Дульный тормоз
RECOIL COMPENSATOR

Полезная модель относится к области стрелково-пушечного вооружения и может быть использована для создания приложенного к стволу тянущего в сторону выстрела силового действия пороховых газов, и снижения действия газов на боевой расчет в периоде последействия.
Повышение могущества стрелково-пушечного вооружения приводит к существенному увеличению силового действия на ствол при выстреле в сторону, противоположную выстрелу. Одним из инструментов снижения этих нагрузок является дульный тормоз, создающий тянущее в сторону выстрела усилие за счет организации потоков пороховых газов в его полостях. При этом истекающие в сторону боевого расчета пороховые газы создают избыточное давление ударной волны, которое может превышать значения, установленные медицинскими нормами.
Практикой и экспериментами установлено, что:
- пространственно-временная структура течения газов в полости дульного тормоза является неоднородной и нестационарной, фактические значения силового действия могут составлять десятки и сотни тысяч Н;
- пространственно-временная структура течения газов в полости дульного тормоза существенно зависит от его конструкции и значений геометрических параметров;
- избыточное давление дульной ударной волны, при прочих равных условиях, возрастает пропорционально могуществу артиллерийского орудия.
Исследования явления выстрела показывает, что обозначенные выше негативные моменты могут быть нивелированы путем формирования такой структуры течения пороховых газов, которая обеспечивает увеличение тянущего усилия дульного тормоза и длительности действия пороховых газов в его полости. При этом избыточное давление дульной ударной волны по сравнению с прототипом может оставаться неизменным или незначительно возрастать.
Эффект от использования полезной модели состоит:
- в увеличении тянущего в сторону выстрела силового действия пороховых газов и импульса за счет существенного увеличения времени его формирования в полости дульного тормоза;
- в уменьшении избыточного давления в периоде последействия путем снижения энергетического потенциала газов организацией встречного течения их потоков при выходе из полости дульного тормоза.
Существуют конструкции дульных тормозов, обеспечивающие рассеяние части потока пороховых газов через каналы различной формы в корпусе тормоза при прохождении снаряда и вслед за ним.
Известна конструкция [1] оконного камерного дульного тормоза (на фиг. 1 обозначена как «Прототип»), содержащая корпус 1 с выполненными в его стенке боковыми окнами 4, диафрагму 2, делящую полость тормоза на следующие одна за другой камеры С и D, рамки IV окон 4 для создания тянущего усилия при действии на них пороховых газов. Корпус содержит (фиг. 1) область I крепления к стволу, переходную конусную область II, основную цилиндрическую область III, рамки окон IV. Конструкция отличается относительной простотой и находит широкое применение в артиллерийской практике.
Основным недостатком такой конструкции является отсутствие управления структурой потока пороховых газов при выстреле с целью формирования желательных свойств дульного тормоза [2, 3, 4]. Камеры обеспечивают последовательный отвод газов при движении снаряда как устройства, перекрывающего центральный канал. Последовательность срабатывания камер тормоза моделировалась для осколочно-фугасного снаряда ОФ462 122-мм гаубицы 2А18М на полном заряде. На фиг. 2 показан вид сверху, а на фиг. 3-вид сбоку. Под каждым фрагментом указано время регистрации движения снаряда и течения газов в полости дульного тормоза. Исследование процесса проведено на трехмерной полномасштабной модели тормоза, построенного в среде Solid Works [7], с использованием метода решеточных уравнений Больцмана [8, 9]. Реальное время работы дульного тормоза такой конструкции составляет четверть расчетного, получаемого на основе классической теории [4, 5, 6]. Следствием принятой конструктивной схемы является недостаточное время работы пороховых газов в полости дульного тормоза, что не позволяет увеличить его тянущее усилие, и избыточный потенциал газов, приводящий к значительному давлению на местах боевого расчета.
Целью заявляемой полезной модели является увеличении тянущего в сторону выстрела силового действия пороховых газов и импульса за счет существенного увеличения времени его формирования в полости дульного тормоза, уменьшения избыточного давления в периоде последействия путем снижения энергетического потенциала газов организацией встречного течения их потоков при выходе из полости дульного тормоза. Эта цель достигается следующими изменениями конструкции прототипа.
1. В известной конструкции дульного тормоза кольцевой в плане поперечный профиль еn переходной области II (фиг. 1) заменен профилем еm(фиг. 1, фиг. 4) с внутренним диаметром основания d (фиг. 4), высотой профиля 2.1d и расстоянием между вертикальными частями стенок 0.66d, длиной переходной области 0.82d (фиг. 5).
2. Цилиндрический профиль ƒn основной области III (фиг. 1) тормоза заменен на эллипсный ƒм с большим горизонтальным радиусом 2.65d (фиг. 4) и малым вертикальным радиусом 2.47d, длиной 3.6d (фиг. 5).
3. Поперечная диафрагма 2 (фиг. 1, фиг. 4) заменена двумя продольными стенками 3 по всей длине основной области корпуса III с линейно-радиальным профилем в плане, повторяющим профиль переходной области ем в месте ее соединения с основной областью III. Образованные таким образом две концентрично расположенные камеры А и В (фиг. 1) соединены через окна 5 в стенках 3 длиной 2.4d от переднего дна корпуса тормоза (фиг. 5) и высотой, измеряемой от продольной горизонтальной плоскости с расстояния от 0.575d (1.15d/2) до внутренней стенки основной области III корпуса (фиг. 4).
4. Боковые окна 4 (фиг. 1, фиг. 4) выполнены на всю длину основной области III корпуса высотой 1.15d, углом наклона внутренней поверхности передней стенки рамки окна 70° (фиг. 6), горизонтальными стенками треугольной формы с максимальным расстоянием между вершинами 3.4d (фиг. 6).
Работа устройства.
При прохождении дном снаряда дульного среза ствола пороховые газы через образовавшийся зазор между корпусом снаряда и внутренней поверхностью переходной области корпуса (фиг. 7) попадают во внутреннюю камеру А тормоза, разделяются на верхний и нижний потоки. Каждый из потоков с высокой скоростью достигает переднее дно корпуса тормоза и, отражаясь от него, делится еще на два потока, переходящие во внешнюю полость тормоза В через окна 5 стенки 3. При организованных таким образом потоках время создания тянущего усилия увеличивается, а его величина возрастает. Встречное движение потоков во внешней полости В тормоза способствует снижению их потенциалов и величины давления в окружающей тормоз области.
Моделирование процесса функционирования заявляемой конструкции проведено, как и прототипа, на полномасштабной трехмерной модели. Область исследования течения ограничивалась параллелепипедом с размерами 2000×2000×800 мм. Граничные условия потока на входе соответствовали данным 122 мм гаубицы 2А18М для полного заряда и осколочно-фугасного снаряда ОФ462. Значения тянущих усилий по направлению выстрела показаны на фиг. 8. Отношение максимального значения тянущей силы модели к максимальному значению тянущей силы проекта равно 1.43, отношение средних значений тянущих сил равно 2.5, отношение импульсов тянущих сил равно 1.48. Данные приведены к ограниченному диапазону времени моделирования T=0.0018 с.
Свойства течения газов регистрировались датчиками, расположенными в горизонтальной плоскости симметрии параллелепипеда (фиг. 9, 10). Характер изменения давлений в местах регистрации для прототипа и модели показан на фиг. 11, 12. Данные регистрации свидетельствуют о том, что организация встречного движения газов способствует снижению избыточного давления, данные для предлагаемой модели, не превосходят по величине аналогичных данных прототипа.
Для определения продуктивности выделения каналов в предлагаемой конструкции проведена регистрация давлений в верхней средней точке кольцевой поверхности переднего дна (фиг. 13, датчик 9), в центре рамки правого переднего окна (фиг. 13, датчик 10) и в горизонтальной средней точке кольцевой поверхности диафрагмы (фиг. 13, датчик 11, только для прототипа). Характер изменения давлений в местах регистрации для прототипа и модели показан на фиг. 14.
По результатам моделирования процесса выстрела можно заключить, что заявленные цели реализуются в предлагаемой конструкции дульного тормоза. При этом:
- увеличивается временя нахождения газов в камерах дульного тормоза за счет специальной организации каналов их течения над и под движущимся снарядом;
- увеличивается тянущая сила дульного тормоза за счет подвода газов к переднему дну тормоза без промежуточного рассеивания и разворота потоков на угол более 90°;
- снижается давление газов на выходе из дульного тормоза за счет потери их энергии во встречном взаимодействии в наружной камере дульного тормоза и боковых окнах;
- исключено негативное действие газов на снаряд вследствие его постоянного контакта со стенками внутренней камеры.
Источники.
1. Пушка Д-74 и пушка-гаубица Д-20. Руководство службы. - М.: Воериздат, 1958. - 356 с.
2. Сергеев М.М. Теория и расчет дульных тормозов. - М.: Государственное издательство Оборонной промышленности, 1939. - 140 с.
3. Орлов Ю.В., Ларман Э.К., Маликов В.Г. Устройство и проектирование стволов артиллерийских орудий. М.: Машиностроение, 1976. - 432 с.
4. Бравин Е.Л. Новый метод расчета гидравлических тормозов артиллерийских орудий. - М.: Изд. Артакадемии, 1944. - 127 с.
5. Гордиенко Н.И., Жуков И.И., Осипович Б.Н. Теория и расчет артиллерийских орудий. - Пенза: ПВАИУ, 1967. - 508 с.
6. Баев И.В., Гиря А.Т., Волков В.Ф., Маринюк В.А., Томахин Е.Н. Теория и расчет артиллерийских орудий, Изд. ПВАИУ, 1980. - 472 с.
7. Алямовский, А.А. SolidWorks 2007/2008. Компьютерное моделирование в инженерной практике / А.А. Алямовский. Учебно-методическое пособие. - СПб.: БХВ-Петербург, 2008. - 1040 с.
8. Черчиньяни К. Теория и приложения уравнения Больцмана. М.: Мир, 1978. - 496 с.
9. Кривовичев Г. В. О расчете течений вязкой жидкости методом решеточных уравнений Больцмана. Компьютерные исследования и моделирование, 2013 т. 5 №2 с. 165-178.