Результат интеллектуальной деятельности: АРТИЛЛЕРИЙСКИЙ СНАРЯД

Изобретение относится к боеприпасам для противопехотных автоматических гранатометов и может быть использовано при изготовлении артиллерийских выстрелов унитарного заряжания малого калибра, имеющих повышенную дальность и кучность стрельбы.

Уровень данной области техники характеризует конструкция малокалиберного артиллерийского патрона по патенту RU №2087837, F42B 5/02, 1997, который включает гранату, содержащую головной взрыватель, взрывчатое наполнение осколочного корпуса, оснащенного концентраторами дробления, медный ведущий поясок и прямоугольной формы хвостовик с продольными сквозными каналами для выхода воздуха из дульца гильзы при установке гранаты по прессовой посадке на сопрягаемый уступ гильзы.

В гильзе смонтированы капсюль-воспламенитель, пороховой метательный заряд и диафрагма со сгорающими прокладками из фольги толщиной 0,05 мм. В диафрагме выполнены калиброванные выходные отверстия для выброса пороховых газов метательного заряда в ресивер, сформированный между торцом гранаты и диафрагмой гильзы.

Диафрагма жестко связана с гильзой посредством геометрического замыкания материалом кольцевой надрубки опорного уступа в дульце гильзы. При этом диафрагма через нижнюю прокладку прижимает и фиксирует метательный заряд в гильзе.

Верхняя прокладка на диафрагме при сборке патрона предотвращает передачу на метательный пороховой заряд давления сжимаемого воздуха, который удаляется из ресивера через продольные каналы хвостовика гранаты.

Граната с гильзой связаны посредством обжима дульца гильзы в закатные канавки хвостовика, образуя конструктивное единство унитарного выстрела к гранатомету.

Недостатком описанного боеприпаса является выполнение ведущего устройства в виде напрессованного медного пояска и прямоугольная форма хвостовика гранаты.

Отдельно изготавливаемые медные кольца и прессовая операция их крепления на корпусе снаряда в профилированную канавку усложняет технологию. Но большей проблемой при этом является возможный срыв ведущего медного пояска в канале ствола при выстреле с вытекающими последствиями.

В задонном пространстве гранаты, имеющей прямоугольную форму хвостовика, возникают завихрения турбулентных воздушных приграничных потоков, которые аэродинамически тормозят скорость полета и снижают дальность стрельбы.

Отмеченные недостатки устранены в артиллерийских выстрелах по патентам RU №2168696, F42B 14/00, 2001 и RU №2125226, F42B 5/02, 1999, снаряды которых оснащены ведущим устройством в виде готовых выступов из материала корпуса (стальных), спрофилированных под спиральные каналы ствола оружия.

Хвостовик снаряда по первому патенту выполнен в форме усеченного конуса, сужающегося кзади, для снижения аэродинамического торможения от уменьшения задонного разрежения за счет исключения турбулентности набегающего потока на траектории полета.

В качестве наиболее близкого аналога по числу совпадающих признаков выбран патрон (выстрел) для гранатомета по патенту RU №2125226, F42B 5/02, 1999 г., артиллерийский снаряд которого, содержащий головной взрыватель, на хвостовике несет камеру сгорания метательного порохового заряда, выполняющую функции гильзы.

Осколочный корпус снаряда, заполненный взрывчатым веществом, оснащен локализаторами дробления в форме пилообразных канавок и готовыми ведущими выступами из материала корпуса (стальными), спрофилированными под взаимодействие со спиральными нарезами канала ствола оружия.

Камера сгорания закрыта торцевой диафрагмой, несущей центральный капсюль-воспламенитель.

Известный артиллерийский снаряд характеризуется повышенной эффективностью основного осколочного действия и технологичностью изготовления.

Особенностью данного снаряда является наличие на корпусе готовых выступов для ведения по спиральным нарезам ствола, в результате чего снаряду при стрельбе придается осевое вращение для продольной стабилизации на траектории полета.

Однако продолжением достоинств являются присущие недостатки, в частности: газообразные продукты горения метательного заряда прорываются через относительно большие зазоры между спиральными нарезами ствола и готовыми ведущими выступами корпуса снаряда, что снижает его начальную скорость, а также неравномерно давят на боковую поверхность корпуса снаряда, что существенно влияет на неконтролируемые колебательные возмущения снаряда, ухудшая кучность боя.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является усовершенствование конструкции артиллерийского снаряда для повышения показателей назначения основных технических характеристик.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном артиллерийском снаряде, содержащем головной взрыватель, осколочный корпус с взрывчатым наполнением, оснащенный ведущим устройством в форме выступов его материала, согласно изобретению выступы ведущего устройства выполнены в виде кольцевых рифлей трапецеидального профиля, основания которых расположены в поперечной канавке корпуса, глубиной, определяемой из соотношения d/d₁=1,04-1,05, где d - диаметр калибра, d₁ - диаметр канавки, при этом рифли отстоят между собой и от краев канавки на расстоянии, равном 0,8-1,2 ширины основания рифлей.

Отличительные признаки обеспечили достижение повышенных показателей назначения артиллерийского снаряда по дальности полета за счет более эффективной обтюрации в канале ствола оружия пороховых газов, генерируемых при горении метательного заряда.

Выполнение выступов ведущего устройства из материала корпуса снаряда в виде кольцевых рифлей обеспечивает беззазорное их примыкание к спиральным нарезам ствола при выстреле за счет выдавливания рабочих пазов поперек рифлей непосредственно конфигурацией канала ствола, что исключает прорыв пороховых газов. Это обеспечивает полное преобразование энергии давления пороховых газов на снаряд в метательный импульс, создающий приращение его начальной скорости.

Наличие как минимум двух кольцевых рифлей ведущего устройства снаряда, которые позволяют распределить динамическую нагрузку врезания, необходимо для создания между ними газодинамического затвора из переуплотненных газообразных продуктов горения метательного заряда, который препятствует их прорыву вдоль ствола за снаряд, то есть автоматически осуществляется надежная обтюрация.

Размещение кольцевых рифлей в поперечной канавке корпуса позволяет в габаритах снаряда выполнить ведущие выступы посредством перераспределения металла корпуса при раскатке заданного профиля роликом, обеспечив достаточную прочность и необходимую пластичность рифлям.

За счет исключения прорыва пороховых газов через минимальные зазоры ходовой посадки между примыкающими ведущими выступами и стволом уменьшились возмущающие колебания снаряда при движении по стволу, что, как следствие, привело к повышению кучности боя и дальности стрельбы.

Трапецеидальный профиль рифлей обеспечивает их плавное внедрение в нарезы ствола при выстреле, что позволяет снизить толщину деформируемой части рифлей и уменьшить нагрузку на боевые грани спиральных нарезов ствола, стойкость которого при этом повышается.

Более широкое основание рифлей обеспечивает необходимую несущую прочность, а более узкая вершина рифлей позволяет снизить усилие трения при врезании по боевым граням спиральных нарезов ствола, износ которых уменьшается.

Размещение рифлей трапецеидального профиля в поперечной канавке корпуса снаряда, ниже его калибрующего диаметра, продиктовано условиями функционирования ведущего устройства: с одной стороны, необходимостью сохранения конструкционной несущей прочности при динамическом формировании из рифлей элемента винтовой пары, а с другой стороны - обеспечения упругой пластичности ударного деформирования материала при внедрении в спиральные нарезы ствола оружия.

Выдавливаемый металл рифлей при их внедрении в спиральные нарезы ствола не попадает между центрирующим утолщением снаряда и поверхностью канала ствола, а размещается в поперечной канавке корпуса, за рифлями, и выносится наружу, что предотвращает непродуктивный абразивный износ оружия.

Возможное формирование рифлей резанием посредством профильной гребенки характеризуется большим отходом припуска металла корпуса в стружку и, главное, требует дополнительной локальной химико-термической обработки сформированных выступов для придания им необходимой пластичности, что сопряжено с расходами, организацией вспомогательного трудоемкого производства.

Глубина поперечной канавки корпуса снаряда под его ведущие кольцевые рифли была рассчитана по математической модели планирования эксперимента, а испытания стрельбой опытных образцов артиллерийских снарядов с трапецеидальной формой ведущими рифлями из металла корпуса, оптимизированных геометрических параметров, подтвердили верность выбранного соотношения диаметров d/d₁=1,04-1,05 калибра (центрирующего утолщения) и канавки соответственно.

При соотношении указанных диаметров d/d₁ менее 1,04 вырастает потеря метательного импульса на врезание рифлей и не обеспечивается обтюрация пороховых газов метательного заряда гильзы, так как высота широких рифлей недостаточна для функционирования по назначению. Кроме того, в мелкой канавке полностью не помещаются «осколки» металла рифлей, образующихся при их внедрении в нарезы ствола, что недопустимо в принципе.

При соотношении d/d₁ более 1,05 неудовлетворительна механическая прочность относительно высоких рифлей, которые при динамическом врезании изгибаются и не обеспечивают обтюрацию.

Равенство зазоров между рифлями и краями поперечной канавки, в которой они размещены, определено технологией изготовления ведущего устройства раскаткой за счет перераспределения металла корпуса.

В зазоре между рифлями, объем которого служит ресивером для пороховых газов метательного заряда гильзы с дросселированием последних в ходовых щелях между ведущим устройством и стволом, формируется газодинамический затвор, запирающий запоясковую часть снаряда подобно манжете, исключая тем самым утечку газов.

При величине упомянутых зазоров более 1,2 ширины основания рифлей переуплотнения пороховых газов не происходит и поэтому не формируется газодинамический затвор, что является причиной снижения дальности стрельбы.

Ширина зазоров меньше 0,8 ширины основания рифлей не обеспечивает физического объема для размещения срезаемого металла кольцевых ведущих рифлей при их внедрении во время выстрела в спиральные нарезы ствола. При этом также не формируется газодинамического затвора, препятствующего прорыву пороховых газов метательного заряда за снаряд.

В результате практически беззазорной (по ходовой посадке) взаимосвязи формируемого профиля рифлей, при непосредственном внедрении во время стрельбы в спиральные нарезы ствола, сведены к минимуму радиальные биения и нутация снаряда при движении в канале ствола, что неизбежно повышает кучность боя.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная техническая задача решается не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.

Проведенный сопоставительный анализ с выявленными аналогами уровня техники, из которого предложенное техническое решение явным образом не следует для специалиста по артиллерийским боеприпасам, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления снарядов в действующем производстве, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены: на фиг.1 - общий вид артиллерийского патрона; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - вид по стрелке Б на фиг.2.

Артиллерийский снаряд 1 имеет головной взрыватель 2, смонтированный в наполненном взрывчатым веществом 3 корпусе 4, который со стороны каморы выполнен пилообразного профиля для формирования сетки полуготовых осколков при дроблении.

Снаряд 1 хвостовиком установлен на уступе 5 гильзы 6 и закреплен посредством обжима ее дульца 7 в закатные канавки 8 корпуса 4.

В поперечной канавке 9 (фиг.2) корпуса 4 снаряда 1 из его материала сформированы как минимум два кольцевых ведущих выступа 10 (рифли трапецеидального профиля).

Глубина поперечной канавки 9 относительно центрирующего утолщения (калибра) снаряда 1 определяется из соотношения d/d₁=1,04-1,05, где d - диаметр калибра, a d₁ - диаметр канавки 9.

При этом рифли 10 отстоят между собой и от краев канавки 9 на расстоянии, выбранном в диапазоне 0,8-1,2 ширины кольцевых выступов 10, сформированных из металла корпуса 4.

Торец хвостовика снаряда 1 выполнен коническим с углом наклона образующей кзади β=15-20° для того, чтобы предотвратить срывы приграничного слоя набегающего потока на полете и сопутствующую турбулентность в задонном пространстве, которые создают аэродинамическое торможение снаряда 1. То есть выполнение хвостовика снаряда 1 коническим с оптимизированным наклоном кзади способствует повышению дальности стрельбы.

При этом на конической поверхности хвостовика снаряда 1 выполнены продольные каналы 11 сообщения с закатными канавками 8 корпуса 4 (фиг.2 и 3), что на полете дополнительно обеспечивает продольную стабилизацию снаряду 1 за счет формирования в них продольных воздушных струй, выполняющих функции газовых рулей.

По продольным каналам 11 при сборке снаряда 1 с гильзой 6 из последней удаляется вытесняемый воздух. Из практики известно, что без описанных каналов 11 сжатый в гильзе 6 воздух при хранении выстрела постепенно на 1-2 мм вытесняет снаряд 1 из дульца 7 гильзы 6, что делает выстрел непригодным для стрельбы, так как он не помещается в затворе.

В гильзе 6 помещены центральный капсюль-воспламенитель 12 и пороховой метательный заряд 13, закрытый диафрагмой 14, которая геометрически замкнута и прижата завальцовкой материала надрубки ее уступа 5. При этом между диафрагмой 13 и торцом хвостовика снаряда 1 образован ресивер 15, в который поступают продукты горения метательного заряда 13.

Функционирует предложенный выстрел следующим образом. При инициировании капсюля-воспламенителя 12 форсом пламени воспламеняется пороховой метательный заряд 13, при горении которого активно генерируются газообразные продукты, поступающие в ресивер 15, где они перемешиваются и накапливаются.

Возросшим давлением пороховых газов в ресивере 15 снаряд 1 извлекается из дульца 7 гильзы 6 и динамично продольно подается в ствол оружия, где кольцевые рифли 10 последовательно взаимодействуют с боевыми гранями спиральных его нарезов.

Стальные кольцевые рифли 10 внедряются в спиральные нарезы ствола, которыми прорезаются ведущие пазы, металлическая стружка из которых выдавливается в зазоры между рифлями 10 и между вторым по ходу рифлем 10 и краем канавки 9.

Сформированный гребнеобразный профиль рифлей 10 примыкает к поверхности спиральных нарезов ствола и далее выполняет функции ведущих и обтюрирующих выступов корпуса 4 снаряда 1, которые осуществляют кинематическую связь образованной винтовой пары: в качестве ходового винта снаряд 1 с его ведущими выступами 10, взаимодействующими с неподвижной гайкой - спиральными нарезами ствола. При движении по стволу, под действием возрастающего давления пороховых газов горящего метательного заряда 13, снаряд 1 получает осевое вращение, которое обеспечивает гироскопическую продольную его стабилизацию на траектории полета к цели.

Опытные стрельбы образцов артиллерийских выстрелов по изобретению показали фактический прирост дальности и кучности боя в пределах 5-7%. При этом трудоемкость изготовления снаряда на существующем оборудовании сократилась на 18%.