Результат интеллектуальной деятельности: БОЕПРИПАС В КОРПУСЕ

Изобретение относится к оборонной технике, а именно к боеприпасам для артиллерийских орудий.

Известно устройство для увеличения дальности полета артиллерийского снаряда [1], содержащее головной и хвостовой отсеки, боевую часть, лопасти стабилизаторов и донный газогенератор, производящий газообразные продукты с недостатком окислителя, у которого кормовая часть хвостового отсека выполнена в виде телескопической конструкции, включающей в себя две соосные обечайки, наружная из которых выполнена с возможностью ее осевого перемещения по внешней поверхности внутренней обечайки, с образованием камеры дожигания с воздухозаборным устройством, до упорного буртика и фиксацией на ней, кроме этого наружная обечайка содержит заднюю торцевую поверхность с сопловым отверстием, на которой с определенным усилием вскрытия закреплена задняя крышка.

К недостаткам данного устройства относится снижение могущества снаряда у цели, определяющим фактором которого является снижение массы снаряда на величину порядка 10% из-за выгорания заряда донного газогенератора и отделения от снаряда донной крышки после ее выхода из канала ствола. Кроме того, наличие воздухозаборного устройства в камере дожигания приводит к увеличению аэродинамического сопротивления снаряда, что снижает эффективность его действия у цели.

Наиболее близким аналогом к заявленному устройству является боеприпас в корпусе, выполненном с возможностью размещения в казенной части артиллерийского орудия, содержащий два снаряда, расположенные в корпусе один впереди другого, пороховые метательные заряды переднего и заднего снарядов, установленные внутри корпуса позади соответствующего снаряда, электрозапалы для зажигания пороховых метательных зарядов переднего и заднего снарядов в заданной временной последовательности, установленные на внутренней поверхности корпуса, соответственно между дном переднего снаряда и головкой заднего снаряда, и между его дном и дном корпуса, а вход каждого электрозапала соединен проводом с соответствующим электрическим контактом, проходящим насквозь через дно корпуса и электроизолированным от него. Причем цепь, состоящая из электрического контакта, соединенного проводом со входом электрозапала и корпусом представляет собой электрический контур зажигания соответствующего электрозапала, при этом внутри корпуса выполнен кольцевой выступ для упора дна заднего снаряда, имеющего уплотнительное средство, представляющее собой участок юбки заднего снаряда, выполненный с возможностью расширения в радиальном направлении при воздействии нагрузки внутри корпуса при выстреливании переднего снаряда [2].

Применение известного устройства, представляющего собой боеприпас в корпусе, содержащий два снаряда, расположенные один впереди другого в корпусе, выполненном с возможностью размещения в казенной части артиллерийского орудия, позволило обеспечить его высокую скорострельность при выстреле двух снарядов одного за другим, составляющую 4500 выстрелов в мин. за счет исключения зарядного механизма с подвижными деталями, подающего по отдельности снаряды в казенную часть.

Другим фактором обеспечения высокой скорострельности является то, что зажигание метательного заряда заднего снаряда производится почти сразу после зажигания метательного заряда переднего снаряда, пока он еще движется в стволе орудия.

К недостаткам такого устройства можно отнести недостаточную дальность стрельбы, низкую мощность снаряда у цели вследствие его малой массы, а также высокое значение отношения массы орудия к массе снаряда, что снижает мобильность орудия при обеспечении высокого могущества снаряда. Этих недостатков не будет, если такой боеприпас в корпусе выполнен с возможностью размещения в казенной части артиллерийского орудия, содержит два снаряда, расположенные в корпусе один впереди другого, пороховые метательные заряды переднего и заднего снарядов, установленные внутри корпуса позади соответствующего снаряда, электрозапалы для зажигания пороховых метательных зарядов переднего и заднего снарядов в заданной временной последовательности, установленные на внутренней поверхности корпуса, соответственно между дном переднего снаряда и головкой заднего снаряда, и между его дном и дном корпуса, а вход каждого электрозапала соединен проводом с соответствующим электрическим контактом, проходящим насквозь через дно корпуса и электроизолированным от него. Цепь, состоящая из электрического контакта, соединенного проводом со входом электрозапала и корпусом, представляет собой электрический контур зажигания соответствующего электрозапала, при этом внутри корпуса выполнен кольцевой выступ для упора дна заднего снаряда, имеющего уплотнительное средство, представляющее собой участок юбки заднего снаряда, выполненный с возможностью расширения в радиальном направлении при воздействии нагрузки внутри корпуса при выстреливании переднего снаряда.

Согласно заявленному изобретению боеприпас снабжен стыковочным устройством типа «штырь-конус» для жесткого соединения переднего и заднего снарядов после их вылета из дульного среза артиллерийского орудия, включающим приемный конус с цилиндрическим гнездом в его вершине, выполненный в дне переднего снаряда, и заостренный штырь, установленный на головке заднего снаряда на его оси, а также амортизатор для снижения ударного импульса при стыковке и элементы фиксации штыря в цилиндрическом гнезде, при этом порох метательного заряда заднего снаряда обладает более высокой силой, чем порох метательного заряда переднего снаряда, при этом порох метательного заряда заднего снаряда обладает более высокой силой, чем порох метательного заряда переднего снаряда, причем разница сил порохов метательных зарядов заднего и переднего снарядов определена из возможности их стыковки в непосредственной близости от дульного среза.

Кроме того, боковая поверхность и дно цилиндрического гнезда покрыты электроизоляционным слоем, а внутри цилиндрического гнезда размещен амортизатор, выполненный в виде пружины сжатия, один конец которой соединен с электрическим контактом цепи электроустройств переднего снаряда, выходящим из дна цилиндрического гнезда, а второй соединен с электропроводящим диском, размещенным в цилиндрическом гнезде с возможностью осевого перемещения, который при состыкованном положении переднего и заднего снарядов контактирует с электрическим контактом цепи электроустройств заднего снаряда, выходящим из центра заостренного штыря и электроизолированного от него, при этом последовательно соединенные электрические контакты цепи электроустройств переднего снаряда, пружина сжатия, электропроводящий диск, электрический контакт цепи электроустройств заднего снаряда и масса, жестко соединенных между собой переднего и заднего снарядов представляет собой электрическую коммуникацию между снарядами, причем элементы фиксации заостренного штыря в цилиндрическом гнезде выполнены в виде утапливаемого подпружиненного шарикового стопора, размещенного в отверстии, выполненном в боковой поверхности цилиндрического гнезда и соответствующей шариковому стопору кольцевой проточки на заостренном штыре.

Отличительными признаками изобретения являются:

- боеприпас в корпусе снабжен стыковочным устройством типа «штырь-конус» для жесткого соединения переднего и заднего снарядов после их вылета из дульного среза артиллерийского орудия, включающим приемный конус с цилиндрическим гнездом в его вершине, выполненный в дне переднего снаряда, и заостренный штырь, установленный на головке заднего снаряда на его оси, а также амортизатор для снижения ударного импульса при стыковке и элементы фиксации штыря в цилиндрическом гнезде, при этом порох метательного заряда заднего снаряда обладает более высокой силой, чем порох метательного заряда переднего снаряда;

- боковая поверхность цилиндрического гнезда и его дно покрыты электроизоляционным слоем и внутри него размещен амортизатор, выполненный в виде пружины сжатия, один конец которой соединен с электрическим контактом цепи электроустройства переднего снаряда, выходящим из дна цилиндрического гнезда и электроизолированным от него, а второй соединен с контактным диском;

- разница силы порохов метательных зарядов заднего и переднего снарядов, представляющих собой источники энергии для сообщения снарядам необходимых скоростей движения, определена из возможности их стыковки в непосредственной близости от дульного среза.

Кроме того, боковая поверхность и дно цилиндрического гнезда покрыты электроизоляционным слоем, а внутри цилиндрического гнезда размещен амортизатор, выполненный в виде пружины сжатия, один конец которой соединен с электрическим контактом цепи электроустройств переднего снаряда, выходящим из дна цилиндрического гнезда, а второй соединен с электропроводящим диском, размещенным в цилиндрическом гнезде с возможностью осевого перемещения, который при состыкованном положении переднего и заднего снарядов контактирует с электрическим контактом цепи электроустройств заднего снаряда, выходящим из центра заостренного штыря и электроизолированного от него, при этом последовательно соединенные электрические контакты цепи электроустройств переднего снаряда, пружина сжатия, электропроводящий диск, электрический контакт цепи электроустройств заднего снаряда и масса жестко соединенных между собой переднего и заднего снарядов представляет собой электрическую коммуникацию между снарядами, причем элементы фиксации заостренного штыря в цилиндрическом гнезде выполнены в виде утапливаемого подпружиненного шарикового стопора, размещенного в отверстии, выполненном в боковой поверхности цилиндрического гнезда и соответствующей шариковому стопору кольцевой проточки на заостренном штыре.

Снабжение боеприпаса в корпусе стыковочным устройством типа «штырь-корпус» для жесткого соединения переднего и заднего снарядов после их вылета из ствола артиллерийского орудия, а также то, что порох метательного заряда заднего снаряда обладает более высокой силой, чем порох метательного заряда переднего снаряда, при этом разница силы порохов метательных зарядов заднего и переднего снарядов, представляющих собой источники энергии для сообщения снарядам необходимых скоростей, определена из возможности обеспечения их стыковки в непосредственной близости от дульного среза, позволили обеспечить вылет из ствола орудия составного снаряда, образованного непосредственно после вылета из жестко соединенных переднего и заднего снарядов боеприпаса, имеющего их суммарную массу при одинаковом с ними калибре. Поэтому в 2 раза увеличивается кинетическая энергия составного снаряда по сравнению со снарядом известного устройства, что приводит к значительному увеличению дальности полета составного снаряда.

Другим фактором повышения дальности полета составного снаряда является увеличение его длины почти в 2 раза по сравнению с одиночным снарядом, что позволяет за счет повышения удлинения головной части составного снаряда λ=Х_мид / Д_мид (Х_мид - расстояние до миделевого сечения, имеющего диаметр Д_мид) до оптимального значения λ_опт, составляющего 9±2, при котором величина коэффициента аэродинамического сопротивления составного снаряда С_х минимальна [3]. При этом также повышается мощность снаряда у цели и снижается отношение массы орудия к массе снаряда.

Выполнение амортизатора стыковочного устройства в виде размещенной в цилиндрическом гнезде пружины сжатия, один конец которой соединен с электрическим контактом цепи электроустройств переднего снаряда, выходящим из дна цилиндрического гнезда и электроизолированным от него, а второй соединен с электропроводящим диском, размещенным в цилиндрическом гнезде с возможностью осевого перемещения, который при состыкованном положении переднего и заднего снарядов контактирует с электрическим контактом цепи электроустройств заднего снаряда, выходящим из центра заостренного штыря и электроизолированного от него, позволило обеспечить электрическую коммуникацию между состыкованными снарядами. Вследствие чего стало возможным осуществить их одновременный подрыв с помощью электровзрывателей в заданной точке траектории полета составного снаряда.

Выполнение элементов фиксации заостренного штыря в цилиндрическом гнезде в виде утапливаемого подпружинного шарикового стопора, размещенного в отверстии, выполненном в боковой поверхности цилиндрического гнезда, соответствующей шариковому стопору кольцевой проточки на заостренном штыре обеспечило возможность поворота штыря вокруг своей продольной оси в цилиндрическом гнезде в начальный момент стыковки переднего и заднего снарядов, имеющих отличие скоростей вращения при выходе из дульного среза.

На фиг. 1 представлен общий вид боеприпаса в корпусе. На фиг. 2 показан общий вид состыкованных между собой переднего и заднего снарядов боеприпаса после их вылета из дульного среза артиллерийского орудия. На фиг. 3 изображен выносной элемент А с узлами стыковочного устройства после стыковки переднего и заднего снарядов. На фиг. 4 приведены графики 1, 2 траекторий движения, полученные с учетом сопротивления воздуха, соответственно составного снаряда массой 2m, состоящего из жестко соединенных переднего и заднего снарядов, и единичного снаряда массой m устройства прототипа.

Предложенное устройство содержит (фиг. 1) корпус 1, выполненный с возможностью размещения в казенной части артиллерийского орудия (не показана), передний 2 и задний 3 снаряды, расположенные в корпусе 1, пороховые метательные заряды переднего снаряда 4 и заднего снаряда 5, установленные внутри корпуса 1 позади снарядов соответственно 2 и 3, а также электрозапалы 6 и 7 для зажигания пороховых метательных зарядов соответственно 4 и 5 в заданной временной последовательности. Электрозапалы 6 и 7 установлены на внутренней поверхности корпуса 1 соответственно между дном переднего снаряда 2 и головкой заднего снаряда 3 и его дном и дном корпуса 1. Входы электрозапалов 6 и 7 обозначены соответствующими электрическими контактами 10 и 11, проходящими насквозь через дно корпуса 1 и электроизолированными от него. Причем цепи, состоящие из электрических контактов 10 и 11, соединенных проводами 8 и 9 соответственно с выходами электрозапалов 6 и 7, и корпус 1 представляют собой электрические контуры зажигания указанных электрозапалов. При этом внутри корпуса 1 выполнен кольцевой выступ 12 для упора дна заднего снаряда 3, имеющего уплотнительное средство, представляющее собой участок юбки 13 заднего снаряда 3, выполненный с возможностью расширения в радиальном направлении при воздействии нагрузки внутри корпуса 1 при выстреливании переднего снаряда 2.

На фиг. 2 показано положение состыкованных переднего 2 и заднего 3 снарядов после их вылета из дульного среза.

Боеприпас в корпусе снабжен стыковочным устройством типа «штырь-конус» для жесткого соединения переднего 2 и заднего 3 снарядов после их вылета из дульного среза артиллерийского орудия (не показано), включающим углубление 14 с цилиндрическим гнездом 15 в его нижней части, соответствующее по форме головке заднего снаряда 3, выполненное в дне переднего снаряда 2, и заостренный штырь 16, установленный на головке заднего снаряда 3, соответствующий цилиндрическому гнезду 15, а также амортизатор 18 (фиг. 3) для снижения ударного импульса при состыковке снарядов 2 и 3, и элементы фиксации штыря 16 в цилиндрическом гнезде 15.

Стыковочные устройства указанного типа представлены в [4]. Боковая поверхность и дно цилиндрического гнезда 15 покрыты электроизоляционным слоем 17 (фиг. 3), а внутри него размещен амортизатор 18, выполненный в виде пружины сжатия, один конец которой соединен с электрическим контактом цепи электроустройств переднего снаряда 19, выходящим из дна цилиндрического гнезда 15 и электроизолированным от него, а второй соединен с электровыводящим диском 20, размещенным в цилиндрическом гнезде 15 с возможностью осевого перемещения, электропроводящий диск 20 после стыковки переднего 2 и заднего 3 снарядов (фиг. 3) контактирует с электрическим контактом цепи электроустройств заднего снаряда 21, выходящим из центра заостренного штыря 16 и электроизолированного от него. При этом последовательно соединенные электрический контакт 19, пружина сжатия 18, электропроводящий диск 20, электрический контакт 21 и масса, жестко соединенных между собой переднего 2 и заднего 3 снарядов, представляют собой электрическую коммуникацию между снарядами 2 и 3. Элементы фиксации заостренного штыря 16 в цилиндрическом гнезде 15 выполнены в виде утапливаемого подпружиненного шарикового стопора 22, размещенного в отверстии, выполненном в боковой поверхности цилиндрического гнезда 15 и соответствующей шариковому стопору 22 кольцевой проточки 23 на заостренном штыре 16. Порох метательного заряда 5 заднего снаряда 3 обладает более высокой силой, чем порох метательного заряда 4 переднего снаряда 2, при этом разница силы порохов метательных зарядов 5 и 4 соответственно заднего 3 и переднего 2 снарядов, представляющих собой источник энергии для сообщения снарядам 3 и 2 необходимых скоростей движения, определена из возможности их стыковки в непосредственной близости от дульного среза.

При выстреле осуществляется зажигание порохового метательного заряда 4 переднего снаряда 2 и затем, пока передний снаряд 2 еще движется в стволе орудия, производится зажигание порохового метательного заряда 5 заднего снаряда 3 путем последовательной подачи электрических сигналов на электрические контакты 10 и 11 соответствующих контуров зажигания электрозапалов 6 и 7 от механизмов производства выстрела электрического действия, что и позволяет производить стрельбу двумя снарядами - передним 2 и задним 3 - очередью со скорострельностью 4500 выстрелов в мин. При этом в момент зажигания порохового метательного заряда 4 под действием высокого давления пороховых газов участок юбки 13 заднего снаряда 3 смещается назад по его конической части, расширяясь в радиальном направлении, и заклинивает снаряд 3, вступая в герметичный контакт с внутренней стенкой корпуса 1, что исключает прорыв находящихся под давлением газов к пороховому метательному заряду 5.

Таким образом, после последовательного зажигания пороховых метательных зарядов 4 и 5 пороховыми газами производится разгон переднего 2 и заднего 3 снарядов в стволе орудия. Вследствие того, что порох метательного заряда 5 обладает более высокой силой, чем порох метательного заряда 4, причем разница сил порохов метательных зарядов 5 и 4 определена из обеспечения возможности стыковки снарядов 2 и 3 в непосредственной близости от дульного среза, при выходе снарядов 2 и 3 из него заднему снаряду 3 сообщается большая скорость, чем переднему снаряду 2 и задний снаряд 3 догоняет передний снаряд 2 на минимальном расстоянии от дульного среза, что позволяет при стыковке снарядов 2 и 3 осуществить попадание заостренного штыря 16 в цилиндрическое гнездо 75 с незначительными вероятными радиальными отклонениями.

Согласно [5] в существующих артиллерийских системах отношение вероятного радиального отклонения B_б к расстоянию от дульного среза X (B_б/X) может составлять 1/3000. Например, при X=300 см B_б не превысит 1 мм. После этого начинается стыковка снарядов 2 и 3, и вследствие разницы их скоростей заостренный штырь 16 вдвигается в цилиндрическое гнездо 15. При этом электрический контакт 21, выходящий из центра заостренного штыря 16, упирается в электропроводящий диск 20, соединенный с пружиной 18, при сжатии которой гасится ударный импульс, возникающий при стыковке снарядов 2 и 3. Осевое перемещение заостренного штыря 16 относительно цилиндрического гнезда 15 прекращается после попадания подпружиненного шарикового стопора 22 в кольцевую проточку 23 на заостренном штыре 16. Причем в начале стыковки обеспечивается возможность поворота заостренного штыря 16 относительно шарикового стопора 22, возникающего из-за различия скоростей вращения снарядов 2 и 3 при их выходе из дульного среза.

Таким образом, после стыковки снарядов 2 и 3 непосредственно у дульного среза формируется составной снаряд, состоящий из двух жестко соединенных снарядов 2 и 3, имеющих общую электрическую коммуникацию, состоящую из последовательно соединенных электрического контакта 19, пружины сжатия 18, электропроводящего диска 20, электрического контакта 22 и массы жестко соединенных между собой снарядов 2 и 3.

Была проведена оценка дальности полета составного снаряда массой 2m, выполненного для разработанной конструкции боеприпаса, и единичного снаряда массой m штатной конструкции с учетом сопротивления воздуха. С этой целью рассмотрено движение составного снаряда массой 2m, равной 1 кг, которому сообщена начальная скорость V₀=650 м/с под углом α₀, составляющим 45° к горизонту.

Дифференциальное уравнение движения этого снаряда в декартовой системе координат с горизонтальной осью ОХ и вертикальной осью ОУ выглядит следующим образом:

где ρ - плотность воздуха (р=1,225 кг/м³);

С_р - коэффициент аэродинамического сопротивления (с учетом [3] С_р=0,3);

δ - площадь миделевого сечения составного снаряда, которая для снаряда калибра 30 мм составило 7,068⋅10^-4 м²;

V - результирующая скорость снаряда, .

Траектория движения составного снаряда была определена в результате численного решения системы дифференциальных уравнений (1) методом Рунге-Кутта по разработанной программе для ЭВМ на языке ФОРТРАН.

Далее с помощью разработанной программы была решена система дифференциальных уравнений, описывающих движение одиночного снаряда, имеющая аналогичный вид с системой (1). При этом система дифференциальных уравнений движения одиночного снаряда отличалась от системы (1) только одним параметром (масса одиночного снаряда m=0,5 кг). После численного решения системы дифференциальных уравнений движения одиночного снаряда была построена траектория его полета.

Графики траекторий движения 1, 2 соответственно составного снаряда массой 2m и одиночного снаряда массой m приведены на фиг. 4.

Из рассмотрения полученных траекторий следует, что дальность полета составного снаряда, выполненного для разработанной конструкции боеприпаса, равна 10257 м. Она значительно (более, чем на 60%) превышает дальность полета одиночного снаряда штатной конструкции, составляющую 6341 м. Наряду с этим существенно повышается и мощность действия снаряда по цели, снижается отношение массы орудия к массе снаряда.

Список литературы

1. Патент RU 2486452, МПК F42B 10/38, 15/00, опубл. 27.06.2013 г.

2. Патент RU 2157499, МПК F41A 21/00, 21/06; F41F 1/00; F42B 5/03, опубл. 10.10.2000 г.

3. Краснов, Н.Ф. Аэродинамика тел вращения. - М.: Машиностроение 1964. - 572 с.

4. Сыромятников, B.C. Стыковочные устройства космических аппаратов - М.: Машиностроение, 1984. - 216 с.

5. Жуков, И.И. Артиллерийское вооружение. - М.: Машиностроение, 1975. - 420 с.