Результат интеллектуальной деятельности: Капсюль-воспламенитель (варианты)

Группа изобретений относится к капсюлям-воспламенителям (КB) патронов стрелкового оружия, таких как пистолетные, винтовочные, включая патроны к автоматическому оружию, охотничьему оружию (для гладкоствольного и нарезного оружия). Более конкретно, изобретения относятся к КB, включающим экологически чистый неоржавляющий ударно-воспламенительный состав (УВС) без содержания тяжелых токсичных металлов.

Одним из основных элементов конструкции КB различного типа, таких как Бердан, Боксер, Жевело, является металлический колпачок с размещенным на дне УВС, прикрытым сверху защитным материалом, в который упирается наковальня.

Энергетические характеристики УВС в значительной мере влияют на характеристики патрона, в их числе температурный градиент выстрела и термостойкость патрона. Температурный градиент выстрела - изменение баллистических характеристик при изменении диапазона температур, и чем ниже этот показатель, тем выше эффективность выстрела. Повышение термостойкости патрона зависит от того, насколько эффективно УВС воспламенит метательный заряд. Выбор оптимального качественного и количественного соотношения ингредиентов УВС обеспечивает надежную работу КВ.

В настоящее время до сих пор используются патроны стрелкового оружия снаряженных КB, УВС которых содержит гремучую ртуть, бертолетову соль и антимоний [1]. Обладая приемлемыми энергетическими и баллистическими характеристиками, эти КB, тем не менее, во многом не удовлетворяют современным требованиям. Способствующие ускоренной коррозии продукты сгорания УВС на основе гремучей ртути и бертолетовой соли приводят к существенному сокращению ресурса оружия. Кроме этого, в экономических условиях современной России немалое значение приобрел фактор дороговизны и дефицитности ставшего заграничным сырья - ртути и антимония.

Также существуют ударные КB, в которых в качестве инициирующего взрывчатого вещества (ИВВ) УВС вместо гремучей ртути применяется тринитрорезорцинат свинца (ТНРС).

Так, например, известен воспламенительный неоржавляющий ударный состав (патент RU №2296733, опуб. 10.04.2007), который содержит тринитрорезорцинат свинца (ТНРС), тетразен, силикокальций, барий азотнокислый и тетранитратпентаэритрит. Соотношение компонентов следующее, вес.%: ТНРС 16-20, тетразен 1,5-2, силикокальций 49-54, барий азотнокислый 20-24, ТЭН 6-10.

Такие КB, содержащие так называемые неоржавляющие УВС, практически не вызывают коррозии оружия. Но термовлагостойкость и гарантийные сроки хранения этого УВС не выше, чем у гремучертутных, а баллистические свойства КB с ним уступают гремучертутным. Также недостатком применения такого состава в КB является его токсичность из-за присутствия в основных продуктах сгорания свинца, негативно влияющего на здоровье человека и окружающую среду.

До последнего времени приходилось мириться с содержанием в продуктах сгорания КB токсичных соединений тяжелых металлов. В условиях ведения боевых действий и при стрельбе на открытом воздухе на токсичность продуктов выстрела практически не обращали внимания. Но с развитием спортивной и тренировочной стрельбы в тирах вопрос токсичности стал актуальным. Он особенно обострился в связи с ужесточением экологических требований национальных и международных организаций здравоохранения и охраны окружающей среды, признавших ряд элементов (в их числе ртуть и свинец) не просто вредными для здоровья, но крайне опасными в связи со своей канцерогенной и мутагенной активностью.

Основным направлением усовершенствования КB является замена в УВС инициирующих взрывчатых веществ (ИВВ), в первую очередь гремучей ртути, имеющей относительно низкую термическую стойкость, и компонентов, содержащих вредные тяжелые металлы, например свинец, на безопасные и эффективные ингредиенты.

Одним из таких компонентов УВС оказалась калиевая соль динитробензофуроксана (аддукт 4,6-динитробензофуроксана с гидроокисью калия, КДНБФ). Впервые в России ее применение в качестве ИВВ стало известным достаточно давно (патент RU №7215, опуб. 31.12.1928). Однако охарактеризованный в данном источнике информации динитродинитрозобензол калия (в настоящее время КДНБФ) для использования в подрывных патронах в чистом виде или в смеси с другими взрывчатыми веществами не обеспечивает предъявляемые в настоящее время требования по баллистическим характеристикам и не может применяться в современных патронах стрелкового оружия, что является его недостатком.

Известен воспламенительный неоржавляющий ударный состав (патент RU №2317966, опуб. 27.02.2007), который применяется в капсюлях-воспламенителях патронов стрелкового оружия. Этот состав содержит, вес.%: динитробензофуроксанат калия 30-40, тетразен 4-7, в качестве сенсибилизатора мраморную крошку 50-65.

Это техническое решение имеет следующие недостатки. Мраморная крошка, из-за ее гигроскопичности, обладает повышенной влагостойкостью. Такой негативный показатель сказывается на снижении энергетических характеристик и нестабильности воспламенения порохового заряда, и, следовательно, могут происходить отказы при выстреле.

Известен капсюль-воспламенитель для зажигания переходных и метательных зарядов (патент RU №2443969, опуб. 27.02.2012), выбранный в качестве прототипа. Этот КB включает расположенный на дне гильзочки со шляпкой колпачок, содержащий неоржавляющий УВС, прикрытый сверху защитным покрытием, в который упирается наковальня. УВС обладает увеличенными энергетическими характеристиками и содержит компоненты, мас.%: одноосновный стифнат калия 20-70; диазодинитрофенол 15-40; калиевая соль динитробензофуроксана 2-10; энергетическая добавка 4-10; сенсибилизатор 5-20. В качестве энергетической добавки используют мелкодисперсные металлы: алюминий, бор, титан.

Недостатками такого КB является следующее. Одноосновный стифнат калия является гигроскопичным материалом и, следовательно, обладает повышенной влагостойкостью, что может привести к осечкам КB и снижать воспламенение метательного заряда. Диазодинитрофенол является вредным веществом, обладающим повышенной токсичностью. Особенно это проявляется при производстве УВС. Относительно малое содержание калиевой соли динитробензофуроксана способствует снижению энергетических характеристик состава.

Технической проблемой, вставшей перед разработчиками, является создание нового КB, содержащего неоржавляющий экологически чистый УВС, производимый из отечественных недефицитных компонентов, использование которого позволит повысить стабильность баллистических характеристик патронов стрелкового оружия.

Возникшая проблема решается с помощью предлагаемых изобретений.

Согласно первому варианту капсюль-воспламенитель содержит колпачок с размещенным в нем слоем ударно-воспламенительного состава, прикрытым защитным покрытием, в который упирается наковальня, ударно-воспламенительный состав содержит калиевую соль динитробензофуроксана, тетразен, силикокальций, бор, азотнокислый висмут при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Согласно второму варианту капсюль-воспламенитель содержит колпачок с размещенным в нем слоем ударно-воспламенительного состава, прикрытым защитным покрытием, в который упирается наковальня, ударно-воспламенительный состав содержит калиевую соль динитробензофуроксана, тетразен, силикокальций, алюминий, азотнокислый барий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кроме этого, капсюль-воспламенитель по всем вариантам может быть выполнен в виде капсюля-воспламенителя типа Бердан, или Боксер, или Жевело.

Технический результат, полученный от изобретений, заключается в снижении температурного градиента выстрела и повышении термостойкости патронов.

Капсюль-воспламенитель содержит традиционные элементы конструкции, присущие различным его типам, таким как Бердан, Боксер или Жевело, основным и наиболее ответственным является колпачок с размещенным слоем УВС, прикрытым сверху защитным покрытием, например фольговым кружком или лаком, в который упирается наковальня.

Новым в предлагаемой группе изобретений является качественное и количественное соотношение компонентов УВС, заявляемых по всем вариантам КВ. Выбор компонентов и их соотношение определено экспериментально-расчетным путем.

Капсюль-воспламенитель работает следующим образом.

В подготовленный металлический колпачок КB, по предлагаемым вариантам выполнения, запрессовывают УВС. Снаряженный КB вставляют в патрон соответствующего калибра. От удара бойка оружия по дну КB начинается горение ИВВ (КДНБФ и тетразен), выделяется определенное количество энергии, которой достаточно, чтобы начался как процесс горения самого ИВВ, так и воспламенения остальных компонентов смеси. При горении выделяется тепловая энергия с большой скоростью и передается окислителю (азотнокислый висмут или азотнокислый барий). Он выделяет кислород, необходимый для полного сгорания как продуктов разложения ИВВ, так и горючего (силикокальций). Сгорая, силикокальций повышает температуру пламени и образует достаточное количество твердых раскаленных частиц, которые служат основным очагом, и тем самым обеспечивает создание достаточно жгучего и сильного луча огня (форс пламени), воспламеняющего метательный заряд патрона. Бор или алюминий также вступают в реакцию с окислителем, при этом выделяется дополнительная энергия.

Применение КДНБФ в качестве ИВВ и добавление тетразена как сенсибилизатора, повышающего чувствительность состава к удару, а также их соотношение в указанном количестве является оптимальным для обеспечения требований по стабильности баллистических характеристик.

Содержание КДНБФ менее 30 мас.% и тетразена менее 5 мас.% приводит к снижению энергетических характеристик состава и низкой воспламеняемости метательного заряда, а также происходят осечки КВ.

Содержание этих компонентов более заявленного интервала значений, а именно КДНБФ более 60 мас.% и тетразена более 5 мас.%, способствует повышению энергетических характеристик, что может вызвать аномальный выстрел и разрушение КВ. Кроме того, из-за повышенной чувствительности и инициирующих свойств этих ингредиентов увеличение их количества опасно при производстве УВС, могут происходить просечки КB, что недопустимо.

Выбранные в качестве окислителя азотнокислый висмут (по первому варианту) или азотнокислый барий (по второму варианту) позволяют добиться наибольшей эффективности в заявленном диапазоне значений. Так, содержание азотнокислого висмута менее 35 мас.% или азотнокислого бария менее 40 мас.% будет способствовать возникновению неоптимальных условий для проведения реакции горения. При содержании этих окислителей в количестве более 50 мас.% не обеспечивается достижение необходимых баллистических характеристик.

Добавление к горючему, в качестве которого применяют силикокальций, небольшого количества бора (по первому варианту) или алюминия (по второму варианту) в заявленном диапазоне значений улучшает энергетические характеристики УВС и положительно сказывается на воспламенительных свойствах КB, это повышает баллистические характеристики патрона.

Компоненты предложенных УВС не содержат тяжелых токсичных металлов, что способствует неоржавляющему воздействию на канал ствола оружия и улучшению экологичности.

Перспективность и обоснованность выполнения разработки и внедрения в производство нового неоржавляющего, экологически безопасного при изготовлении и эксплуатации КB для патронов стрелкового оружия согласно настоящим изобретениям подтверждается результатами проведенных работ.

Заявляемые КB подверглись баллистическим испытаниям, которые заключались в определении надежности работы патронов стрелкового оружия.

Были изготовлены два варианта УВС для КB, которыми снарядили винтовочные патроны калибра 8,6×69 мм с тяжелой пулей, масса метательного заряда патрона составляла 5,6 г. К таким патронам предъявляются повышенные требования по баллистическим характеристикам.

УВС по первому варианту (КВС-7В) содержал, мас.%:

УВС по второму варианту (КБС-2А) содержал, мас.%:

Испытания завершились с положительными результатами и представлены в таблице 1.

Из таблицы 1 видно, что наблюдается стабильность баллистических характеристик патрона, о чем свидетельствует небольшая величина разности между минимальными и максимальными значениями показателей начальной скорости выстрела и давления пороховых газов.

Стоит отметить, что КB, содержащий в УВС в качестве окислителя азотнокислый висмут и в качестве энергетической добавки к горючему - небольшое количество бора (КВС-7В), является наиболее перспективным в применении, о чем свидетельствуют результаты его испытаний на соответствие предъявляемых требований по баллистическим характеристикам, проведенных в широком диапазоне температур. Результаты приведены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что достаточно высокая стабильность баллистических характеристик в различных температурных условиях способствует снижению температурного градиента выстрела и повышению термостойкости испытываемого патрона.

УВС по всем вариантам выполнения КB являются наиболее оптимальными по качественному содержанию и количественному соотношению и обладают хорошими энергетическими характеристиками, надежно воспламеняют метательный заряд при эксплуатации патрона в различных климатических условиях, что способствует надежной и безотказной работе КВ.

Также важно, что все компоненты УВС могут быть изготовлены из недорогого отечественного сырья по традиционным отработанным технологиям.

УВС могут применяться в КB любого типа, например Бердан, Боксер или Жевело.

КB согласно настоящим изобретениям могут использоваться в патронах стрелкового оружия различного калибра.

Предлагаемое настоящими изобретениями направление усовершенствования КB, содержащих экологически чистый неоржавляющий УВС с оптимальным качественным и количественным соотношением компонентов, обладающих необходимыми энергетическими характеристиками, позволяет решить техническую проблему повышения стабильности баллистических характеристик патронов стрелкового оружия и обеспечить снижение температурного градиента выстрела и повышение термостойкости патронов.

Источники информации

1. А.Г. Горст. Пороха и взрывчатые вещества. М.: Машиностроение, 1972, с. 107.