическую энергию снаряда переходит от 25 до 40% всей тепловой энергии, выделяющейся при сгорании порохового заряда. Т.е. получается, что, к сожалению, энергия снаряда используется недостаточно эффективно. Приблизительно половина всей тепловой энергии пороховых газов при выстреле выбрасывается в атмосферу в виде тепловой энергии струи газов и рассеивается. (9)

Если опять же вернуться к автомобилю Фиг. 10, где показан график силового баланса автомобиля, где Р - тяговая сила, а V - скорость движения. Чтобы начать движение двигатель затрачивает большое количество энергии, создавая большое ускорение, но кратковременно (кривая 1). И вот когда автомобиль получил определенную инерцию, на более высокой передаче (кривые 2,3) затраты энергии значительно меньше. (8)

После того как на участке ствола без нарезов произошел сброс давления и снаряд (пуля) уже получил начальную скорость и инерцию, а ускорение резко снизилось, при срабатывании основного заряда Б получается эффект "переключения на более высокую передачу". Т.е. можно с меньшими энергетическими затратами получить более высокую скорость вылета при минимальных затратах на переоборудование оружия.

Т.е. получается в ракетостроении широко используется многоступенчатое получение высокой скорости. В автомобилестроении используется многоступенчатое получение высокой скорости. И только в артиллерии мы используем только "первую" передачу.

Если создать ствол, например, позволяющий использовать 3-х ступенчатый и более заряд, т.е. добиться при движении снаряда (пули) периодически снятие ускорения, а, соответственно, перегрузок, то мы можем достичь космических скоростей полета снаряда при приемлемых энергетических затратах. Т.е. можно создать супер дальнобойное оружие, куда там «Оружию возмездия» третьего рейха.

Литература

1. Староверов Н.Е. Дальнобойное орудие Староверова. Патент РФ на изобретение RU 2391617, МПК F41A 1/02, опубл. 10.06.10 г.

2. Патент RU 2518791 МПК F41A 1/02, опубликован 10.06.2014 г.

3. Патент RU (11) 2659447(13) С1, 02.07.2018.

4. Российские носители на рынке пусковых услуг. Журнал «Экспорт вооружений» №2 (март-апрель), 1999 г. "Зенит-3SLB" (наземный старт).

5. Вилли Лей Название: Ракеты и полеты в космос Год: 1961 Издательство: Военное издательство Министерства обороны Союза ССР, 420 с.

6. Козырев М., Козырев В. Необычное оружие третьего рейха. - М.: Центрполиграф, 2007.

7. Внутренняя баллистика орудий [Текст]: пер. с англ. / Дж. Корнер; ред. И.П. Граве. - М.: Иностранная литература, 1953. - 464 с.

8. Гаевский В.В., Иванов А.М. "Теория эксплуатационных свойств АТС" Московский автомобильно-дорожный институт (Государственный технический университет), Москва, Ротапринт МАДИ (ГТУ), 2007 г.

9. Балаганский И.А. Б 20 Основы баллистики и аэродинамики: учебное пособие / И.А. Балаганский. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2017. - 200 с.

10. И.И. Шунейко - Пилотируемые полеты на Луну, конструкция и характеристики Saturn V Apollo. Серия Ракетостроение, т. 3. Москва, 1973.

Огнестрельное оружие содержит ствол с нарезами и содержит три участка - участок с нарезами, участок с двумя группами по три нареза, расположенными по 180 градусов по отношению друг к другу на участке двух длин снаряда или пули, и участок с нарезами оставшейся части ствола. Технический результат – увеличение дальности стрельбы. 9 ил.

Огнестрельное оружие, содержащее ствол, отличающееся тем, что ствол выполнен с нарезами и содержит три участка - участок с нарезами, участок с двумя группами по три нареза, расположенными по 180 градусов по отношению друг к другу на участке двух длин снаряда или пули, и участок с нарезами оставшейся части ствола.