КОРПУС ОСКОЛОЧНОГО БОЕПРИПАСА
FRAGMENTATION AMMUNITION CASING

Изобретение относится к осколочным боеприпасам с заданным дроблением корпуса на поражающие элементы рациональной формы, а более конкретно к артиллерийским снарядам, корпус которых имеет цилиндрическую оболочку с внутренней ослабляющей насечкой в виде пересекающихся многозаходных спиральных канавок (рифлей).
Известен корпус артиллерийского снаряда по патенту RU 2248514 С1, F42B 12/24. Корпус выполнен сборным из двух частей: тонкостенной цилиндрической осколочной оболочки и аэродинамического хвостовика, жестко объединенных между собой. Для дробления оболочки по ее внутренней поверхности выполнены равнораспределенные пирамидальные осколки, образованные пересечением спиральных канавок. Для улучшения формы снаряда его хвостовую часть выполняют конической, сужающейся кзади, где сформирована посредством донной перемычки открытая со стороны днища камера разрежения, на стенках которой имеются сквозные радиальные щели. Наличие в боковой стенке камеры разрежения сквозных радиальных щелей способствует ее дроблению при взрыве снаряда. Недостатком конструкции является то, что при взрывном разрушении корпуса с приставным дном наблюдается отделение последнего в виде тяжелого, с плохой аэродинамикой фрагмента, что снижает плотность и площадь осколочного поля.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является корпус осколочного боеприпаса по патенту RU 2196294 C1, F42B 12/22. Корпус выполнен монолитным, а его цилиндрическая оболочка имеет сетку полуготовых осколков в форме усеченных ромбических пирамид на внутренней поверхности, образованных двумя рядами равнораспределенных спиральных рифлей противного направления. Хвостовая часть корпуса выполнена конической и сужающейся назад. В хвостовой части со стороны днища выполнена открытая камера разрежения со сквозными радиальными щелями на стенках. При взрыве корпуса его спиральные рифли и сквозные радиальные щели являются источниками зарождения продольных и поперечных трещин, формирующих осколки из цилиндрической оболочки, дна и стенок камеры разрежения.
Отмеченные технические решения, несмотря на различия в их конструктивном исполнении, имеют общие недостатки. Во-первых, осколочная сетка их цилиндрических оболочек геометрически определена лишь глубиной рифлей. Но, как показывает практика, это не является единственным параметром, обеспечивающим качественное дробление оболочки на заданное число осколков требуемой массы.
Отработка характеристик, ответственных за взрывное разрушение корпусов с ромбовидной осколочной сеткой показала, что немаловажным фактором, влияющим на качество дробления корпуса, является угол подъема спиральных рифлей, а также их окружной шаг, определяющие размер осколков, наклон сторон их ромбовидных оснований относительно образующей оболочки, а следовательно, и направления трех основных концентраторов напряжения: спиралевидных, а также зигзагообразных в продольном и окружном направлениях.
Склонность данных концентраторов напряжения к разрушению различна и определяется их ориентацией по отношению к фронту косой волны разрежения, возникшей при скольжении детонационной волны вдоль внутренней поверхности оболочки.
Установлено, что при углах подъема спиральных рифлей более 45° (ромбы вытянуты вдоль образующей оболочки) образование продольных зигзагообразных и спиральных магистральных трещин проходит легче окружных зигзагообразных магистральных трещин и сопровождается частичным формированием «саблевидных» фрагментов из расположенных вдоль образующей оболочки осколков. Данные фрагменты имеют плохую аэродинамическую форму, а значит малый радиус поражающего действия. При углах подъема рифлей менее 45° (ромбы вытянуты в окружном направлении) наиболее затрудненным будет процесс формирования продольных зигзагообразных магистральных трещин, в результате чего малоэффективные групповые фрагменты образуются из расположенных вдоль окружности оболочки осколков.
Кроме того, при углах подъема спиральных рифлей, значительно отличающихся от 45° в большую или меньшую стороны, магистральные зигзагообразные трещины соответственно в поперечном и продольном направлениях из-за малого шага между вершинами зигзага имеют большое сопротивление разрушению. А это приводит к тому, что разрушение оболочки проходит не только по этим рифлям, но и непосредственно через тело полуготового осколка, дробя последний на более мелкие и обладающие низким поражающим действием фракции.
Во-вторых, в аналогах не отражено влияние на характер разрушения оболочки размеров осколков, определяемых длиной большой и малой диагоналей их ромбовидных оснований. Испытаниями установлено, что при существенном превышении размера полуготового осколка над толщиной стенки оболочки магистральные трещины распространяются не только по сторонам ромбических оснований полуготовых осколков, но и по самому осколку, разрушая его на несколько частей, что ухудшает характеристики осколочного потока.
Отсутствие в известных технических решениях взаимосвязи основных геометрических параметров полуготовых осколков и толщины стенки оболочки затрудняет отработку оболочки в части обеспечения ее запланированной фрагментации.
Кроме того, результатами подрыва корпусов установлена недостаточность наличия в боковой стенке камеры разрежения сквозных радиальных щелей для обеспечения приемлемого дробления дна корпуса. Дно в этом случае разрушается лишь на несколько очень крупных и тяжелых осколков, нередко наблюдается его отрыв в виде одного монолитного элемента, что не допустимо.
Задачей изобретения является повышение эффективности осколочного действия снаряда за счет гарантированного дробления оболочки и дна корпуса с открытой камерой разрежения на поражающие элементы заданной формы и массы.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известном корпусе осколочного боеприпаса, содержащем цилиндрическую оболочку, на внутренней поверхности которой выполнена осколочная сетка из спиральных и встречно-направленных рифлей, имеющих глубину 0,25-0,55 толщины стенки оболочки и образующих полуготовые осколки по форме усеченных пирамид, сопряженных своими ромбовидными основаниями, ведущий поясок и сформированную посредством донной перемычки открытую назад камеру разрежения в коническом хвостовике, новым является:
- осколки ориентированы большой диагональю своих оснований относительно образующей оболочки в пределе ±15°;
- длина большой диагонали оснований превышает толщину стенки оболочки в 1,5-2,5 раза, а длину малой диагонали в 1,4-2,0 раза;
- донная перемычка со стороны оболочки дополнительно оснащена слоем полуготовых осколков, образованных впадинами глубиной 0,2-0,4 толщины донной перемычки и по форме многогранных пирамид, боковые грани которых наклонены относительно плоскости перемычки под углом 40°-50°;
- основания впадин имеют суммарную площадь не менее 0,22 площади донной перемычки;
- камера разрежения выполнена глубиной не более 1,5 калибра и имеет толщину боковой стенки не более 0,35 толщины донной перемычки.
Изобретение поясняется чертежами, где схематично изображены:
- на фиг.1 - общий вид снаряда без взрывчатого вещества;
- на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1 в увеличенном виде;
- на фиг.3 - фрагмент развертки оболочки по ее внутренней поверхности.
Предлагаемый корпус осколочного боеприпаса содержит цилиндрическую оболочку 1, состоящую по толщине 2 из несущей стенки 3 и выступающего внутрь слоя полуготовых осколков 4 в форме усеченных ромбических пирамид. Высота полуготовых осколков 4 равна глубине рифлей 5 и составляет 0,25-0,55 от толщины стенки оболочки 2. На оболочке 1 выполнен ведущий поясок 6, в сужающемся кзади коническом хвостовике 7 посредством донной перемычки 8 сформирована камера разрежения 9.
Для качественного структурирования массовых фракций осколков, образующихся из хвостовой части корпуса, в донной перемычке 8 со стороны оболочки выполнен слой полуготовых осколков 10 толщиной 0,2-0,4 от ее толщины 11. Данные полуготовые осколки образованы с помощью углублений 12 в форме многогранных пирамид, боковые грани которых наклонены относительно плоскости перемычки под углом 13.
При взрыве оболочка 1 корпуса снаряда, динамически нагружаясь изнутри продуктами детонации, начинает интенсивно разрушаться в радиальном и осевом направлениях. При этом вдоль рифлей, являющихся локализаторами разрушения, зарождается, начиная от места расположения источника инициирования взрывчатого вещества, система разнонаправленных спиральных 14, продольных зигзагообразных 15 и поперечных зигзагообразных 16 магистральных трещин. Беспрепятственному распространению этих трещин, являющихся источником образования групповых «саблевидных» осколков, мешает то, что рифли расположены не вдоль текстуры оболочки, а под определенным углом к фронту детонационной волны и имеют встречное направление с пересечением в узловых точках 17 осколочной сетки. При разрушении оболочки с вытянутыми вдоль ее образующей ромбовидными осколками в спирале 14 и продольных 15 зигзагообразных рифлях трещины формируются быстрее, чем в поперечных 16 зигзагообразных рифлях. Связано это с тем, что шаг 18 поперечных зигзагообразных рифлей 16 меньше шага 19 продольных 15 зигзагообразных рифлей, а следовательно, они имеют и более высокое сопротивление разрушению. Этим исключается первоочередное «срабатывание» поперечных зигзагообразных трещин, а значит образование мелких осколков.
Перед разрушением оболочка 1 корпуса снаряда имеет бочкообразную форму и представляет собой сложнонапряженную конструкцию. В этих условиях ограничение в зависимости от толщины стенки оболочки, размеров полуготового осколка в продольном и поперечном направлениях является обязательным, так как этим исключается его чрезмерный прогиб в радиальном направлении и образование непосредственно в нем микротрещин, нежелательно разрушающих целостность осколка.
Одновременно со взрывной фрагментацией оболочки 1 планово разрушается донная перемычка 8, а за ней и «юбка» камеры разрежения 9. Происходит это, главным образом, из-за оснащения донной перемычки 8 локализаторами разрушения в виде углублений 12. Благодаря тому, что углубления 12 выполнены по форме многогранных пирамид, при взрыве их смежные боковые грани, по аналогии с рифлями оболочки, выполняют функции газового клина для продуктов детонации. Результатом взаимодействия продуктов детонации с наклонными боковыми гранями углублений 12 является организованное дробление донной перемычки 8 по ребрам каждого из углублений. Сформировавшийся при этом поток разнонаправленных трещин захватывает боковую стенку камеры разрежения 9 и разрывает ее на ряд осколков произвольной формы и приемлемой массы.
Данные технические решения реализованы в гранате штатного 30-мм выстрела ГПД-30 повышенной эффективности. Выполнение корпуса гранаты со следующими номинальными геометрическими параметрами: толщина стенки оболочки - 3,72 мм; глубина рифлей - 1,15 мм; длина большой и малой диагонали полуготовых осколков соответственно - 7,5 и 4,3 мм; толщина слоя полуготовых осколков в донной перемычке - 1,4 мм; толщина донной перемычки - 5 мм; форма девяти углублений в донной перемычке - четырехгранная усеченная пирамида с углом наклона боковых граней относительно плоскости донной перемычки 45°; суммарная площадь оснований девяти пирамидальных углублений - 0,24 от площади донной перемычки; глубина камеры разрежения - 0,45 калибра; толщина боковой стенки камеры разрежения - 1,3 мм обеспечили разделение корпуса при взрыве без образования конгломератов в виде отдельных сцепок из полуготовых осколков и малым количеством осколков массой менее 0,25 г.
Результаты рационального дробления корпуса гранаты ГПД-30 подтверждены актом полигонных испытаний в в/ч 33491.
Аналогичные результаты получены при подрывах в бронекамере опытных корпусов гранат 57-мм выстрелов ВОФ-57, изготовленных в соответствии с предложенными техническими решениями. Данный факт подтвержден рядом официальных отчетов ФГУП «ГосНИИ «Кристалл»» и ФГУП НИИ «Геодезия», согласно которым осколкообразование происходит практически в запланированном режиме.
Рассматривается вопрос о применении вышеуказанных наработок в 100-мм снаряде штатного выстрела ЗУОФ17.
Положительные результаты всесторонних исследований и натурных испытаний 30- и 57-мм гранат позволяют гарантировать создание высокоэффективных осколочных снарядов и других калибров.
Источники информации
1. Патент РФ №2248514, МПК F42B 12/24, опубл.
2. Патент РФ №2196294, МПК F42B 12/22, опубл. - прототип.