ПУЛЯ БОЕПРИПАСА СТРЕЛКОВОГО ОРУЖИЯ
BULLET AMMUNITION FOR SMALL ARMS

Изобретение относится к области боеприпасов стрелкового оружия и может быть использовано в конструкциях пуль, предназначенных для высокоточной стрельбы со сверхзвуковой и дозвуковой начальной скоростью полета пули.
Одним из способов совершенствование боеприпасов стрелкового, спортивного и охотничьего оружия является повышение баллистических характеристик пуль на траектории полета и снижение рассеивания пуль, которые, при прочих равных условиях, могут быть достигнуты снижением аэродинамического сопротивления пули и снижением начальных возмущений пули при вылете из канала ствола.
6
Известно, что аэродинамическое сопротивление пули зависит от волнового сопротивления, сопротивления поверхностного трения и вихревого (донного) сопротивления. Волновое сопротивление зависит от геометрии головной части пули и может составлять 60 - 70% от общего аэродинамического сопротивления на сверхзвуковых скоростях полета пули и 20-30% от общего аэродинамического сопротивления на дозвуковых скоростях полета (см. описание патента РФ №2075035 С1, МПК F42B 30/02, опубл. 10.03.1997). Поэтому повышение баллистических характеристик пуль возможно путем снижения аэродинамического сопротивления головной части пули, что также снижает рассеивания пуль за счет снижения сил траекторных возмущений, которые действуют на пулю, особенно при неблагоприятных условиях стрельбы (пыль, туман, дождь, снегопад и т.д.).
Известно, что в момент вылета пули из ствола между дульным срезом ствола и местом сопряжения ведущей части пули с конической хвостовой частью пули образуется кольцевой зазор. В случае нутации пули в стволе (несовпадение оси пули с осью канала ствола) кольцевой зазор начинает образовываться несимметрично, при этом часть периметра пули отделяется от нарезов канала ствола, а другая часть периметра пули еще связана с нарезами канала ствола. Пороховой газ, прорываясь в этот несимметричный зазор между каналом ствола и пулей, увеличивает начальные возмущения пули. Кроме того, в момент вылета пули из ствола происходит снятие сил трения и обжимающего усилия, действующих на пулю со стороны канала ствола. В случае образования несимметричного зазора между каналом ствола и пулей снятие указанных выше сил происходит несимметрично, а это дополнительно увеличивает начальные возмущения пули.
Начальные возмущения не только отклоняют траекторию пули и увеличивают рассеивания пуль, а также увеличивают круговой угол атаки пули (амплитуду колебаний пули на траектории), а это повышает аэродинамическое сопротивление пули. Поэтому, при прочих равных условиях, повышение баллистических характеристик пули на траектории возможно за счет снижения начальных возмущений пули при вылете из ствола.
6
Известна пуля боеприпаса стрелкового оружия, включающая головную часть с притупленной носовой поверхностью, ведущую часть и сужающуюся к донному торцу хвостовую часть (см. описание патента РФ №2075035 С1, МПК F42B 30/02, опубл. 10.03.1997). В пуле выполнен плавный переход в месте сопряжения ведущей и хвостовой частей, который уменьшает возможные технологические ошибки изготовления пуль (несоосное изготовление хвостовой части относительно ведущей части) и снижает начальные возмущения пули при вылете из ствола. Этот плавный переход между ведущей и хвостовой частями пули полезен для пуль с дозвуковой начальной скоростью полета, которые имеют малую скорость вхождения в нарезы канала ствола, укороченную головную часть и удлиненную ведущую часть, что минимизирует нутацию пули в стволе.
Однако в случае нутации пули в стволе, плавный переход между ведущей и хвостовой частями пули не может предотвратить образование несимметричного зазора между пулей и дульным срезом ствола, а также увеличивает длину несимметричного воздействия нарезов канала ствола на хвостовую часть пули, а это увеличивает начальные возмущения пули.
6
Известна пуля боеприпаса стрелкового оружия, включающая головную часть с притупленной носовой поверхностью, ведущую часть и сужающуюся к донному торцу хвостовую часть (см. описание патента РФ №2064159 С1, МПК F42B 30/02, опубл. 22.03.1994). Носовая поверхность выполнена в виде сегмента сферы. Длина пули равна 4,4-4,5D, а длина головной части пули равна 2,6-2,8D, где D - калибр пули. В описании этого патента указано, что увеличение длины головной части от 2,4D (прототип пули) до 2,6-2,8D повышает баллистические характеристики пули на траектории полета.
В описании этого патента показано, что боковая поверхность головной части пули имеет оживальную форму, которая образована дугой окружности заданного радиуса и сопрягается с ведущей частью по касательной. Известно, что касательная оживальная головная часть имеет больший объем и большее аэробаллистическое сопротивление, чем коническая головная часть аналогичной длины (см. Краснов Н.Ф. и др. Аэродинамика ракет - М., Высшая школа, 1968, стр. 45-52, 415-435). Это объясняется тем, что в плоскости осевого продольного сечения пули текущие углы раствора касательных к боковой поверхности оживальной головной части изменяются от 60° до 30° на переднем участке головной части, длина которого составляет 25-35% от длины головной части. Этот передний участок головной части пули создает повышенное волновое аэродинамическое сопротивление при скорости полета пули более 0,85 М (280 м/с).
Кроме того, касательное (плавное) сопряжение головной и ведущей частей пули образует увеличенную начальную поверхность контакта пули с нарезами канала ствола в момент вхождения пули в нарезы канала ствола. Это приводит к повышенному усилию вхождения пули в нарезы ствола, торможению пули после выхода из гильзы и резкому возрастанию давления пороховых газов, что может привести к перекосу пули в стволе, к увеличению нутации пули в стволе и к увеличению начальных возмущений пули при вылете из ствола.
3
0
0
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявленного изобретения является пуля боеприпаса стрелкового оружия, включающая головную часть с притупленной носовой поверхностью, ведущую часть и сужающуюся к донному торцу хвостовую часть (см. описание патента США №4517897, МПК F42B 11/08, опубл. 21.05.1985). Боковая поверхность головной части пули оптимизирована в соответствии с зависимостью Хаака (Haack), имеет дугообразную форму и плавно сопрягается с ведущей частью по касательной. Носовая поверхность пули выполнена в виде плоского торца. Хвостовая часть пули выполнена в виде сочетания двух усеченных конусов - переднего и заднего с углами раствора, равными соответственно 10-20° и 60°, а длина хвостовой части равна 0,5-2,0r, причем наибольший диаметр поперечного сечения ведущей части пули D=2r.
1
1
Анализ описания и формулы этого патента показывает, что наименьшая длина (X) головной части для пули калибра 223 (5,56 мм) может быть 1,9D, а наибольшая длина (X) головной части для пули калибра 50 (12,7 мм) может быть 2,9D, при этом диаметр сопряжения носовой поверхности с боковой поверхностью головной части может быть в диапазоне 0,1-0,3D.
1
Анализ геометрии пули калибра 223 (5,56 мм), представленной в описании этого патента, показывает, что диаметр сопряжения носовой поверхности с боковой поверхностью головной части равен 0,13D, а длина головной части (Х) равна 1,95D. В плоскости осевого продольного сечения пули текущие углы раствора касательных к боковой поверхности головной части изменяются от 54 до 30° на переднем участке, длина которого составляет 30% от длины головной части. Этот передний участок создает повышенное волновое аэродинамическое сопротивление при скорости полета пули более 0,85 М (280 м/с). Касательное сопряжение головной и ведущей частей образует увеличенную начальную поверхность контакта пули с нарезами канала ствола в момент вхождения пули в нарезы канала ствола. Это приводит к повышенному усилию вхождения пули в нарезы ствола, торможению пули после выхода из гильзы и резкому возрастанию давления пороховых газов, что может привести к перекосу пули и увеличению нутации пули в стволе. При нутации пули в стволе форма хвостовой части не может предотвратить образование несимметричного зазора между пулей и дульным срезом ствола при вылете пули из ствола, что увеличивает начальные возмущения пули и рассеивание пуль.
Задачей данного изобретения является повышение баллистических характеристик пуль на траектории полета и уменьшение рассеивания пуль.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в пуле боеприпаса стрелкового оружия, содержащей, по меньшей мере, головную часть с притупленной носовой поверхностью, ведущую часть и сужающуюся к донному торцу хвостовую часть, при этом наибольший диаметр поперечного сечения ведущей части равен D, длина головной части равна 1,9-2,9D, а диаметр сопряжения носовой поверхности с боковой поверхностью головной части равен 0,15-0,3D, согласно изобретению боковая поверхность головной части ограничена поверхностью двух сопряженных усеченных конусов - переднего и заднего с углами раствора, равными соответственно 22-30° и 8-16°, при этом меньшее основание переднего усеченного конуса сопряжено с носовой поверхностью, а большее основание заднего усеченного конуса сопряжено с поверхностью ведущей части.
Указанная совокупность признаков изобретения, отраженная в первом независимом пункте формулы, позволяет повысить баллистические характеристики пули на траектории полета за счет снижения волнового аэродинамического сопротивления головной части пули, что также снижает рассеивание пуль за счет снижения сил траекторных возмущений, которые действуют на пулю. При этом секущее сопряжение головной и ведущей частей снижает усилие вхождения пули в нарезы канала ствола, что минимизирует нутацию пули в стволе, снижает начальные возмущения пули при вылете из ствола и снижает рассеивание пуль.
Для выполнения условий настоящего изобретения боковая поверхность головной части должна быть внутри поверхности двух сопряженных усеченных конусов - переднего и заднего с углами раствора, равными соответственно 30 и 8°, и при этом должна быть снаружи поверхности двух сопряженных усеченных конусов - переднего и заднего с углами раствора, равными соответственно 22 и 16°. При этом боковая поверхность головной части пули может иметь любую обтекаемую форму, которая не выходит за указанные выше пределы, а также иметь цилиндрические участки и кольцевые канавки. В предпочтительном варианте головная часть может быть выполнена в форме сочетания двух или трех усеченных конусов, которые могут иметь плавные переходы в местах сопряжения. Причем основание заднего усеченного конуса должно быть сопряжено с поверхностью ведущей части пули, которая гарантированно взаимодействует с нарезами канала стола при выстреле и имеет диаметр поперечного сечения не менее 0,975D.
Увеличение угла раствора переднего усеченного конуса более 30°, а заднего усеченного конуса более 16° увеличивает аэродинамическое сопротивление и снижает баллистические характеристики пули на траектории полета. Уменьшение угла раствора переднего усеченного конуса менее 22°, а заднего усеченного конуса менее 8° снижает устойчивость полета пули и увеличивает рассеивание пуль. При этом уменьшение угла раствора заднего усеченного конуса менее 8° увеличивает усилие вхождения пули в нарезы канала ствола, повышает вероятность перекоса пули и увеличения нутации пули в стволе, что может увеличить рассеивание пуль.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения между ведущей и хвостовой частями выполнен ступенчатый переход, так что наибольший диаметр поперечного сечения хвостовой части равен 0,94-0,97D.
Такой вариант позволяет повысить эффективность изобретения за счет снижения начальных возмущений пули при вылете из ствола, даже в случае повышенной нутации пули в стволе, что также уменьшает аэродинамическое сопротивление пули, за счет снижения кругового угла атаки пули (амплитуды колебаний пули) на траектории.
Ступенчатый переход между ведущей и хвостовой частями может быть выполнен в форме кольцевой канавки или усеченного конуса. Наибольший диаметр поперечного сечения хвостовой части равен 0,97D и меньше диаметра канала ствола, измеренного по полям нарезов, поэтому хвостовая часть пули гарантированно не взаимодействует с нарезами канала ствола. Уменьшение наибольшего диаметра хвостовой части пули менее 0.94D ухудшает обтекание потоком воздуха хвостовой части и увеличивает донное сопротивление.
В варианте осуществления изобретения притупление носовой поверхности пули может быть выполнено в форме поверхности второго порядка, например, сегмента сферы или параболоида вращения.
Такой вариант позволяет повысить эффективность изобретения за счет снижения аэродинамического сопротивления носовой поверхности.
В варианте осуществления изобретения притупление носовой поверхность может быть выполнено в виде плоского торца или плоского торца со скругленной кромкой, конуса или усеченного конуса.
Такой вариант позволяет повысить эффективность изобретения за счет повышения баллистических характеристик пули на конечном участке траектории и снижения вероятности рикошета пули при соударении с твердой преградой, расположенной под углом к линии стрельбы.
В варианте осуществления изобретения в заднем участке головной части пули выполнена кольцевая канавка, обеспечивающая возможность крепления пули в боеприпасе.
Такой вариант позволяет повысить эффективность изобретения за счет увеличения длины головной части, что снижает аэродинамическое сопротивление. Поверхность кольцевой канавки может иметь форму усеченного конуса с углом раствора 9-18°, измеренного со стороны носовой поверхности пули, что позволяет надежно закрепить пулю в гильзе путем обжима дульца гильзы в указанную канавку.
В варианте осуществления изобретения в ведущей части пули выполнена одна или несколько кольцевых канавок с наименьшим диаметром поперечного сечения, равным 0,94-0,97D.
Такой вариант позволяет повысить эффективность изобретения за счет снижения силы трения пули в стволе и уменьшения налипания материала пули на нарезы канала ствола, что снижает рассеивание пуль. Увеличение наименьшего диаметра кольцевой канавки более 0.97D повышает вероятность несимметричного контакта поверхности канавки с нарезами канала ствола, что увеличивает рассеивание пуль. Уменьшение диаметра кольцевой канавки менее 0,94D увеличивает аэродинамическое сопротивление поверхностного трения.
В варианте осуществления изобретения в пуле выполнено донное отверстие диаметром 0,5-0,7D и глубиной 0,5-1,2D.
Такой вариант позволяет повысить баллистические характеристики пули и уменьшить рассеивание пуль за счет снижения массы хвостовой части и смещения центра масс пули к головной части, что повышает устойчивость пуль на траектории. Однако увеличение диаметра донного отверстия более 0,7D уменьшает прочность стенки пули, что может привести к раздутию хвостовой части и увеличить рассеивание пуль. Увеличение глубины донного отверстия более 1,2D снижает массу пули и баллистические характеристики пули, а донное отверстие диаметром и глубиной менее 0,5D неэффективно.
В варианте осуществления изобретения пуля выполнена из легкодеформируемого материала, параметры прочности которого соответствуют сплавам цветного металла, таких как бронза и латунь.
Такой вариант позволяет повысить эффективность изобретения за счет высокоточного изготовления пуль из однородного материала, что уменьшает возможные технологические ошибки изготовления пуль, которые могут увеличить рассеивание пуль на траектории полета.
В варианте осуществления изобретения пуля выполнена из легкодеформируемого материала, параметры прочности которого соответствуют низкоуглеродистой стали или сплавам цветного металла, таких как медь, томпак или латунь, и имеет внутреннее наполнение из высокоплотного материала, параметры плотности которого соответствуют сплавам на основе вольфрама или свинца.
Такой вариант позволяет повысить баллистические характеристики пули и уменьшить рассеивание пуль за счет увеличения массы пули и/или уменьшения длины пули, что снижает аэродинамическое сопротивление и ветровой снос пули.
В варианте осуществления изобретения пуля снабжена высокопрочным сердечником, имеющим параметры прочности, эквивалентные упрочненной стали или вольфрамового сплава.
Такой вариант позволяет повысить баллистические характеристики пули на конечном участке траектории за счет повышения проникающей способности пули в твердые преграды.
Кроме того, решение поставленной задачи данного изобретения, а именно, повышение баллистических характеристик пуль на траектории полета и уменьшение рассеивания пуль достигается тем, что в пуле боеприпаса стрелкового оружия, содержащей, по меньшей мере, головную часть с притупленной носовой поверхностью, ведущую часть и сужающуюся к донному торцу хвостовую часть, при этом наибольший диаметр поперечного сечения ведущей части равен D, длина головной части равна 1,9-2,9D, а диаметр сопряжения носовой поверхности с боковой поверхностью головной части равен 0,15-0.3D, согласно изобретению между ведущей и хвостовой частью выполнен ступенчатый переход, так что наибольший диаметр поперечного сечения хвостовой части равен 0,94-0,97D.
Указанная совокупность признаков изобретения, отраженная во втором независимом пункте формулы, позволяет повысить баллистические характеристики и уменьшить рассеивание пуль с любой формой головной части путем снижения начальных возмущений пули при вылете из ствола, даже в случае нутации пули в стволе, что также снижает аэродинамическое сопротивление пули за счет снижения кругового угла атаки пули (амплитуды колебаний пули) на траектории.
Ступенчатый переход между ведущей и хвостовой частью может быть выполнен в форме кольцевой канавки или усеченного конуса с углом раствора 40-150°, измеренного со стороны донного торца пули, что обеспечивает практически мгновенное отделение всего периметра ведущей части пули от нарезов канала ствола при вылете пули из ствола. Наибольший диаметр поперечного сечения хвостовой части равен 0,97D и гарантированно меньше диаметра канала ствола, измеренного по полям нарезов, поэтому хвостовая часть пули не взаимодействует с нарезами канала ствола. Увеличение наибольшего диаметра хвостовой части более 0,97D увеличивает начальные возмущения пули в случае нутации пули в стволе. Уменьшение наибольшего диаметра хвостовой части пули менее 0,94D ухудшает обтекание потоком воздуха хвостовой части и увеличивает донное сопротивление.
При этом согласно второму независимому пункту формулы пуля может иметь любую обтекаемую форму, а также содержать все указанные выше конструктивные признаки, которые позволяют повысить эффективность данного изобретения.
Указанные конструктивные параметры пули были подтверждены экспериментально при стрельбе боеприпасами калибра 223 (5,56×45 мм) и калибра 308 (7,62×51 мм) со сверхзвуковой и дозвуковой начальной скоростью полета пули в различных вариантах осуществления этого изобретения.
Изобретение поясняется более подробно на конкретных примерах его осуществления, ни в коей мере не ограничивающих объем притязаний, а предназначенных лишь для лучшего понимания его сущности специалистом.
При описании примеров конкретной реализации изобретения даны ссылки на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
- на Фиг. 1 - первый пример выполнения изобретения в пуле для боеприпаса калибра 223 (5,56×45 мм);
- на Фиг. 2 - первый пример выполнения пули по изобретению, расположенной в боеприпасе калибра 223 (5,56×45 мм);
- на Фиг. 3 - второй пример выполнения изобретения в пуле для боеприпаса калибра 223 (5,56×45 мм);
- на Фиг. 4 - третий пример выполнения изобретения в пуле для боеприпаса калибра 308 (7,62×51 мм).
На Фиг. 1 изображена конструкция пули боеприпаса калибра 223 (5,56×45 мм). Пуля содержит головную часть 1 с притупленной носовой поверхностью 2, ведущую часть 3 и сужающуюся к донному торцу хвостовую часть 4. Наибольший диаметр поперечного сечения ведущей части пули D=5,69 мм, длина пули L=4,6D (26,2 мм), а длина головной части 1 равна 2,4D.
1
2
1
2
1
Боковая поверхность головной части 1 ограничена поверхностью двух усеченных конусов - переднего 5 и заднего 6 с углами раствора b=26° и b=12°, имеющих диаметр сопряжения D=0,76D. Носовая поверхность 2 выполнена в форме сегмента сферы радиусом R=0,6 мм с касательным сопряжением диаметром D=0,205D (1,17 мм) с верхним основанием переднего усеченного конуса 5, при этом высота носовой поверхности L=0,082D (0,465 мм).
Такая форма головной части обеспечивает снижение аэродинамического сопротивления в сравнении с прототипом этого изобретения. Секущее сопряжение боковой поверхности заднего усеченного конуса 6 и цилиндрической поверхности ведущей части 3 образует малую начальную поверхность контакта пули с нарезами ствола в момент вхождения пули в нарезы, что снижает усилие вхождения пули в нарезы канала ствола и снижает вероятность нутации пули в стволе.
3
Ведущая часть 3 имеет длину 1,74D и снабжена кольцевой канавкой 7 длиной 0,72D, диаметром D=0,97D и плавными переходами 8 к цилиндрической поверхности диаметром D. Длина ведущей части 3, равная 1,74D, обеспечивает устойчивое ведение пули в нарезах канала ствола, а кольцевая канавка 7 длиной 0,72D снижает силу трения пули в стволе, что позволяет увеличить вес порохового заряда и без превышения допустимого давления выстрела, а значит, увеличить начальную скорость и начальные баллистические параметры пули. При этом плавные переходы 8 исключают срыв потока воздуха, обтекающего ведущую часть 3, что снижает аэродинамическое сопротивление поверхностного трения.
3
4
4
2
Хвостовая часть 4 имеет длину 0,45D и в выполнена форме усеченного конуса с углом раствора b=10°. Ступенчатый переход 9 между ведущей частью 3 и хвостовой частью 4 выполнен в форме усеченного конуса с углом раствора b=110°, при этом наибольший диаметр поперечного сечения хвостовой части D=0,97D (5,52 мм) и меньше диаметра канала ствола (5,56 мм), измеренного по полям нарезов. Поэтому хвостовая часть 4 не взаимодействует с нарезами канала ствола. Небольшая длина ступенчатого перехода L=0,01D обеспечивает симметричное отделение всего периметра пули от нарезов канала ствола и снижает начальные возмущения пули при вылете из ствола даже при повышенной нутации пули в стволе. При этом поверхность ведущей части 3 с образованным профилем нарезов канала ствола имеет частично плавное сопряжение с поверхностью хвостовой части 4, что не увеличивает донное сопротивление в сравнении с аналогами и прототипом данного изобретения. Следует отметить, что нарезы канала ствола всегда ухудшают примерно половину профиля плавного сопряжения ведущей и хвостовой части известных пуль. Поэтому аналогичное частичное плавное сопряжение хвостовой и ведущей части, с образованным в стволе профилем нарезов, имеет любая известная пуля после вылета из ствола. В данном изобретении нарезы канала ствола сглаживают ступенчатый переход 9 и обеспечивают плавное сопряжение примерно половины профиля ведущей и хвостовой части.
3
В заднем участке головной части 1 выполнена кольцевая канавка 10, имеющая форму усеченного конуса и предназначенная для крепления пули в боеприпасе путем обжима передней части дульца гильзы в канавку 10. Такая геометрия головной части 1 обеспечивает пониженное аэродинамическое сопротивление, так как общая длина головной части 1 больше, чем длина пули L, которая выступает за пределы гильзы. При этом срыв набегающего потока воздуха с кромки 11 снижает аэродинамическое сопротивление поверхностного трения ведущей части 3, на которой образован профиль нарезов после вылета пули из ствола.
На Фиг. 2 изображен фрагмент боеприпаса калибра 223 (5,56×45 мм) с закрепленной пулей, представленной на Фиг. 1.
4
Боеприпас содержит капсюлированную гильзу 12, пороховой заряд 13 и пулю 14, которая запрессована в дульце 15 гильзы 12 до кромки 11 канавки 10. Передняя часть 16 дульца 15 обжата в канавку 10 и удерживает пулю 14 от возможного выпадения из гильзы 12, а кромка 11 канавки 10 удерживает пулю 14 от возможного проваливания пули в гильзу 12. При этом технологический зазор L=0,05-0,25 мм между кромкой 11 канавки 10 и торцом дульца 15 целесообразно заполнять герметизирующем составом для сохранения параметров порохового заряда 13. В момент выстрела конусная поверхность канавки 10 плавно разгибает обжатую переднюю часть 16 дульца 15, что обеспечивает ровный выход пули 14 из гильзы 12.
3
YY
XX
Современное производственное оборудование обеспечивает высокоточное и высокопроизводительное изготовление пуль из легкодеформируемого материала, таких как бронза и латунь. Пуля, изображенная на Фиг. 1 и Фиг. 2, полностью выполнена из латуни плотностью 8,35-8,39 г/см и имеет массу 4,0 г. Центр масс пули расположен на расстоянии Y=1,79D (10,18 мм) от донного торца пули, а отношение продольного и поперечного моментов инерции пули I/Y=11,19. Эти параметры обеспечивают устойчивый полет предлагаемой пули при стрельбе из стандартного ствола калибра 223 с шагом нарезов 178 мм.
При стрельбе из баллистического ствола длиной 510 мм боеприпасами (Фиг. 2) с предлагаемой латунной пулей (Фиг. 1) массой 4,0 г и боеприпасами калибра 223 (5,56×45 мм) с известной пулей "SS109" (М855) массой 4,0 г было определено, что начальная скорость латунных пуль равна 955-967 м/с, а начальная скорость пуль "SS109" равна 932-945 м/с. При этом крешерное давление, измеренное на расстоянии 47 мм от полотна гильзы, составляет 4700-5000 бар в боеприпасах с латунной пулей и составляет 5100-5400 бар в боеприпасах с пулей "SS109".
Повышение начальной скорости предлагаемой пули при снижении крешерного давления относительно пули "SS109" объясняется геометрией головной части 1, которая обеспечивает увеличение объема гильзы до начала вхождения пули в нарезы канала ствола, что снижает плотность заряжания и позволяет увеличить массу порохового заряда без увеличения допустимого давления. При этом секущее сопряжение головной части 1 и ведущей части 3 снижает усилие вхождения пули в нарезы канала ствола, а кольцевая канавка 7 снижает силу трения пули в стволе.
При стрельбе из спортивной винтовки "Heckler & Koch SL8-1", закрепленной в стенде, было определено, что при равной начальной скорости пуль в диапазоне 942-950 м/с поперечник рассеивания латунных пуль (Фиг. 1) не превышает 2,8 см на дальности 100 м и 9,0 см на дальности 300 м, а поперечник рассеивания пуль "SS109" не превышает 4,8 см на дальности 100 м и 16,0 см на дальности 300 м. При этом было определено, что скорость латунных пуль составляет 857-866 м/с на дальности 100 м и 694-708 м/с на дальности 300 м, а скорость пуль "SS109" составляет 832-844 м/с на дальности 100 м и 638-650 м/с на дальности 300 м.
Эти эксперименты показали, что при одинаковых начальных условиях стрельбы на дальности 300 м скорость предлагаемых пуль на 5,5% выше, а рассеивание на 77% ниже, чем скорость и рассеивание пуль "SS109". Это подтверждает правильность выбора конструктивных параметров пули предлагаемого изобретения.
3
Кроме того, для подтверждения правильности выбора конструктивных параметров пули (Фиг. 1) были изготовлены специальные образцы пуль, которые отличались от пули, изображенной на Фиг. 1, только отсутствием ступенчатого перехода 9. В этих пулях ведущая часть 3 была плавно сопряжена с хвостовой частью 4, выполненной в форме усеченного конуса с углом раствора b=10°.
Сравнительные испытания образцов пуль без ступенчатого перехода 9 показали, что на дальности 100 м и 300 м рассеивания пуль без ступенчатого перехода на 30-40% больше, чем рассеивание пуль (Фиг. 1), но на 30-40% меньше, чем рассеивание пуль "SS109". При этом на дальности 100 м и 300 м скорость пуль без ступенчатого перехода 9 была на 1,5-2,5% ниже, чем скорость предлагаемых пуль (Фиг. 1), но на 3,0-4,0% выше, чем скорость пуль "SS109" на аналогичной дальности. Эти испытания показали, что головная часть пули, ограниченная поверхностью двух усеченных конусов, повышает баллистические характеристики пули на траектории полета за счет снижения аэродинамического сопротивления пули, а также снижает рассеивание пуль за счет снижения сил траекторных возмущений, действующих на пулю. Кроме того, эти испытания показали, что устранение начальных возмущений пули за счет выполнения ступенчатого перехода 9 не только снижает рассеивание пуль, а также увеличивает баллистические характеристики пули на траектории.
0
0
В таблице 1 представлены сравнительные характеристики боеприпаса калибра .223 (5,56×45 мм) с пулей предлагаемого изобретения (Фиг. 1), боеприпаса с пулей "SS-109" и прототипа данного изобретения. Характеристики пули "SS109" (М855), представленные на Web-site: http://www.ak-47.net/ammo/ss109.txt. переведены в метрическую систему. Характеристики прототипа соответствуют описанию патента США №4517897. Расчетные характеристики пули предлагаемого изобретения (Фиг. 1) проведены при начальной скорости пули 945 м/с, начальном угле атаки пули α=0,5° и начальной скорости изменения угла атаки пули ω=0,5 рад/с.
1
Таблица 1 показывает, что скорость пули "SS109" и расчетная скорость пули (Фиг. 1) отличаются не более 2% от полученных экспериментальных величин. При этом предлагаемая пуля обеспечивает повышение баллистических характеристик в сравнении с прототипом и пулей "SS109" (М855). На дальности 500 м энергия предлагаемой пули на 15% выше, а полетное время на 7% меньше относительно прототипа данного изобретения. Это подтверждает, что ограничение поверхности головной части поверхностью двух усеченных конусов 5 и 6 обеспечивает снижение аэродинамического сопротивления. Дальнейшее снижение аэродинамического сопротивления возможно при выполнении носовой поверхности 2 в форме конуса, усеченного конуса или параболоида вращения высотой L=0,2-0,4D и диаметром сопряжения D2=0,2-0,3D с верхним основанием переднего усеченного конуса 5.
3
Повышение баллистических характеристик пули возможно за счет увеличения массы пули при некотором снижении начальной скорости. При выполнении пули из бронзы плотностью 8,81 г/см предлагаемая пуля (Фиг. 1) имеет массу 4,20 г и лучшие баллистические характеристики, чем латунная пуля. Кроме того, пуля может включать сердечник, выполненный из сплава вольфрама или свинца, который увеличивает массу пули, повышение баллистических характеристик пули на конечном участке траектории возможно за счет повышения проникающей способности пули, что обеспечивается путем оснащения пули твердым сердечником, выполненным из упрочненной стали или вольфрамового сплава.
На Фиг. 3 изображена конструкция пули боеприпаса калибра 223 (5,56×45 мм), которая включает сердечник 17 и оболочку 18.
Пуля содержит головную часть 1 с притупленной носовой поверхностью 2, ведущую часть 3 и сужающуюся к донному торцу хвостовую часть 4. Наибольший диаметр поперечного сечения ведущей части пули D=5,69 мм, длина пули L=4,78D (27,2 мм), а длина головной части 1 равна 2,15D.
1
2
1
5
2
1
Боковая поверхность головной части 1 ограничена поверхностью двух усеченных конусов - переднего 5 и заднего 6 с углами раствора b=26° и b=14°, имеющих диаметр сопряжения D=0,78D. Конусная поверхность 19 сердечника 17 имеет угол раствора b=15° и не выходит за ограничения боковой поверхности головной части, но обеспечивает плавное сопряжение наружных поверхностей сердечника 17 и оболочки 18, имеющих различную прочность при совместной обработке различным инструментом на современном оборудовании. Носовая поверхность 2 выполнена в форме усеченного конуса и сопряжена диаметром D=0,21D с верхним основанием переднего усеченного конуса 5, при этом высота носовой поверхности L=0,04D. Такая носовая поверхность 2 повышает баллистические характеристики пули на конечном участке траектории за счет снижения вероятности рикошета пули при соударении с твердой преградой.
3
3
Ведущая часть 3 имеет длину 2,12D и снабжена кольцевой канавкой 7 длиной 0,88D, диаметром D=0,97D и плавными переходами 8 к цилиндрической поверхности диаметром D. В переднем участке ведущей части 3 выполнена кольцевая канавка 20, имеющая форму усеченного конуса и предназначенная для крепления пули в боеприпасе путем обжима передней части дульца гильзы в канавке 20. Способ крепление пули в боеприпасе аналогичен Фиг. 2, при этом общая длина головной части 1 меньше, чем длина пули L, которая выступает за пределы гильзы.
3
4
2
4
Хвостовая часть 4 имеет длину 0,49D и выполнена в форме усеченного конуса с углом раствора b=9°. Ступенчатый переход 9 между ведущей частью 3 и хвостовой частью 4 выполнен в форме усеченного конуса с углом раствора b=70° и высотой L=0,02D. При этом наибольший диаметр хвостовой части D=0,97D (5,52 мм) меньше диаметра канала ствола (5,56 мм), измеренного по полям нарезов, поэтому хвостовая часть пули 4 не взаимодействует с нарезами канала ствола.
5
5
1
2
3
В пуле выполнено донное отверстие 21 диаметром D=0,67D и глубиной L=0,72D. Это отверстие смещает центр масс пули (Y или Y) к головной части и повышает устойчивость пули на траектории, особенно при выполнении сердечника 17 из стали плотностью 7,81-7,85 г/см, которая меньше плотности латуни.
3
Оболочка 18 пули изготовлена из латуни плотностью 8,35-8,39 г/см.
При изготовлении пули на современных станках заготовка сердечника 17 запрессовывается в оболочку 18, при этом совместно обрабатываются наружные поверхности сердечника и оболочки, пуля отрезается от длинномерной латунной заготовки и изготавливается донное отверстие. Такая технология обеспечивает точное выполнение наружных размеров пули и плавное сопряжение наружных поверхностей сердечника и оболочки, что повышает баллистические характеристики пули. В сердечнике 17 выполнена кольцевая проточка 22, которую заполняет материал оболочки при взаимодействии с нарезами канала ствола, что снижает усилие вхождения пули в нарезы канала ствола, уменьшает вероятность нутации пули в стволе и снижает начальные возмущения пули при вылете из ствола.
3
3
1
YY
XX
2
YY
XX
В варианте изготовления сердечника 17 из вольфрамового сплава плотностью 16,8-17,2 г/см масса пули равна 5,55 г, центр масс пули расположен на расстоянии Y=2,26D (12,86 мм) от донного торца пули, отношение продольного и поперечного моментов инерции пули I/I=12,29. В варианте изготовления сердечника 17 из стали плотностью 7,81-7,85 г/см масса пули равна 3,70 г, центр масс пули расположен на расстоянии Y=1,98D (11,28 мм) от донного торца пули, отношение продольного и поперечного моментов инерции пули I/I=10,29. Эти параметры обеспечивают устойчивый полет предлагаемых пуль до дистанции 1200 м при стрельбе из стандартного ствола калибра 223 с шагом нарезов 178 мм.
При стрельбе боеприпасами калибра 223 (5,56×45 мм) с предлагаемой пулей (Фиг. 3) из баллистического ствола длиной 510 мм было определено, что начальная скорость пуль массой 5,55 г равна 843-855 м/с, а начальная скорость пуль массой 3,70 г равна 968-980 м/с. При этом крешерное давление, измеренное на расстоянии 47 мм от полотна гильзы, составляет 4600-4900 бар в обоих вариантах боеприпасов.
При стрельбе боеприпасами калибра 223 (5,56×45 мм) с предлагаемой пулей (Фиг. 3) из спортивной винтовки "Heckler & Koch SL8-1", закрепленной в стенде, было определено, что поперечник рассеивания пуль массой 5,55 г не превышает 2,2 см на дальности 100 м и 7,0 см на дальности 300 м, а поперечник рассеивания пуль массой 3,70 г не превышает 3,1 см на дальности 100 м и 10,0 см на дальности 300 м. При этом скорость пуль массой 5,55 г равна 778-786 м/с на дальности 100 м и 652-664 м/с на дальности 300 м, а скорость пуль массой 3,70 г равна 868-876 м/с на дальности 100 м и 690-700 м/с на дальности 300 м. Причем было определено, что пули массой 5,55 г пробивают 10-мм стальной лист на дальности 300 м, а пули массой 3,70 г пробивают этот 10-мм стальной лист на дальности 100 м, но только 50% пуль "SS109" могут пробить этот 10-мм стальной лист на дальности 50 м.
0
0
В таблице 2 представлены характеристики предлагаемой пули (Фиг. 3) массой 5,55 г и 3,70 г, которые были рассчитаны при начальном угле атаки пули α=0,5° и начальной скорости изменения угла атаки пули ω=0,5 рад/с.
Таблица 2 показывает, что расчетные скорости пули (Фиг. 3) отличаются не более 2% от полученных экспериментальных величин. Из таблицы 2 следует, что предлагаемая пуля даже с уменьшенной массой, равной 3,70 г, обеспечивает повышение баллистических характеристик относительно прототипа по параметрам "Е" и "Т" и существенно превышает все характеристики пули "SS109" (М855) массой 4,0 г (см. таблицу 1). При увеличении массы предлагаемой пули до 5,55 г обеспечивается существенное повышение баллистических характеристик пули на траектории и снижение рассеивания пуль.
На Фиг. 4 изображена конструкция пули боеприпаса калибра 308 (7,62×51 мм), которая включает оболочку 23 и сердечник 24.
Пуля содержит головную часть 1 с притупленной носовой поверхностью 2, ведущую часть 3 и сужающуюся к донному торцу хвостовую часть 4. Наибольший диаметр поперечного сечения ведущей части пули D=7,81 мм, длина пули L=4,80D (37,5 мм), а длина головной части 1 равна 2,42D.
1
2
1
6
6
2
Боковая поверхность головной части 1 ограничена поверхностью двух усеченных конусов - переднего 5 и заднего 6 с углами раствора b=28° и b=11°, имеющих диаметр сопряжения D=0,74D. Поверхность 25 оболочки 23 выполнена с углом раствора b=12° и не выходит за ограничения боковой поверхности головной части 1, но обеспечивает плавное сопряжение поверхности 25 с наружной поверхностью сердечника на диаметре D=0,94D при сборке пули путем обжима части поверхности 25 в кольцевую проточку 26 сердечника 24. Носовая поверхность 2 выполнена в форме плоского торца диаметром D=0,2D, что повышает баллистические характеристики пули на конечном участке траектории за счет снижения вероятности рикошета пули при соударении с твердой преградой.
3
3
7
Ведущая часть 3 имеет длину 1,92D и снабжена кольцевой канавкой 7 длиной 0,65D с наименьшим диаметром D=0,97D и плавными переходами 8 к цилиндрической поверхности диаметром D. В переднем участке ведущей части 3 выполнена кольцевая канавка 20, имеющая форму усеченного конуса и предназначенная для крепления пули в боеприпасе путем обжима передней части дульца гильзы в канавке 20. Способ крепления пули в боеприпасе аналогичен Фиг. 2, при этом общая длина головной части 1 меньше, чем длина пули L, которая выступает за пределы гильзы. В задней поверхности ведущей части 3 выполнено плавное сужение 27 до диаметра D=0,99D (7,73 мм), которое взаимодействует с нарезами канала ствола, но подвергается меньшему обжимающему усилию со стороны канала ствола, что снижает начальные возмущения пули при вылете из ствола.
3
4
2
4
Хвостовая часть 4 имеет длину 0,45D и выполнена в форме усеченного конуса с углом раствора b=10°. Ступенчатый переход 9 между ведущей частью 3 и хвостовой частью 4 выполнен в форме усеченного конуса с углом раствора b=90° и высотой L=0,01D. При этом наибольший диаметр хвостовой части D=0,97D (7,57 мм) меньше диаметра канала ствола (7,62 мм), измеренного по полям нарезов, поэтому хвостовая часть пули 4 не взаимодействует с нарезами канала ствола.
3
3
3
YY
XX
Оболочка 23 изготовлена из латуни плотностью 8,35-8,39 г/см. Сердечник 24 изготовлен из вольфрамового сплава плотностью 16,8-17,2 г/см и содержит кольцевую проточку 22, которую заполняет материал оболочки 23 при взаимодействии с нарезами канала ствола, что снижает усилие вхождения пули в нарезы канала ствола, нутацию пули в стволе и начальные возмущения пули в момент вылета из ствола. Масса пули равна 19,60 г, центр масс пули расположен на расстоянии Y=2,10D (16,39 мм) от донного торца пули, отношение продольного и поперечного моментов инерции пули I/I=13,05. Эти параметры обеспечивают устойчивый полет предлагаемой пули до дистанции более 1200 м при стрельбе со сверхзвуковой начальной скоростью и до дистанции 600 м при стрельбе с дозвуковой начальной скоростью из стандартного ствола калибра 308 с шагом нарезов 305 мм.
При стрельбе боеприпасами калибра 308 (7,62×51 мм) с предлагаемой пулей (Фиг. 4) из баллистического ствола длиной 560 мм было определено, что начальная скорость пули равна 625-634 м/с при крешерном давлении 3500-3650 бар. При стрельбе с дозвуковой начальной скоростью пули 320-330 м/с крешерное давление не превышает 1400 бар.
При стрельбе боеприпасами калибра 308 (7,62×51 мм) с пулей (Фиг. 4) из спортивной винтовки "Remington - Model 700", закрепленной в стенде, было определено, что при сверхзвуковой начальной скорости 624-633 м/с поперечник рассеивания пуль не превышает 1,6 см на дальности 100 м и 5,2 см на дальности 300 м. При этом скорость пуль равна 594-600 м/с на дальности 100 м и 528-540 м/с на дальности 300 м. При дозвуковой начальной скорости 323-328 м/с поперечник рассеивания пуль не превышает 2,6 см на дальности 100 м и 8,6 см на дальности 300 м, при этом скорость пуль равна 314-319 м/с на дальности 100 м и 293-302 м/с на дальности 300 м. При этом было определено, что при стрельбе с дозвуковой начальной скоростью пули пробивают 8-мм стальной лист на дальности 300 м.
Эти эксперименты показали, что конструкция пуль предлагаемого изобретения может успешно использоваться не только при стрельбе со сверхзвуковой начальной скоростью полета пули, а также при стрельбе с дозвуковой начальной скоростью полета пули. Незначительное увеличение рассеивания пуль при стрельбе с дозвуковой начальной скоростью относительно рассеивания пуль при стрельбе со сверхзвуковой начальной скоростью объясняется малой скоростью пули при вылете из ствола, при которой в 2-3 раза увеличивается время воздействия на пулю возмущений от вибрации ствола и от пороховых газов, которые истекают из канала ствола. Тем не менее, при стрельбе с дозвуковой начальной скоростью ступенчатый переход 9 между ведущей частью 3 и хвостовой частью 4 пули обеспечил двухкратное снижение рассеивания предлагаемых пуль (Фиг. 4) относительно пуль "SS109", которые имеют сверхзвуковую начальную скорость полета пули.
0
0
В таблице 3 представлены характеристики предлагаемой пули (Фиг. 4) массой 19,60 г, которые были рассчитаны при начальной скорости пули 630 м/с и 325 м/с, начальном угле атаки пули α=0,5° и начальной скорости изменения угла атаки пули ω=0,5 рад/с.
Таблица 3 показывает, что расчетные скорости пули (Фиг. 4) отличаются не более 2% от полученных экспериментальных величин. Проведенные эксперименты и расчеты доказывают, что головная часть, ограниченная поверхностью двух усеченных конусов, снижает аэродинамическое сопротивление, а ступенчатый переход между ведущей частью и хвостовой частью снижает начальные возмущения при вылете пули из ствола с дозвуковой и сверхзвуковой начальной скоростью, что обеспечивает повышение баллистических характеристик пуль и снижение рассеивания пуль.
Предлагаемое изобретение может быть использовано в конструкциях новых пуль и модернизации серийных пуль калибра 5,45-14,5 мм, предназначенных для высокоточной стрельбы со сверхзвуковой и дозвуковой начальной скоростью полета пули.
Создание новых пуль калибра 5,45-14,5 мм, головная часть которых будет ограничена поверхностью двух усеченных конусов, может повысить баллистические характеристики пули на траектории полета за счет снижения аэродинамического сопротивления головной части пули, а также снизить рассеивание пуль за счет снижения сил траекторных возмущений, действующих на пулю. При этом секущее сопряжение головной и ведущей части минимизирует нутацию пули в стволе, что снижает начальные возмущения пули при вылете из ствола и снижает рассеивание пуль.
Модернизация серийных пуль калибра 5,45-14,5 мм путем выполнения ступенчатого перехода между ведущей и хвостовой частью пули может повысить баллистические характеристики пули на траектории полета и снизить рассеивание пуль за счет снижения начальных возмущений пули и начального кругового угла атаки пули на траектории, что также снижает аэродинамическое сопротивление пули.
При этом пули могут иметь традиционную конструкцию, включающую оболочку и свинцовый сердечник, а также оболочку, стальной сердечник и свинцовую или алюминиевую рубашку. Кроме того, пули могут быть полностью выполнены из латуни или бронзы, а также пули могут иметь внутреннее наполнение из высокоплотного материала, параметры плотности которого соответствуют сплавам на основе вольфрама.