СТВОЛ ОГНЕСТРЕЛЬНОГО ОРУЖИЯ (ВАРИАНТЫ)
FIREARM BARREL (VERSIONS)

Область техники к которой относится изобретение
Изобретение относится к огнестрельному оружию и к другим приборам для запуска твердых тел в окружающее пространство.
Уровень техники
Сочетание ствола и патрона определяет баллистические качества оружия.
Ствол огнестрельного оружия является емкостью, в которой происходит горение пороха в снаряде и догорание его в стволе оружия, при этом химическая реакция сгорания пороха превращается в механическую работу по перемещению снаряда и сообщению снаряду поступательного движения с определенной скоростью и в определенном направлении, а также вращательного движения вокруг продольной оси, необходимого для устойчивого полета снаряда в воздухе.
В технологическом отношении стволы являются сложными деталями, требующими больших затрат на изготовление с применением дорогостоящих ствольных сталей.
Ствол работает в особых условиях. Он подвергается действию высокого давления пороховых газов, имеющих высокую температуру, и других случайных сил.
В связи с особыми условиями работы ствола к нему предъявляются особые требования:
- достаточное упругое сопротивление действию пороховых газов и случайных сил,
- отсутствие значительных вибраций, неблагоприятно влияющих на меткость стрельбы,
- отсутствие чрезмерного нагрева, который ограничивает интенсивность стрельбы,
- достаточно высокая живучесть и сопротивляемость механическому воздействию больших давлений и температур пороховых газов.
Ствол огнестрельного оружия можно рассматривать как упругую систему, которая получает прогиб от собственного веса ствола, от неодинакового нагрева стенок ствола солнечными лучами, неравномерного нагрева ствола при стрельбе и других факторов, а также от действия внешних сил. В результате выстрела ствол получает радиальные колебания в направлении радиуса ствола, поперечные колебания в плоскости, перпендикулярной оси канала ствола, продольные и крутильные колебания.
Характер и размах полученных колебаний зависит от многих факторов:
- дины ствола,
- его поперечных размеров,
- места расположения центра масс,
- конструкции крепления ствола в ствольной коробке,
- других факторов.
Колебания ствола и его прогиб значительно снижают точности стрельбы.
Прогиб ствола и действующие на него внешние силы сложно учесть при определении колебательных характеристик ствола.
При расчете ствола принимают следующую расчетную схему:
- цилиндрический стержень с одним жестко закрепленным концом (Фиг. 16),
- конический стержень с одним жестко закрепленным концом (Фиг. 16).
Такой стержень имеет следующие виды поперечных колебаний:
- колебания первого порядка (20) (узел этих колебаний находится в точке закрепления конца ствола) (Фиг. 16),
- колебания второго порядка (21) (один узел колебаний находится в точке крепления конца, а второй - на удалении 0,22 L длины ствола от свободного конца ствола (Фиг. 16),
- колебания более высоких порядков (22) (Фиг. 16).
Все колебания совершаются преимущественно в вертикальной плоскости и накладываются одно на другое. От величины колебаний зависит угол (θ) (13) вылета снаряда (Фиг. 16) из ствола, относительно его продольной оси. Колебание ствола и его прогиб оказывают существенное влияние на меткость стрельбы из неавтоматического и особенно из автоматического оружия.
Для меткой стрельбы из автоматического оружия важно, чтобы снаряды постоянно вылетали при определенном положении ствола. Что практически невозможно обеспечить в существующей конструкции стволов из-за разброса начальных скоростей снаряда, веса порохового заряда, веса снаряда, свойств горения пороха и других случайных сил.
При стрельбе из неавтоматического или самозарядного автоматического оружия наибольшее влияние на меткость стрельбы оказывают колебания второго порядка.
При стрельбе из автоматического оружия на меткость стрельбы существенно влияют колебания первого порядка.
К способам уменьшения размаха колебаний ствола и влияния их на меткость стрельбы относятся:
- конструкция ствола,
- рациональный выбор длины ствола,
- уменьшение разброса веса заряда, веса снаряда, максимального давления пороховых газов,
- рациональный выбор толщины стенок ствола и расположения центра масс,
- рациональное расположение точек опоры ствола,
- жесткость ствола.
Используемая информация: «Устройство и проектирование стволов артиллерийских орудий» Орлов В.В., Ларман Э.К., Маликов В.Г., М.: Машиностроение, 1976 г.; «Современная артиллерия» А.Н. Латухин, 1970; «Проектирование ракетных и ствольных систем» Б.В. Орлов, Машиностроение, 1974; «Основания проектирования автоматического оружия» А.А. Благонравов, М., 1940; «Основания устройства и проектирование стрелкового оружия» Кириллов В.М., Пенза, 1963; «Основы стрелкового оружия» Ф.К. Бабак, Санкт-Петербург, 2003; Патент на изобретение №2401407. Прототипом предложения является патент на изобретение №2399006.
Раскрытие изобретения
Ствол огнестрельного оружия является упругой системой, которая при выстреле от приложенных внешних сил приходит в колебательное движение.
Наибольшие колебания стволу придают внешние силы, которые возникают при выстреле при движении снаряда по стволу - это давление пороховых газов, сила сопротивления откату, центробежная сила снаряда.
Перечисленные силы вызывают изгибающие и крутящие моменты, которые действуют на ствол и вызывают его динамические колебания вдоль центральной оси и в различных плоскостях.
Наибольшая амплитуда колебаний ствола возникает в вертикальной плоскости ствола.
Для того чтобы уменьшить величину амплитуды колебаний ствола (θ) (Фиг. 16), необходимо увеличить его жесткость и особенно его консольной части.
С увеличением жесткости ствола его собственная частота колебаний ствола увеличивается, и при этом динамический изгиб ствола уменьшается. При большой жесткости ствола его можно рассматривать как абсолютно жесткое тело. В этом случае угол вылета снаряда (θ) из ствола, относительно продольной оси ствола, будет равен нулю.
Экспериментальными методами установлено, что на динамический изгиб ствола также существенно влияет центробежная сила снаряда.
Во всех случаях, чтобы свести угол вылета (θ) снаряда, относительно продольной оси ствола, к нулю требуется уменьшить гибкость ствола и увеличить его жесткость.
Условно по жесткости стволов их можно разделить на три группы:
- ствол с малой жесткостью,
- ствол со средней жесткостью,
- жесткий ствол.
Наиболее приемлемы для применения в огнестрельном оружии, как в автоматическом, так и неавтоматическом, жесткие стволы, так как угол вылета снаряда у таких стволов, относительно продольной оси ствола, стремится к нулю и поэтому возможно точно рассчитать внешнюю баллистику снаряда. Жесткие стволы позволяют существенно повысить точность стрельбы из огнестрельного оружия.
Для повышения жесткости стволов огнестрельного оружия предлагается изменить конструкцию ствола. Для этого предлагается несколько вариантов конструкции стволов.
Конструкция ствола (Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 3, Фиг. 4, Фиг. 5, Фиг. 7, Фиг. 8) состоит из собственно ствола (1) и кожуха (3), в стволе имеется патронник (2), ствол по конструкции имеет несколько вариантов.
1. Для того чтобы увеличить жесткость ствола, его изготавливают составным (Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 3, Фиг. 4, Фиг. 5, Фиг. 7, Фиг. 8). Ствол (1) заключен в кожух (3). За счет применения такой конструкции ствола значительно увеличивается момент инерции поперечного сечения ствола, а его жесткость существенно возрастает. Для фиксации ствола (1) по отношению к кожуху (3) устанавливают фиксирующую шайбу (4) (Фиг. 10). Фиксирующая шайба состоит из двух одинаковых половин. В фиксирующей шайбе (4) имеются отверстия (17). К фиксирующей шайбе (4) примыкает скрепляющая шайба (5), состоящая из двух одинаковых половин (Фиг. 9). К скрепляющей шайбе (5) прикреплены фиксаторы (16). При сборке ствола фиксаторы (16) скрепляющей шайбы (5) входят в отверстия (17) фиксирующей шайбы (4), за счет этого обеспечивается геометрическая неизменяемость ствола (1) и кожуха (3) (Фиг. 15). Продольные зазоры между стволом (1), кожухом (3), фиксирующей шайбой (4), скрепляющей шайбой (5) и уширением ствола (9) выбирают клиньями, клином первым (6) и клином вторым (8), в клиньях имеются выборки, которые заполняются доборной пластиной (7). Соединив элементы ствола (4), (5), (6), (7), (8), (9) в один пакет, сжимают навстречу друг другу клинья (6) и (8) этим добиваются работы всего пакета элементов ствола как одного целого элемента.
2. Для фиксации элементов (2), (3), (4), (5), (6), (7), (8), (9) в пространстве они, в местах примыкания элементов, соединяются между собой с помощью пайки или сварки в один неразъемный элемент.
3. Для обеспечения охлаждения ствола (1) во время стрельбы (Фиг. 2) в полость (30), расположенную между стволом (1) и кожухом (3), подается охлаждающая жидкость по трубке подачи (10). Отбор нагретой охлаждающей жидкости производится по трубке отбора (11).
4. Для воздушного охлаждения ствола (1) во время стрельбы (Фиг. 3) в кожухе (3) выполняются несколько рядов отверстий кожуха (12), расположенных на одной прямой.
5. Для уменьшения расчетной длины ствола (1) (Фиг. 4) на стволе (1) выполняется одно или несколько опорных уширений (14), которые упирается в кожух (3).
6. Для уменьшения расчетной длины ствола (1) и для его охлаждения жидкостью (Фиг. 5) на стволе выполняется одно или несколько уширений, (14) которые упираются в кожух (3). Для подачи охлаждающей жидкости в полость (30) между стволом (1) и кожухом (3) имеется трубка подачи (10) охлаждающей жидкости. Отбор нагретой охлаждающей жидкости производят через трубку отбора (11). Для обеспечения свободного перетекания охлаждающей жидкости по полости (30) через опорное уширение (14) в нем имеются отверстия (15) (Фиг. 6).
7. Для упрощения технологического процесса по изготовлению ствола (1) (Фиг. 7) на стволе образуют один или несколько выступов (31) дисковой формы, в которые вставляются, при сборке ствола (1) и кожуха (3), два фиксирующих полукольца (18/1) и (18/2) (Фиг. 13). Полукольца упираются в ствол (1) и кожух (3).
8. Для упрощения технологического процесса (Фиг. 8) по изготовлению ствола (1) на стволе образуют один или несколько выступов (31), в которые вставляется, при сборке ствола (1) и кожуха (3), два фиксирующих полукольца с отверстием (19/1) и (19/2). Полукольца упираются в ствол (1) и кожух (3). Охлаждение ствола производится охлаждающей жидкостью, которая подается по трубке подачи (10), а отбор нагретой охлаждающей жидкости производится по трубке отбора (11). Для обеспечения свободного перетекания жидкости по полости (30) в полукольцах (19/1), (19/2) имеются отверстия (15) (Фиг. 14).
Расчетные схемы конструкции ствола (Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 3, Фиг. 4, Фиг. 5, Фиг. 7, Фиг. 8) приведены на (Фиг. 19). На расчетной схеме (27) показан ствол без опорных уширений (Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 3). На расчетной схеме (28) показан ствол с одним опорным уширением (Фиг. 4, Фиг. 5, Фиг. 7, Фиг. 8). На расчетной схеме (29) показан ствол с несколькими опорными уширениями.
Для того чтобы еще больше увеличить жесткость ствола, ствол (1) предварительно подвергается растягивающему усилию (N) (преднапрягается). Величина преднапряжения (N) ствола (1) задается такой, чтобы ее величина находилась в зоне упругих деформаций (23) (Фиг. 17). Растягивающее усилие передается на кожух (3) в котором возникают сжимающие усилия. Величина сжимающих усилий в кожухе (3) также находится в зоне упругих деформаций (23) (Фиг. 17). Все эти величины подбирают путем расчета и подбора сечений ствола (1) и кожуха (3) по курсу сопротивления материалов.
Растягивающее усилие (N) ствола (1) передается через уширение ствола (9) на кожух (3) через элементы (4), (5), (6), (7), (8). Клинья (6) и (8) фиксируют величину преднапряжения ствола (1).
Растяжение ствола производят различными способами.
Полученную предварительно напряженную систему ствол (1) - кожух (3) можно рассматривать как абсолютно жесткое тело.
Расчетная схема этой системы представлена на (Фиг. 18). Это стержень с жестко заделанными обоими концами (24). Угол поворота концов стержня относительно оси равен нулю, а значит, угол вылета снаряда из ствола тоже будет равен нулю.
На (25) (Фиг. 18) показана расчетная схема ствола с жестко заделанными концами и с одним упорным уширением ствола. На (26) (Фиг. 18) показана расчетная схема ствола с жестко заделанными концами и несколькими опорными уширениями ствола.
Конструкция ствола, при расчетных схемах (24), (25), (26), позволяет рассчитывать ствол как абсолютно жесткое тело. При этом возможно максимально точно рассчитать внешнюю баллистику снаряда и резко повысить точность стрельбы из огнестрельного оружия.
Для того чтобы ствол не имел концентраторов напряжений, все его переходы выполняются с закруглениями.
Ствол вставлен в ствольную коробку с помощью натяга, резьбы или клина.
Предлагаемые конструкции стволов пригодны для модернизации стволов принятого на вооружения стрелкового оружия, а также возможны для применения при разработке нового стрелкового оружия.
Описание чертежей
На (Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 3, Фиг. 4, Фиг. 5, Фиг. 7, Фиг. 8) изображены варианты ствола для огнестрельного оружия, на (Фиг. 6, Фиг. 9, Фиг. 10, Фиг. 11, Фиг. 12, Фиг. 13, Фиг. 14, Фиг. 15) изображены детали конструкции ствола огнестрельного оружия.
На (Фиг. 16, Фиг. 18, Фиг. 19) изображены расчетные схемы ствола огнестрельного оружия.
На (Фиг. 17) изображена диаграмма работы малоуглеродистой стали при растяжении.
Где:
- N - растягивающее или сжимающее усилие
- F - первоначальная площадь сечения элемента
- σ - нормальное напряжение в элементе
- ε - относительное удлинение в %
- l - первоначальная длина элемента
- Δl - приращение длины элемента
На чертежах изображены следующие детали:
1. Ствол
2. Патронник
3. Кожух
4. Фиксирующая шайба
5. Скрепляющая шайба
6. Клин первый
7. Доборная пластина
8. Клин второй
9. Уширение ствола
10. Трубка подачи
11. Трубка отбора
12. Отверстие кожуха
13. Угол вылета снаряда (θ)
14. Опорное уширение
15. Отверстие
16. Фиксатор
17. Отверстие
18. Фиксирующее полукольцо
19. Фиксирующее полукольцо с отверстием
20. Колебания первого порядка
21. Колебания второго порядка
22. Колебания высоких порядков
23. Зона упругих деформаций
24. Стержень с жестко заделанными концами
25. Стержень с жестко заделанными концами и одной опорой.
26. Стержень с жестко заделанными концами и с несколькими опорами.
27. Жестко заделанный стержень с одной опорой.
28. Жестко заделанный стержень с двумя опорами.
29. Жестко заделанный стержень с несколькими опорами.
30. Полость
31. Выступ
Осуществление изобретения
При производстве ствола огнестрельного оружия применяются традиционные технологии обработки металла путем ковки, холодной обработки резанием, прессования, штамповки, пайки и сварки. Технологии широко используются в промышленности. Заявленная конструкция может быть воспроизведена на промышленном предприятии, что говорит о ее соответствии критерию промышленной применимости.