СПОСОБ БЕСШУМНОГО ВЫСТРЕЛА И ПАТРОН ДЛЯ ЕГО ВЫПОЛНЕНИЯ
METHOD OF NOISLESS FIRE AND CARTRIDGE TO THIS END

Изобретение относится к стрелковому оружию, именно к боеприпасам с бесшумным, беспламенным и бездымным выстрелом.
Известен способ бесшумного выстрела из унитарного патрона типа СП-4 (см. журнал "Оружие", №1, 2000 г., стр.29, 30 и №7, 2002 г., стр.53, 54). При выстреле пуле сообщают скорость в стволе не силой давления пороховых газов непосредственно на ее дно, а через воздействие поршня, помещенного за пулей внутри гильзы. Пороховые газы оказывают давление на поршень, поршень внутри гильзы продвигается вперед и выталкивает из дульца гильзы пулю, которая затем по инерции проходит нарезы ствола и из ствола выбрасывается с расчетной начальной скоростью.
Поршень в процессе выстрела заклинивается в устье дульца гильзы, запирая во внутреннем объеме пороховые газы, являющиеся главным источником ударной, звуковой и световой волны при истечении их в атмосферу из оружия. Таким способом осуществляют бесшумность, беспламенность и бездымность выстрела по принципу изоляции пороховых газов в замкнутом объеме гильзы с помощью поршня.
Недостатками известного способа бесшумного выстрела являются:
1. Взрывоопасность гильз после выстрела из-за содержания внутри них раскаленных пороховых газов под высоким давлением.
2. Незначительный разгон пули в стволе, обусловленный малой длиной гильзы, поэтому патроны применимы только для короткоствольного и короткобойного оружия.
Наиболее близким к заявляемому способу бесшумного выстрела является способ, реализованный в бесшумном патроне (см. RU №2309377, МПК F42B 29/00, F42B 5/184, опубл. 2007 г.), в котором принцип запирания пороховых газов осуществляют в полой пуле с центральным отверстием в тыльной стенке, где располагают поршень, соединенный с трубкой с пороховым зарядом, снабженной в хвостовой части капсюлем и стабилизатором. При инициировании капсюля пороховой заряд воспламеняется и толкает полый корпус пули вперед.
Поршень, дойдя до тыльной стенки пули, перекрывает центральное отверстие, не позволяя ударной, звуковой и световой волне из полой пули выйти в атмосферу. Полая пуля выталкивается из оружия вместе с подвижной трубкой и поршнем за счет перемещения трубки с поршнем в осевом направлении. Таким образом осуществляют бесшумность, беспламенность и бездымность выстрела по принципу запирания пороховых газов в полой пуле.
Недостатками известного способа - прототипа являются:
1. Малый разгон пули в оружии по длине трубки с поршнем не позволяет использовать этот способ выстрела для повышения дальнобойности оружия.
2. Невозможность стабилизации движения пули на траектории, приводящая к низкой точности поражения цели, из-за отсутствия ствола с нарезами в таком способе выстрела.
Известен бесшумный патрон типа СП-4 для стрелкового оружия, взятый в заявке за аналог (см. журнал "Оружие", указанный ранее), состоящий из стальной гильзы бутылочной формы с проточкой на хвостовой части для захвата выбрасывателя, толкателя в виде фигурного тонкого поршня, упирающегося в дно пули. Пуля патрона представляет собой сплошной цилиндр из легированной стали, имеющий латунный ведущий поясок на головной части. В снаряженном состоянии пуля полностью утоплена в гильзе патрона по срезу дульца.
За счет того что поверхность пули механически не взаимодействует с внутренней поверхностью ствола, в нарезы врезается только ведущий поясок, поэтому нет необходимости в проталкивании пули по всей длине ствола, достаточно, чтобы ведущий поясок прошел нарезную часть ствола. Донная часть пули при этом доводится поршнем до дульца гильзы, в котором поршень заклинивается, не выдвигаясь дальше, отсекая во внутреннем объеме гильзы пороховые газы и изолируя их от остального объема ствола. После выстрела гильза автоматически извлекается из патронника и удаляется из оружия при движении затвора назад под действием отдачи.
Недостатком такого бесшумного патрона является невозможность его использования для прицельной стрельбы из стрелкового оружия с длиной ствола более 45 мм из-за малой длины разгона пули в стволе.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению, реализующему способ бесшумного выстрела, является бесшумный патрон (см. RU №2309377, МПК F42B 29/00, F42B 5/184, опубл. 2007 г.), содержащий полую пулю, поршень, заряд и капсюль. Пуля имеет центральное отверстие в тыльной стенке, внутри нее расположен поршень, соединенный с трубкой, внутри которой расположен заряд, при этом трубка снабжена в хвостовой части капсюлем и кольцевым стабилизатором. Далее в описании термин "трубка" заменяется термином "гильза", более подходящим по принципу действия.
Устройство бесшумного патрона работает следующим образом. После инициации капсюля пороховой заряд воспламенятся и толкает полый корпус пули вперед. Дойдя до тыльной стенки пули, поршень перекрывает центральное отверстие, не позволяя ударной, звуковой и световой волне выйти в атмосферу. Этот принцип отсечки и изоляции пороховых газов внутри пули обеспечивает бесшумность, беспламенность и бездымность выстрела. После выстрела полая пуля вместе с трубкой, капсюлем и кольцевым стабилизатором улетает в цель.
Недостатками такого устройства бесшумного патрона являются:
1. Малая дальнобойность оружия из-за малой длины разгона пули в оружии.
2. Отсутствие прицельной точности поражения цели из-за плохой стабилизации движения пули на траектории при выстреле без ствола.
Технической задачей настоящего изобретения является увеличение дальнобойности и прицельной дальности выстрела с использованием бесшумного патрона в оружии с нарезным стволом требуемой длины.
Поставленная задача обеспечивается тем, что в способе бесшумного выстрела, включающем обеспечение поступательного движения гильзы с поршнем для разгона полой пули в неподвижном стволе оружия, под давлением пороховых газов с запиранием последних в гильзе и полой пуле, поступательное движение гильзы преобразуют в ускореннное вращение пули в стволе оружия, выполненном нарезным, с равным числом оборотов пули в нарезах ствола и винтовой паре, содержащей гильзу с резьбой на ее поверхности и пулю с резьбой на ее внутренней поверхности, при этом величина хода нарезов в стволе в несколько раз больше величины хода нарезов упомянутой винтовой пары.
Кроме этого, указанный технический результат достигается тем, что в бесшумном патроне, содержащем полую пулю, в которой размещены гильза с пороховым зарядом и капсюлем, впрессованным в торец кормы гильзы и поршень для герметизации пороховых газов, соединенный с гильзой, на наружной поверхности пули выполнены нарезы, соответствующие полигональным нарезам ствола оружия, пуля с трапецеидальной резьбой на внутренней поверхности и гильза с соответствующей резьбой на ее поверхности, витки которой служат упомянутым поршнем, образуют винтовую пару, при этом величина хода нарезов в стволе в несколько раз больше величины хода нарезов упомянутой винтовой пары, а на корме гильзы, выходящей из пули, выполнены приливы, с возможностью их скольжения при выстреле в равных по ширине и высоте прямоугольных пазах, выполненных в стволе оружия.
Вместе с этим указанный технический результат достигается тем, что число заходов витков, выполненных на поверхности гильзы и на внутренней поверхности пули является четным, а число оборотов витков на поверхности гильзы составляет не более одного, при этом на гильзе выполнен концентрический паз, соответствующий концентрическому пазу, выполненному на внутренней поверхности пули после окончания на ней трапецеидальной резьбы, в котором установлено стопорное металлическое кольцо, фиксирующее начальное положение пули и гильзы.
Благодаря преобразованию поступательного движения гильзы под действием давления пороховых газов во вращательное движение пули в нарезах ствола оружия с помощью винтовой пары, резьбы на гильзе и на внутренней оболочке пули, с одинаковым числом оборотов пули в нарезах ствола и в винтовой паре, но с величиной хода нарезов в стволе в несколько раз больше величины хода нарезов винтовой пары, пуля в стволе увеличивает скорость во столько раз, во сколько ход нарезов в стволе больше хода резьбы в винтовой паре.
Из кинематики известно, что U=ωr·tgα, где скорость поступательного движения пули U определяется величиной линейной скорости ее вращения ωr (ω - угловая скорость вращения пули, r - радиус ствола), увеличенной на тангенс угла подъема винтовой нарезки, т.е. угол α. Поскольку формула обратима, то поступательная скорость пули в стволе определяет ее скорость вращения, или скорость вращения пули определяет ее поступательную скорость. Следовательно, возникают реальные условия получения необходимой по величине поступательной скорости пули в стволе не созданием давления пороховых газов на дно пули, а созданием требуемого момента вращения пули.
Нарезка постоянной крутизны имеет угол наклона α=8°56″, входящий в формулу tgα=π·d/h, где d - калибр ствола, h - величина хода нарезов. Поскольку крутизна нарезов для указанного угла составляет h/d=20, то для калибра 9 мм имеем величину хода нарезов, равную h=180 мм. На этом расстоянии пуля при разгоне в стволе выполнит один оборот.
-4
-4
-4
1
2
2
1
Для стандартной 9 мм пули к патрону СП-5 длиной 36,2 мм гильза по конструктивным соображениям имеет длину вместе с кормой 25 мм и ход гильзы в винтовой паре внутри оболочечной пули может быть 15 мм. По опытам в манометрической бомбе, гильза в виде модели пули проходит это расстояние за время 6,4·10 с, т.е. скорость движения гильзы в винтовой паре оказывается равной V=15/6,4·10=23,44 м/с. Следовательно, за это время пуля сделает в нарезах ствола один оборот, тогда начальная скорость вылета пули из ствола будет равна V=180/6,4·10=281,3 м/с. Соответственно, отношение скоростей V/V=281,3/23,44=180/15=12 будет равно отношению величины хода нарезов ствола к величине хода нарезов в винтовой паре.
В соответствии с методикой (см. М.Е.Серебряков. Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ракет. М.: Оборонгиз, 1962, стр.336-346) можно рассчитать более точно начальную скорость вылета пули из ствола любой длины.
Поскольку поступательное движение гильзы ограничено концом винтовой резьбы на внутренней поверхности оболочки пули, по которым скользят витки резьбы, выполненные на поверхности гильзы (поршень в виде резьбы на гильзе), то пороховые газы после выстрела оказываются изолированными во внутреннем объеме полой пули и гильзы, чем обеспечивается бесшумность, беспламенность и бездымность выстрела. Таким образом решается поставленная задача и достигается технический результат изобретения.
2
2
Особенность бесшумного выстрела выдвигает требования исключения давления форсирования для врезания наружной оболочки пули на полную глубину нарезов в стволе, так как давление пороховых газов в стволе на дно пули полностью отсутствует. Поэтому выполнение нарезов на поверхности пули заранее необходимо по двум причинам. Во-первых, усилие давления после врезания на полную глубину пояска, т.е. усилие скольжения по образовавшимся нарезам резко уменьшается с 300 кг/см до 30-70 кг/см (см. выше указанное), и, во-вторых, выгоднее это давление форсирования использовать для разгона пули в канале ствола, увеличивая усилие вращения пули в полигональных нарезах ствола, поскольку в этих нарезах пуля не испытывает деформацию.
Использование трапецеидальной резьбы для преобразования поступательного движения гильзы во вращательное движение пули позволяет увеличить коэффициент полезного действия передачи и повысить технологичность изготовления изделия. Для обеспечения только поступательного движения гильзы без вращения ее в винтовой паре на корме гильзы выполнены приливы, скользящие при выстреле в прямых прямоугольных по сечению каналах, выполненных соосно по образующим ствола. Глубина этих прямых прямоугольных каналов по конструктивным требованиям должна быть больше по величине глубины полигональных нарезов в стволе, для исключения заклинивания в местах пересечения каналов с полигональными нарезами, при скольжении в этих каналах приливов, высота которых должна быть равна глубине прямоугольных каналов.
Эти каналы, сопрягаемые с приливами, создают упор противодействия вращательным усилиям, возникающим при движении гильзы под действием пороховых газов при скольжении трапецеидальных витков резьбы на гильзе по виткам аналогичной резьбы, выполненной на внутренней поверхности оболочки пули. Благодаря такому конструкторскому решению создаются опорные реакции вращающим силам пули.
Четное число заходов витков, лежащих на поверхности гильзы и на внутренней поверхности полой оболочки пули обеспечивают равномерность и симметричность усилий вращения, возникающих в винтовой паре без перекосов. Число оборотов витков, лежащих на поверхности гильзы не более одного, косвенно определяет величину предела прочности витка при проектировании пули с минимальными габаритами и размерами гильзы и самой пули.
Для предлагаемой конструкции бесшумного патрона более выгодно применять полигональные нарезы в стволе и на пуле, преобразуя давление форсирования в усилие разгона пули при ее вращении. Однако в полигональных нарезах, по отмеченному выше, усилия скольжения значительно уменьшаются, что может привести к неполному сгоранию порохового заряда патрона, поскольку пуля может быть выброшена из канала ствола малым усилием.
Благодаря применению стопорного металлического кольца, например из алюминия, можно по расчетной его толщине на срез регулировать величину давления пороховых газов внутри гильзы до начала ее движения и вращения пули и возможно повышать давление до такой величины, когда сгорание порохового заряда внутри гильзы полностью закончится.
Устройство для осуществления заявленного способа бесшумного выстрела иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 представлен общий вид бесшумного патрона в разрезе, а на фиг.2 - общий вид ствола с пулей в разрезе.
Бесшумный патрон состоит из полой оболочки 1 пули, на поверхности которой выполнены нарезы 2. Вовнутрь оболочки 1 помещена стальная гильза 3 с выполненными (вначале) на ее поверхности трапецеидальными витками 4. В гильзе находится заряд пороха 5, зафиксированный целлулоидным кружком 6. На конце трапецеидальной резьбы 4, выполненной на внутренней оболочке пули, в концентрическом пазу установлено стопорное кольцо 7 из металла, которое входит в концентрический паз, выполненный на гильзе 3 патрона. Технологический прижим 8 служит опорой стопорному кольцу 7 и необходим при сборке патрона. На корме гильзы 3 имеются приливы 9, впрессованный капсюль 10 и кольцевая закраина 11.
На фиг.2 на сечениях ствола показаны цифровые обозначения: 12 - полигональные нарезы, 13 - прямоугольные пазы. По сечению ствола на фиг.2 видно, что глубина упорных каналов больше глубины полигональных нарезов.
Исходное положение патрона в канале ствола следующее. Нарезы 2 на наружной поверхности оболочки 1 пули, показанные на фиг.1, входят в полигональные нарезы ствола 1, показанные на фиг.2. Приливы 9 кормы гильзы 3 на фиг.1 входят в прямые упорные каналы 2 ствола фиг.2. Кольцевая закраина 11 на торце кормы гильзы 3 упирается в зеркало затвора оружия, выбрасыватель затвора зацеплен за кольцевую закраину 11 патрона, необходимую для разряжения оружия при отсутствие выстрела, Упомянутые детали оружия на фиг.1, фиг.2 не показаны.
Для осуществления способа бесшумного выстрела в оружии при накалывании капсюля 10 бойком воспламеняется капсюльный ударный состав, который через затравочные отверстия (на фиг.1 не показаны) передает луч огня пороховому заряду 5, который, воспламеняясь, повышает давление пороховых газов внутри гильзы 3. Пороховые газы оказывают давление на переднюю стенку полой оболочки 1 пули и на дно гильзы 3. После достижения давления пороховых газов усилия среза кольца 7, гильза 3 начинает движение в оболочке 1 пули, упираясь в зеркало затвора кольцевой закраиной 11, расположенной на торце кормы.
В это мгновение полая оболочка 1 пули получает импульс на поступательное движение в стволе, для преодоления сил трения и инерции покоя массы патрона. При этом, поступательное движение гильзы преобразуется в ускоренное вращение пули в стволе оружия при вхождении нарезов 2 на пуле в полигональные нарезы ствола с одновременным скольжением витков трапецеидальной резьбы 4 на гильзе 3 в ответных витках трапецеидальной резьбы, выполненной на внутренней оболочке 1 полой пули, и вхождением приливов 9 в равные по ширине и высоте прямоугольные пазы 13, выполненные в стволе оружия.
Поскольку величина хода полигональных нарезов в канале ствола значительно больше величины хода трапецеидальной резьбы 4 гильзы 3 и оболочки 1, а пуля при движении гильзы 3 должна совершить в стволе одинаковое число оборотов, то в следующие мгновения происходит отрыв торцовой поверхности кольцевой закраины 11 кормы гильзы 3 от зеркала затвора, несмотря на продолжение поступательного движения гильзы 3 под действием давления пороховых газов. С этого момента пуля получает импульс вращения в стволе только от поступательного движения гильзы 3 внутри оболочки 1 пули.
Окончание поступательного движения гильзы 3 наступает тогда, когда витки 4 трапецеидальной резьбы гильзы 3 придут в соприкосновение с концом трапецеидальной резьбы 4 на внутренней поверхности оболочки 1 пули, где находятся остатки среза стопорного кольца 7. За мгновение до этого пуля должна пройти обрез ствола и начать движение на траектории. Пороховые газы после вылета пули из ствола оказываются изолированными внутри оболочки 1 пули, гильзы 3 и винтового поршня с винтовой парой. Поскольку при начале движения пули зеркало затвора оружия получает импульс давления пороховых газов через корму гильзы 3, то возникает возможность выполнения оружия автоматическим для производства выстрелов из предлагаемого бесшумного патрона.
Благодаря преобразованию поступательного движения гильзы под давлением пороховых газов во вращательное движение полой пули в стволе достигается необходимая скорость метания пули из ствола требуемой длины с одновременной изоляцией пороховых газов в патроне, с помощью отсечки их от объема ствола в оболочке пули и гильзе, решается поставленная задача и достигается технический результат изобретения способа бесшумного выстрела и патрона для его выполнения. Кроме того, решается задача расширения области применения бесшумного патрона, поскольку предлагаемый патрон может быть применим в оружии любого типа, вида и калибра с любой требуемой длиной ствола, например в штурмовых, снайперских винтовках, пистолет-пулеметах и пулеметах, гранатометах и малокалиберных пушках.