ЖЕСТКИЙ СГОРАЕМЫЙ КАРТУЗ
STIFF POWDER BAG

Изобретение относится к области артиллерийской техники и касается разработки жесткого сгораемого картуза (ЖСК) модульного метательного заряда (ММЗ).
Наиболее близкой по технической сути является гильза для метательного снаряда (патент ЕР 706025 МПК F42В 5/24 1994 г.), изображенная на фиг.1, имеющая цилиндрическую наружную оболочку (2) из горючего материала, содержащая с одной стороны опору, выполненную также из горючего материала и закрытую в установочной зоне антиизносной накладкой и, с другой стороны, содержит средства, обеспечивающие установку опоры относительно оболочки (2) таким образом, что после монтажа сохраняется свободное пространство между внутренней поверхностью оболочки и антиизносной накладкой. Данная гильза не всегда обеспечивает сохранение геометрических размеров при повышении давления.
Технической задачей данного изобретения является сохранение исходных геометрических размеров ЖСК (сгораемой гильзы) при действии перепада давления (АР) между окружающей средой и давлением внутри картуза. Поскольку ЖСК является герметичным, то (АР) обусловлен изменением:
- давления атмосферы при эксплуатации картуза на больших высотах;
- температуры (Т) газов внутри картуза.
Технический результат настоящего изобретения достигается за счет того, что жесткий сгораемый картуз (1), имеющий цилиндрическую наружную оболочку (2), выполненную из жесткого сгораемого материала, дополнительно содержит заглушку (4) и конструктивный элемент компенсатор давления воздуха (3) из эластичного сгораемого материала, который скреплен с нижним торцом картуза клеевым соединением (5) фиг.2. В качестве клеевого соединения используется клей на основе тройного сополимера нитрата целлюлозы, глифталевого алкида и этилсиликата.
Сущность изобретения поясняется следующими графическими материалами.
Фиг.1. Составляющие элементы гильзы метательного заряда (прототип)
1 - гильза;
2 - цилиндрическая наружная оболочка.
Фиг.2. Составляющие элементы для ЖСК (настоящего изобретения).
1 - жесткий сгораемый картуз (гильза);
2 - цилиндрическая наружная оболочка;
3 - конструктивный элемент компенсатора давления воздуха (гофра);
4 - заглушка;
5 - клеевое соединение.
Компенсатор давления работает следующим образом: жесткий сгораемый картуз (1) состоит из цилиндрической наружной оболочки, отпрессованной из жесткого горючего материала, центральный канал картуза заклеен заглушками (4), которые обеспечивают картузу герметичность. Компенсатор давления (3) выполнен из прочного эластичного сгораемого материала в виде гофры (3) и скреплен с нижним торцом картуза при помощи клеевого соединения (5). В качестве клеевого соединения используется клей на основе тройного сополимера нитрата целлюлозы, глифталевой кислоты и этилсиликата. Гофра представляет собой конструктивный элемент (3), который может изменять свои размеры при изменении давления (АР). Эта особенность позволяет использовать гофру для компенсации избыточного давления (АР), т.е. если увеличивается давление воздуха внутри картуза, избыточное давление будет давить на стенки компенсатора давления, на гофры, не нарушая целостности стенок цилиндрической наружной оболочки картуза и обратный эффект будет при изменении давления в противоположную сторону. Учитывая уравнение состояния газа, содержащегося внутри ЖСК, использовалось уравнение Менделеева-Клапейрона для идеального газа PV/T=const,
где P, V и T - давление, объем и температура газа внутри ЖСК соответственно.
Учитывая, что при изготовлении ЖСК - Т=293 К, Р=1 атм,
к
г
о
о
v=v -v .
к
о
где V  - объем воздуха внутри ЖСК без устройства компенсации давления;
г
о
V - объем устройства компенсации давления будет равен
<mrow><mi>Δ</mi><msup><mi>V</mi><mi>г</mi></msup><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msup><mi>V</mi><mi>к</mi></msup><msub><mrow /><mi>о</mi></msub><mo>−</mo><msup><mi>V</mi><mi>г</mi></msup><msub><mrow /><mi>о</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>T</mi><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>293</mn><mo>⋅</mo><mi>P</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext>                                             (1)</mtext></mrow>
где Т и Р - температура и давление воздуха внутри ЖСК.
г
г
max
min
Наибольшее V  и наименьшее V  значение объема приспособления компенсатора давления при эксплуатации ЖСК можно определить по следующим равенствам:
г
г
г
max
о
mаx
V =V +V ,
г
г
г
min
о
min
V =V +V ,
г
г
max
min
где ΔV  и ΔV  определяют согласно (1) по формулам:
<mrow><mi>Δ</mi><msup><mi>V</mi><mi>г</mi></msup><msub><mrow /><mrow><mi>max</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msup><mi>V</mi><mi>к</mi></msup><msub><mrow /><mi>о</mi></msub><mo>−</mo><msup><mi>V</mi><mi>г</mi></msup><msub><mrow /><mi>о</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mrow><mi>min</mi></mrow></msub><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>293</mn><mo>⋅</mo><msub><mi>P</mi><mrow><mi>max</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext>                                    (2)</mtext></mrow>
<mrow><mi>Δ</mi><msup><mi>V</mi><mi>г</mi></msup><msub><mrow /><mrow><mi>min</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msup><mi>V</mi><mi>к</mi></msup><msub><mrow /><mi>о</mi></msub><mo>−</mo><msup><mi>V</mi><mi>г</mi></msup><msub><mrow /><mi>о</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mrow><mi>max</mi></mrow></msub><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>293</mn><mo>⋅</mo><msub><mi>P</mi><mrow><mi>min</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext>                                    (3)</mtext></mrow>
min
max
min
max
где T, T, P, P - крайние значения температуры и давлений газа
внутри ЖСК в процессе хранения.
При эксплуатации ЖСК на высоте 3000 м при Т=293° К, чтобы обеспечить условия Р=0, необходимо, чтобы внутри ЖСК Р=0,67 атм (т.к. давление при изготовлении составляло 1 атм). Тогда формула (1) примет вид:
г
к
г
о
о
ΔV=-0,49·(V -V )
к
г
г
г
г
о
о
max
min
Таким образом, определив объем V  (объем воздуха ЖСК определяется вычитанием общего внутреннего объема ЖСК и объема топливных элементов) и V , можно определить значение ΔV. Выражения для V  и V  при условии, что Т=±50°С, а Р=(0,67…1) атм примут вид:
г
к
г
max
о
о
ΔV =0,24·(V -V ),
г
к
min
о
о
ΔV =-0,65·(V -V),
тогда
г
к
г
max
о
о
V =0,24·V +0,76·V ,
г
к
г
min
о
о
V =-0,65·V +1,65·V .
Исходя из этого, гофра устройства компенсатора давления для ЖСК должна подбираться по следующим параметрам:
г
г
к
г
min
max
о
о
V  и V , исходя из условий эксплуатации (Т, Р) и геометрических параметров ЖСК и гофры (V , V ).
Таким образом, установка компенсатора давления в жесткий сгораемый картуз обеспечивает сохранение геометрических размеров ЖСК как во время хранения, так и использования его на высоте до 3000 м в широком диапазоне температур от плюс 50 до минус 50°С. На основании расчетов установлено, что в случае эксплуатации ЖСК на высоте до 3000 м для обеспечения заданных геометрических размеров необходима комплектация его предлагаемым устройством компенсатором давления воздуха.
Использование компенсатора давления воздуха позволит:
- обеспечить сохранение геометрических и баллистических характеристик жестких сгораемых картузов в широком интервале температур;
- исключить влияние давления окружающего воздуха на механические и геометрические характеристики;
- обеспечить прочность клеевого соединения при помощи клея на основе тройного сополимера нитрата целлюлозы, глифталевого алкида и этилсиликата.
Вышеописанное конструктивное устройство компенсатора давления воздуха изготовлено, установлено и испытано на опытных образцах с положительными результатами в опытном цехе ОАО « НИИПМ».