СНАРЯД С ГАЗОВЫМ ПОДВЕСОМ

Изобретение относится к области огнестрельного гладкоствольного оружия и может быть использовано для создания высокоточных оружейных систем, к которым предъявляются жесткие требования по износостойкости внутренней поверхности ствола, высокой точности и мощности выстрела.

Известен снаряд с газовым подвесом, содержащий гладкую цилиндрическую поверхность, выполненную в виде газового подвеса с устройством для создания давления в несущем газовом слое, выполненным в виде питающей полости в теле снаряда, соединенной с наружной цилиндрической поверхностью через питающие устройства (см. статью: Болштянский А.П. «О возможности применения бесконтактного центрирования снаряда в гладкоствольном орудии» в сборнике материалов Межрегиональной науч.-технич. конференции «Многоцелевые гусеничные и колесные машины: разработка, производство, боевая эффективность, наука и образование. Омск, 2002. Часть 1. - С.43-45).

Известен также снаряд с газовым подвесом, содержащий гладкую цилиндрическую часть, в которой выполнена полость питания для создания давления в несущем газовом слое, соединенная с наружной цилиндрической поверхностью через питающие устройства, причем эта полость питания заполнена веществом, имеющим высокую скорость горения, и соединена с тыльной частью снаряда через отверстие, в котором размещен термитный фитиль (Патент РФ №2 285 226 «Снаряд с газовым подвесом», F42В 14/04, опубл. 10.10.2006).

Недостатком известных конструкций является сравнительно невысокая точность стрельбы в связи с тем, что выстрел производится из гладкоствольного орудия, и малейшая неточность формы снаряда или неравномерность распределения массы по объему его тела приводит к его отклонению от заданной при прицеливании траектории.

Задачей изобретения является повышение точности стрельбы снарядом с газовым подвесом.

Указанная задача достигается тем, что питающие устройства выполнены в виде отверстий малого диаметра, оси которых направлены под углом к радиусу гладкой цилиндрической части, и эти отверстия могут быть заполнены пластичной легкоплавкой твердой смазкой.

Устройство снаряда с газовым подвесом поясняется чертежами.

На фиг.1 изображено продольное сечение снаряда в стволе орудия в состоянии перед выстрелом, скорость движения снаряда V в нулевой момент времени равна нулю (V₀=0).

На фиг.2 показано поперечное сечение снаряда в стволе орудия перед выстрелом.

На фиг.3 показано продольное сечение снаряда в стволе в момент, соответствующий сгоранию порохового заряда в стволе и началу горения термитного фитиля.

На фиг.4 показано продольное сечение снаряда в стволе в момент, соответствующий окончанию горения термитного фитиля и поджиганию порохового заряда в полости питания газового подвеса.

На фиг.5 показано продольное сечение снаряда в стволе в момент, соответствующий развитию горения порохового заряда в полости питания газового подвеса.

На фиг.6 показано продольное сечение снаряда в стволе в момент, соответствующий полному сгоранию порохового заряда в полости питания газового подвеса.

На фиг.7 показано поперечное сечение снаряда в момент его полета сразу после выхода из ствола, когда остатки пороховых газов вырываются из полости питания газового подвеса в окружающую среду.

На фиг.8 показаны графики изменения давления в стволе Р_C, в полости питания газового подвеса Р_П и в зазоре газового подвеса Р_d в зависимости от времени t; точка t₀ соответствует началу горения боевого порохового заряда, точка t_k соответствует времени прохождения снаряда через дульный срез, точка t_R соответствует окончанию течения пороховых газов из полости питания газового подвеса.

Снаряд состоит (фиг. 1 и 2) из ударной части 1 и гладкой цилиндрической направляющей части 2, в которой расположена полость питания 3 газового подвеса, образованного направляющей частью 2 и зазором 4 между этой частью и стволом 5. Полость питания 3 заполнена быстросгорающим веществом, например порохом, и соединена с зазором 4 газового подвеса через питающие устройства, выполненные в виде отверстий 6 малого диаметра, расположенных в два ряда и равномерно размещенных по окружности цилиндрической направляющей части 2. Оси отверстий 6 направлены под углом С к радиусу гладкой цилиндрической части 2. Полость питания 3 соединена с тыльной частью снаряда через отверстие 7, в котором расположен термитный фитиль 8, изготовленный, например, из спрессованного пороха. С тыльной стороны снаряда в стволе 5 имеется боевой пороховой заряд 9. После выхода снаряда из ствола 5 из отверстий 6 вырываются остатки пороховых газов 10.

Использование снаряда (выстрел) производится следующим образом (фиг.1-7). В исходном состоянии (фиг.1 и 2) снаряд размещен в стволе 5 с некоторым оптимальным зазором 4, с его тыльной стороны находится боевой заряд пороха 9, снаряд неподвижен (его скорость вдоль ствола V₀=0, угловая скорость вращения вокруг своей оси W=0, время t=t₀=0, см. также график на фиг.8). При сгорании пороха боевого заряда 9 за промежуток времени (t₀-t₁) образуется высокое давление пороховых газов с высокой температурой (линия Р_C на фиг.8), под действием которых снаряд начинает движение по стволу 5, его скорость вдоль ствола еще относительно невелика (V₁>0, фиг.3), а угловая скорость W=0. Пороховые газы с давлением Р_C прорываются также между снарядом и стволом 5 по зазору 4. В конце промежутка времени (t₀-t₁) начинается горение термитного фитиля 8, подожженного горячими пороховыми газами боевого заряда 9.

За промежуток времени (t₁-t₂) происходит сгорание фитиля 8, его пламя поджигает порох, находящийся в полости питания 3 (фиг.4), снаряд разгоняется до скорости V₂>V₁ и находится еще в начальном участке ствола 5, его угловая скорость W=0.

В связи с началом горения пороха в полости питания 3 (фиг.5) происходит рост давления пороховых газов в этой полости (линия Р_П на фиг.8). Одновременно, в связи с истечением газов из полости 3 в зазор 4 через имеющие определенное гидравлическое сопротивление отверстия 6, в зазоре 4 появляется давление газового несущего слоя Р_d<Р_П. Сначала величина этого давления невелика, существенно меньше давления Р_С прорывающихся в зазор 4 газов, образовавшихся при сгорании боевого порохового заряда 9, в связи с чем несущий газовый слой в зазоре 4 не может оказать заметное влияние на положение снаряда в стволе 5.

В промежуток времени (t₂-t₃) происходит горение пороха в полости 3, сопровождающийся ростом в ней давления Р_П (фиг.6 и 8). В момент времени t₃ давление Р_d в зазоре 4 становится выше снижающегося по мере продвижения по стволу 5 снаряда давления Р_C, в связи с чем распределение давления в зазоре 4 становится зависимым в основном от потока газа из полости 3, т.е. создаются условия для возникновения полноценного эффекта газового подвеса. При этом образуются такие свойства газового подвеса как несущая способность и жесткость, в связи с чем снаряд принимает в стволе 5 положение, близкое к концентричному, трение между стволом и снарядом практически полностью исчезает, а более высокое по сравнению с давлением Р_C давление Р_d запирает зазор 4, предотвращая прорыв через него газов, образовавшихся от сгорания боевого порохового заряда 9. В связи с тем, что истечение пороховых газов происходит под углом к радиусу цилиндрической части 2, направление течения этих газов в зазоре 4 имеет окружную составляющую и соответствующую ей реакцию, воздействующую на снаряд против направления истечения газов. В связи с этим появляются силы, поворачивающие снаряд вокруг своей оси в направлении против вектора скорости течения этих газов, и снаряд начинает вращение вокруг своей оси с угловой скоростью W>0.

Одновременно пороховые газы истекают из полости 3 через отверстие 7 в направлении тыльной стороны снаряда, что приводит к некоторому снижению давления в полости 3. Чтобы это снижение не оказывало существенного влияния на величину давления в полости 3, сопротивление этого отверстия 7 должно быть достаточно большим (относительно малый диаметр, относительно большая протяженность), либо в нем может быть установлен обратный клапан.

Горение пороха в полости 3 продолжается до момента времени t₄ (рис.6 и 8), после чего давление Р_П и, соответственно, давление Р_d начинают падать. Но при этом на протяжении всего дальнейшего времени прохождения снаряда по стволу (до времени t_k прохождения дульного среза) сохраняется условие Р_d>Р_П, что обеспечивает нормальную работу газового подвеса в зазоре 4 и отсутствие активного трения снаряда о внутренние стенки ствола 5, а также постепенное раскручивание снаряда вокруг своей оси.

После прохождения дульного среза (точка t_k на фиг.8) снаряд оказывается в окружении атмосферного воздуха, и остатки пороховых газов свободно вырываются через отверстия 6 в атмосферу. При этом (см. фиг.7) возникают реакции струй газов F, составляющие F_T которых уравновешиваются между собой, а составляющие F_R дают крутящий момент, далее раскручивающий снаряд, который получает некоторую угловую скорость W. Этот процесс происходит до момента времени t_R, в котором давление Р_П становится равным атмосферному (см. фиг.7). Период времени (t_k-t_R), в течение которого происходит активное раскручивание снаряда вокруг свой оси, зависит от соотношения объема полости 3 и количества находящегося в ней пороха, а также от количества, диаметра и протяженности отверстий 6.

Вращение снаряда вокруг своей оси приносит широко известный эффект существенного повышения точности стрельбы, который характерен для нарезного оружия. В данном случае этот эффект получается в гладкоствольном оружии.

В том случае, когда отверстия 6 заполнены пластичной легкоплавкой твердой смазкой, снижение трения снаряда о стенки ствола начинается сразу, как только давление Р_П превысит давление Р_C (фиг.8), так как еще до начала полноценной работы газового подвеса смазка вытесняется под действием перепада давления (Р_П-Р_C) в зазор 4 и снижает коэффициент трения между поверхностями снаряда и ствола.

Таким образом, помимо известного снижения трения снаряда о поверхность ствола при использовании в нем газового подвеса, предложенная конструкция за счет организации вращения снаряда вокруг своей оси позволяет существенно повысить точность стрельбы, приблизив ее к точности, получаемой в нарезном оружии.