АРТИЛЛЕРИЙСКОЕ ОРУДИЕ С ВЫКАТОМ "ТЬМАКА"
"TYAMACK" ARTILLERY PIECE WITH FLOATING RECOIL

Изобретение относится к артиллерийской технике, а более конкретно к орудиям с выкатом.
Одной из острейших проблем развития артиллерийской техники является снижение массы орудий. Это связано с необходимостью быстрой переброски техники на большие расстояния, в том числе и воздушным транспортом. Вновь разрабатываемые буксируемые орудия имеют массу, в 2,5 раза меньшую, чем штатные орудия с той же дальностью стрельбы (см. таблицу)
Орудие
Масса, кг
Макс. дальность стрельбы, км
Штатная 155 мм гаубица M198 США
7160
18,1
Штатная 155 мм гаубица FH-70 ФРГ
9300
24,7
Новая 155 мм гаубица ХМ777 США
3745
24,7
Снижение массы достигается за счет применения новых конструктивных схем, использования новейших материалов, применения современных компьютерных технологий проектирования.
Применение артиллерии в региональных конфликтах, где проблема транспортировки, в том числе вертолетной, и парашютного десантирования, является еще более острой, требует дальнейшего снижения массы орудия.
ор
Согласно патенту №2213315 РФ «Артиллерийский комплекс ближнего действия «Тверь» рекомендуемая масса М легких (пехотных) орудий должна подчиняться соотношению
ор
3
М=300d±10%,
ор
где М, кг, d - калибр, дм. Таким образом, масса 152 мм орудия должна составлять 1050 кг.
Одним из перспективных направлений снижения массы орудия является использование схемы орудия с выкатом (см., например, А.Н. Латухин «Современная артиллерия». Воен. издат. МО СССР, 1970, стр.162).
Орудие с выкатом содержит все компоненты, присущие классическому орудию (ствол с казенником и затвором, противооткатные устройства, люльку, верхний станок, нижний станок, лафет, дополнительные устройства), но, кроме этого, содержит стопор ствола в положении отката, т.е. в крайнем заднем положении. При этом в накатнике аккумулируется энергия сжатия газа. После заряжания орудия стопор снимается и ствол под действием сжатого в накатнике газа устремляется вперед. В конце разгона ствола срабатывает устройство производства выстрела. Импульс отдачи сначала расходуется на погашение импульса движения ствола, а затем частично погашается тормозом отката. Остающаяся часть импульса расходуется на сжатие газа в накатнике. Такая система обеспечивает уменьшение импульса на лафет, и, следовательно, возможность уменьшения массы орудия.
Основным недостатком обычной схемы орудия с выкатом является относительно малая величина энергии, запасаемой в накатнике, и, как следствие, небольшая величина количества движения ствола.
Настоящее изобретение направлено на устранение указанного недостатка. Техническое решение состоит в том, что в состав орудия включается ускоритель наката, содержащий автономный пороховой заряд. Разгон ствола совершается, таким образом, в результате совместного действия давления газов, аккумулированного в накатнике, и продуктов сгорания порохового заряда ускорителя.
Фиг.1 - орудие перед выстрелом; фиг.2 - орудие в конце выката; фиг.3 - варианты расположения ускорителя, наката; фиг.4 - конструкция ускорителя и схема его действия; фиг.5 - схема орудия с верхней подачей выстрела; фиг.6 - телескопический выстрел; фиг.7 - телескопический выстрел с переменным зарядом; фиг.8, 9, 10 - действие роторного затвора.
Орудие (фиг.1) содержит ствол 1, казенник 2 с затвором, противооткатное устройство 3 (тормоз отката, накатник, ускоритель), люльку 4, верхний станок 5, нижний станок 6, лафет 7.
На фиг.2 показано положение при накате ствола.
На фиг.3 показаны варианты расположения ускорителя наката относительно люльки 4 (цапфы люльки расположены в цапфенных гнездах верхнего станка). На фиг.3а все три агрегата (тормоз отката 9, накатник 10 и ускоритель наката 11) расположены в одном горизонтальном ряду над стволом. Другие возможные варианты расположения агрегатов представлены на фиг.3б, в, г.
Вариант исполнения ускорителя наката показан на фиг.4. Конструкция включает в себя рабочий цилиндр 12 с присоединенным к нему корпусом камеры сгорания 13. Цилиндр и камера сгорания соединены отверстием 14. В цилиндре перемещается поршень 15 с присоединенным к нему штоком 16. Цилиндр жестко соединен с люлькой, а шток - со стволом. Шток входит в цилиндр через уплотнитель 17. В передней части цилиндра имеется отверстие 18 для выпуска пороховых газов.
Камера сгорания снабжена клиновым затвором 19 со средством воспламенения 20 и спусковым механизмом 21. Спусковой механизм соединен с механизмом стопора ствола 22 (показан пунктиром) через блок управления 23. Блок выполнен с возможностью изменения как порядка срабатывания обоих механизмов, так и интервала времени между их срабатыванием. В камере сгорания размещен пороховой заряд 24.
Действие орудия осуществляется следующим образом. Положение для заряжания показано на фиг.1. Ствол и другие подвижные части находятся в заднем положении. Одновременно с заряжанием орудия производится заряжание пороховым зарядом камеры сгорания 13. Затем выключается стопор накатника и одновременно (или с небольшой разницей во времени) производится воспламенение порохового заряда ускорителя.
Дальнейший процесс происходит в соответствии с вышеописанным и отличается лишь тем, что разгон ствола вперед происходит не только под действием газа, сжатого в накатнике, но и под действием пороховых газов ускорителя наката. Это обеспечивает значительное повышение скорости ствола к концу наката, больший расход импульса отдачи на торможение ствола и, как следствие, снижение импульса на лафет, что в конечном счете обеспечивает возможность уменьшения массы гаубицы и является основным техническим результатом.
При движении поршня воздух, находящийся в цилиндре 12, вытесняется наружу через отверстие 18. После перекрытия отверстия поршнем остающийся в цилиндре воздух сжимается, что приводит к мягкому торможению поршня. При дальнейшем движении поршня отверстие соединяется с запоршневым объемом и происходит истечение пороховых газов в атмосферу.
Масса порохового заряда - ускорителя составляет 0,20…0,40 массы порохового заряда выстрела.
При стрельбе на уменьшенных зарядах ускоритель наката не используется.
Поскольку заряжание ускорителя является дополнительной операцией, выполнение которой снижает скорострельность, рассмотрен вариант конструкции с автоматическим перезаряжанием ускорителя.
На фиг.1 орудие показано в положении отката, т.е. в положении заряжания. По условиям заряжания должно выполняться неравенство
max
H - высота линии огня; Θ - максимальный угол возвышения орудия; L - расстояние между цапфами и задней поверхностью казенника, 1 - длина наиболее длинной части выстрела; d - диаметр выстрела.
q
q
3
3
Как уже указывалось выше, применение схемы с выкатом особенно перспективно для легких пехотных (штурмовых) орудий полкового, батальонного и даже ротного звена и горных орудий (см. литературу). Дополнительное уменьшение массы орудия достигается за счет снижения массы снаряда до С=6…8 кг/дм (C=Q/d, Q - масса снаряда, кг; d - калибр, дм), а также использования в конструкции титановых и алюминиевых сплавов.
Ниже приводятся расчетные характеристики 122-мм полковой гаубицы с выкатом «Тьмака», разработанные МГТУ им. Н.Э.Баумана:
Масса гаубицы, кг
550
Длина ствола, клб
12
Масса ОФ снаряда, кг (C<sub>q</sub>=7 кг/дм<sup>3</sup>)
12
Начальная скорость снаряда, м/с
250
Максимальная дальность стрельбы, м
6000
Угол горизонтальной наводки
±45°
Угол вертикальной наводки
-5°, +70°
Максимальное давление в канале ствола, МПа
100
Масса заряда ВВ, кг
3,6
Коэффициент наполнения
0,3
Дульная энергия, МДж
0,375
Скорострельность, выстр./мин
5…6
Заряжание гаубицы раздельно-гильзовое, лафет двухстанинный раздвижной, стрельба на полном заряде ведется с подпятника, на уменьшенных зарядах - с колес.
Для сравнения укажем, что штатное/отечественное 120-мм орудие 2Б16 «НОНА-К» имеет массу 1200 кг, т.е. в 2,2 раза большую.
Схема с выкатом может применяться в комбинации с другими способами поглощения отдачи. Из баланса импульсов при выстреле
op
op
0
Mv=Qv,
ор
op
0
где М, Q - соответственно массы орудия и снаряда, кг, v, v - соответственно скорости орудия и снаряда, м/с, получаем
q
3
3
где C=Q/d, кг/дм, d - калибр, дм.
op
op
Максимально допустимая величина скорости отката v, равная импульсу отдачи, отнесенному к массе орудия, является конструктивной характеристикой орудия, зависящей от применяемых методов поглощения отдачи (схема с выкатом, применение дульного тормоза, стрельба с подпятника). В таблице приводятся значения v для различных комбинаций этих методов.
Без выката
С выкатом
Без подпятника
С подпятником
Без подпятника
С подпятником
Без дульного тормоза
2,5
3,0
5,0
6,0
С дульным тормозом
3,0
4,0
6,0
8,0
q
0
op
3
В частном случае при C=8 кг/дм, v=250 м/с, v=6,67 м/с получаем приведенную выше формулу
op
3
M=300d,
ор
М, кг; d, дм.
При выборе и оценке метода поглощения импульса выстрела необходимо учитывать как физико-механические, так и военные аспекты. Применение дульного тормоза сильно демаскирует орудие при стрельбе и создает травматическое акустическое воздействие на расчет. Использование подпятника увеличивает время подготовки орудия к стрельбе.
Применение орудийно-минометной схемы приводит к уменьшению угла горизонтальной наводки.
Весьма перспективно применение орудий с выкатом в качестве танковых орудий, орудий легкобронированной техники и в самоходной артиллерии. Оно позволяет значительно увеличить калибр орудия.
Реализация возможности заряжания орудия в состоянии отката с выполнением условия (*) приводит к определенным усложнениям (к необходимости повышения линии огня, к необходимости уменьшения угла заряжания или уменьшения длины L, к необходимости выкапывания ровика для прохода патрона и т.п.).
Процесс заряжания в состоянии отката может быть облегчен следующими мерами:
1) уменьшением угла возвышения при заряжании орудия, в том числе с помощью автоматического устройства;
2) использованием телескопического патрона (фиг.6, 7). Телескопический патрон содержит гильзу 25 с капсюльной втулкой 26. В гильзе расположен трубчатый заряд 27, во внутренней полости которого расположен снаряд 28. Телескопические патроны хорошо известны (пат.4604954, 5048423, 5557059 США), но использование их в системах с выкатом является принципиально новым. Отдельной проблемой является возможность изменения при заряжании массы порохового заряда, обязательное для полевой артиллерии. Предусмотрено извлечение частей заряда 29 через съемную крышку 30;
3) использованием телескопического патрона 31 одновременно с поперечной схемой заряжания (с использованием роторного затвора 32). При этом предусмотрены следующие варианты:
- ось роторного затвора расположена перпендикулярно к вертикальной плоскости, проходящей через ствол (фиг.8а - заряжание телескопическим патроном 31, фиг.8б - поворот затвора, запирание ствола и выстрел, фиг.8в - извлечение гильзы). Извлечение гильзы осуществляется преимущественно вверх, т.е. против направления досылания, что обусловлено отсутствием свободного пространства между казенником и поверхностью земли;
- ось роторного затвора расположена в вертикальной плоскости, проходящей через ствол (фиг.9). Подача телескопического выстрела в затвор и извлечение его из затвора происходит в одном направлении.
Для танковых пушек с выкатом, несмотря на небольшие углы возвышения, проблема заряжания остается острой. Это связано с тем, что в положении отката орудие занимает практически всю свободную длину башни. Техническое решение проблемы может заключаться в применении бокового или верхнего заряжания (фиг.5), либо в перенесении автомата заряжания, расположенного в отечественных танках на полу корпуса, в погон башни.
Литература
1. «Нужны ли штурмовые орудия?» Военный парад, 2002, №2.
2. «Региональные войны: нужны штурмовые орудия». Техника и вооружение, 2001, №2.
3. «Пехотная артиллерия: яркое прошлое и неизвестное будущее». Техника и вооружение, 2002, №4.
4. «Уроки истории: германское легкое пехотное орудие IG-18», 2002, №8.
5. «Оружие для региональных конфликтов». Независ. воен. обозрение, 2003, №12.
6. «Тверь» - орудие для роты». Независ. воен. обозрение, 2003, №32.
7. «Штурмовое орудие для локальных конфликтов». Независ. воен. обозрение. 2004, №35.
8. «Оптимизация калибра артиллерийского комплекса ближнего действия «Тверь». Оборонная техника, 2002, №11.
9. Боеприпасы к штурмовому орудию». Энциклопедия «Оружие и технологии», т.12.