ЗАРЯД К АРТИЛЛЕРИЙСКОМУ ОРУДИЮ
ARTILLERY PIECE PROJECTILE CHARGE

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к конструкции артиллерийских зарядов, и может найти широкое применение при производстве артиллерийских зарядов из зерненых порохов.
Особенность зарядов из зерненых порохов состоит в том, что они применяются для комплектации выстрелов как унитарного, так и раздельно-гильзового заряжания. При этом известно, что особенностью зерненых порохов является наличие в зернах внутренних каналов.
Известен заряд к минометному выстрелу (см. Шагов Ю.В. «Взрывчатые вещества и пороха», М.: МО СССР, 1976 г., с.114-115), состоящий из навески ленточного пороха.
Такие заряды, содержащие навеску ленточного пороха, позволяют обеспечить надежное функционирование боеприпасов в минометных орудиях, то есть короткоствольных артиллерийских системах, работающих при небольших давлениях.
Недостатком этого технического решения, как показывает практика, является сложность применения таких зарядов для артиллерийских систем, имеющих большую длину ствола (пушки, гаубицы). То есть ленточные пороха, имея большую начальную поверхность горения, при движении снаряда по каналу ствола значительной длины (порядка 30-45 калибров) обеспечивают максимальное давление в каморе орудия, достигающее величины, опасной для прочности ствола.
Задачей данного технического решения являлось создание заряда, работающего при небольших давлениях для короткоствольных систем без предъявления требования по функционированию в длинноствольных артиллерийских системах при больших давлениях.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является заряд к артиллерийскому орудию, содержащий навеску зерненого пороха с соотношением диаметра каналов зерен навески пороха к толщине горящего свода равным 0,31-1,22 (см. патент РФ №2154796 «Заряд к артиллерийскому орудию», опубл. 20.08.2000 г., БИ №23), принятый авторами за прототип.
Как видно из этого технического решения, применение зерненых порохов в заряде обеспечивает давление пороховых газов при выстреле в расчетных пределах в артиллерийских орудиях со стволами длиной не более 50 калибров.
К причинам, препятствующим достижению указанного технического результата при использовании известного заряда, принятого авторами за прототип, относится то, что его конструкция не позволяет обеспечить стабильный уровень максимального давления в артиллерийских системах с длиной ствола более 50 калибров.
Таким образом, задачей данного технического решения (прототипа) является создание заряда к артиллерийскому орудию, обеспечивающего расчетный уровень максимального давления в артиллерийских системах с длиной ствола более 50 калибров.
Общими признаками с предлагаемым авторами зарядом является наличие навески зерненого пороха с соотношением диаметра каналов зерен (пороховых элементов) навески пороха к толщине горящего свода равным 0,31-1,22.
В отличие от прототипа в предлагаемом авторами заряде суммарная площадь поверхности каналов зерен навески пороха выполнена равной 0,08-0,51 площади поверхности зерен навески.
В частных случаях, то есть в конкретных формах исполнения, изобретение характеризуется следующими признаками:
- заряд содержит стержневое воспламенительное устройство в виде перфорированной трубки с воспламентельным составом, причем диаметр отверстий перфорации выполнен с соотношением 1,1-5,1 толщины горящего свода зерен навески пороха;
- заряд снабжен навеской из трубчатых пороховых элементов, расположенных по оси заряда;
- навеска пороха выполнена в картузе или пересылочном мешке, уложена в укупорку, а толщина стенки укупорки выполнена в пределах 0,1-3,2 толщины горящего свода пороховых элементов.
Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.
Указанные признаки, отличительные от прототипа и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, во всех случаях достаточны.
Задачей предлагаемого изобретения является создание заряда к артиллерийскому орудию, обеспечивающего расчетный уровень максимального давления пороховых газов, надежную обтюрацию и экстракцию, отсутствие демаскирующих факторов, возможность многократного использования, а также высокие эксплуатационные характеристики.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном заряде, содержащем навеску зерненого пороха с соотношением диаметра каналов зерен навески пороха к толщине горящего свода равным 0,31-1,22, особенность заключается в том, что суммарная площадь поверхности каналов зерен навески пороха выполнена равной 0,08-0,51 площади поверхности зерен навески.
Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между ними позволяют, в частности, за счет:
- выполнения суммарной площади поверхности каналов зерен навески пороха, равной 0,08-0,51 площади поверхности зерен навески, обеспечить расчетный уровень максимального давления пороховых газов. В навеске пороха, выполненной с суммарной площадью поверхности каналов менее 0,08 площади поверхности зерен навески, резко увеличивается время сгорания пороховых элементов, при этом пик давления и окончание сгорания навески пороха смещаются от казенника к дульному срезу, что приводит к увеличению толщины стенки средней части и массы ствола. Кроме того, заряд, не сгорая полностью в стволе орудия, резко снижает начальную скорость снаряда и соответственно дальность стрельбы.
При выполнении суммарной площади каналов зерен навески пороха более 0,51 площади поверхности зерен навески из-за быстрого распада и дробления зерен навески резко нарушается геометрический закон горения и, как следствие, максимальное давление выходит за пределы расчетного, что может вызвать нарушение прочности ствола и разрушение артиллерийской системы.
Существенность признака, характеризующего отношение суммарной площади поверхности каналов зерен навески пороха к общей площади поверхности зерен навески, равной 0,08-0,51, объясняется тем, что только в этих границах значений указанного соотношения проявляется положительный эффект, на который направлено изобретение. Это подтверждается таблицей 1.
Таблица 1
Отношение ΣПпк/ОПпз
Сохранение целостности навески
Сохранение целостности порохового элемента
Отсутствие снижения давления в канале ствола
Отсутствие демаскирующего фактора
Обтюрация
Многократное использование гильзы (поддона)
Отсутствие смещения пика давления
Экстр акция
0,05
-
+
-
-
-
+
-
+
0,08
+
+
+
+
+
+
+
+
0,25
+
+
+
+
+
+
+
+
0,51
+
+
+
+
+
+
+
+
0,65
+
-
+
-
+
.
+
-
Из таблицы следует, что при значении отношения ΣПпк/ОПпз равного 0,05 (ΣПпк - суммарная площадь поверхности каналов зерен навески пороха, ОПпз - общая площадь поверхности зерен навески) происходит нарушение целостности навески при транспортировке заряда за счет значительных контактных нагрузок на навеску в зонах взаимодействия с прилегающими к ней пороховыми элементами, при отношениях, равных 0,08, 0,25, 0,51 и 0,65, уровень нагрузок значительно снижается, что обеспечивает целостность навески.
При отношениях, равных 0,05, 0,08, 0,25 и 0,51, нарушение целостности пороховых элементов при взаимодействии с навеской в условиях нагрузок, характерных для условий транспортировки, не происходит, а при отношении, равном 0,65, из-за недостаточной толщины горящего свода пороховых элементов происходит их разрушение.
При отношении, равном 0,05, время горения пороховых элементов заряда значительно возрастает и процесс горения остатков пороховых элементов продолжается после выхода снаряда из канала ствола, что приводит к падению рабочего давления и, как следствие, к уменьшению начальной скорости снаряда и заданной дальности стрельбы, а также догорающие за казенным срезом после экстракции гильзы горящие остатки пороховых элементов (обратное пламя) являются опасными для расчета орудия, а также демаскируют орудие и позицию.
При отношениях, равных 0,08, 0,25, 0,51 и 0,65, снижение давления в канале ствола не происходит, обратное пламя отсутствует.
В то же время при отношении, равном 0,65, высокотемпературные продукты сгорания, выбрасываемые за дульный срез, формируют светящийся факел (дульное пламя), являющийся демаскирующим фактором.
При отношении, равном 0,05, не обеспечивается обтюрация пороховых газов стенками гильзы (поддона), так как усилие деформации стенок гильзы (поддона), создаваемое давлением пороховых газов при их воспламенении, недостаточно для обеспечения обтюрации. При отношениях, равных 0,08, 0,25, 0,51 и 0,65, обеспечивается обтюрация пороховых газов.
При отношении, равном 0,65, полученные значительные остаточные пластические деформации гильзы (поддона) исключают возможность экстракции и не могут быть использованы для повторного применения из-за необратимого увеличения диаметра гильзы (поддона). При отношениях, равных 0,05, 0,08, 0,25 и 0,51, толщина стенки гильзы (поддона) позволяет за счет упругих деформаций (без значительных пластических деформаций) многократно ее использовать.
При отношении, равном 0,05, время горения пороховых элементов заряда значительно возрастает и при этом пик давления смещается от казенной части орудия к дульному срезу, что может привести к нарушению целостности ствола и выходу орудия из строя. При отношениях, равных 0,08, 0,25, 0,51 и 0,65, время горения пороховых элементов заряда сокращается, а положение пика давления не выходит за пределы казенной части ствола, при этом нарушение целостности ствола не происходит.
Очевидно, что выбранные авторами отношения суммарной площади поверхности каналов зерен навески пороха, выполненной равной 0,08-0,51 общей площади поверхности зерен навески, позволяют получить неизвестное в уровне техники техническое решение. При равных отношениях диаметра канала к толщине горящего свода 0,31-1,22 прототипа и заявляемого технического решения отношения суммарных площадей поверхности каналов зерен навески пороха к общей площади поверхности зерен навески пороха и прототипа будут совершенно разными, что подтверждается материалами заявок прототипа и заявляемого технического решения, а также сущностью предложенного авторами изобретения. Как видно из прототипа (см. фиг.2, патент РФ №2154796), его пороховой элемент имеет иную форму, чем пороховой элемент заявляемого технического решения, у которого между горящими сводами соседних каналов, а также наружной поверхностью зерна сформированы силовые конструктивные элементы, повышающие механические свойства зерен, задерживающие процесс их разрушения до сгорания и тем самым существенно меняющие временные характеристики процесса горения, определяя совершенно иной характер газообразования. Без указанных силовых конструктивных элементов происходит преждевременное разрушение зерен от избыточного давления пороховых газов внутри каналов зерна, что приводит к многократному увеличению площади горения пороховых элементов и резкому росту давления в канале ствола. Наличие наружных поверхностей силовых конструктивных элементов и определяет отличие отношений суммарных площадей поверхности каналов зерен навески пороха к общей площади поверхности зерен навески пороха заявляемого объекта от прототипа.
Признаки, характеризующие изобретение в конкретных формах исполнения, в частности, за счет:
- оснащения заряда дополнительным стержневым устройством в виде перфорированной трубки с воспламенительным составом с диаметром отверстий перфорации, выполненными равными 1,1-5,1 толщины горящего свода зерен навески пороха, обеспечить стабильность начальных скоростей снарядов и высокую точность стрельбы. При диаметре отверстий перфорации менее 1,1 толщины горящего свода зерен навески происходит неустойчивое воспламенение и горение заряда, носящее волнообразный характер, что отрицательно влияет на стабильность начальных скоростей снарядов. При диаметре отверстий перфорации более 5,1 толщины горящего свода зерен навески в начальный момент воспламенения заряда чрезмерная скорость распространения форса огня в пространстве между пороховыми элементами приводит к резкому скачку давления пороховых газов, сопровождающемуся быстрым распадом и дроблением пороховых элементов. При этом максимальное давление пороховых газов выходит за пределы допустимого и может вызвать нарушение прочности ствола и его разрушение;
- снабжения заряда навеской из трубчатых пороховых элементов, расположенных по оси заряда, обеспечить равномерность воспламенения заряда по всему объему без применения дополнительных стержневых воспламенительных устройств и высокую стабильность начальных скоростей снарядов;
- выполнения навески пороха в картузе или пересылочном мешке, уложенной в укупорку с толщиной стенки 0,1 - 3,2 толщины горящего свода пороховых элементов, обеспечить сохранность формы и размеров пороховых элементов, безопасность в условиях служебного обращения, отказаться от использования дополнительных амортизирующих элементов для гашения динамических нагрузок за счет упругих свойств стенок укупорки. При выполнении толщины стенки укупорки менее 0,1 толщины горящего свода пороховых элементов под действием длительных знакопеременных нагрузок и взаимодействия с пороховьми элементами в стенках герметичной металлической укупорки возникают опасные напряжения, приводящие к потере прочности стенок укупорки с образованием складок и вмятин, переходящих в сквозные трещины, и соответственно к потере герметичности укупорки. При выполнении толщины стенки укупорки более 3,2 толщины горящего свода пороховых элементов картузы или пересылочные мешки с навесками пороха, находящимися в непосредственном контакте со стенками металлической укупорки, испытывают значительные внутренние напряжения, активизирующие процесс истирания и выкрашивания поверхностей пороховых элементов и образование пороховой пыли (ввиду большой разницы упругости стенки укупорки и пороховых элементов). Нарушение исходной формы пороховых элементов приводит к изменению штатных баллистических характеристик зарядов, а образование пороховой пыли увеличивает вероятность самовоспламенения заряда.
Вышеуказанные признаки, отличающие предлагаемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и не известны из уровня техники в процессе проведения патентных исследований, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизны».
Исследуя уровень техники в ходе патентного поиска по всем видам сведений, доступных в странах бывшего СССР и зарубежных странах, обнаружено, что предлагаемое техническое решение явным образом не следует из известного на сегодня уровня техники, следовательно, можно сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения заключается в том, что заряд к артиллерийскому орудию, содержащий навеску зерненого пороха с соотношением диаметра каналов навески пороха к толщине горящего свода зерен навески пороха, равным 0,31-1,22, в отличие от прототипа, согласно изобретению суммарная площадь поверхности каналов зерен навески пороха выполнена равной 0,08-0,51 площади поверхности зерен навески.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена навеска пороха 1, размещенная в картузе или пересылочном мешке 4, на фиг.2 - зерно навески 2 (поперечное сечение) с каналами К, на фиг.3 - варианты конкретного исполнения, на фиг.4 укрупненно показано зерно навески (вид с торца), где 2е1 - толщина горящего свода, D - диаметр каналов К, Г - силовые конструктивные элементы.
В частных случаях, то есть в конкретных формах исполнения, заряд содержит стержневое воспламенительное устройство 3 с диаметром отверстий перфорации d или снабжен навеской из трубчатых пороховых элементов, расположенных по оси заряда.
Вышеописанное устройство работает следующим образом. Заряд размещают в каморе орудия. После срабатывания средства воспламенения форс огня поступает в навеску пороха 1 (в частных случаях, то есть в конкретных формах исполнения, форс огня сначала поступает в стержневое воспламенительное устройство 3 или в навеску из трубчатых пороховых элементов) и распространяется по площади поверхности зерен навески, при этом происходит воспламенение заряда с обеспечением рационального горения пороха для получения расчетного уровня максимального давления пороховых газов.
Выполнение заряда в соответствии с изобретением обеспечивает расчетный уровень максимального давления пороховых газов, надежную обтюрацию и экстракцию, отсутствие демаскирующих факторов, возможность многократного использования, а также высокие эксплуатационные характеристики, что повышает безопасность и надежность работы артиллерийских систем с получением необходимых дальности и кучности стрельбы.
Указанный положительный эффект подтвержден испытаниями опытных образцов зарядов, выполненных в соответствии с изобретением.
Изобретение может быть использовано при разработке различных зарядов, в том числе и для артиллерийских систем.