СПОРТИВНЫЙ И ОХОТНИЧИЙ ПАТРОН С ЭЖЕКТОРНОЙ ПУЛЕЙ

Полезная модель относится к гладкоствольному оружию, а более конкретно к патронам для спортивных и охотничьих ружей с эжекторной пулей.
Известны спортивные и охотничьи патроны, конструкции которых описаны, например, в авторских свидетельствах, патентах и полезных моделях (См. а.с. СССР №324468, патент RU №2169339, патент RU №2150662, патент RU №2301954, патент на ПМ №48406), содержащие металлическую, бумажную или полиэтиленовую гильзу с капсюлем-воспламенителем, пороховой заряд, полиэтиленовый контейнер (поддон) с обтюрирующими выступами, с пулей или дробовым снарядом, помещенными в цилиндрические элементы контейнера. После выстрела цилиндрические элементы контейнера разделяются от встречного потока воздуха, освобождая пулю или дробовой снаряд для движения по собственным целевым траекториям.
Недостатками известных конструкций патронов являются: низкая скорость метания дроби или пули, небольшая дальность прямого выстрела и большая по величине настильность траектории, влияющая на значительный разброс и кучность выстрела.
Еще одним недостатком известных спортивных и охотничьих патронов является наличие пули или дробового снаряда, которые не могут увеличивать скорость метания в каждой точке своей траектории, поскольку движение на траектории этих метаемых тел осуществляется по инерции.
Известно оживальное тело, осуществляющее способ метания из нарезных стволов оружия, описанное в заявке на изобретение №2008102915/02 от 25.01.2008 "Способ метания оживального тела давлением пороховых газов в воздушной среде и устройство для его осуществления". Это тело состоит из оживальных головной части, полого корпуса и кормы в виде усеченного конуса. Полый корпус выполнен в виде камеры предварительного сжатия и сопла Лаваля, состоящего из конфузора, снабженного лопастями при входе в критическое сечение и диффузора, причем оживальная корма снабжена поддоном. Эти лопасти соединены с внутренними стенками конфузора и боковой поверхностью обратного конуса при его вершине. Головная часть имеет обратный конус и соединена с полым корпусом тонкими перемычками в виде лопаток, расположенными по радиусу, с образованием ортогонального диаметрального кольцевого отверстия между головной частью и полым корпусом, пересекаемого наружными поверхностями перемычек, опирающихся на боковую поверхность обратного конуса, длина которого достигает начала критического сечения сопла Лаваля. На наружной поверхности тела, по ортогональному диаметру оживальной кормы, выполнены отверстия, эжектируемые наружный воздух в зону разряжения диффузора и закрываемые поддоном вместе с выходным отверстием диффузора. Оси эжектируемых отверстий выполнены под острым углом к оси тела по направлению к торцу кормы.
Благодаря преобразованию энергии инерции метаемого оживального тела при движении его на траектории в энергию сверхзвуковой реактивной струи, посредством эжектирования атмосферного воздуха в зону разряжения диффузора и смешении эжектируемого и эжектирующего потока воздуха, проходящего через сопло, возникает дополнительная реактивная тяга на ускорение движения этого тела и, поэтому совершается частичный возврат затраченной энергии энерции метаемому оживальному телу на траектории. Таким образом, метаемое оживальное тело является устройством с эжектором, способное увеличивать свою скорость метания в каждый момент времени после выстрела при движении по своей целевой баллисте без увеличения порохового заряда.
Следовательно, такое устройство метаемого оживального тела можно назвать эжекторной пулей или эжекторным снарядом.
Однако недостатком эжекторной пули или эжекторного снаряда, предназначенных для метания из нарезных стволов оружия, является сложность конструкции, из-за наличия переднего оживального конуса, его соединительных частей и лопастей в конфузоре. Кроме этого, оси эжектируемых воздух отверстий, выполненные по направлению к корме под острым углом к оси тела, не влияют на увеличение гироскопического момента вращения.
Известен патрон для гладкоствольных ружей (См. патент RU №2284449, МПК F42B 7/04), выбранный прототипом для заявляемой полезной модели, который содержит полиэтиленовую завальцованную, по типу звезда, гильзу с капсюлем-воспламенителем, засыпанный в гильзу заряд пороха, пыж-контейнер, дробовой снаряд. Пыж-контейнер состоит из цилиндрического контейнера с дном, причем стенки цилиндра имеют четыре продольных разреза для равномерного раскрытия лепестков при выстреле после выхода из ствола. Дно контейнера соединено воедино с амортизатором, который в свою очередь так же связан с обтюратором, прикрывающим засыпанный в гильзу заряд пороха.
Недостатком известного патрона является малая надежность, из-за наличия полиэтиленовой гильзы, поскольку при больших давлениях пороховых газов в гильзе и высокой их температуре в момент выстрела, может возникнуть перегрев стенок гильзы выше температуры нагревостойкости полиэтилена высокого давления - 110°С. По этой причине, возникает ее удлинение с отрывом верхней части гильзы, что приводит к ее выбросу из ствола совместно с контейнером и окольцовкой лепестковых элементов, которые при выстреле, после выхода из ствола, не раскрываются. Дробовой снаряд в таком случае не может иметь целевую баллисту.
Другим недостатком известного спортивного патрона является наличие дробового снаряда, который не может увеличивать скорость метания в каждой точке своей траектории, поскольку движение на траектории этого метаемого снаряда осуществляется по инерции.
Предлагаемой полезной моделью решается техническая задача по увеличению надежности и упрощению конструкции патрона с эжекторной пулей, увеличению ее скорости метания, дальности выстрела, улучшению настильности траектории и кучности боя, без увеличения порохового заряда при стрельбе из спортивных или охотничьих гладкоствольных ружей.
Указанная техническая задача обеспечивается тем, что в спортивном и охотничьем патроне с эжекторной пулей, содержащем завальцованную, по типу звезда, гильзу, капсюль-воспламенитель, пороховой заряд, полиэтиленовый пыж-контейнер, состоящий из объединенных в одно целое цилиндрического контейнера с дном, снабженного четырьмя продольными разрезами до дна, образующими четыре лепестка, трубчатого амортизатора и обтюратора, прикрывающего пороховой заряд, пуля выполнена эжекторной, в виде полого корпуса с цилиндрической камерой сжатия, с соплом Лаваля и кормой. Цилиндрическая камера сжатия имеет открытый вход встречному потоку воздуха, а ее наружная оживальная поверхность сопряжена с цилиндрической поверхностью, совпадающей с окружностью большого диаметра основания усеченного конуса оживальной кормы. Эта цилиндрическая поверхность снабжена нечетным количеством отверстий каналов, закрытых лепестками контейнера и предназначенных для эжектирования наружного воздуха после выстрела в зону разряжения диффузора, выходное отверстие которого закрыто в патроне дном контейнера.
Оси каналов выполнены под острым углом к плоскости симметрии эжекторной пули, направленным вершиной к торцу кормы. Отверстие верхней части бумажной гильзы загерметизировано металлизированным бумажным кружком металлизацией наружу.
В предлагаемом патроне гильза для надежности выполняется либо бумажной, либо металлической, поскольку эти материалы при параметрах выстрела из спортивных или охотничьих гладкоствольных ружей обладают высокой нагревостойкостью, и, следовательно, не испытывают значительных деформаций растяжения в отличие от полиэтилена.
Цилиндрический полиэтиленовый контейнер с образованными четырьмя лепестками - продольными разрезами выполняет роль подкалиберного поддона, который при выходе из ствола от встречного потока воздуха одновременно раскрывает свои лепестки, освобождая эжекторную пулю для движения на траектории.
Открытый вход встречному потоку воздуха в камеру предварительного сжатия определяет величину давления сжатия встречного потока воздуха от скоростного напора пули. Поэтому геометрические параметры камеры сжатия определяют, в конечном итоге, диапазон скоростей метания эжекторной пули, время переходных процессов для возбуждения эжекции и реактивной тяги и величину оптимальных потерь полного давления при торможении входной струи воздуха.
Скорость метания для эжекторных пуль выражается числом Маха - М, которое является отношением действительной скорости газового или воздушного потока к скорости звука в этом же потоке. При М<1 скорость газа - дозвуковая, М>1 - сверхзвуковая. Скорость звука в воздухе принимается равной 333 м/с.
Оптимальные режимы работы эжекторной пули соответствуют максимальному восстановлению полного давления сжатия воздуха в камере сжатия и конфузоре сопла Лаваля при кратчайшем времени протекания переходных процессов и при скорости метания, соответствующей М<1,5. В абсолютных величинах в доверительном интервале ≈ 5% эта скорость метания может иметь величину от 270 м/с до 470 м/с, поскольку, при скорости метания менее 270 м/с существенно возрастает время протекания переходных процессов, из-за потерь на нагрев и теплоотдачу стенок пули наружной среде обтекания.
При метании пули выше звуковой скорости (М>1) на внешней поверхности камеры сжатия, особенно на внешней передней кромке, возникает интенсивный косой скачок уплотнения с образованием отходящей криволинейной ударной волны, приводящей к большому внешнему волновому сопротивлению эжекторной пули и нежелательной потери скорости ее после выхода из ствола. Поэтому внешнюю поверхность пули на входе необходимо выполнять оживальной.
Косой скачок уплотнения внешнего потока выгодно конструктивно перенести на окружность соприкосновения конца оживальной поверхности с цилиндрической поверхностью эжекторной пули, на которой выполнены, ближе к окружности соприкосновения, нечетное количество отверстий каналов, эжектирующих в зону разряжения диффузора наружный воздух. Такое техническое решение необходимо в патроне, для надежного охвата лепестками контейнера эжекторной пули, а также для всасывания уплотненного воздуха в отверстия каналов, и, следовательно, уменьшения интенсивности косого скачка и волнового сопротивления эжекторной пули, для увеличения гироскопического момента вращения пули, образующегося при кинетическом воздействии уплотненного эжектируемого потока воздуха на наклонные стенки каналов после выстрела.
При транспортировке патронов, для исключения попадания посторонних предметов, мусора и влаги во внутрь эжекторной пули, выходное отверстие гильзы загерметизировано (например, водостойким клеем) металлизированным бумажным кружком, поскольку слой металлизации предохраняет от проникновения влаги.
Важно, что при раскрытии гильзы в момент выстрела, этот металлизированный бумажный кружок рвется без образования отдельных частей, которые могут попасть внутрь камеры сжатия пули и перекрыть критическое сечение сопла Лаваля, нарушая процесс эжекции. При раскрытии гильзы, эти связанные части с ее верхом, оживальной поверхностью эжекторной пули прижимаются к внутренней поверхности патронника ствола, и, в следующие моменты выстрела не препятствуют прохождению пыж-контейнера в стволе из-за своей малой толщины.
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг.1 изображен общий вид спортивного и охотничьего патрона с эжекторной пулей в разрезе; на фиг.2 показан внешний вид сечений эжекторной пули с указанием острого угла β наклона осей эжектируемых каналов относительно оси симметрии эжекторной пули к торцу оживальной кормы эжекторной пули.
Спортивный и охотничий патрон с эжекторной пулей (фиг.1) содержит бумажную гильзу 1, в которую вставлен донный пыж 2 вместе с капсюлем-воспламенителем 3, помещенную в стальную обечайку 4. В гильзу засыпан заряд пороха 5 покрытый обтюратором 6, соединенный в одно целое через амортизатор 7 с дном 8 цилиндрического контейнера 9, в который помещена эжекторная пуля 10. Входное отверстие гильзы завальцовано, по типу звезда, и загерметизировано металлизированным кружком бумаги 11 металлизацией наружу.
Конструкция эжекторной пули патрона состоит из цилиндрической камеры сжатия 12 с оживальной наружной поверхностью 12, сопряженной 2 с цилиндрической поверхностью 14, конфузора 15, критического сечения 16, каналов 17, эжектируемых наружный воздух, диффузора 18, расположенного внутри кормы 19 с конической оживальной поверхностью 20.
В пыж-контейнер входят обтюратор 6, соединенный в одно целое через амортизатор 7 с дном 8 цилиндрического контейнера 9.
Сопло Лаваля содержит конфузор 15, критическое сечение 16, диффузор 18 с каналами 17.
Работа патрона осуществляется следующим образом. При срабатывании капсюля-воспламенителя 3, вставленного в донный пыж 2, воспламеняется заряд пороха 5. Пороховые газы воздействуют на внутренние стенки обтюратора 6, наружная стенка обтюратора 6 при этом прижимается к внутренней цилиндрической стенке гильзы 1, что исключает прорыв газов между наружной стенкой обтюратора 6 и внутренней поверхностью гильзы 1, а затем и внутренней стенкой ствола при выходе обтюратора 6 из гильзы 1.
Одновременно пороховые газы воздействуют на трубчатый амортизатор 7, который, сжимаясь, уменьшает импульс быстро нарастающего давления пороховых газов на эжекторную пулю 10. Дополнительные обтюрирующие элементы дна 8 и лепестков цилиндрического контейнера 9 перехватывают часть газов, прорвавшихся через основной обтюратор 6. С повышением давления пороховых газов трубчатый амортизатор 7 сжимается полностью, увеличивая объем камеры сгорания патрона и снижая тем самым пиковое давление пороховых газов в патроннике до вскрытия гильзы.
После вскрытия гильзы, разрушения металлизированного кружка бумаги 11, под действием давления пороховых газов пыж-контейнер с эжекторной пулей 10 выходит из гильзы 1 и возникает процесс разгона этой конструкции в ружейном стволе. При этом процессе еще в стволе встречный поток воздуха сжимается в камере сжатия 12 эжекторной пули 10, его внутреннее давление и температура повышается, но этот сжатый воздух внутри камеры сжатия 12 эжекторной пули 10 остается статичным, поскольку дно 8 закрывает выходное отверстие диффузора 18, и отверстия каналов 17 лепестками цилиндрического контейнера 9.
После прохождения обреза ствола лепестки цилиндрического контейнера 9 и остальные части пыж-контейнера мгновенно отделяются от эжекторной пули 10 из-за встречного потока воздуха и статического давления внутри пули 10. После отделения пыж-контейнера, под действием встречного потока воздуха и статического давления в камере сжатия 12 эжекторной пули 10, воздух мгновенно начинает свое движение в сопле Лаваля через критическое сечение 16, и при этом мгновенно включается процесс эжекции наружного воздуха через эжектируемые каналы 17.
Эжекторная пуля 10, одновременно с началом процесса эжекции наружного воздуха, обретает из-за наличия угла β, показанного на фиг.2, вращающийся гироскопический момент вокруг своей оси симметрии и устойчивость движения по своей баллисте, а также дополнительно обретает реактивную тягу на увеличение скорости метания на траектории, за счет подмешивания наружного эжектируемого воздуха к эжектирующему потоку.
Благодаря применению эжекторных пуль в спортивных и охотничьих патронах, скорость метания на траектории увеличивается в 3,5 раза и достигает 1500 м/с, по сравнению с дульной скоростью метания 430 м/с…450 м/с, при весе эжекторной пули вместе с пыж-контенером 28 г и навеской пороха 1, 56 г. При правильно рассчитанном эжекторе пули, и указанной выше дульной скорости, увеличение скорости метания на траектории приближается к пяти. По этой причине увеличивается дальность прицельного выстрела, значительно улучшается настильность баллисты и кучность выстрела.
Благодаря применению в спортивном и охотничьем патроне эжекторной пули с открытым входом встречному потоку воздуха, а также упрощенная конструкция пыж-контейнера с обтюратором позволили создать патрон с увеличенной скоростью метания и дальностью выстрела эжекторной пулей с улучшенной настильностью траектории и кучностью боя, без увеличения порохового заряда.