БАЛЛИСТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Предложенная полезная модель относится к области оружейной техники, а более конкретно, к универсальным баллистическим установкам (стендам) и может быть использовано при испытаниях патронов и штатных стволов для фиксирования максимального давления при выстреле и его распределения в динамике, необходимого для определения метательного импульса, развиваемого пороховым зарядом гильзы патрона.
Уровень данной области техники характеризует баллистическая установка, описанная в патенте US 3877167, F41C 21/00, 1975 г., который является испытательным стендом для проверки баллистических характеристик и конструкций каналов сменных стволов.
В этом устройстве для установки и фиксации ствола в ствольной коробке использованы две резьбовые втулки, взаимодействующие с соответствующими резьбовыми элементами ствола и ствольной коробки. При смене ствола сохранение постоянного расстояния от заданного торца ствола до переднего торца затвора (так называемого зеркального зазора) обеспечивается перемещением одной из втулок по стволу.
Наличие большого количества резьбовых элементов усложняет конструкцию и не обеспечивает идентичность базировки стволов.
Кроме того, различия в диаметральных размерах посадочных элементов проверяемых стволов обуславливает необходимость в производстве индивидуальной центровки каждого ствола относительно ствольной коробки, что трудоемко и требует квалифицированного труда.
В описанной баллистической установке не обеспечивается универсальность при применении широкой номенклатуры боеприпасов, не получая, всех, необходимых внешне,- и внутрибаллистических показателей патронов или конструкции ствола с одной установки.
Известно более совершенная баллистическая установка для испытаний патронов и стволов на кучность стрельбы и определения давления в канале ствола по патенту RU 2246677, F41A 31/00, 2005 г., которое по технической сущности и числу совпадающих признаков выбрано в качестве наиболее близкого аналога предложенной баллистической установке.
Известная установка представляет собой моноблочный испытательный стенд, монтируемый на лафете посредством массивной ствольной коробки, в которой соосно установлены сменный ствол и стреляющий механизм с затвором, характеризующийся универсальностью по испытаниям разных видов боеприпасов.
В отверстии коробки под ствол установлена калиброванная по толщине шайба с образованным в ней цилиндрическим отверстием, равным диаметру личинки казенной части затвора и пазами под выступы личинки затвора, а также фиксирующим пазом, взаимодействующим с выступом вкладыша, жестко соединенного с коробкой.
В ствольной коробке выполнен продольный паз, дно которого образует верхние направляющие для личинки и остова затвора. В пазу установлен вкладыш с цилиндрическим желобом на расстоянии от прямолинейного дна паза коробки, равном толщине выступов личинки и остова затвора.
Особенностью известной баллистической установки является ее универсальность от размещения в отверстии ствольной коробки лафета калиброванной по толщине шайбы, примыкающей к торцу казенной части затвора, которая обеспечивает получение «зеркального зазора» (постоянство расстояния от заднего торца ствола до переднего торца затвора).
В тарированной шайбе образованы: цилиндрическое отверстие, равное по диаметру каналу личинки, пазы под выступы личинки затвора и фиксирующий паз, взаимодействующий с выступом вкладыша, жестко соединенного с коробкой, обеспечивая тем самым продольное перемещение остова с личинкой и исключая поворот личинки при повороте остова затвора в процессе запирания.
Однако продолжением отмеченных достоинств являются присущие недостатки, которые проявляются в виде технологической сложности изготовления описанной конструкции из взаимосвязанных в динамике импульсно нагружаемых элементов прецизионной точности сопряжений.
При замене ствола под другой патрон подбирают соответствующую по размеру калиброванную многофункциональную шайбу.
Наличие большого количества сопрягаемых элементов усложняет конструкцию и не обеспечивает идентичности базировки сменных стволов, которые в каждом случае необходимо индивидуально центровать относительно ствольной коробки.
Высокие капитальные затраты на испытания определяются тем, что в установке используется специально изготавливаемые баллистические стволы, жестко закрепляемые в ствольной коробке, для стрельбы монтируемые на лафете, которые обеспечивают только косвенную оценку работоспособности штатных артиллерийских стволов с той или иной степенью точности.
Кроме того, в известной баллистической установке не представляется технически возможным измерить фактический метательный импульс, так как фиксируется только максимальное давление пороховых газов, что не исключает ложность оценки по выскоку давления.
Технической задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является расширение технологических возможностей универсальной баллистической установки простой конструкции, обеспечивающей измерение реальных параметров при стрельбе различными патронами из штатных артиллерийских стволов.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известной баллистической установке, содержащей смонтированный на лафете сменный ствол, кинематически замкнутый накидной резьбовой гайкой с казенной частью затвора, по предложению авторов, казенная часть затвора, стенка которой выполнена соизмеримой с диаметром ее каморы, смонтирована подвижно относительно лафета, с которым связана через гидравлический демпфер, и непосредственно жестко соединена с артиллерийским штатным стволом, установленным с возможностью продольных перемещений в направляющих лафета, при этом его возвратная пружина опирается на направляющую, к которой через буфер примыкает накидная резьбовая гайка.
Другим отличием предложенной баллистической установки является то, что казенная часть затвора через дренажное отверстие сообщается с крешерным механизмом или пьзодатчиком, смонтированным в переходнике.
Отличительные признаки позволили проводить баллистические испытания артиллерийских патронов стрельбой непосредственно из штатных артиллерийских стволов, исключив изготовление специальных баллистических стволов, что, главное, обеспечило достоверность измеряемых параметров, реально развиваемых при эксплуатации артсистем, и заметное сокращение капитальных затрат на испытания.
В предложенном баллистической установке обеспечено демпфирование разрушительного действия реактивных сил отката ствола на казенную часть затвора специальной конструкции с утолщенными на 20-30% стенками, сравнительно со штатной, толщина которых соизмерима с диаметром ее каморы.
Выполнение казенной части затвора с расчетным утолщением стенок позволяет локализовать в его механически усиленном объеме импульсное нарастание давления пороховых газов, образующихся при сгорании метательного заряда гильзы до движения снаряда по каналу штатного артиллерийского ствола.
Таким образом механически усиленная казенная часть испытательного стенда выдерживает динамическое нагружение давлением, развиваемым пороховыми газами сгорающего метательного заряда гильзы патрона при выстреле, то есть казенная часть затвора пригодна для баллистических испытаний сменных штатных артиллерийских стволов и патронов в качестве универсального автономного силового узла.
Упрочнение казенной части затвора, когда толщина ее стенки соизмерима с диаметром каморы, обеспечивает локализацию импульса развиваемого давления пороховых газов при выстреле в ее объеме до движения снаряда по примыкающему штатному артиллерийскому стволу.
Доверительный диапазон необходимой толщины стенки баллистической казенной части затвора испытательного стенда в этом случае равен 1,2-1,3 толщины стенки затвора в штатной пушке, который был рассчитан по математической модели планирования эксперимента и подтвержден опытными стрельбами.
При толщине стенки казенной части затвора менее 1,2 штатной толщины не гарантирована целостность затвора от возможных выскоков давления пороховых газов при стрельбе серийными патронами.
При толщине стенки казенной части затвора больше 1,3 штатной толщины нет улучшения служебных характеристик установки при балластном увеличении габаритов затвора и стенда.
Выполнение казенной части затвора подвижной относительно лафета обеспечило возможность ее совмещения в жесткой кинематической связи с испытываемым штатным артиллерийским стволом.
Жесткая связь казенной части затвора со штоком гидравлического цилиндра, закрепленного на лафете, который выполняет функции демпфера, аккумулирующего энергию отката, позволяет распределить динамические нагрузки при реактивном реверсировании ствола после выстрела, чем дополнительно снизить негативные механические воздействия в колебательной системе баллистической установки.
Размещение артиллерийского ствола в направляющих лафета с возможностью продольных перемещений под действием метательного импульса пороховых газов патрона, упругих сил возвратной пружины и гидравлического демпфера, служащего аккумулятором энергии обеспечивает его легкосъемное адаптирование с казенной частью затвора баллистической установки и функционирование в штатном режиме реальной стрельбы при испытаниях в структуре испытательного стенда.
Упор возвратной пружины артиллерийского ствола на связанную с лафетом направляющую со стороны затвора обеспечивает при откате ее упругое сжатие, которое заметно снижает механические нагрузки на казенную часть затвора и последующее реверсивное движение за счет накопленной при этом кинетической энергии. В результате этих динамически затухающих колебаний продольные перемещения ствола относительно быстро полностью прекращаются.
Буфер, выполненный в форме цилиндрической пружины или полиуретановой шайбы, характеризующийся высокой износостойкостью и упруго-пластичностью, динамично поглощает энергию метательного импульса, резко успокаивая продольные колебания ствола, гасит вредные механические удары в системе. Предпочтение полиуретанового буфера состоит в технологичности его изготовления, согласно расчетным параметрам, и повышенным сроком службы без заметного изменения служебных характеристик.
Накидная гайка для жесткого и быстроразъемного соединения артиллерийского ствола с казенной частью испытательного стенда формирует полную аналогию штатной пушки, что обеспечивает объективность результатов стрельбы при полном сохранении конструктивной целостности стволов, просто адаптируемых в качестве структурного сменного элемента баллистической установки на время аттестации стрельбой.
Размещение разделительного упругого буфера, тарированного на ударные рабочие нагрузки, между накидной резьбовой гайкой ствола и направляющей лафета, необходимо для смягчения кратных динамических воздействий перемещающихся масс на казенную часть затвора, для обеспечения быстрого затухания их колебаний за счет того, что в упругом буфере, демпфируются продольные ударные и сжимающие усилия, возникающие при выстреле и откате.
Коммуникация объема казенной части затвора через дренажное отверстие с крешерным механизмом, установленным в нем, позволяет мерить баллистические характеристики патронов и максимальное давление, развиваемое при сгорании метательного заряда патрона.
Альтернативное использование пьезодатчика в качестве измерительного прибора, установленного в дренажном отверстии казенной части затвора, позволяет регистрировать изменение давление внутри ствола в динамике выстрела, интегрально измеряя метательный импульс.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их взаимосвязь в устойчивом единстве являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущего признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где изображено:
на фиг.1 - схема предложенной баллистической установки;
на фиг.2 - вид А на фиг.1.
На стационарном лафете 1 в стационарных направляющих 2, 3 установлен с возможностью продольных перемещений штатный артиллерийский ствол 4.
Ствол 4 возвратной пружиной 5 прижат к направляющей 3 со стороны затвора 6, оснащенного стреляющим механизмом (условно не показан).
Ствол 4 кинематически замкнут посредством накидной резьбовой гайки 7 с казенной частью 8 затвора 6, формообразуя монолитное функциональное единство.
Толщина стенки казенной части 8 затвора 6 выполнена равной диаметру ее каморы, где размещается гильза патрона.
Между накидной резьбовой гайкой 7 и направляющей 3 на стволе 4 размещен упругий буфер 9, преимущественно выполненный в виде тарированной шайбы из полиуретана.
Затвор 6 через водило 10 жестко связан со штоком 11 закрепленного на лафете 1 гидроцилиндра 12, выполняющего функции демпфера продольных усилий отката, предназначенного для аккумулирования кинетической энергии для реверса ствола.
Стенки казенной части 8 затвора 6 выполнены утолщенными, сравнительно со штатными, образуя силовую баллистическую камеру под пороховые газы, генерируемые при сгорании метательного заряда гильзы испытываемого патрона.
Для измерения развиваемого максимального давления пороховых газов внутри объема казенной части 8 затвора 6 в ее утолщенной стенке выполнено дренажное отверстие 13 (фиг.2), в котором устанавливается крешерный механизм 14 или адекватного профиля переходник с пьзодатчиком (условно не показано) для измерения метательного импульса.
На стволе 4 закреплена указательная стрелка 15 над шкалой 16, продольно установленной на лафете 1 (фиг.1).
Функционирует предложенное баллистическое устройство следующим образом.
Для баллистических испытаний штатный артиллерийский ствол 4 устанавливают в направляющих 2, 3 через накидную гайку 7 и буфер 9.
Далее вращением накидной резьбовой гайки 7 соосно совмещают казенную часть 8 затвора 6 с торцом ствола 4, обеспечивая их геометрическое и кинематическое замыкание.
При этом расположенный над зеркалом рабочего тела (жидкого масла в цилиндре 12) поршень штока 11 устанавливается в крайнем левом по чертежу фиг.1 положении.
Для испытания стрельбой снаряд патрона затвором 6 досылается в примыкающий ствол 4, который запирается дульцем гильзы, располагаемой в ее казенной части 8.
Посредством стреляющего механизма затвора 6 инициируется воспламенение порохового метательного заряда гильзы, при горении которого резко повышается давление, в результате чего происходит распатронирование снаряда, перемещающегося по стволу 4 на вылет.
Рост давления пороховых газов регистрируется крешерным механизмом 14 или пьезодатчиком, который через переходник монтируют в дренажном канале 13.
Крешерный механизм 14 фиксирует максимальное давление в казенной части 8 затвора 6, а пьезодатчик - рост давления в динамике процесса, по которому судят о метательном импульсе, развиваемом при выстреле.
Реактивная сила, возникающая после вылета снаряда за дульный срез ствола 4, реверсивно перемещает последний относительно направляющих 2 и 3 совместно с затвором 6. При этом происходит упругое сжатие возвратной пружины 5, а водилом 10 шток 11 гидроцилиндра 12 перемещается вправо по чертежу, двигаясь синхронно стволу 4, параллельно затвору 6, своим поршнем воздействуя на несжимаемое рабочее тело, которое аккумулирует энергию отката.
Измеряемое съемкой СКС отклонение стрелки 15 вправо вдоль шкалы 16 регистрирует величину максимального отката, который регламентирован для штатных автоматических пушек.
Это позволяет точно устанавливать нормативно регламентированную величину отката в заданных пределах допуска путем подбора местположения и жесткости возвратной пружины и/или сил упругости гидроаккумулятора, что повышает функциональную надежность аттестованных артиллерийских стволов, монтируемых при испытаниях на лафете.
Достигнув максимального отклонения отката, ствол 4 и затвор 6 останавливаются и практически мгновенно возвращаются в исходное положение под действием сил упругости возвратной пружины 5 и аккумулированной энергии рабочего тела гидроцилиндра 12.
Сила удара перемещающейся массы при встрече с направляющей 3 микшируется в упругом буфере 9.
Описанный цикл колебания подвижной части установки быстро затухает, а ствол 4 и затвор 6 устанавливаются в исходном положении.
Таким образом, предложенная баллистическая установка позволяет одновременно при выстреле регистрировать разнообразные параметры и характеристики, является универсальной для испытаний различных сменных артиллерийских стволов и патронов к ним за счет адаптивности съемных структурных элементов, сменяемых в соответствии с калибром испытываемого ствола и видом патронов.
Использование предложенной конструкции испытательного стенда позволило исключить изготовление специальных дорогостоящих баллистических установок и аттестовать штатные артиллерийские стволы, оснащенные специальным затвором, непосредственно стрельбой различными патронами. Это обеспечило повышение объективности и достоверности результатов совмещенных испытаний, стоимость которых кратно сократилась.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по артиллерийским испытаниям, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления баллистической установки для всего спектра калибров, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.