Дульное устройство для огнестрельного оружия
MUZZLE DEVICE FOR FIRE WEAOPNS

Заявляемое изобретение относится к элементам огнестрельного оружия, а именно - к дульным устройствам использующих действие пороховых газов в момент выстрела или изменяющим характер этого действия.
Известна зенитная самоходная установка ЗСУ 23-4 «Шилка», (2А6). См., например, Яндекс btvt.info, «ЗСУ 23-4 «Шилка». Дульные устройства данной установки выполнены в виде расширяющихся усеченных конусов, закрепленных своими меньшими основаниями на дульных срезах стволов. Они предназначены для уменьшения пламенности выстрелов и никак не уменьшают отдачу при выстрелах.
Известен пламегаситель для зенитной установки ЗУ-23. См., например, учебное пособие «Устройство и эксплуатация зенитной установки ЗУ-23», автора Махинько О.В. Издательство Томского политехнического университета 2012 г. (стр. 15 рис. 2.2 и стр. 16 рис. 2.3). УДК 358. 116 (075.8), ББК Ц 64я 73, М31. Данный пламегаситель выполнен цилиндрической формы, своей задней частью закреплен на стволе, а его передняя, свободная, часть сообщается с атмосферой. Но это дульное устройство уменьшает пламенность выстрела и никак не влияет на отдачу при выстреле.
Известна 76-мм дивизионная пушка «ЗИС-3». См., например, Яндекс «Пушка зис-3, чертежи». Данное устройство содержит закрепленную на дульном срезе ствола расширительную камеру с цилиндрическим участком, выхлопными окнами, заканчивающуюся крышкой с выходным отверстием для снаряда. Данное дульное устройство работает как дульный тормоз, но не имеет пламегасителя.
Известен «Способ выпуска порохового газа из канала ствола огнестрельного оружия «ТМТ - технология» и надульное устройство «ТМТ». См., например, патент России №2225973, класс МПК F41A 21/32, принятое в качестве прототипа.
Данное дульное устройство содержит расширяющиеся винтовые каналы сложной формы для закручивания потока пороховых газов вокруг оси ствола с центральным сквозным каналом для прохождения снаряда. Это устройство работает как дульный тормоза и как пламегаситель.
Очень трудно, а практически невозможно, эти расширяющиеся винтовые каналы сложной формы и на разных деталях дульного устройства очищать от порохового нагара после каждой стрельбы. А наружный усеченный конус своим расширяющимся концом, сообщающимся с атмосферой, направлен в сторону орудийного расчета, что вынудило установить на ствол еще дополнительный отражающий конус. Это потребовалось для уменьшения теплового воздействия пороховых газов на орудийный расчет, но увеличило запыленность позиции после каждого выстрела. Все это не повышает эксплуатационные характеристики данной конструкции дульного устройства.
Существенными признаками аналогов и прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются следующие: дульное устройство содержит закрепленный на дульном срезе ствола с винтовыми нарезами корпус дульного тормоза с расширительной камерой, с цилиндрическим участком для размещения выхлопных окон, заканчивающийся крышкой с выходным отверстием для снаряда, закрепленный на этой крышке своим меньшим основанием усеченный конус, своим расширяющимся концом направленный к казенной части ствола и цилиндрический стакан своим дном, закрепленный на стволе, а своей открытой частью сообщающийся с атмосферой, и устройство для закручивания потока пороховых газов вокруг оси ствола, размещенное в корпусе.
Недостатками перечисленных технических решений прототипа является то, что, совмещая функции тормоза и пламегасителя, трудно повысить эксплуатационные свойства огнестрельного оружия.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое дульное устройство, является повышение эксплуатационных свойств огнестрельного оружия.
Для достижения названного технического результата усеченный конус в дульном устройстве размещен внутри цилиндрического стакана на всю свою длину, с необходимыми зазорами между дном цилиндрического стакана и расширяющимся концом усеченного конуса, а также между внутренней поверхностью цилиндрического стакана и наружной поверхностью усеченного конуса, а устройство для закручивания потока пороховых газов вокруг оси ствола, размещенное в корпусе, выполнено в виде выхлопных окон расположенных равномерно и тангенциально по окружности цилиндрического участка расширительной камеры и повторяющих направление винтовых нарезов ствола.
Отличительными признаками заявляемого дульного устройства является то, что усеченный конус в дульном устройстве размещен внутри цилиндрического стакана на всю свою длину, с необходимыми зазорами между дном цилиндрического стакана и расширяющимся концом усеченного конуса, а также между внутренней поверхностью цилиндрического стакана и наружной поверхностью усеченного конуса, а устройство для закручивания потока пороховых газов вокруг оси ствола, размещенное в корпусе, выполнено в виде выхлопных окон расположенных равномерно и тангенциально по окружности цилиндрического участка расширительной камеры и повторяющих направление винтовых нарезов ствола.
Заявляемое дульное устройство может найти применение при проектировании нового огнестрельного оружия и при модернизации уже существующего огнестрельного оружия с целью повышения его эксплуатационных свойств.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:
На фиг. 1 - вид сбоку на дульное устройство, с разрезом на половине вида.
На фиг. 2 - сечение по А-А только корпуса дульного устройства в увеличенном масштабе, (М 2:1), относительно фиг. 1.
1
Дульное устройство состоит из корпуса 1 закрепленного на дульном срезе 2 ствола 3 огнестрельного оружия с внутренними винтовыми нарезами 4. Корпус 1 имеет расширительную камеру 5 с цилиндрическим участком 6 с размещенными на нем выхлопными окнами 7 и крышкой 8 с выходным отверстием 9 для снаряда. На крышке 8 закреплен длиной «L», усеченный конус 10, своим меньшим основанием 11, а его большее основание 12 направлено в сторону казенной части ствола 3. Дополнительно установленный на стволе 3 цилиндрический стакан 13 своим дном 14 закреплен на стволе 3, а своей открытой частью 15, направленной в сторону выстрела, стакан 13 также сообщается с атмосферой. Устройство для закручивания потока пороховых газов вокруг оси ствола после дульного среза 2 выполнено в виде выхлопных окон 7, расположенных равномерно и тангенциально по окружности цилиндрического участка 6 расширительной камеры 5, повторяющих направление винтовых нарезов 4 ствола 3, (см. фиг.2). Перед выходом в атмосферу пороховые газы проходят кольцевой расширяющийся канал между внутренней поверхностью 16 цилиндрического стакана 13 наружной поверхностью 17 усеченного конуса 10. Для повышения эксплуатационных свойств заявляемого дульного устройства, его корпус 1, усеченный конус 10, цилиндрический стакан 13 крепятся на стволе 3 любым разъемным соединением, (на фиг. 1 изображено резьбовое соединение). Все детали дульного устройства с любым применяемым разъемным соединением должны дополнительно жестко фиксироваться на стволе 3, (на фиг. 1 это не изображено). Для того чтобы устранить их любой поворот вокруг оси ствола от действия реактивного момента на детали дульного устройства (1, 10, 13), возникающего от закручивания пороховых газов после выхода их из тангенциально расположенных выхлопных окон 7.
1
2
2
Дульное устройство работает следующим образом. Пороховые газы, следующие за снарядом, после покидания ими дульного среза 2 ствола 3 попадают в расширительную камеру 5 со своим цилиндрическим участком 6, где часть пороховых газов, обгоняя снаряд, ударяется в крышку 8, которая в данном случае выполняет функцию дульного тормоза, уменьшающего отдачу ствола 3 при выстреле. Часть пороховых газов вылетает вслед за снарядом через выходное отверстие 9 крышки 8. Часть пороховых газов попадает в выхлопные окна 7, расположенные на цилиндрическом участке 6 расширительной камеры 5. Суммарная проходная площадь всех тангенциальных выхлопных окон 7 должна быть больше площади отверстия ствола 3. Из-за того, что выхлопные окна 7 расположены равномерно и тангенциально по окружности цилиндрического участка 6 расширительной камеры 5, а не перпендикулярно оси ствола 3, пороховые газы, покинув выхлопные окна 7, ударившись во внутреннюю поверхность усеченного конуса 10, к которому они тоже расположены равномерно и тангенциально, будут закручиваться вокруг оси ствола 3 и двигаться в направлении большего основания 12 усеченного конуса 10, постоянно расширяясь и уменьшая свое давление. Покинув усеченный конус 10, длиной «L», пороховые газы попадают в зазор «L», между крайними точками большего основания 12 усеченного конуса 10 и дном стакана 14. Еще раз, расширившись в этом зазоре «L», пороховые газы, изменив направление своего движения на противоположное, в сторону вылетевшего снаряда, попадают в следующий расширяющийся кольцевой канал между внутренней поверхностью 16 цилиндрического стакана 13 и наружной поверхностью 17 усеченного конуса 10. И на этом участке своего движения пороховые газы, продолжают свое расширение и закручивание вокруг оси ствола 3, понижая свое давление и температуру, до самого выхода в атмосферу через открытую часть 15 стакана 13.
Расположение выхлопных окон равномерно и тангенциально по окружности цилиндрического участка расширительной камеры, повторяющих направление винтовых нарезов ствола, необходимо для уменьшения возмущения пограничного слоя пороховых газов, примыкающего к винтовым нарезам ствола, в случае изменения направления их движения на противоположное.
Заявляемое дульное устройство совмещает в себе дульный тормоз и пламегаситель. Функцию тормоза выполняет крышка 8 расширительной камеры 5. Хотя для повышения эффективности торможения ствола при выстреле можно устанавливать дополнительные разделительные шайбы с отверстиями для прохождения снаряда в расширительную камеру 5. Наличие выхлопных окон 7, расположенных равномерно и тангенциально на цилиндрической части 6, расширительной камеры 5, дающих закрутку пороховым газам вокруг оси ствола 3, значительно увеличивает их длину пути, а значит и время истечения порохового газа в атмосферу. А длины усеченного конуса 10 и цилиндрического стакана 13 определяют время контакта, а значит и время трения несгоревших частиц порохового газа, которые и определяют пламенность выстрела, с элементами дульного устройства до полного их сгорания. Это функция пламегасителя, конструкция которого позволяет, кроме того, осуществлять понижение давления пороховых газов перед их выходом в атмосферу до приемлемых параметров, изменяя длину усеченного конуса 10 или угол его конусности и, соответственно, длину и диаметр цилиндрического стакана 13.
1
2
Чтобы площадь поперечного сечения кольцевого канала для прохода пороховых газов постоянно увеличивалась по всей своей длине, необходимо выполнять некоторые расчетные математические зависимости. Кроме того, некоторые размеры должны быть уже известны, как например наружный диаметр цилиндрической поверхности, на которой расположены выхлопные окна. Необходимо, чтобы площадь кольца с диаметрами «D» и «D» была больше суммарной площади всех проходных сечений тангенциально расположенных выхлопных окон, т.е.
0,785 - коэффициент, учитывающий площадь круга, считаемую через его диаметр, и равный числу «пи» деленному на четыре.
1
D - наружный диаметр цилиндрической поверхности расширительной камеры, на которую выходят выхлопные окна. Это конструктивный размер, он должен быть известен.
2
D - внутренний диаметр меньшего основания усеченного конуса.
окон
_
F суммарная площадь всех проходных сечений тангенциально расположенных выхлопных окон. Это конструктивный размер, он должен быть известен.
После преобразования получаем, что:
Извлекая квадратный корень из формулы (2), определили «D2».
Знак «больше» показывает, что все рассчитанные значения искомых величин должны быть увеличены еще на (3 - 4)% от своих значений. Эти проценты гарантируют постоянное увеличение площадей проходных сечений для порохового газа.
2
3
4
Величина зазора «L» зависит от площади кольца, образованного диаметрами «D» и «D» т.е.
2
где L - величина зазора между большим основанием усеченного конуса и внутренней поверхностью дна цилиндрического стакана.
3,14 - число «пи».
3
D - наружный диаметр ствола, а если в данном месте находится части корпуса дульного устройства, то это наружный диаметр именно этой части, который тоже должен быть известен.
4
D - внутренний диаметр  основания усеченного конуса.
2
4
2
4
L•3,14•D - площадь боковой поверхности цилиндра длиной «L» и диаметром «D».
4
3
3
4
2
2
0,785•(D-D) - площадь кольца с диаметрами «D» и «D» После преобразования получается, что:
4
1
Но «D» зависит от длины «L» конуса и его угла наклона, т.е.
2
где D - см. формулу (2).
1
L - длина усеченного конуса. Это конструктивный размер, он должен быть известен.
tg β - тангенс угла «β» между осью ствола и образующей усеченного конуса. Это конструктивный размер, он должен быть известен.
2 - цифра, показывающая что, если угол «β» измеряется как радиус, от оси ствола, то чтобы получить диаметр, произведение необходимо удвоить.
4
2
Нашли «D» и «L».
Следующая площадь поперечного сечения кольцевого канала между наружной поверхностью усеченного конуса и внутренней поверхностью цилиндрического стакана связаны зависимостью:
6
5
5
6
2
2
0,785•(D-D) - площадь кольца с диаметрами «D» и «D».
5
D - диаметр наружной поверхности большего основания усеченного конуса.
Он равен сумме «D4» и двойной толщины стенки  основания усеченного конуса, которая известна, т.к. заложена в саму конструкцию усеченного конуса.
6
D - диаметр внутренней поверхности цилиндрического стакана.
2
4
2
4
L•3,14•D - площадь боковой поверхности цилиндра длиной «L» и диаметром «D». После преобразования получается, что:
6
Извлекая квадратный корень из формулы (7), определили «D».
Основные размеры деталей дульного устройства определены, осталась зона перехода дна стакана в его цилиндрическую поверхность.
Для плавного увеличения площадей проходных, для пороховых газов сечений, внутренний радиус «R» перехода дна стакана в цилиндрическую поверхность должен соответствовать зависимости:
5
6
D и D - см. формулу (6) и (7).
Если радиус «R» будет меньше, то появится местное увеличение площади наклонного, уже конического, сечения между наружной кромкой большего основания усеченного конуса и местом перехода дна стакана в цилиндрическую поверхность, с последующим ее уменьшением до следующего сечения, расположенного в начале цилиндрического участка, а дальше снова последует увеличение площади кольцевого сечения. Т.е. площадь сечения в районе радиуса «R» будет больше площади кольцевого сечения в конце радиуса «R», что нарушает плавность возрастания площадей кольцевых сечений.
Если радиус «R» будет больше, то площадь наклонного, уже конического, сечения между наружной кромкой большего основания усеченного конуса и местом перехода дна стакана в цилиндрическую поверхность уменьшится и станет меньше площади сечения, расположенного до начала радиуса «R», что также нарушает плавность возрастания площадей кольцевых сечений.
Применение простых, хорошо отработанных при изготовлении и эксплуатации, цилиндрических, конических поверхностей и тангенциально расположенных по окружности выхлопных окон на разъемных деталях заявляемого дульного устройства позволяет повысить его эксплуатационные свойства. Что только частично, (конические поверхности), присутствует у прототипа.
Использование выхлопных окон, для закручивания потока пороховых газов, этого нет у прототипа.
Размещение усеченного конуса внутри цилиндрического стакана позволяет вдвое сократить его рабочую длину, используя, как внутреннюю, так и наружную поверхности данного усеченного конуса, чего нет у прототипа.
Использование не сообщающихся напрямую с атмосферой выхлопных окон, закрытых деталями дульного устройства, позволяет уменьшить воздействие пороховых газов на окружающую среду, т.е. понизить запыленность позиции, а значит и понизить демаскирующий эффект выстрела, чего нет у прототипа.
Наличие цилиндрического стакана, своей открытой частью направленной в сторону выстрела, позволяет частично изменить направленность звука выстрела, чего нет у прототипа.
Заявляемое дульное устройство может найти применение при проектировании нового огнестрельного оружия и при модернизации уже существующего огнестрельного оружия, с целью повышения его эксплуатационных свойств.