Охлаждаемый пулеметный ствол
COOLED MACHINE GUN SHAFT

Изобретение относится к стрелковому автоматическому оружию и может быть использовано для жидкостного охлаждения стволов пулеметов. Известны неохлаждаемые стволы последних, в которых для интенсификации теплоотвода от них используются развитые теплоотдающие поверхности в виде кольцевых канавок, разделенных кольцевыми ребрами, применяемых в пулеметах Гочкиса, Сент-Этьена, Кольта, Дегтярева и др. Недостаток такого охлаждения: его неэффективность при стрельбе длинными очередями. 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. Задача предлагаемого решения - повышение эффективности охлаждения казенной части ствола и устранение перегрева ее. Технический результат от этого- увеличение длины очереди и живучести охлаждаемого пулеметного ствола.
Это достигается тем, что в охлаждаемом пулеметном стволе в виде трубы с выполненными, кроме зоны патронника и дульной части ее, наружными продольными канавками, разделенными между собой ребрами, охваченной соединенным с ней в казенной части кожухом, имеющим на концах по поперечному окну, открытому в казенной части в канавки трубы, а в дульной части в кольцевой зазор между их боковыми поверхностями, загерметизированный у дульного среза трубы, НОВЫМ ЯВЛЯЕТСЯ ТО, ЧТО в казенной части трубы продольные канавки заменены поперечными, разделенными кольцевыми ребрами, в каждом их которых выполнено по прорези, расположенной диаметрально противоположно соседней; в кольцевых ребрах трубы выполнено несколько прорезей, смещенных в угловом направлении относительно прорезей соседних ребер.
Заменой в казенной части трубы наружных продольных канавок поперечными кольцевыми канавками, разделенными кольцевыми ребрами, в каждом их которых выполнено по прорези, расположенной диаметрально противоположно соседней, обеспечивается интенсивное перемешивание хладагента, поступающего из прорези такого ребра в кольцевую канавку трубы с разрушением пограничного слоя хладагента; этим самым исключается образование паровой пленки на охлаждаемой поверхности казенной части трубы и связанной с ней кризисом теплообмена 1-го рода при стрельбе длинными очередями с одновременным повышением живучести ствола.
2
2
Выполнением в поперечных кольцевых ребрах трубы несколько прорезей увеличивается охлаждаемая поверхность казенной части трубы только по ребрам примерно вдвое по сравнению с ребрами с одной прорезью, чем снижается плотность отводимого от трубы теплового потока таким охлаждением и поэтому уменьшается уровень нагрева внутренней поверхности трубы к началу очередного выстрела при стрельбе длинными очередями и возрастает ее живучесть. Смещением этих прорезей в угловом направлении относительно прорезей соседних ребер обеспечивается интенсивное перемешивание хладагента, попадающего из них в кольцевую канавку и устремляющегося по ней в окружном направлении до следующих прорезей соседнего ребра, чем также исключается кризис теплообмена 1-го рода в казенной части трубы. Предлагаемое от известных решений ново, существенно отличается, промышленно пригодно и отвечает критериям ИЗОБРЕТЕНИЕ. Оно представлено на чертеже продольным сечением фиг. 1 и видом 1 п. 1 и 2 формулы соответственно, отличающимися казенными частями стволов с одной или несколькими прорезями в кольцевых ребрах, разделяющих кольцевые канавки, с одинаковыми средней и дульной частями трубы и кожуха. Такой ствол содержит трубу 1, с казенного среза которой выполнен патронник 2; от его пульного входа начинаются наружные кольцевые (прямоугольные, радиусные, трапецевидные или плоские, как боковая поверхность гайки) канавки 3, разделенные между собой кольцевыми ребрами 4, каждое их которых имеет свою прорезь 5 такой же формы, как и канавки 3, открытую в соседние кольцевые канавки 3, причем прорези 5 расположены противоположно друг другу в соседних ребрах; в средней части трубы последняя канавка 3 открыта в наружные продольные канавки 6 с радиусным краем и углом наклона ≥0° относительно продольной оси ее и заканчиваются в дульной части ее (на фиг. 1 у них угол наклона равен 0° и предпочтительнее выполнять их плоскими и тогда наружная поверхность трубы будет многогранной, причем грани являются ребрами, заканчивающимися радиусными вершинами, базирующимися на внутренней поверхности кожуха); там труба выполнена по наружной поверхности без продольных канавок 6 и образует с внутренней поверхностью кожуха 7 кольцевой зазор 8; этот кожух охватывает трубу 1, кроме дульной части, с выбираемым при стрельбе от нагрева трубы минимальным зазором и своей казенной частью резьбой соединен через прокладку 12 и сваркой с казенной частью ее в одном месте, что устраняется при необходимости разборки такого ствола; он крайней дульной частью расположен у ее дульного среза с герметизацией там зоны циркуляции хладагента, например, теплостойким уплотнительным элементом 9; под хладагент выполнены поперечное окно 10 в дульной части кожуха 7 и такое же окно 11 в казенной части его; отличие п. 2 формулы от п. 1 ее заключается в образованных ребрах 4 казенной части трубы нескольких прорезей 5^ со своими параметрами, смещенных относительно прорезей соседних кольцевых ребер 4; поэтому остальные позиции не приводятся на виде 1; канавки 6 средней части трубы 1 при угле наклона 0° - прямые, а при угле наклона > 0° относительно продольной оси трубы - наклонные, с последними она прочнее и имеет большую охлаждаемую поверхность; такие канавки также разделены между собой прямыми или наклонными ребрами, не показанными на чертеже. Такая конструкция наружной поверхности трубы определяется кривой давления пороховых газов, действующих на нее изнутри при выстреле: их давление достигает 35 кг/мм в казенной части ее на длине не более 10-15 калибров канала ствола от начала его направляющей части и затем резко убывает к дульному срезу до 10 кг/мм; поэтому трубу в дульной части не надо упрочнять кожухом, как в остальной части ее, и там она понижаетсян в размер глубины продольных канавок 6 с образованием кольцевого зазора 8 между ее наружной боковой поверхностью и внутренней боковой поверхностью кожуха 7. Теплопоступление в выполненную одного диаметра по наружной боковой поверхности трубу от выстрела имеет примерно линейный характер: оно максимально в начале направляющей части и минимально у дульного среза ее, что определяется продолжительностью воздействия пороховых газов выстрела на ее направляющую часть. Ствол охлаждается так: хладагент подводится через поперечное окно 10 кожуха 7 в кольцевой зазор 8 дульной части его, по которому он устремляется к средней части трубы 1 с продольными канавками 6, по ним он перемещается к казенной части ее с чередующимися между собой кольцевыми канавками 3 и ребрами 4, имеющими одну 5 (п. 1 формулы) или несколько прорезей 5^ (п. 2 ее), размещенных противоположно друг другу в соседних ребрах или смещенных между собой в угловом направлении в соседних ребрах соответственно; из одной кольцевой канавки 3 в соседнюю такую же канавку хладагент поступает через одну прорезь 5 или несколько прорезей 5^, выполненной(ых) в кольцевом ребре с интенсивным перемешиванием хладагента в окружном направлении в следующей кольцевой канавке и поступлением его в соседнюю(ии) прорезь(зи) соседнего кольцевого ребра и исключением образования на поверхностях этих канавок и разделяющих их ребрах паровых пленок, чем устраняется кризис теплообмена 1-го рода при кипении хладагента в казенной части трубы или она охлаждается без кипения его, что зависят от расход хладагента на выстрел; нагретый до температуры насыщения или меньше ее хладагент отводится из крайней кольцевой канавки 3 через поперечное окно 11 казенной части кожуха 7 за его пределы. При такой конструкции казенной части трубы уровень нагрева ее направляющей части меньше, чем у прототипа, и он минимален при использовании п. 2 формулы с максимальной охлаждаемой поверхностью благодаря нескольким прорезям в каждом из поперечных ребер с интенсивным перемешиванием хладагента в этой зоне по сравнению с п. 1 ее при одной и той же ширине канавок и толщине ребер; если по п. 2 ширина канавки меньше толщины ребра, то охлаждаемая поверхность казенной части увеличивается как минимум в 1,5 раза по сравнению с таковой по п. 1, что положительно влияет на живучести направляющей части трубы. Этими решениями увеличивается длина непрерывно отстреливаемой очереди в несколько раз (теоретически неограниченной длины) с минимально установившейся к очередному выстрелу температурой направляющей части трубы, зависящей от количества тепла, поступающего в ствол от выстрела, и расхода хладагента на отвод его, обеспечивающего проточное охлаждение трубы без кипения его или с кипением в казенной части ее и тогда с минимальным расходом его при стрельбе, что актуально для авиационных пулеметов с жесткими ограничениями на их весовые характеристики. Во 2-ом случае нагрев казенной части трубы будет выше на 10-20°С по сравнению с проточным охлаждением без кипения хладагента, расходуемого на выстрел как минимум в 4-е раза больше испарительного охлаждения этой части трубы. Таким образом, наличием в казенной части трубы наружных поперечных кольцевых канавок с такими же поперечными ребрами с одной или несколькими открытыми в первые прорезями повышаются эффективность охлаждения такого ствола, его живучесть и длина непрерывно отстреливаемой очереди.