Охлаждаемый пулеметный ствол
COOLED MACHINE-GUN BARREL

Изобретение относится к стрелковому автоматическому оружию и может быть использовано для жидкостного охлаждения стволов пулеметов. Известны стволы с эффективным межслойным охлаждением в виде трубы с наружными продольными канавками, разделенными ребрами, охваченной кожухом, кроме зоны патронника и дульной части ее, с герметизацией зоны циркуляции хладагента, имеющим по краям по поперечному окну подвода и отвода хладагента к этой зоне и из нее (см. книгу Орлова Б.В. и др. Устройство и проектирование стволов артиллерийских орудий. - М.: Машиностроение, 1976, с. 223-228).
Их недостаток: при высоких плотностях тепловых потоков на охлаждаемых поверхностях стволов калибра 12,7-14,5 мм возникает кризис теплообмена 1-го рода, что приводит к перегреву казенной части трубы и ее разрушению при стрельбе длинными очередями из-за использования продольных канавок, не обеспечивающих эффективного перемешивания текущего хладагента по ним с недостаточной охлаждаемой поверхностью. Известен охлаждаемый пулеметный ствол в виде трубы с выполненными, кроме зоны патронника и дульной части ее, наружными продольными или наклонными канавками с наклонными боковыми поверхностями, разделенными между собой соответствующими ребрами, а в казенной части ее на этих ребрах выполнены с наклонными боковыми поверхностями кольцевые прорези, разделенные между собой кольцевыми ребрами; эта труба охвачена соединенным с ней в казенной части кожухом, имеющим на концах по поперечному окну, открытому в казенной части в кольцевую прорезь трубы, а в дульной части в кольцевой зазор между их боковыми поверхностями, герметизированный у ее дульного среза (см. патент РФ 2752367 С1, от 13.11.2020).
Его недостатки: значительные при стрельбе неизотермичность и разнопрочность направляющей части трубы между зонами ее, расположенными под канавками, их наклонными боковыми поверхностями и вершинами ребер, а также нетехнологичность ее из-за таких канавок и усложненный инструмент с невысокой стойкостью для их образования. Задача предлагаемого решения - уменьшение этой неизотермичности с повышением прочности и технологичности трубы, а также упрощением конструкции инструмента для образования ее канавок. Технический результат от этого: повышение прочности и живучести трубы с упрощением геометрии и снижением стоимости ее изготовления и ствола. Это достигается тем, что в охлаждаемом пулеметном стволе в виде трубы с выполненными, кроме зоны патронника и дульной части ее, наружными продольными или наклонными канавками, разделенными между собой соответствующими ребрами, а в казенной части ее выполнены кольцевые прорези, разделенные своими кольцевыми ребрами, выполненные, как и канавки, расширяющимися от их доньев до вершин их ребер, и охваченной соединенным с ней в казенной части кожухом, имеющим на концах по поперечному окну, открытому в казенной части в ее кольцевую прорезь, а в дульной части в кольцевой зазор между их боковыми поверхностями, загерметизированный у дульного среза трубы, новым является то, что боковые поверхности канавок трубы развернуты к ее наружной поверхности с продолжением ими имеющихся плоских доньев, заканчивающихся на ней, а кольцевые прорези ее казенной части выполнены глубиной, меньше или равны глубине этих канавок; при минимальном числе таких канавок в каждой из них выполнено по радиальному ребру с диаметральным размером по вершине его, как и у имеющихся ребер, и с кольцевыми прорезями выше указанной глубины в казенной части трубы. Выполнением в средней и казенной частях трубы прямых или наклонных наружных канавок с боковым поверхностями, развернутыми к ее наружной поверхности с продолжением ими имеющихся плоских доньев, заканчивающихся на ней, уменьшается установившаяся при стрельбе неизотермичность на ее внутренней поверхности в зоне доньев таких канавок и вершин их ребер, а также упрощаются геометрия боковой поверхности трубы, ее изготовление и используемый для этого инструмент. Формированием кольцевых прорезей в казанной части трубы глубиной, меньше или равны глубине ее канавок, уменьшается объем снимаемого металла с нее при их образовании и сохраняется прочность трубы там.
Созданием при минимальном числе плоских канавок в каждой из них, по дополнительному ребру с диаметральным размером по вершине его, как и у имеющихся ребер, и с кольцевыми прорезями выше указанной глубины в казенной части трубы повышается прочность трубы по середине такой канавки из-за контакта его вершины с боковой поверхностью кожуха; таким решением также увеличивается поверхность охлаждения трубы за счет боковых поверхностей и кольцевых прорезей такого ребра. Предлагаемое от известных решений ново, существенно отличается от них, промышленно пригодно и отвечает критериям изобретение. Такой ствол представлен на чертеже фиг. 1, где в верхней части ее показано продольное сечение его кожуха и трубы по прямому ребру с кольцевыми прорезями с наклонными боковыми поверхностями в ее казенной части, а в нижней части - наружные наклонные канавки средней и казенной частей трубы с этими прорезями в наклонных ребрах казенной части, разделяющих эти канавки. На фиг. 2 приведено поперечное сечение А-А казенной части ствола с предлагаемыми канавками трубы и прорезями указанной выше глубины и дополнительным ребром на такой канавке в правой части ее
2
2
Предлагаемый ствол содержит трубу 1 с патронником 2, от пульного входа которого начинаются ее наружные кольцевые трапецеидальные прорези 3, выполненные в наружных наклонных ребрах 4, причем и казенной части трубы 1 ими образованы выступы 4'; в начале средней части трубы ее плоские наклонные канавки 5 без боковых поверхностей открыты в кольцевой зазор 6 между поверхностями дульной части трубы 1 без канавок и охватывающим ее кожухом 7; не показанной резьбой он соединен через прокладку 8 и дополнительно сваркой с казенной частью трубы 1, а дульной частью расположен у ее дульного среза с герметизацией там зоны циркуляции хладагента теплостойким элементом 9; у кожуха 7 под хладагент выполнены поперечное окно 10 в дульной части, открытое в кольцевой зазор 6, и такое же окно 11 в казенной части, выходящее в кольцевую прорезь 3 трубы, а из нее в предлагаемые канавки 5 или 5 и 5'; справа в сечении А-А показано ребро 12, сформированное на канавке 5 с образованием 2-х канавок 5' в котором выполнены выше указанные прорези 3' с ранее приведенной глубиной, но меньшей ширины; этим ребром, сформированным по вершине в диаметральный размер имеющихся ребер трубы, повышается прочность при 4-х или 6-ти предлагаемых канавках ее и возрастает охлаждаемая поверхность за счет их боковых поверхностей и кольцевых прорезей 3' каждого из таких ребер. Такая конструкция наружной поверхности трубы определяется кривой давления пороховых газов с максимумом до 35 кг/мм, действующих на нее при выстреле в казенной части на длине не более 10-15 калибров ствола, а затем оно резко убывает к дульному срезу до 10-15 кг/мм в зависимости от длины трубы; поэтому труба в дульной части не упрочняется кожухом, и понижается на глубину канавок 5 с образованием кольцевого зазора 6 между их боковыми поверхностями.
Ствол охлаждается так: хладагент подводится через поперечное окно 10 кожуха 7 в его кольцевой зазор 6; по нему, охлаждая дульную часть трубы 1, он устремляется к ее средней части с канавками 5; по каналам, образованным плоскими наружными канавками 5или 5 и 5' и частями внутренней поверхности кожуха (см. фиг. 2), хладагент охлаждает эту часть трубы 1 и перемещается в казенную часть ее с кольцевыми прорезями 3 и 3' в ребрах 4 и 12, образующими отдельно стоящие выступы 4' ее, омываемые с 4-х сторон хладагентом, с отводом к окну 11 кожуха нагретого этой частью трубы и дополнительно ее выступами 4' разной ширины у ребер 4 и 12 (когда используются ребра 12 у канавок 5) хладагента за пределы ствола.
Такой конструкцией наружных прямых или наклонных плоских канавок и кольцевых прорезей в их ребрах казенной части трубы значительно увеличивается охлаждаемая поверхность, чем уменьшается плотность отводимого от нее теплового потока и этим самым устраняется кризис теплообмена 1-го рода при кипении хладагента там. При этом ребрами 12, когда у трубы 1 плоских канавок 5, например, 4-ре, повышается ее прочность по их серединам, т.к. вершины ребер 12 контактируют, как и вершины ребер 4, с внутренней поверхностью кожуха 7. Ими же увеличивается и охлаждаемая поверхность трубы 1 за счет их боковых поверхностей и уменьшенных толщинами ребер 12 прорезей 3. Такие канавки можно формировать на фрезерно-агрегатных станках, получая одновременно за 1 проход 2 канавки или даже 3 при числе канавок трубы у пулеметов калибров d=12.7 и 14,5 мм 4, 6 или 8 с использованием, при этом - жестких концевых твердосплавных фрез. Ребра 12 трубы будет фрезероваться с одновременном образованием такого ребра и двух канавок, имеющих каждая плоское дно и боковую стенку. Указанную неизотермичность направляющей части трубы в поперечном сечении оценим по уравнению теплопроводности Фурье для плоской стенки q=-λ dT/dn, где q=2000000 - отводимая хладагентом от канавки (см. сечение А-А) плотность теплового потока; λ=30 - коэффициент теплопроводности стальной трубы; dT-перепад температур между ее теплообменными поверхностями, определяемый по этой зависимости; dn=0,2d=0,0025-0,005-толщины стенок соответственно от середины ее канавок до их краев для трубы калибра d=12,7 мм и наружного диаметра 0,022 по вершинам ребер 6-ти предлагаемых канавок фиг. 2. Размерность этих величин, кроме калибра ствола, в системе СИ.
Тогда получим по середине такой канавки трубы перепад 166°, а на краю ее у наружного диаметра 0,022 уже 332°, причем с увеличением количества канавок на трубе ее наружный диаметр уменьшается, и последнее значение этого перепада становится меньше, чем снижается установившаяся неизотермичность при стрельбе направляющей части с возрастанием ее живучести.
Количество штатных канавок (прямоугольных, трапецеидальных, радиусных и др.) для этого калибра ствола как минимум 8, и неизотермических зон у направляющей части трубы больше, что снижает ее живучесть. Кольцевые прорези казенной части трубы выполняются переменной глубины (см. фиг. 2): в зоне контакта вершины ребра трубы с внутренней поверхностью кожуха 7 она постоянна и равна глубине предлагаемой канавки, а за пределами этой зоны уменьшается и к середине такой канавки равна 0, чем уменьшается объем снимаемого металла при образовании канавок и кольцевых прорезей.
Последними также снижается и установившаяся при стрельбе продольная неизотермичность направляющей части с повышением живучести трубы. Таким образом, предлагаемыми плоскими наружными канавками и кольцевыми прорезями переменной глубины в казенной части трубы повышаются ее живучесть до 5%, прочность и технологичность упрощением геометрии ее наружной боковой поверхности, чем снижается стоимость такого ствола.