Результат интеллектуальной деятельности: ЕДИНЫЙ ПОЛНЫЙ ПЕРЕМЕННЫЙ ЗАРЯД МИНОМЁТНОГО 82-мм ВЫСТРЕЛА

Изобретение относится к области военной техники, а более конкретно к устройству метательных зарядов (МЗ) минометного выстрела. Известные в настоящее время МЗ минометных выстрелов состоят из основных зарядов (ОЗ), размещаемых в перфорированной трубке стабилизатора мины, и дополнительных зарядов (ДЗ) в картузах из ткани или в жестких сгорающих картузах (ЖСК), закрепляемых на трубке стабилизатора. ОЗ размещается в бумажной гильзе с металлическим цоколем, в котором установлен капсюль-воспламенитель. ОЗ состоит из тонкосводного ленточного баллиститного пороха, навески воспламенителя из дымного ружейного пороха, отделенного от навески ленточного баллиститного пороха диафрагмой из нитропленки. Гильза запыжовывается картонными пыжами и закатывается по торцу. Дополнительный заряд состоит либо из нитроглицеринового кольцевого пороха (переменный), либо из зерненого пироксилинового (дальнобойный) (см. «Временные таблицы стрельбы 82-мм миномета 2Б14-1 (2Б14) для равнинных и горных условий ВТС №96», Военное издательство МО СССР, М., 1984 г., С. 211-212; «120-мм миномет обр. 1938 г. Руководство службы», Военное издательство МО СССР, М., 1969, С. 142-143).

Процесс выстрела происходит следующим образом. При наколе бойком капсюля-воспламенителя происходит его срабатывание, в результате которого воспламеняется навеска воспламенителя из дымного ружейного пороха. Под действием пороховых газов и раскаленных частиц происходит воспламенение и горение ленточного баллиститного пороха в условиях замкнутого объема бумажной гильзы. При достижении определенного уровня давления происходит прорыв стенок гильзы по отверстиям стабилизатора и воспламенение ДЗ, установленного на трубку стабилизатора. Под действием образующихся пороховых газов происходит движение мины по каналу ствола.

Существующие в настоящее время МЗ к минометным выстрелам не обеспечивают весь диапазон требуемой шкалы скоростей при ограничении по максимальному давлению, что обусловлено использованием в их составах нитроглицериновых и пироксилиновых порохов (ПП), обладающих высокой зависимостью скорости горения от давления и температуры.

За рубежом на вооружении преобладают 82-мм минометы с применением полных переменных зарядов (ППЗ) с использованием кордитных порохов, превосходящих по баллистическим и эксплуатационным характеристикам выстрелы отечественных минометов.

В нашей стране отечественной промышленностью кордитные пороха не выпускаются из-за их высокой опасности при изготовлении.

Использование в составе ППЗ серийно выпускаемых ПП марки ВТМ, ВУ, 4/1 не позволяет обеспечить требуемые баллистические характеристики из-за невозможности обеспечения всего диапазона требуемой шкалы скоростей при установленном ограничении по максимальному давлению. Попытка решения этой задачи за счет корректировки геометрических размеров в сторону увеличения толщины горящего свода штатного пороха приводит на малых номерах заряда к появлению несгоревших остатков, что недопустимо в связи с требованиями по безопасности стрельбы.

Соответственно, применение штатных ПП в ДЗ для минометных выстрелов приводит к необходимости создания кроме переменного еще и дальнобойного заряда для обеспечения требуемой начальной скорости мины для стрельбы на максимальную дальность. Это вызывает эксплуатационные неудобства, связанные с необходимостью комплектования боевого расчета двумя типами зарядов.

Исследования по созданию ППЗ к 82-мм выстрелу проводились ранее, однако в настоящее время эта задача не решена.

Для решения этой проблемы необходимо применить в ДЗ пороха с повышенной скоростью горения при низком давлении (100÷200 кгс/см²) для исключения появления несгоревших остатков на малых номерах заряда и пониженной зависимостью скорости горения от давления в пределах ее изменения до 800 кгс/см² для обеспечения выполнения требований по допустимому давлению на наибольшем номере заряда.

В качестве прототипа авторами выбран штатный 82-мм МЗ, который имеет отдельно 2 заряда: переменный и дальнобойный для стрельбы на максимальную дальность. Переменный заряд инд. 54-Ж-832ДУ состоит из ОЗ, размещенного в трубке стабилизатора мины, который представляет собой навеску ленточного баллиститного пороха в капсюлированной бумажной гильзе длиной 67 мм, и ДЗ из кольцевого баллиститного пороха, размещенного в трех картузах из эксцельсиора, которые надеваются на трубку стабилизатора мины. Дальнобойный заряд инд. 4Д2 состоит из ОЗ, аналогичного используемому в переменном заряде, и ДЗ из пороха ВУфл, размещенного в многосекционном картузе из перкаля, который так же, как и переменный заряд, надевается на трубку стабилизатора мины.

Использование данного МЗ в выстреле 3ВО36 к 82-мм миномету 2Б24 не обеспечивает требуемых баллистических характеристик по начальной скорости полета мины, вероятному отклонению начальной скорости мины и максимальному давлению пороховых газов в канале ствола миномета. Также использование двух отдельных зарядов для закрытия всей таблицы стрельбы по дальности является крайне нетехнологичным и неэкономичным.

Целью данного изобретения является создание единого полного переменного заряда (ЕППЗ), который обеспечивает увеличение могущества минометных систем путем применения в ДЗ модифицированного ПП с катализаторами с низкой зависимостью скорости горения от давления и повышенной скоростью горения при низком уровне давлений (100÷200 кгс/см²), увеличения навески пороха и обеспечения надежности функционирования за счет устойчивого горения с полным тепловыделением в диапазоне температур от минус 50 до плюс 50°C.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по составу, назначению и технической сущности является ПП, описанный в книге В.И. Гиндича «Технология ПП».

Недостатком указанного пороха является высокая зависимость скорости горения от давления (показатель степени в законе U=P^ν составляет 0,9÷1,0) и низкая скорость горения при низких давлениях (100÷200 кгс/см²), что не позволяет обеспечить требуемые баллистические характеристики минометного выстрела.

Для достижения указанного технического результата в предлагаемом авторами ЕППЗ минометного выстрела ДЗ, размещаемый в ЖСК на трубке стабилизатора, выполнен из модифицированного ПП с катализаторами горения, обладающего низкой зависимостью скорости горения от давления (показатель степени ν в законе скорости горения составляет 0,55÷0,65 в диапазоне давлений 20÷80 МПа) с повышенной скоростью горения в 1,3÷1,4 раза при Р=10÷20 МПа по сравнению с порохом-прототипом, при этом порох выполнен в виде одноканального зерна при соотношении диаметра канала зерна (d_н) к его длине (L) 0,4÷0,6 и соотношении диаметра канала (d_k) к толщине горящего свода (2e₁) 0,2÷0,4.

Применение в составе ЕППЗ минометного выстрела ДЗ, размещенного в ЖСК на трубке стабилизатора мины, выполненного из модифицированного ПП с малой зависимостью скорости горения от давления и высокой скоростью горения при низких давлениях (10÷20 МПа) в виде одноканального зерна с соотношением диаметра зерна к его длине (d_н/L)=0,4÷0,6 и соотношением диаметра канала к толщине горящего свода (d_k/2e₁)=0,2÷0,4, и ОЗ из мелкозерненого тонкосводного флегматизированного ПП с вводом флегматизатора ТГМ-3 в количестве 0,1÷0,5% (МЮДМфл), установленного в стабилизатор мины, образует новую совокупность существенных признаков, позволяющих получить положительный эффект, указанный в цели изобретения.

В табл. 1 приведены данные по влиянию характеристик горения модифицированного ПП на баллистические свойства ЕППЗ (при соотношении d_н/L=0,5 и d_k/2e₁=0,3).

Как следует из табл. 1, опытные образцы ЕППЗ с использованием в ДЗ модифицированного пороха (при определенных геометрических размерах - соотношение диаметра зерна к его длине (d_н/L)=0,4÷0,6 и диаметра канала к толщине горящего свода (d_k/2e₁)=0,2÷0,4) по показателям уровня начальной скорости полета мины и полноте сгорания в области низких давлений (отсутствие несгоревших остатков на №1) превосходит прототип благодаря малой зависимости скорости горения от давления (показатель степени в законе скорости горения составляет 0,67÷0,69), что значительно ниже, чем у пороха прототипа (ν=1,028), а за счет повышенной скорости горения при низких давлениях (в 1,3÷1,4 раза по сравнению со штатным ПП) обеспечивает полноту сгорания в области низких давлений и стабильную работу при температуре ±50°C в диапазоне давлений 10÷80 МПа (варианты ДЗ 2-4).

При изменении показателя ν в законе скорости горения порохов и величины скорости горения за пределами какого-либо из отличительных признаков (варианты ДЗ 5 и 6) положительный эффект отсутствует.

Так, при высокой зависимости скорости горения пороха от давления (ν≥l) наблюдается значительная дегрессивность заряда, что приводит к большой величине максимального давления, что требует уменьшения массы заряда, в результате чего не обеспечиваются требуемые баллистические характеристики (вариант 5, 6).

В случае применения в ДЗ пороха с уменьшенным уровнем скорости горения при уровне давлений 10÷20 МПа, характерном для №1 (вариант ДЗ 5), не удовлетворяется требование по полноте сгорания на наименьших номерах зарядов.

На баллистические характеристики МЗ наряду с химическим составом большое влияние оказывают размеры и формы зерен. Изменяя размеры пороха (толщину горящего свода, внешний диаметр зерна, длину зерна, диаметр канала), можно достичь желаемой закономерности процесса газообразования при горении пороха и работы пороховых газов при выстреле, определяющих скорость мины.

В таблице 2 приведены экспериментальные данные по влиянию геометрических параметров модифицированного ПП на баллистические характеристики ЕППЗ.

Представленные данные свидетельствуют, что эффективность модифицированного пороха (повышенная скорость мины и отсутствие несгоревших остатков при выстреле) проявляется только при определенных геометрических параметрах: при величине соотношения диаметра зерна к длине (d_н/L)=0,4÷0,6 и диаметра канала к толщине горящего свода (d_k/2e₁)=0,2÷0,4 (варианты 1-3).

При величинах соотношений (d_н/L) более 0,6 или менее 0,4 и (d_k/2e₁) более 0,5 и менее 0,1 не удается обеспечить требуемые баллистические характеристики и полноту сгорания.

Таким образом, только сочетание модифицированного пороха ДЗ со скоростью горения при Р=10÷20 МПа в 1,3÷1,4 раза выше, чем у штатного ПП (прототипа), и его низкой зависимостью от давления (ν=0,55÷0,65) с определенными геометрическими параметрами пороха, а также ОЗ из нового мелкозерненого тонкосводного ПП с вводом флегматизатора ТГМ-3 в количестве 0,1÷0,5% (МЮДМфл) дает возможность обеспечить стабильную работу и требуемые баллистические характеристики, предъявляемые к ЕППЗ для современных выстрелов.

Указанный положительный эффект подтвержден испытаниями опытных образцов ДЗ в составе ЕППЗ, выполненных в соответствии с изобретением.

Натурные испытания в составе выстрела к современному 82-мм минометному выстрелу показали возможность создания ЕППЗ с использованием в ДЗ предлагаемого модифицированного ПП с оптимизированными геометрическими размерами, применение которого позволяет повысить начальную скорость мины до 10% по сравнению с существующим дальнобойным выстрелом при обеспечении полноты сгорания на наименьшем номере заряда при низких давлениях.

Вид ЕППЗ представлен на чертеже. В металлической втулке ОЗ 1 установлен капсюль-воспламенитель 2, ввернута металлическая осевая воспламенительная трубка (ОВТ) 3, в которую засыпана навеска дополнительного воспламенителя из крупнозерненого дымного пороха (КЗДП-2) 4. ОВТ снаружи обклеена бумагой 5. Внутрь гильзы засыпан порох МЮДМфл 6. Сама гильза ОЗ состоит из двухслойной бумажной трубки 7. Сверху ОВТ запыжована кружком из бумаги 8, а гильза запыжована картонными пыжами 9. Снаружи на стабилизаторе 10 установлены пакеты ДЗ 11 в подковообразных ЖСК с фиксирующими элементами, в которые размещен модифицированный порох 12 с каталитическими добавками с малой зависимостью скорости горения от давления (показатель степени ν в законе скорости горения 0,55÷0,65 в диапазоне давлений 20÷80 МПа) и повышенной скоростью горения (в 1,3÷1,4 раза больше штатного ПП при Р=10÷20 МПа), в виде одноканального зерна при соотношении диаметра зерна (d_н) к его длине (L) 0,4÷0,6 и соотношении диаметра канала (d_k) к толщине горящего свода (2е₁) 0,2÷0,4.

Работа предлагаемого МЗ минометного выстрела происходит следующим образом.

При наколе бойком капсюля-воспламенителя 2, расположенного в металлической втулке ОЗ 1, происходит его срабатывание, после чего горячие частицы и газы воспламеняют навеску крупнозерненого дымного пороха 4. Образующиеся при воспламенении газы и горячие частицы прорываются через обклейку 5 и распыжовывают кружок 8, воспламеняют навеску тонкосводного мелкозерненого флегматизированного ПП 6. При достижении определенного уровня давления в гильзе ОЗ происходит распыжовка гильзы, пробитие отверстий перфорации и отток продуктов горения в свободную полость трубки стабилизатора 10. После пробития перфорации начинается истечение пороховых газов, образующихся при горении ОЗ, в ствол миномета и воспламенение ДЗ 11. В результате начинается движение мины по каналу ствола.

Авторами установлено, что разработанный ЕППЗ для выстрела 3ВO36 к 82-мм миномету 2Б24 при массе мины 4,4 кг обеспечивает баллистические характеристики: масса порохового заряда в ОЗ не более 17,2 г и в ДЗ не более 231 г, средняя начальная скорость мины на максимальном заряде - 314…326 м/с, вероятностное отклонение начальной скорости мины - не более 2 м/с, среднее максимальное давление в канале ствола - не более 68,6 МПа, наибольшее максимальное давление в канале ствола на отдельных выстрелах - не более 78,9 МПа.

Наличие фиксирующих элементов у ЖСК с подковообразной конструкцией позволяет исключить спадание ЖСК при формировании выстрела, заряжании и стрельбе (в процессе движения выстрела по стволу миномета).

Использование в составе ДЗ модифицированного пороха с малой зависимостью скорости горения от давления (показатель степени ν в законе скорости горения 0,55÷0,65 в диапазоне давлений 20÷80 МПа) и повышенной скоростью горения (в 1,3÷1,4 раза больше штатного ПП при Р=10÷20 МПа), в виде одноканального зерна при соотношении диаметра зерна (d_н) к его длине (L) 0,4÷0,6 и соотношении диаметра канала (d_k) к толщине горящего свода (2e₁) 0,2÷0,4 обеспечивает надежную работу заряда во всем диапазоне давлений.

Применение модифицированного пороха позволяет обеспечить полное сгорание заряда №1 (один пакет ДЗ) в ЖСК в рабочем диапазоне температур от минус 50 до плюс 50°C (уровень давления ~ 14,7 МПа) и размещение необходимой навески для заряда №6 (6 пакетов ДЗ) в ЖСК, суммарная высота которых ограничена длиной трубки стабилизатора.

Результаты испытаний приведенной конструкции ЕППЗ приведены в таблице.

Из результатов, приведенных в таблице, видно, что предлагаемая конструкция ЕППЗ обеспечивает требуемые баллистические характеристики для выстрела 3ВО36 к 82-мм миномету 2Б24 и обеспечивает закрытие всей шкалы скоростей по дальности стрельбы.