СФЕРИЧЕСКИЙ ФЛЕГМАТИЗИРОВАННЫЙ ПОРОХ ДЛЯ АВТОМАТНЫХ И ВИНТОВОЧНЫХ ПАТРОНОВ
SPHERICAL MODERATED POWDER FOR AUTOMATIC WEAPON AND RIFLE CARTRIDGES

Изобретение относится к области разработки метательных зарядов для патронов стрелкового оружия, более конкретно к сферическим двухосновным флегматизированным порохам, применяющимся в автоматных и винтовочных патронах стрелкового оружия калибра от 5,45 мм до 12,7 мм.
Сферические пороха - это многокомпонентные энергетические системы, в которых пороховые элементы имеют шаровую или эллипсоидную форму, изготавливаются по водно-эмульсионной или экструзионной технологии. Возможность обеспечения более высокой насыпной плотности, возможность ввода значительного количества наполнителей, относительно простая технология, более высокая производительность и безопасность в сравнении с известными технологиями пироксилинового и баллистидных порохов позволяет применять сферический порох производителями разных стран в патронах боевого, спортивного и охотничьего оружия, в строительно-монтажных патронах, в боеприпасах артиллерии малого калибра.
Необходимо отметить, что из-за повышенных энергетических параметров сферического двухосновного флегматизированного пороха, иностранные производители, как правило, применяют его в патронах стрелкового оружия с латунной гильзой, которая позволяет выдержать большие силовые нагрузки. Российское производство в основном выпускает патроны стрелкового оружия со стальной гильзой, в которой применение подобного пороха требует определенных доработок.
В связи с новой доктриной выполнения боевых операций, большим спросом стали пользоваться патроны для высокоточного оружия. Известно, что для эффективного выполнения различных боевых задач важную роль играют баллистические характеристики используемых патронов и качество их изготовления. Поэтому, в настоящее время, актуальной является разработка и постановка на производство высококачественных отечественных патронов стрелкового оружия, которые бы ничем не уступали и превосходили по своим эксплуатационным характеристикам патроны, выпускаемые передовыми зарубежными фирмами.
3
Известен заряд для 7,62 мм спортивного винтовочного патрона (патент RU №2584284 С2, опуб. 20.05.2016), размещенный в гильзе с капсюлем-воспламенителем. Заряд выполнен из сферического двухосновного пороха с насыпной плотностью более 1,0 кг/дм, флегматизированного с поверхности 3,5-5,0 мас. % олигоэфиракрилата МГФ-9 и 3,5-5,0 мас. % централита I по отношению к массе пороха, имеющего в составе нитроцеллюлозу с содержанием оксида азота 213-214 мл NO/г, нитроглицерин 19,0-21,0 мас. %, дифениламин 0,3-0,5 мас. %, влагу 0,2-0,4 мас. %, этилацетат 0,01-0,1 мас. %, покрытого с поверхности графитом 0,1-0,3 мас. % при следующем соотношении фракций, мас. %: (1,25-0,7) мм - не менее 80, более 1,25 и менее 0,7 мм - не более 20.
К недостаткам этого изобретения можно отнести следующее. Минимальное содержание флегматизатора и содержание нитроглицерина 21 мас. % способствует быстрому нарастанию максимального давления пороховых газов (<0,5 мсек.), что вызывает увеличение силовой нагрузки на гильзу, из-за этого могут образовываться трещины в донце гильзы, и ее последующее разрушение. При содержании флегматизатора выше 7 мас. %, уменьшаются энергетические характеристики метательного заряда и скорость его горения, что приводит к получению неудовлетворительных баллистических характеристик патронов. Также может происходить заклинивание гильзы при ее экстракции или затяжной выстрел, следовательно, не обеспечивается надежность работы автоматического оружия.
Известен сферический флегматизированный порох для автоматных и винтовочных патронов (патент RU №2254312 С1, опубл. 20.06.2005), который выбран в качестве прототипа. Он состоит из пороховых зерен сфероидальной формы с флегматизационным поверхностным слоем, содержит энергетическую основу - нитроцеллюлозу и нитроглицерин, этилацетат, флегматизатор - централит №1, стабилизатор химической стойкости - дифениламин и воду, дополнительно содержит в качестве флегматизатора дибутилфталат, и/или диоктилфталат, и/или диэтилгексилфталат, и/или триэтиленгликольдиметакрилат, и/или олигоэфиракрилат, при этом толщина флегматизационного поверхностного слоя имеет величину в мкм: S=55-0,0312Д, где Д - диаметр порохового зерна, мкм, а концентрация флегматизатора в флегматизационном поверхностном слое составляет 8-20 мас. %, теплота горения пороха в ккал/кг соответствует формуле: Q=685+0,344Д при следующем соотношении компонентов, мас. %:
max
Недостатками такого технического решения является то, что параметры горения предлагаемого порохового метательного заряда не оптимизированы. Индикаторная диаграмма давления пороховых газов по времени выстрела (P(τ)) не соответствует требованиям предъявляемым в настоящее время к высокоточным патронам, и поэтому применение подобного метательного заряда будет не эффективно в патронах для высокоточного стрелкового оружия.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание нового метательного заряда для патронов стрелкового оружия, обеспечивающего эффективную, надежную, безотказную работу оружия.
Поставленная задача решается за счет нового сферического флегматизированного пороха для автоматных и винтовочных патронов, в котором известный компонентный состав пороховых зерен сфероидальной формы с флегматизированным поверхностным слоем, содержащий энергетическую основу - нитроцеллюлозу и нитроглицерин, флегматизатор - централит №1, дополнительно содержащий дибутилфталат, и/или диоктилфталат, и/или диэтилгексилфталат, и/или триэтиленгликольдиметакрилат, и/или олигоэфиракрилат, растворитель - этилацетат, стабилизатор химической стойкости - дифениламин и воду, имеет следующие отличительные особенности. Толщина флегматизированного поверхностного слоя составляет 15,5-30% от толщины горящего свода, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
этилацетат
0,3-0,7
флегматизатор
1,5-6,5
дифениламин
0,3-0,7
вода
0,2-0,6
нитроглицерин
16,0-18,9
нитроцеллюлоза
остальное
Кроме этого поставленная задача будет успешно выполнена, если:
- отношение диаметра порохового зерна к толщине горящего свода составляет от 1,0 до 2,05;
3
- плотность заряжания патрона сферическим флегматизированным порохом составляет от 0,85 до 1,15 г/см.
Технический результат, полученный от изобретения, заключается в повышении скорости пули без увеличения максимального давления пороховых газов.
Сферический флегматизированный порох для автоматных и винтовочных патронов является двухосновным, состоит из пороховых зерен с нанесенным на их поверхность флегматизированным слоем, который состоит из комбинации флегматизаторов, регулирующих скорость горения пороховых зерен, обеспечивая прогрессивное горение метательного заряда. Порох выполнен по традиционной эмульсионной технологии изготовления. Основными технологическими параметрами изготовления пороха являются температура, концентрация используемых веществ и время процесса флегматизации.
Достоинства и преимущества заявляемого сферического флегматизированного пороха - это его принципиально новые показатели качества, которые являются оптимальными технологическим параметрами, обеспечивающие стабильные баллистические характеристики для высокоточных патронов стрелкового оружия.
На фиг. 1 приведено фото, сделанное под микроскопом, на котором изображен срез пороховых зерен.
В таблице 1 приведены данные испытаний метательных зарядов из порохов заявляемого состава с граничными значениями.
Из результатов, приведенных в таблице 1, видно, что пороха с заявленными физико-химическими характеристиками имеют стабильные баллистические характеристики и обеспечивают скорость пули, превышающую зарубежный аналог.
1) выбранный диапазон толщины флегматизированного поверхностного слоя 15,5-30% от толщины горящего свода является оптимальным технологическим параметром, отработанным на практике, который обеспечивает повышенное прогрессивное горение метательного заряда и максимальную передачу кинетической энергии пули патрона;
2) содержание флегматизатора от 1,5 до 6,5 мас. % обусловлено следующим:
- содержание флегматизатора менее 1,5 мас. % способствует увеличению скорости горения пороха и, как следствие, увеличение максимального давления пороховых газов, что может привести к поломке оружия;
- содержание флегматизатора более 6,5 мас. % способствует неполному сгоранию пороха, особенно при отрицательных температурах, следствием этого могут являться затяжные выстрелы, осечки патрона, неработоспособность автоматики оружия и низкие неудовлетворительные требования по баллистическим характеристикам;
3) содержание нитроглицерина составляет от 16,0 до 18,9 мас. %:
- пороховой заряд с содержанием нитроглицерина менее 16,0 мас. % будет обладать низкой энергетикой и не достаточно обеспечивать требуемые баллистические характеристики;
- при содержании в пороховом заряде нитроглицерина более 18,9 мас. %, слой флегматизатора становится неустойчивым и будет проникать от наружного слоя порохового зерна вглубь энергетической основы более заявленного диапазона, что также отрицательно скажется на баллистических характеристиках патрона;
4) отношение диаметра порохового зерна к толщине горящего свода составляет от 1,0 до 2,05:
- соотношение диаметра порохового зерна к толщине горящего свода менее 1,0 способствует увеличению скорости сгорания пороха и как следствие к нарастанию давления пороховых газов, в результате чего может происходить аномальный выстрел и не экстракция гильзы;
- соотношение диаметра порохового зерна к толщине горящего свода более 2,05 способствует не полному сгоранию пороха, и соответственно повышенному разбросу баллистических характеристик;
3
5) плотность заряжания патрона сферическим флегматизированным порохом составляет 0,85-1,15 г/см:
- плотность заряжания патрона сферическим флегматизированным порохом, составляющая менее 0,85 г/см, не обеспечивает предъявляемые требования по скорости пули;
3
- плотность заряжания патрона сферическим флегматизированным порохом, составляющая более 1,15 г/см обуславливает разрушение порохового зерна, способствует увеличению максимального давления пороховых газов выше допустимых требований.
Для применения во вновь разрабатываемых патронах стрелкового оружия калибра от 5,45 мм до 12,7 мм, а также для их модернизации, предлагаемый сферический флегматизированный порох был изготовлен и апробирован.
Для определения диапазона эффективной работы, модернизированный сферический флегматизированный порох подвергся испытаниям, которые завершились с положительными результатами.
25cp.
мах
2
Так, например, основные предъявляемые требования по баллистическим характеристикам к 5,56-мм патрону RS-101 с пулей повышенной пробиваемости, изготавливаемому отечественным производством со стальной гильзой определяют среднее значение скорости полета пули, V≥930 м/с и среднее максимальное давление пороховых газов, Р≤3100 кгс/см.
По результатам испытаний, баллистические характеристики метательного заряда из заявленного пороха, согласно настоящему изобретению, составили:
25
- среднее значение скорости полета пули, V - 935 м/с;
мах
2
- среднее значение максимального давления пороховых газов, Р - 2962 кгс/см.
Также, проводились баллистические испытания нового порохового заряда в 7,62-мм патроне с тяжелой пулей в сравнении со штатным порохом ВТ.
Результаты испытаний отражены в таблице 2.
За счет использования нового пороха в 7,62-мм винтовочном патроне с тяжелой пулей при меньшем максимальном давлении пороховых газов был получен прирост скорости пули 11%. Этот порох имел следующие геометрические параметры (замеры под микроскопом): длина зерна - от 1,5 до 1,6 мм, ширина - от 1,0 до 1,1 мм, толщина - 0,4 мм, толщина флегматизированного слоя составляла от 78 до 80 мкм (20%).
Также особое внимание при проведении испытаний нового сферического флегматизированного пороха уделялось высокоточным винтовочным патронам, которые являются наиболее перспективными в разработке и актуальными в использовании.
Современные предъявляемые требования по баллистическим характеристикам к 8,6-мм высокоточному снайперскому патрону «.338 Lapua Magnum» с бронебойной пулей, которые необходимо достичь, являются следующие:
25
- среднее значение скорости полета пули, V - 890-905 м/с;
мах
2
- среднее значение максимального давления пороховых газов, Р - 3300 кгс/см;
мах
2
- наибольшее значение максимального давления пороховых газов, Р - 3400 кгс/см;
0
3
- объем зарядной каморы, Wcp - 6,2 см;
3
- плотность заряжания патрона, Δср - 0,97 г/см.
Сравнительные испытания различных порохов в 8,6-мм патронах, обозначенных «.338 Lapua Magnum» приведены в таблице 3.
Анализ полученных данных, приведенных в таблице 3, позволяет сделать вывод, что применение нового сферического пороха, согласно изобретению, в 9-мм патронах соответствует современным предъявляемым требованиям по среднему значению скорости полета пули при этом не увеличивая максимального давления поровых газов. Кроме того, эти баллистические характеристики у нового сферического пороха значительно улучшены по сравнению с ранее известными аналогами, более стабильны и являются оптимальными.
Более того, предлагаемый сферический порох был проверен в 8,6-мм патроне при различных температурах зарядов. Результаты баллистических испытаний приведены в таблице 4.
Из полученных результатов таблицы 4 видно, что новый порох обеспечивает получение требований к высокоточным патронам во всем диапазоне температур эксплуатации. При этом обращает внимание высокая стабильность полученных баллистических характеристик.
Сферический флегматизированный порох, согласно настоящему изобретению, удовлетворяет всем предъявляемым в настоящее время требованиям к патронам стрелкового оружия по баллистическим характеристикам и превосходит аналоги. Данное изобретение не ограничивается использованием в патронах с латунной гильзой, а может успешно применяться в патронах отечественного производства со стальной гильзой.
Таким образом, изобретение решает поставленную задачу и обеспечивает эффективную, надежную, безотказную работу автоматики стрелкового оружия.