СТРЕЛЬБОВОЙ ПАТРОН ПОВЫШЕННОГО МОГУЩЕСТВА
HIGH-POWER CARTRIDGE BULLET

Изобретение относится к области конструирования унитарных патронов для однозарядных, многозарядных, полуавтоматических или автоматических стрельбовых устройств и может быть использовано, например, при разработке и изготовлении патронов для автоматического стрелкового оружия или патронов для автоматических пушек.
Классическая конструкция патронов для стрельбовых устройств требует увеличения длины ствола до 90-120 калибров, что необходимо для полного сгорания пороха до момента вылета пули из ствола, то есть для увеличения к.п.д. выстрела. В то же время, одним из важнейших требований к любому стрельбовому устройству является уменьшение его веса (массы), а вес можно уменьшить, в основном, укорочением ствола и уменьшением веса (массы) затворной группы механизмов стрельбового устройства (лит.1).
Для уменьшения выбрасывания догорающего пороха из укороченного ствола в окружающую среду, после вылета пули, применяются укороченные гильзы увеличенного диаметра, как в серии популярных патронов типа WSSM (лит.2), такое решение ускоряет сгорание пороха, но приводит к увеличению силы отдачи. Иногда, для укорочения ствола, используют порох ускоренного горения, но его свойства значительно ухудшаются во времени, при стандартном хранении на складах (Лит.3;4). При необходимости укорочения ствола стрельбового устройства, при одновременном уменьшении выбрасывания наружу догорающего пороха, иногда применяют расширительную камеру на конце ствола, например, как у известного укороченного автоматического карабина АК-74У (лит.5). К сожалению такое решение приводит к бесполезному дожиганию пороха в расширительной камере, не увеличивает кинетическую энергию пули и часть энергии выстрела расходуется зря, то есть уменьшается к.п.д. выстрела.
Наиболее близкой конструкцией к предлагаемому решению по принципу действия, позволяющая немного повысить к.п.д. выстрела и предотвратить преждевременное распатронивание, является «классическая» конструкция патрона, например (лит.6), имеющая одну или две обжимающие канавки на горловине гильзы и на пуле (например, фиг.1). Канавка, шириной около 0,3- 0,5 калибра (фиг.1, поз.10), технологически выполняется на собранном патроне с помощью вальцов. Такая канавка (как и кернение гильзы) через горловину гильзы вдавливается в поверхность пули (снаряда), что позволяет увеличить время нахождения пули в гильзе в момент выстрела и увеличить к.п.д. выстрела (лит.1;9). Дополнительно к этому, обжимающая канавка в горловине гильзы позволяет предотвратить распатронивание боеприпаса в момент автоматического перезаряжания и удара затвора в основание гильзы, так как сила этого удара волнообразно передается усеченному конусу плеч гильзы упирающихся в патронник (лит.9). Распатронивание обычно происходит в гильзе без донного ранта, вследствие сжатия плеч гильзы за цилиндрической частью пули (снаряда), и может вытолкнуть пулю в ствол до выстрела. Для удержания пули в момент удара плеч гильзы в патронник, обычно приходится увеличивать длину цилиндрической части пули вовнутрь гильзы и тем самым уменьшать полезный объем гильзы.
Известная конструкция патрона с обжимающей канавкой (лит.6), действительно немного задерживает выход пули (снаряда) из гильзы в начале выстрела и предотвращает распатронивание короткой пули, но имеет неустранимый объективный недостаток, вызванный воздействием силы давления взрыва на внутреннюю поверхность горловины гильзы (фиг.1, поз.8). Дело в том, что сила давления пороховых газов в такой конструкции осуществляет разжимающий эффект и всегда расширяет зазор (фиг.1, поз.8) между горловиной гильзы и поверхностью пули (снаряда). Эта сила давления взрыва расширяет горловину гильзы, в момент выстрела, раньше, чем пуля успевает стронуться с места и часть пороховых газов выбрасывается в ствол перед пулей. Углубление канавки фиксирующей пулю (снаряд) в горловине гильзы, а также заглубление края горловины гильзы в дополнительную канавку (лит.6;9), приводит к сдиранию слоя томпака (меди с цинком) в момент выстрела или к разрушению стальной оболочки пули (снаряда), а это, как известно, приводит к ускоренному износу ребер у нарезов ствола. При попытке незначительного увеличения диаметра патронника вокруг горловины гильзы, обжимающая канавка на горловине гильзы перестает эффективно удерживать пулю.
Таким образом, известная конструкция патрона (фиг.1) не может корректно решить задачу увеличения к.п.д. выстрела в короткоствольном стрельбовом устройстве, а также, не может одновременно с этим, корректно решить задачу предотвращения распатронивания в момент автоматического перезаряжания.
Увеличить могущество патрона (повысить к.п.д. выстрела), при одновременном предотвращении распатронивания во время автоматического перезаряжания стрельбового устройства и предотвращении износа ребер нарезов в стволе, можно с помощью предлагаемой новой конструкции патрона (фиг.2), которая обеспечивает перенос силы давления выстрела с внутренней поверхности горловины гильзы (как у известного решения фиг.1, поз.8) на внешнюю поверхность горловины гильзы (фиг.2, поз.9) и позволяет сдвинуть конусообразные плечи гильзы (фиг.1,поз.5 и фиг.2, поз.11) вперед, вдоль оси патрона - без изменения длины патрона и без существенного изменения основных геометрических параметров патрона. Для этого, горловина гильзы заворачивается на вальцах вовнутрь самой гильзы по известной технологии (лит.7, стр.12, рис.3-1, поз 12-13; лит.7, стр.13, рис.3.2) - до опоры краев гильзы на внутреннюю поверхность стенок гильзы - в районе хвостовика пули (фиг.2, поз.6), после чего, на горловине гильзы - с помощью ролика - образуют цилиндрическую поверхность обращенную к поверхности вставляемой пули, а на внутреннем краю горловины, свободной от хвостовика пули (фиг.2, поз.6), вырезаются дополнительные отверстия в количестве от 2-х до 8-ми штук (рис.2, поз.7), что необходимо для выравнивания давления в двустенной муфтообразной горловине гильзы, а также, для размещения внутри двустенной муфтообразной горловины дополнительной порции взрывчатого вещества, например, того же пороха, который находится в главном внутреннем объеме гильзы.
Перенос силы давления взрыва на внешнюю поверхность горловины гильзы (фиг.2, поз.9), через дополнительные отверстия во внутренней части горловины гильзы (фиг.2, поз.7), прижимает горловину гильзы к пуле всей силой давления взрыва и естественным образом обеспечивает удержание пули за счет силы трения двух сжатых поверхностей, что гарантирует задержку начала выброса газов в ствол до момента начала движения пули и увеличивает к.п.д. выстрела; при этом, томпаковое покрытие пули сохраняется целым, так как горловина гильзы и цилиндрическая поверхность пули изготавливают со слабой шероховатостью поверхности и, сохраняемый в момент выхода из гильзы томпак, обеспечивает последующее равномерное скольжение пули в нарезах ствола и увеличивает срок службы нарезов ствола.
Работу горловины гильзы, имеющей в разрезе форму двустенной муфты, можно условно представить себе в виде пустотелого торроида, раздуваемого изнутри, через внутренние отверстия в горловине гильзы (фиг.2, поз.7), давлением взрыва и плотно прилегающего, с одной стороны - к стенкам патронника (фиг.2, поз.11), а с другой стороны - к поверхности пули (фиг.2, поз.9). Одновременно с удержанием пули (снаряда) в гильзе, в момент выстрела, предлагаемая конструкция снаряда гарантированно предотвращает распатронивание во время автоматического перезаряжания, так как в момент удара затвора в дно гильзы, удар конусообразных плеч гильзы (фиг.2, поз.11,12) об упор в патроннике ствола обеспечивает кольцевое сжатие цилиндрической части пули на начальном ее участке, на краю гильзы (фиг.2, поз12), поэтому, необходимость увеличения длины цилиндрической части пули (снаряда) сзади, в области хвостовика, как это было в прототипе, становится не обязательным и позволяет укоротить пулю.
Для увеличения кучности стрельбы, продольная ось пули должна входить в ствол соосно продольному отверстию ствола (лит.8), для этого, основная длина цилиндрической части пули жестко удерживается соосно стволу предлагаемой конструкцией двустенной горловиной гильзы (фиг.2, поз.6,9,11), а конструкция патрона предусматривает выдвижение небольшой длины цилиндрической части пули из горловины гильзы, примерно на 0,2÷0,5 калибра пули - для плотного входа в начальную - гладкую, не нарезанную часть ствола (фиг.2, поз.12÷13); при этом, от удара затвора в дно гильзы в момент автоматического запирания, продольная волна колебания стенок гильзы (лит.9,стр.245,248) не вызовет поперечного смещения цилиндрической части пули относительно оси ствола.
Для предотвращения утыкания патрона, при его переходе из обоймы в патронник, предлагается делать начало плеч гильзы сразу у переднего края гильзы (фиг.2, поз.12); этот передний край гильзы упирается, при закрытии затвора, в передний край патронника, причем, угол наклона плеч гильзы, относительно оси пули (фиг.2, поз.11), предлагается делается делать примерно равным углу наклона образующей переднего конуса пули (фиг.2, поз.14).
Предлагаемая новая конструкция патрона (фиг.2) позволяет без изменения традиционных материалов, без изменения диаметра гильзы, без изменения высоты гильзы, без изменения калибра пули, без изменения веса пули и без изменения длины патрона увеличить к.п.д. выстрела, по сравнению с известной конструкцией патрона (фиг.1); позволяет увеличить внутренний объем гильзы и объем пороха, увеличить к.п.д. выстрела, а также увеличить могущество патрона (кинетическую энергию вылета пули из ствола), ориентировочно, на 15÷20%. При необходимости, нежелательное увеличение кинетической энергии выстрела можно уменьшить с помощью укорочения гильзы патрона, что позволит укоротить патрон и затворную группу механизмов автоматического оружия и дополнительно облегчить стрельбовое устройство.
Предлагаемое новое техническое решение позволяет осуществить более энергичный выстрел из короткоствольного оружия с более полным сгоранием пороха внутри укороченного ствола, с сохраненным томпаковым покрытием пули и с более пологой кривой полета пули, что гарантирует улучшение кучности попадания пуль в мишень, увеличение эффективной дальности стрельбы и увеличение срока службы ствола.
Кроме возможности укорочения ствола, при одновременном улучшении качества стрельбы, предлагаемая форма горловины гильзы обеспечивает большую конструктивную жесткость узла удержания пули за счет двойных стенок горловины гильзы, трубчатой в сечении (фиг.2, поз.6,9,11), что очень важно не только для предотвращения «распатронивания» в патроннике, а также важно при транспортировке, хранении и при боевом использовании патронов в системах ленточной скоростной автоматической подачи патронов в пулеметах и автоматических пушках.
Предлагаемая конструкция гильзы позволяет изменять время задержки старта пули в горловине гильзы, в интервале горения пороха, с помощью изменения площади поверхности в области соприкосновения горловины гильзы и пули (изменением длины горловины), а также с помощью изменения шероховатости этих соприкасающихся поверхностей. Длина цилиндрической поверхности соприкосновения завернутой вовнутрь горловины гильзы и наружной поверхности цилиндрической части пули (снаряда) составляет величину от 0,5 до 1,5 калибров пули (снаряда),
На чертеже фиг.1 изображен, для примера, облик стандартного промежуточного стрелкового патрона для автоматического карабина, например, АК-74. Толстыми линиями обозначены ребра и проекции на плоскость видимых поверхностей, а тонкими линиями обозначены ребра и проекции невидимых поверхностей. Позиция 1 изображает воспламеняющий капсюль; поз.2 изображает облик донной части стандартной гильзы; поз.3 показывает расположение канала передачи воспламенения от капсюля к пороху; поз.4 указывает на внутреннюю полость гильзы, заполняемую, как правило, бездымным порохом (пироксилином); поз.5 указывает на конусообразные плечи стандартной гильзы, которыми гильза упирается в патронник; поз.8 указывает на линию сопряжения наружной поверхности пули и внутренней поверхности горловины гильзы; поз.10 указывает на канавку вдавленную в горловину гильзы, фиксирующую пулю; поз.12 указывает на правый край гильзы, по расстоянию от которого - до наружной поверхности дна гильзы - классифицируется патрон; поз.13 указывает на условную линию сопряжения цилиндрической поверхности пули с ее конусообразной частью, вставляемой из патронника в начальный, надкалиберный участок ствола; поз.14 указывает на тело пули (снаряда), вставляемой в гильзу патрона.
На чертеже фиг.2 изображен предлагаемый новый патрон повышенного могущества, в размерах, соответствующих стандартному промежуточному стрелковому патрону для автоматического карабина (фиг.1). Вертикальными пунктирными линиями между фиг.1 и фиг.2 показано равенство размеров частей стандартного и нового патронов. Диаметры гильз и пуль, изображенных на фиг.1 и фиг.2, тоже одинаковы. Позиции 1-5 на фиг.2 соответствуют позициям1-5 на фиг.1.
Поз.6 указывает на заворот горловины гильзы опирающийся своим краем на внутреннюю поверхность гильзы; поз.7 указывает на расположение отверстий в горловине гильзы, через которые во внутреннюю полость горловины гильзы проникает порох и пороховые газы, обеспечивающие максимальное давление на внешнюю поверхность горловины гильзы (поз.9), вследствие чего горловина гильзы обжимает пулю и задерживает выход пули в ствол до полного возгорания почти всего объема пороха. Позиция 11 указывает на сдвинутую вперед конусообразную поверхность плеч гильзы, которые, вибрируя от удара затвора в дно гильзы, лучше удерживают пулю (снаряд), вследствие движения поверхностей поз.9 и поз.11 в противоположные стороны в момент удара затвора в дно гильзы и в момент выстрела.
Для осуществления изобретения, необходимо удлинить заготовку гильзы на величину внутреннего заворота горловины гильзы (фиг.2, поз.6 и поз.9). После закатывания внутреннего заворота гильзы вплоть до опоры ее краев на внутреннюю поверхность гильзы (фиг.2, поз.6) - в области хвостовика пули, по известной технологии, на валках и с помощью раскатывающего ролика (лит.7, стр.12, рис.3-1, поз 12-13; лит.7, стр.13, рис.3.2), необходимо сделать отверстия во внутренней части заворота горловины не занятой хвостовиком пули (фиг.2, поз.6,7). Эти отверстия, в количестве, например, 2÷8 штук, можно выполнить соответствующей дисковой фрезой или заточным диском изнутри полностью готового заворота горловины гильзы. Делать отверстия в заготовке гильзы до осуществления заворота горловины гильзы на валках, не рекомендуется, так как неоднородность тонкостенной горловины в виде отверстий, может существенно ухудшить качество заворота горловины вовнутрь гильзы. В гильзу с готовой горловиной, после проточки отверстий, в процессе ее вращения, засыпается порох, а затем, в процессе вращения гильзы и пули с одинаковой скоростью, запрессовывается с натягом пуля (снаряд), после чего, стык пули и гильзы, по линии фиг.2, поз.12, герметизируется лаком.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:
1. А.А. Благонравов. Основания проектирования автоматич. оружия. 489 с ил. ОБОРОНГИЗ, Москва,1940 г.
2. Энциклопедия вооружения. http://www.worldweapon.info/patron-223-wssm.
3. Б.С.Светлов. Пороха и взрывчатые вещества, 3 изд., М., 1972.
4. Д.И. Дементьева, И.С.Кононов, Р.Г. Мамашев, В.А. Харитонов. Введение в технологию энергонасыщенных материалов. Учебное пособие. Издание 2-е. АГТУ им. И.И.Ползунова, Бийск, 2009 г.
5. Игорь Александров. АКС74У: 20 лет в строю // журнал «Мастер-ружье», №73, 2003. стр.26-29.
6. Патент РФ №2206052. Патрон стрелкового оружия. ОАО "Барнаульский станкостроительный завод". Заявлен 18.06.2001 г., опубликован 10.06.2003 г.
7. Килов А.С., Попов А.В., Килов К.А. Пластическая деформация в локальном очаге: Методические указания к лабораторным работам (часть 1). – Оренбург.: ГОУ, ОГУ, 2004. - 46 с.
8. Гарольд Р. Вогн. Факторы точности винтовки. Манчестер, Коннектикут, США,1989.
9. Данилин Г.А., Огородников В.П., Заволокин А.Б. Основы проектирования патронов к стрелковому оружию:Учебник. Балт.гос.техн. ун-т.СПб., 2005. 374 с.