Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО МЕТАНИЯ ИЗ СТВОЛЬНОЙ ПОРОХОВОЙ БАЛЛИСТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Изобретение относится к области испытательной техники и предназначено для увеличения начальных скоростей полета метаемых объектов в процессе экспериментальной отработки новой техники с использованием ствольных пороховых баллистических установок (ПБУ).

Известен способ высокоскоростного метания из ствольной пороховой баллистической установки, описанный в патенте на изобретение «Выстрел раздельного заряжания» RU №2192610 от 27.04.2000 МПК⁷ F42B 5/38, опубл. 10.11.2000. Для производства выстрела из ствольной пороховой баллистической установки используют два изолированных друг от друга заряда: основной (задний), располагают в зарядной камере ПБУ, а дополнительный (передний) прикрепляют к снаряду. Задний заряд включает в себя порох, воспламенители, пламегаситель, сгорающую гильзу, металлический поддон и капсюль-воспламенитель. Передний заряд состоит из пучков удлиненного трубчатого пироксилинового и баллиститного порохов, расположенных в гильзе, выполненной из быстросгораемого материала, пропитанного ВВ. В данном способе для увеличения скорости разгона снаряда (метаемого объекта) системой производства выстрела пушки приводят в действие капсюль-воспламенитель, установленный в металлическом поддоне. Форсом пламени от капсюля-воспламенителя зажигают воспламенитель заднего заряда, который передает огневой импульс к воспламенителю, инициирующему передний заряд: разрушает его сгораемую гильзу и воспламеняет пучки пироксилинового и баллиститного порохов, входящие в его состав. К недостаткам данного способа метания применительно к условиям проведения испытаний с использованием ПБУ следует отнести трудоемкость подготовки переднего заряда, т.к. он содержит большое количество пороховых элементов, которые для обеспечения надежного функционирования выстрела и узлов пушки крепят к снаряду. К недостаткам способа можно также отнести выполнение переднего заряда из дефицитных материалов - сгорающей гильзы и баллиститного артиллерийского пороха, что усложняет эксперимент и увеличивает его стоимость.

В статье «Анализ и баллистическое проектирование многоступенчатых систем с использованием присоединенных к метаемому телу камер» авторов Л.В. Комаровского и А.И. Сафронова, опубликованной в сборнике материалов конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики», Томск: Томский государственный университет, 2008, стр.131, 132 описан выбранный в качестве прототипа способ высокоскоростного метания из ПБУ с использованием двух пороховых зарядов, разделенных газонепроницаемым поршнем, включающий с целью достижения большей наполненности диаграммы перегрузка-время метаемого объекта (МО) выполнение основного (заднего) порохового заряда, размещенного в зарядной камере, с временем сгорания большим, чем у дополнительного (переднего) порохового заряда, размещенного в подвижной присоединенной камере, ограниченной с задней стороны газонепроницаемым поршнем, а с передней - метаемым объектом, инициирование зарядов и перемещение поршня и МО по стволу в одном направлении. Свободный внутренний объем присоединенной камеры является величиной постоянной до момента инициирования переднего заряда, т.е. поршень, передний заряд и МО до этого момента двигаются как одно целое. Первым инициируют задний заряд. После достижения давлением пороховых газов давления форсирования приходит в движение присоединенная камера. Передний заряд воспламеняют с некоторой заданной задержкой. После его воспламенения давление в присоединенной камере постепенно нарастает. Разделение поршня и МО происходит в момент, когда ускорение поршня под действием равнодействующей сил давления продуктов сгорания заднего и переднего зарядов становится меньше ускорения МО под действием на него давления продуктов сгорания переднего заряда. В дальнейшем МО и поршень двигаются по стволу раздельно. К недостаткам данного способа следует отнести необходимость задействования в нем механизма для реализации задержки воспламенения движущегося в присоединенной камере переднего заряда. Данный механизм должен быть разработан и отработан в отдельно поставленных опытах, что увеличивает стоимость эксперимента. Кроме того, как это следует из результатов оптимизационных расчетов, приведенных в вышеназванной статье, погрешность реализации времени задержки воспламенения переднего заряда должна быть не хуже 10 мкс. Для реализации такой точности момента воспламенения переднего заряда потребуется прецизионное электронно-временное устройство. Дополнительная сложность заключается в том, как передать сигнал с такого устройства на воспламенитель заряда, расположенного внутри двигающейся с большой скоростью и высокими перегрузками присоединенной камере. Данное обстоятельство снижает надежность реализации данного способа высокоскоростного метания.

Заявляемый способ направлен на получение максимально высоких начальных скоростей метаемых объектов при экспериментальной отработке новой техники с использованием ствольных ПБУ.

Техническим результатом использования заявляемого изобретения является снижение трудоемкости и стоимости подготовки эксперимента, повышение надежности получения требуемой высокой начальной скорости полета МО при действующих ограничениях на максимально допустимые величины давления в стволе ПБУ и перегрузки МО.

Техническая задача решается следующим образом. В заявляемом способе высокоскоростного метания из ствольной пороховой баллистической установки с использованием двух пороховых зарядов, разделенных газонепроницаемым поршнем, задний заряд, размещенный в зарядной камере, выполняют с временем сгорания большим, чем у переднего заряда, размещенного в стволе между поршнем и метаемым объектом. Далее производят инициирование зарядов и вызывают перемещение поршня и метаемого объекта в одном направлении. В отличие от прототипа сначала инициируют передний заряд и под действием давления продуктов его сгорания разгоняют метаемый объект, затем инициируют с заданной задержкой относительно времени инициирования переднего заряда задний заряд, под действием давления продуктов сгорания которого и при превышении им давления продуктов сгорания переднего заряда вызывают перемещение поршня.

В заявляемом способе высокоскоростного метания вследствие того, что сначала инициируют передний заряд, под действием давления продуктов сгорания которого разгоняют метаемый объект, инициирование обоих зарядов происходит в неподвижном состоянии, что позволяет использовать высокоточную стационарную электрическую систему управления выстрелом. Это упрощает эксперимент и снижает его стоимость.

Инициирование заднего заряда с заданной задержкой относительно момента инициирования переднего заряда позволяет оптимизировать начало перемещения поршня под действием давления продуктов сгорания заднего заряда при превышении им давления продуктов сгорания переднего заряда таким образом, чтобы диаграмма перегрузки МО имела наиболее наполненный вид (максимально возможную величину полного импульса перегрузки МО). В данном случае обеспечивается достижение максимально возможной скорости метания при заданных ограничениях по давлению в стволе ПБУ и перегрузке МО. Для реализации требуемой задержки воспламенения заднего заряда может быть задействована стационарная электрическая система управления выстрелом, обеспечивающая подачу электрической команды на инициирование заднего заряда с точностью ±1 мкс, что значительно превосходит требование к точности реализации задержки воспламенения в решаемой задаче (±10 мкс). Таким образом, поскольку величина задержки воспламенения заднего заряда является одним из управляющих параметров в оптимизационной задаче поиска максимальной начальной скорости МО, высокая точность ее реализации определяет, наряду с другими параметрами выстрела из ПБУ, надежность решения поставленной технической задачи. Кроме того, отсутствие необходимости экспериментальной отработки требуемой задержки воспламенения заднего заряда существенно снижает стоимость экспериментов с использованием заявляемого способа.

На фигуре 1 представлена схема выстрела, поясняющая заявляемый способ высокоскоростного метания из ПБУ, на фигуре 2 приведены графики зависимости перегрузки МО от времени.

Два пороховых заряда разделены газонепроницаемым поршнем 1. Задний заряд 2, размещенный в зарядной камере 3, выполняют со временем сгорания большим, чем у переднего заряда 4, размещенного в стволе 5 между поршнем 1 и метаемым объектом 6. Для предотвращения перемещения поршня против направления движения МО под действием давления продуктов сгорания переднего заряда, который инициируется первым, в конструкции ПБУ может быть предусмотрен, например, упор поршня за счет разности диаметров поперечного сечения зарядной камеры 3 и ствола 5.

Способ высокоскоростного метания осуществляется следующим образом. Сначала инициируют передний заряд 4. После его воспламенения под действием давления пороховых газов начинается движение метаемого объекта 6. Поршень 1 при этом остается неподвижным. Спустя некоторое, заранее определенное в оптимизационных расчетах время, реализуемое штатной стационарной электрической системой управления (на фиг.1 не показана), воспламеняют задний заряд 2. Движение поршня 1 начинается в момент, когда давление на него продуктов сгорания заднего заряда 2 становится больше давления продуктов сгорания переднего заряда 4. Параметры заряжания установки выбирают таким образом, чтобы МО 6, испытав на себе пик перегрузки после воздействия на него силы давления продуктов сгорания переднего заряда 4, через некоторое время получил дополнительный импульс разгонной силы за счет сжатия продуктов сгорания переднего заряда 4 поршнем 1, разгоняемым продуктами сгорания заднего заряда 2. При этом диаграмма перегрузки МО будет иметь "двугорбую" форму, изображенную на графике 1 (см. фигуру 2). Для сравнения на графике 2 представлена также диаграмма перегрузки МО, которая реализуется при классическом способе метания из ПБУ, описанном, например, М.Е. Серебряковым в монографии «Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ракет», Оборонгиз, М., 1962, стр.12, 13. Большая скорость метания с использованием заявляемого способа по сравнению с классическим способом реализуется за счет того, что площадь (наполненность) под графиком 1 больше, чем под графиком 2.

Как показали расчеты, при выстреле из орудия калибра 85 мм с максимально допустимым давлением в стволе 350 МПа и с максимально допустимой перегрузкой МО 10000, использование заявляемого способа позволит повысить скорость разгона МО массой 10 кг на 15-20% по сравнению с выстрелом при классическом способе метания.