ГИЛЬЗА ДЛЯ МЕТАТЕЛЬНОГО ЗАРЯДА
CASE FOR PROPELLANT CHARGE

Изобретение относится к элементам артиллерийских выстрелов, в частности к конструкции металлических цельнотянутых артиллерийских гильз, и может найти широкое применение при производстве артиллерийских выстрелов унитарного и раздельно-гильзового заряжаний.
Основные направления, по которым в настоящее время ведутся работы по совершенствованию артиллерийских выстрелов, - это увеличение дальности, меткости и кучности стрельбы, повышение эксплуатационных характеристик.
В связи с этим к артиллерийским гильзам предъявляются повышенные требования по обеспечению прочностных характеристик дна, корпуса и надежной экстракции.
Особенность этих гильз состоит в том, что они применяются для комплектации выстрелов к мощным орудиям крупных калибров, работающих при значительных давлениях.
Известна гильза (см. П.П.Пущин. Орудийные гильзы. М.: ГИОП, 1941 г., с.10), состоящая из дульца, ската, корпуса, фланца, гнезда под средство воспламенения и плоского дна.
Такие гильзы нашли широкое применение для артиллерийских систем унитарного заряжания малых калибров, главным образом, к автоматическим пушкам.
Недостатком этого технического решения является сложность изготовления такого типа гильз для выстрелов к мощным артиллерийским орудиям, имеющим зарядную камору большого объема и работающим при высоких рабочих давлениях.
Для установки средства воспламенения, соответствующего метательному заряду, требуется гнездо значительного размера, вследствие чего плоское дно гильзы будет иметь толщину, значительно превышающую расчетную по прочностным свойствам, что влечет за собой увеличение массы гильзы и значительный расход материала, идущего на ее изготовление.
Задачей данного технического решения являлось создание гильзы для выстрелов к артиллерийским системам калибра не более 30 мм и рабочим давлением до 300 МПа без предъявления требования по функционированию в орудиях более крупных калибров и давлениях свыше 300 МПа.
Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией артиллерийской гильзы является наличие корпуса, фланца, гнезда под средство воспламенения.
Наиболее близкой по технической сути и достигаемому техническому результату является гильза для метательного заряда, содержащая корпус, дно, сопряженное с корпусом по радиусу, сосок, гнездо под средство воспламенения и фланец (патент РФ №2229091, опубл. 20.05.2004 г., БИ №14), принятая авторами за прототип.
Как видно из этого технического решения, такие конструктивные параметры гильзы позволяют использовать (эксплуатировать) их в артиллерийских орудиях с давлением более 300 МПа, но до 400 МПа.
К причинам, препятствующим достижению указанного технического результата при использовании известной гильзы для метательного заряда, принятой авторами за прототип, относится то, что при таких конструктивных параметрах гильз к артиллерийским системам больших калибров, работающих при максимальном рабочем давлении 400 МПа и выше, не обеспечивается:
- необходимая прочность корпуса гильзы при выстреле, надежная экстракция стреляной гильзы полуавтоматикой орудия и герметичность соединения "гнездо - средство воспламенения" при максимальном давлении пороховых газов в каморе орудия, а также недостаточная надежность их функционирования;
- сохранение прочности фланца гильзы после экстракции.
Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией гильзы для метательного заряда является наличие корпуса, дна, сопряженного с корпусом по радиусу, соска, гнезда под средство воспламенения и фланца.
В отличие от прототипа в предлагаемой авторами гильзе для метательного заряда выполнен радиус сопряжения наружной поверхности корпуса с фланцем не более 2 мм, при этом радиус сопряжения дна с корпусом и диаметр основания соска выполнены соответственно равными 0,45-1,75 и 2,2-6,1 толщины дна.
В частных случаях, то есть в конкретных формах исполнения, изобретение характеризуется следующими признаками:
- гильза выполнена из стали;
- гильза выполнена из латуни;
- гильза снабжена защитным антикоррозионным покрытием.
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 гильзы для метательного заряда, работающей при давлении более 400 МПа, с герметичным соединением "гнездо - средство воспламенения" при максимальном давлении пороховых газов в каморе орудия, с обеспечением необходимой прочности корпуса гильзы при выстреле, надежной экстракцией гильзы полуавтоматикой орудия.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известной гильзе для метательного заряда, содержащей корпус, дно, сопряженное с корпусом по радиусу, сосок, гнездо под средства воспламенения и фланец, особенность заключается в том, что выполнен радиус сопряжения наружной поверхности корпуса с фланцем не более 2 мм, при этом радиус сопряжения дна с корпусом и диаметр основания соска выполнены соответственно равными 0,45-1,75 и 2,2-6,1 толщины дна.
Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между ними позволяют, в частности, за счет:
- выполнения на наружной поверхности корпуса радиуса сопряжения с фланцем не более 2 мм - обеспечить сохранность прочности фланца гильзы в процессе ее экстракции автоматикой орудия.
Место перехода наружной поверхности корпуса в фланец является концентратором напряжений. В момент захвата лапками экстракторов фланца стреляной гильзы, находящейся в каморе орудия в защемленном состоянии, в этой зоне возникают значительные напряжения, которые приводят к разрушению фланца. При этом возникает опасность неизвлечения стреляной гильзы из каморы орудия, и повторное использование стреляной гильзы после ее обновления становится невозможным.
При радиусе сопряжения более 2 мм значительно затрудняется досылание гильзы в камору орудия, при этом фланец гильзы не доходит до торца зарядной каморы и закрытие затвора орудия становится невозможным;
- выполнения радиуса сопряжения дна с корпусом и диаметра основания соска соответственно равными 0,45-1,75 и 2,2-6,1 толщины дна - обеспечить необходимую прочность корпуса и дна, а также герметичность соединения "гнездо - средство воспламенения" при выстреле и, как следствие, надежность функционирования и сохранность гильзы.
Наличие рабочего давления порядка 400 МПа в совокупности с высокой динамикой процесса выстрела резко ухудшает работоспособность гильз, надежно функционирующих при давлениях не более 400 МПа.
Это объясняется тем, что при высоких давлениях из-за повышенной деформации каморы орудия напряжения, возникающие в гильзе, превышают предел текучести ее материала, приводят к обрыву гильзы и, как следствие, к выходу орудия из строя.
Наибольшее напряжение в момент максимального давления возникает в нижней части корпуса гильзы в месте перехода стенки гильзы в дно.
Металл в этих сечениях деформируется не только в радиальном, но и в осевом направлениях.
Следует отметить, что в осевом направлении деформации подвергаются в основном придонные участки гильзы. В других сечениях стенки корпуса не деформируются в осевом направлении из-за плотного прижатия их к каморе орудия в процессе выстрела.
Величина радиальной деформации равна сумме начального зазора между стенками гильзы и каморы и величине радиальной упругой деформации каморы ствола при выстреле.
Величина осевой деформации нижней части корпуса равна сумме зазора между зеркалом клина затвора и наружной поверхностью полотна дна гильзы и величине упругой деформации узла запирания.
При выполнении радиуса сопряжения дна с корпусом менее 0,45 толщины дна происходит превышение суммы радиальных и осевых напряжений предела текучести. Металл в этих сечениях начинает «плыть», и, как следствие, это приводит к нарушению поперечной прочности корпуса с образованием поперечных трещин непосредственно у дна гильзы с прорывом пороховых газов за казенный срез орудия. Кроме того, часть металла придонных участков гильзы при пластической деформации затекает в проточки под лапки выбрасывателей экстрактирующего механизма, выполненные на казенной части зарядной каморы орудия, вследствие чего экстракция стреляной гильзы становится невозможной.
При выполнении радиуса сопряжения дна с корпусом более 1,75 толщины дна невозможно получить однородную структуру дна при его прессовой обработке. Это приводит к появлению участков дна, которые резко отличаются по своим механическим свойствам, что неизбежно вызывает нарушение прочности дна при выстреле.
При выполнении диаметра соска менее 2,2 толщины дна значительно уменьшается жесткость соска, что в процессе выстрела проводит к смятию стенок соска под действием давления пороховых газов и образованию на боковой поверхности гнезда трещин, складок, прорыву пороховых газов за казенный срез орудия по соединению "гнездо - средство воспламенения", а также выдавливанию средства воспламенения из гнезда, что может привести к заклиниванию затвора орудия и невозможности экстракции стреляной гильзы. При выполнении диаметра основания соска более 6,1 толщины дна ухудшаются условия размещения и функционирования метательного заряда по причине уменьшения внутреннего объема гильзы.
Признаки, характеризующие изобретение в конкретных формах выполнения, позволяют, в частности, за счет:
- выполнения артиллерийской гильзы из латуни или стали - расширить сырьевую базу и изготавливать изделия, наиболее полно удовлетворяющие требованиям, предъявляемым заказчиком;
- нанесения на поверхность гильзы защитного антикоррозийного покрытия - обеспечить защиту от воздействия коррелирующих агентов в процессе хранения и служебного обращения.
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 "новизна".
Исследуя уровень техники в ходе проведения 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 гильза для метательного заряда, содержащая корпус, дно, сопряженное с корпусом по радиусу, сосок, гнездо под средство воспламенения и фланец, в отличие от прототипа согласно изобретению имеет радиус сопряжения наружной поверхности корпуса с фланцем не более 2 мм, при этом радиус сопряжения дна с корпусом и диаметр основания соска, выполненные соответственно равными 0,45-1,75 и 2,2-6,1 толщины дна.
Изобретение поясняется чертежом, где представлена гильза для метательного заряда.
Предлагаемая гильза для метательного заряда состоит из корпуса 1, дна 2 с толщиной Тд, сопряженного с корпусом по радиусу R, гнезда под средство воспламенения 3, соска 4 с диаметром основания Doc, фланца 5 с радиусом сопряжения с наружной поверхностью корпуса r.
Вышеописанное устройство работает следующим образом.
Гильзу с метательным зарядом размещают в каморе орудия. После срабатывания средства воспламенения, размещенного в гнезде 3, происходит воспламенение и сгорание метательного заряда. При этом давление пороховых газов воздействует на стенки корпуса 1, сосок 4 и на внутреннюю поверхность гнезда 3 под средство воспламенения. Придонный участок корпуса упругопластично деформируется, что обеспечивает необходимые жесткостные и прочностные характеристики гильзы и ее функционирование.
Выполнение гильзы для метательного заряда в соответствии с изобретением позволяет создать гильзу, работающую при давлении более 400 МПа, имеющую герметичное соединение "гнездо - средство воспламенения" при максимальном давлении пороховых газов в каморе орудия с необходимой прочностью корпуса и дна при выстреле, надежной экстракцией гильзы полуавтоматикой орудия.
Изобретение может быть использовано при разработке боеприпасов различного назначения и калибров.
Указанный положительный эффект подтвержден испытаниями опытных образцов гильз для метательного заряда, выполненных в соответствии с изобретением.
В настоящее время разработана конструкторская документация, проведены испытания, намечено серийное производство.