БОЕВАЯ ЧАСТЬ ОСКОЛОЧНОГО БОЕПРИПАСА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
WARHEAD OF FRAGMENTATION SHELL AND METHOD OF ITS MANUFACTURING

Предлагаемое изобретение относится к боеприпасам, преимущественно к снарядам, имеющим боевую часть осколочного действия с оболочкой, имеющей сетку пазов для равномерного дробления ее на осколки.
Для повышения эффективности действия указанных выше боеприпасов необходимо обеспечить высокую скорость и однородность осколков по массогабаритным параметрам при поражении целей. Причем одновременно оболочки указанных боевых частей должны быть достаточно прочными до достижения ими пространства цели.
К настоящему времени предложены и находятся на вооружении многих стран, в том числе и в России разнообразные варианты исполнения указанных боеприпасов, например патенты РФ 2080549, 2080550.
В этих и большинстве других документов в качестве исходных материалов используются трубные заготовки и для изготовления оболочки осколочного боеприпаса на его внутренней поверхности в виде сетки пазов используют протяжку трубчатой заготовки через две фильеры разного диаметра или нанесением сетки пазов соответствующим режущим инструментом в несколько заходов.
Получающиеся таким способом корпуса боевых частей не гарантированы от брака при их изготовлении, так как режущие кромки применяемого оборудования быстро изнашиваются (падает качество).
Аналогом взято техническое решение по патенту РФ 2171445 от 23.10.2000 г., кл. F42B 12/24, B21K 21/06, B21C 37/20, публ. 27.07.2001 г., в котором описано изготовление сетки пазов ромбического профиля продавливанием трубчатой заготовки через две фильеры разного диаметра с редуцированием ее, причем штучную трубчатую заготовку подают в фильеры без осевого перемещения относительно спиральных выступов с образованием гарантированного зазора между внутренней поверхностью корпуса и центральным инструментальным стержнем и глубиной пазов 0,25-0,55 толщины стенки заготовки.
Как указывалось выше, режущие кромки применяемого оборудования (центрального инструментального стержня) быстро изнашиваются и разрушаются, особенно на второй стадии нанесения пазов.
Нами в качестве прототипа выбраны осколочная боевая часть и способ ее изготовления по патенту США 6,484,642 от 02.11.2000 г., кл. 7 F42B 12/22 (102/493), публ. 26.11.2002 г., включающая полученный литьем металлический корпус, на внутренней поверхности которого нанесена сетка пазов, заряд взрывчатого вещества со взрывателем. Причем заряд взрывчатого вещества размещен в пазах этой сетки.
Недостатками указанного изобретения являются следующие:
1) изготовленный литьем корпус с внутренними и/или наружными пазами - продольными и/или поперечными, как правило, имеет неоднородности в виде дефектов литья: раковины, трещины, выходящие на внутреннюю (наружную) поверхность, наплывы металла, скрывающие трещины и создающие незапланированные мини-полости; 2) если данные дефекты не исключить и не предпринять специальных мер защиты поверхности, то существует опасность попадания при снаряжении взрывчатого вещества в вышеуказанные трещины и полости, где это вещество может заклинить и привести к самодетонации как в процессе снаряжения, так и эксплуатации (циклическое термостатирование, сбросы, выстрел) и боевого применения (соударение с преградой), что понижает безопасность применения и надежность боевой части; 3) в изделиях больших калибров данные дефекты устраняют завариванием с помощью сварки и дополнительной обработкой внутренней поверхности (шлифовкой). В изделиях средних и малых калибров подобные технологические операции практически нереализуемы; 4) при силовом нагружении (снаряжении, условиях эксплуатации: транспортировке, вибрации, сбросах, выстреле, ударе о преграду) корпус боевой части с продольно-поперечным расположением пазов (рифлей) имеет более интенсивное напряженно-деформированное состояние по сравнению с корпусом, у которого пазы расположены, например, под углом 30-60° к его продольной образующей (оси).
Задачей, решаемой предлагаемой конструкцией боевой части осколочного боеприпаса и способом ее изготовления, является повышение безопасности при ее снаряжении, эксплуатации, надежности и эффективности при работе по целям.
Поставленная задача решается тем, что в предлагаемой конструкции боевой части осколочного боеприпаса, содержащей металлический корпус, на внутренней поверхности которого нанесена сетка пазов, заряд взрывчатого вещества, размещенный в полости корпуса, взрыватель, к переднему торцу корпуса жестко прикреплен контактный наконечник, сетка пазов на внутренней поверхности корпуса выполнена в виде ромбовидных ячеек, а на внутреннюю поверхность корпуса и на пазы нанесен слой защитного полимерного материала, внутренняя поверхность которого повторяет внутреннюю поверхность корпуса, при этом взрыватель выполнен донным, инерционным и прикреплен к внутренней поверхности корпуса в его донной части посредством демпфирующих элементов, которые выполнены С- или S- образной формы из упругого материала, например, стали, или пластичного материала, например текстолита, вспененного полистирола; контактный наконечник выполнен цилиндрическим с коническими головной частью и хвостовой юбкой, при этом его наружный диаметр составляет 0,1-0,3 от калибра боевой части, длина - 2-2,5 от калибра боевой части, а угол при вершине головной части - 100-130°; сетка пазов в виде ромбовидных ячеек выполнена с углом при вершине ромба равным 60±5°, длиной большей диагонали ромба, равной 3-4 от толщины стенки корпуса, при этом паз выполнен треугольной формы с углом при вершине 60-80° и глубиной в стенке корпуса 0,4±0,1 от ее толщины; слой полимерного защитного материала выполнен толщиной 0,1-0,3 от глубины паза и соответствует следующим характеристикам:
Gт<Gбч<Gв, δ>Δ/r·100%,
где Gбч - напряжение в слое защитного материала при заполнении корпуса боевой части взрывчатым веществом;
Gт - предел текучести защитного материала при температуре заполнения;
Gв - предел прочности защитного материала при температуре заполнения;
δ - относительное удлинение защитного материала при температуре заполнения;
Δ - максимальный радиальный зазор между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью слоя защитного материала, с учетом рельефа первой перед заполнением корпуса взрывчатым веществом;
r - радиус наружной поверхности слоя защитного материала.
Полость боевой части заполнена зарядом взрывчатого вещества, в ее донной части размещен донный инерционный взрыватель, прикрепленный к внутренней поверхности указанного корпуса посредством демпфирующих элементов, образующие поверхности которых выполнены С- или S-образной формы. К переднему торцу боевой части жестко прикреплен контактный цилиндрический наконечник с коническими головной частью и хвостовой юбкой, при этом указанный наконечник имеет наружный диаметр, равный 0,1-0,3, и длину 2-2,5 от калибра боевой части, а угол при вершине 100-130°.
Использование контактного наконечника и донного инерционного взрывателя, прикрепленного к внутренней поверхности корпуса боевой части посредством демпфирующих элементов, образующие поверхности которых выполнены С- или S-образной формы, обеспечивают смягчение ударов и надежное срабатывание указанного взрывателя и подрыв корпуса в заданное время, что позволяет выполнить поставленную задачу.
Использование сетки пазов на внутренней поверхности боевой части осколочного боеприпаса с указанными выше характеристиками обеспечивает оптимальное образование по количеству и однородных по массе осколков заданного дробления для выполнения поставленной задачи.
Использование слоя защитного полимерного материала с указанными выше характеристиками обеспечивает безопасность снаряжения взрывчатого вещества, надежное заданное дробление корпуса при помощи подрыва заряда взрывчатого вещества, что способствует выполнению поставленной задачи. При отсутствии адгезии к материалу корпуса боевой части в качестве защитного материала могут быть применены иные виды, например мягкая сталь, алюминиевые сплавы, медь и др.
Для получения необходимой эффективности действия боеприпаса по заданным целям помимо получения необходимого числа и массы осколков также важно получить и заданное их распределение в пространстве. С этой целью в предлагаемой конструкции боевой части применена задняя точка инициирования с использованием донного инерционного взрывателя мгновенного действия, позволяющая получить угол склонения осколочного поля по направлению движения боеприпаса и тем самым несколько увеличить начальную скорость разлета осколков за счет сложения скорости подхода боеприпаса к цели со скоростью, сообщаемой осколку разрывным зарядом, а также создать наиболее благоприятное распределение осколков.
Для обеспечения надежной работы взрывателя при действии боеприпаса по различным типам подстилающей поверхности и в особенности по скальному грунту и взлетно-посадочным полосам, необходимо сгладить пиковые нагрузки на взрывателе, возникающие при встрече с преградой. В предлагаемой конструкции это достигается закреплением взрывателя в корпусе боеприпаса двумя демпфирующими элементами, выполненными из стали. В случае использования элементов, выполненных из пластичного материала, например текстолита, вспененного полистирола, низкопрочного металла, например, медь и др., амплитуды нагрузок, передаваемых на взрыватель, снижаются за счет пластичных деформаций этих элементов. В случае совместного использования демпфирующих элементов из упругого и пластического материалов снижение амплитуды перегрузки, передаваемой на взрыватель, достигается растяжением ударного импульса по времени за счет его преобразования колебательной системой крепления взрывателя и пластической деформацией низкопрочных элементов. В частности, указанные пластичные демпфирующие элементы могут располагаться между корпусом взрывателя и другими демпфирующими элементами.
Донный взрыватель и демпфирующие элементы образуют колебательную систему, позволяющую обеспечить плавное нарастание и снижение амплитуды перегрузки на взрывателе. Варьируя геометрией элементов, преимущественно образующими внутренней и наружной поверхностей С- или S-образной формы и материалами их выполнения, например из стали или пластического материала(полиэтилен, текстолит, вспененный полистирол и др.), внутренним диаметром опорных колец, толщиной элементов, легко получить коэффициент жесткости системы, обеспечивающей плавное нарастание перегрузки на взрывателе, при этом амплитуда перегрузок значительно меньше по сравнению с жестким креплением взрывателя. Наиболее простой способ снижения нагрузок на взрывателе - это исключение высоких внешних возмущающих нагрузок, воздействующих в целом на боевую часть при встрече с преградой. Такую функцию выполняет контактный наконечник, его параметры: диаметр 0,1-0,3 и длина не менее 2 калибров боевой части, головная часть выполнена в виде конуса с углом при вершине 100-130°. Контактный наконечник, выполненный подкалиберным, при выбранной длине исключает высокие внешние нагрузки на боевую часть и обеспечивает сохранность ее корпуса при скоростном взаимодействии с прочными преградами (кирпичная кладка, железобетонное перекрытие и др.). В то же время он обеспечивает внешние нагрузки, необходимые для надежного срабатывания взрывателя при взаимодействии с малопрочными преградами (рыхлый свеженасыпанный грунт, снежное обвалование и др.). Такая геометрия наконечника, во-первых, обеспечивает срабатывание донного инерционного взрывателя при наименьшей скорости встречи боевой части с преградой типа грунта средней плотности, во-вторых, при наибольшей скорости встречи обеспечивает сохранность корпуса боевой части при взаимодействии со скальными породами, взлетно-посадочными полосами вплоть до момента входа основного корпуса боевой части в преграду. К этому моменту взрыватель уже должен обеспечить выдачу детонирующего импульса на подрыв боевой части. При взаимодействии с преградой типа грунта средней плотности наконечник не деформируется, и выбранная геометрия обеспечивает отсутствие рикошета при углах встречи до 15° к поверхности, что обеспечивает надежную работу взрывателя до момента заглубления корпуса боевой части в преграду.
Наиболее оптимальными как по массе задаваемого осколка, так и по количеству получаемых при взрыве металлического корпуса осколков (как показала опытная отработка) являются следующие параметры: малый угол при вершине ромба 60±5°, глубина паза стенки корпуса 0,4±0,1 от толщины, угол при вершине паза, имеющего треугольную форму, 60-80°, длина большей диагонали ромба равна 3-4 от толщины стенки. Выход осколков близок к теоретическому при меньшей трудоемкости изготовления корпуса, причем за счет треугольной формы паза уменьшена масса металла стенки корпуса, при этом паз заполнен зарядом взрывчатого вещества, что приводит к местному увеличению коэффициента нагрузки, а именно в местах рифления получающиеся осколки обладают большей начальной скоростью по сравнению с соседними, стенка корпуса в месте паза подвергается «расклинивающему» действию продуктов детонации взрывчатого вещества, находящегося в пазу, что дает высокий выход осколков заданной формы с минимальными сколами и большим коэффициентом поперечной нагрузки.
Предложенная конструкция допускает снаряжение боевой части прессованием, позволяя получать разрывные заряды мощных термостойких взрывчатых веществ, упрощая технологию снаряжения.
В других вариантах исполнения предлагаемого изобретения возможны различные геометрические формы боевой части: цилиндрическая, усеченно-коническая или иная фигура вращения. Вполне допустимо исполнение пазов и, следовательно, сетки из них прямоугольных, квадратных или более сложного исполнения. Возможно использование в качестве защитного материала не только полимерных, но и тонких металлических, пластиковых или керамических в зависимости от условий изготовления и назначения готовых изделий.
В результате патентно-информационного поиска нами не выявлены известные технические решения, в которых бы использовались одновременно все указанные признаки для достижения этой или подобной цели. Поэтому считаем, что предлагаемая конструкция боевой части осколочного боеприпаса соответствует критерию «изобретательский уровень».
На Фиг.1 приведено схематическое изображение продольного разреза предлагаемой конструкции боевой части осколочного боеприпаса: а) общий вид боевой части; б) вид А, схема крепления взрывателя в донной ее части.
Указанная конструкция содержит металлический корпус 1, на его внутренней поверхности нанесена сетка пазов, формирующая ромбовидные ячейки с указанными выше параметрами. Указанная внутренняя поверхность корпуса 1, в том числе и указанная сетка покрыта слоем 3 защитного полимерного материала (с указанными выше характеристиками). В полости корпуса размещены заряд 2 взрывчатого вещества и донный инерционный взрыватель 4. Причем указанный взрыватель 4 прикреплен к внутренней поверхности указанного корпуса 1 посредством демпфирующих элементов 5, образующие поверхности которых выполнены С- или S-образной формы (см. Вид А). К переднему торцу корпуса боевой части жестко прикреплен контактный цилиндрический наконечник 8 с коническими головной частью и хвостовой юбкой, например, посредством резьбы.
Предлагаемая конструкция боевой части осколочного боеприпаса действует следующим образом. После вылета указанного боеприпаса в заданном направлении и удара по преграде контактным наконечником 8 срабатывает донный инерционный взрыватель 4, от импульса которого детонирует заряд 2 взрывчатого вещества, давлением продуктов детонации которого происходит разрушение корпуса боевой части и разлет осколков с размерам и массой, определяемыми сеткой пазов.
В качестве способа изготовления боевой части осколочного боеприпаса в основном используется нанесение сеток пазов на внутреннюю поверхность трубчатой заготовки режущим инструментом в несколько заходов или протяжкой через две фильеры разного диаметра.
Как указывалось выше, задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение безопасности при снаряжении, а также при эксплуатации, надежности и эффективности действия по целям.
Поставленная задача решается в предлагаемом способе изготовления боевой части осколочного боеприпаса, включающем изготовление ее металлического корпуса с одновременным формированием на его внутренней поверхности сетки пазов (рифлей), в качестве дополнительной стадии применяется образование на внутренней поверхности корпуса слоя защитного полимерного материала, например полиэтилена, первоначально без плотного прилегания к внутренней поверхности корпуса (например, посредством введения в полость боевой части заготовки, нагретой до температуры формовки, в виде стакана из указанного защитного материала с последующим его раздувом), с последующими операциями: снаряжение боевой части зарядом взрывчатого вещества, преимущественно порционным прессованием при определенных условиях, получение требуемой плотности заряда взрывчатого вещества и последующие за этим прикрепление взрывателя к внутренней поверхности указанного корпуса в его донной части посредством демпфирующих элементов, жесткое присоединение к корпусу контактного наконечника и герметизация последнего.
По способу изготовления указанной конструкции преимуществом от известных является то, что не требуется адгезия получаемого покрытия с защищаемой поверхностью. Окончательная распрессовка покрытия происходит во время снаряжения методами прессования (например, порционное прессование). Под действием пресс-инструмента происходит растекание взрывчатого вещества в радиальном направлении.
Использование в качестве защитного материала полимеров, имеющих низкий коэффициент трения со взрывчатым веществом, позволяет получать разрывные заряды с более равномерным распределением плотности по сечению корпуса и лучшим заполнением пазов из-за лучшего «растекания» взрывчатого вещества в полости боевой части (при прессовании) как гладких, так и профилированных внутренних поверхностей корпуса. Как указано выше, выбор защитного материала основан на условии: Gт<Gбч<Gв.
Надежное закрепление разрывного заряда взрывчатого вещества в полости боевой части реализуется выполнением еще одного требования к материалу, связывающему его прочностные характеристики с величиной зазора между наружной поверхностью слоя защитного материала и внутренней поверхностью боевой части с учетом рельефа поверхности:
δ>Δ/r·100%.
Под действием давления, возникающего от уплотняемого при снаряжении взрывчатого вещества, защитный материал начинает течь, не разрушаясь, изменяя геометрические размеры вплоть до момента соприкосновения со стенкой корпуса. Выбранные на основании вышеприведенных условий прочностные характеристики материала обеспечивают его сплошность, хорошее повторение рельефа внутренней поверхности корпуса и надежную изоляцию дефектов, имеющихся на указанной поверхности, так как при выборе материала защиты по относительному удлинению учитывается характерный размер дефектов.
Кроме того, применение полимеров, имеющих низкий коэффициент трения с прессуемым взрывчатым веществом, позволяет отказаться от дополнительного парафинирования внутренней поверхности корпуса для улучшения характеристик прессованного заряда (исключая скалывание кромок брикета и осыпание взрывчатого вещества).
Изготовление слоя защитного материала на внутренней поверхности корпуса боевой части может быть выполнено различными способами: экструзия, литье под давлением, раскатка, вальцовка, использование готовых профилей и др.
Техническими преимуществами предлагаемой конструкции боевой части осколочного боеприпаса и способа ее изготовления являются: 1) независимость выполнения поставленной задачи от состояния внутренней поверхности корпуса боевой части; 2) удешевление процесса изготовления ее за счет: а) снижения стоимости исходного материала; б) исключения технологических операций по доводке внутренней поверхности корпуса боевой части под снаряжение взрывчатым веществом (заваривание раковин, трещин, шлифовка и т.п.); 3) использование сетки пазов (рифлей) преимущественно ромбического профиля обеспечивает наилучшим образом распространение магистральных трещин вдоль периметра задаваемого осколка при взрыве.
Предлагаемая конструкция боевой части осколочного боеприпаса на полигонных испытаниях подтвердила расчеты и показала высокую надежность срабатывания.