СПОСОБ РАЗГОНА МЕТАЕМОГО СНАРЯДА В КАНАЛЕ СТВОЛА С ВРАЩЕНИЕМ И МЕТАЕМЫЙ СНАРЯД ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ СПОСОБА
METHOD OF MISSILE ACCELERATION IN BARREL BORE WITH SPINNING AND MISSILE TO THIS END

Предлагаемое изобретение относится к стрелковому вооружению и может быть использовано при стрельбе преимущественно из гладкоствольного оружия с целью повышения точности стрельбы и скорости метаемого тела (пули, снаряда) и увеличения, таким образом, дальности стрельбы и убойной силы снаряда.
Известен способ разгона метаемого снаряда в стволе [RU 2486426 C2, F41A 2/18, 27.06.2013], в соответствии с которым увеличивают начальную скорость пули, кучность боя, снижают уровень звука выстрела, нагревание ствола и отдачу оружия путем перемещения в процессе выстрела в заснарядное пространство находящегося в канале ствола перед пулей воздуха, который пропускают между поверхностью ведущей части пули и поверхностью канала ствола через различной формы выемки (прорези, канавки) в нем, например продольные и/или наклонно-продольные канавки, выполненные на полях между нарезами, и/или наклонно-продольные канавки, прорезанные на части или на всех нарезах путем увеличения площади поперечного сечения нареза, причем на участке канала ствола с давлением пороховых газов в заснарядном пространстве, превышающем давление сжатого воздуха у плеча пули, перемещение сжатого воздуха в заснарядное пространство осуществляют прерывистыми выемками, в которые, используя перекрытие-открытие прохода воздуха в выемку ведущей частью пули в процессе ее перемещения в канале ствола, нагнетают воздух посредством остроконечной вершины пули при перемещении плеча пули вдоль выемки, прекращают нагнетание после полного перекрытия выемки ведущей частью пули и, после открытия выемки при дальнейшем перемещении пули, переводят воздух в заснарядное пространство, а на участке канала ствола с давлением пороховых газов меньше давления сжатого воздуха у плеча пули, перемещение сжатого воздуха в заснарядное пространство осуществляют через прерывистые выемки и/или через непрерывные наклонно-продольные выемки, причем прерывистые выемки расположены после участка канала ствола, на котором завершается процесс врезания пули в нарезы при выстреле, и до места прекращения нагнетания вершиной пули сжатого воздуха в выемки в конце ствола, а непрерывные наклонно-продольные выемки расположены после участка, начиная с которого давление пороховых газов при сверхзвуковой скорости пули может стать меньше давления воздуха у плеча пули, и до того же места у дульного среза, что и прерывистые выемки, начальную скорость увеличивают, уменьшая силу лобового сопротивления воздуха путем перемещения его в заснарядное пространство после завершения процесса врезания пули в нарезы, уменьшая силу трения между пулей и каналом ствола за счет уменьшения поверхности трения в местах выемок, и, при давлении пороховых газов меньше давления сжатого воздуха у плеча пули, замедляя падение давления пороховых газов в заснарядном пространстве в связи с поступлением в него сжатого воздуха из канала ствола, уровень звука выстрела снижают, а кучность боя увеличивают, предотвращая образование при вылете пули "хлопка баллистической волны", температуру пороховых газов и нагревание ствола уменьшают, перемещая в заснарядное пространство после завершения процесса врезания пули в нарезы менее нагретый, чем пороховые газы воздух, при этом уменьшение лобового сопротивления воздуха, а также температуры пороховых газов и нагревания ствола осуществляют после завершения процесса врезания пули в нарезы, или начинают осуществлять раньше, пропуская воздух в заснарядное пространство в процессе врезания пули в нарезы, в прерывистых выемках увеличивают давление воздуха до давления, превышающего давление пороховых газов, и после открытия выемки выпускают воздух в заснарядное пространство, замедляя падение давления пороховых газов и дополнительно увеличивая начальную скорость пули, или, для уменьшения отдачи оружия и дополнительного уменьшения нагревания ствола, воздух сжимают в части или во всех прерывистых выемках до меньшего чем в заснарядном пространстве давления, чем обеспечивают вход в выемку пороховых газов, их расширение с уменьшением температуры, а также динамический удар о стенку выемки, используемой в качестве дульного тормоза, причем различное давление воздуха в перекрытых пулей выемках получают, выполняя нарезной ствол с разными по объему выемками, а в канавках, выполненных по нарезам, помимо этого, давление воздуха дополнительно увеличивают в процессе перекрытия канавки ведущей частью пули, перемещение сжатого воздуха в заснарядное пространство осуществляют через прерывистые продольные, и/или наклонно-продольные, и/или поперечные выемки, расположенные на полях между нарезами, и/или пересекающие нарезы, и/или примыкающие к нарезам, и/или осуществляют через прорезанные по нарезам наклонно-продольные канавки, причем примыкающие к нарезам или пересекающие нарезы канавки не должны ухудшать функцию нарезов, а прерывистые наклонно-продольные канавки, выполненные на полях между нарезами или пересекающие нарезы, располагают по направлению нарезов и/или против, предотвращая или уменьшая действия на оружие вращающего момента, возникающего при вращении пули по нарезам, а также образованного реакцией струи воздуха или пороховых газов при их вхождении в канавку, обеспечивают обтюрацию пороховых газов на всем протяжении канала ствола, располагая непрерывные и прерывистые выемки до места прекращения нагнетания вершиной пули сжатого воздуха в выемки в конце ствола, или, для дополнительного уменьшения уровня звука выстрела, часть пороховых газов выпускают из канала ствола раньше вылета из него пули, пропуская их через прерывистые или непрерывные канавки, выполненные непосредственно до дульного среза, причем длина этих прерывистых канавок не зависит от длины ведущей части пули.
Недостатком способа является его относительно высокая сложность, обусловленная необходимостью выполнения относительно большого числа вспомогательных операций, и относительно узкая область применения, обусловленная тем, что вращение пули осуществляется за счет использования нарезного ствола, т.е. использования сил трения, что снижает скорость разгона метаемого снаряда, уменьшает дальность стрельбы и убойную силу снаряда.
С целью увеличения скорости разгона метаемого снаряда, увеличения дальности стрельбы и убойной силы снаряда можно использовать гладкоствольное оружие и соответствующие ему способы разгона метаемого снаряда. В частности, известен также способ [US 3001609, 184/18, 26.09.1961], согласно которому предварительно между дном ствола и метаемым снарядом цилиндрической формы создается избыточное давление пороховых газов для возникновения направленного движения метаемого снаряда в стволе под действием несущего газового слоя и формируется газовый подвес, где для повышения скорости метаемого снаряда за счет снижения сил трения часть снаряда выполнена в виде газостатического подвеса, питание которого осуществляется образовавшимися в результате выстрела пороховыми газами.
Недостатком этого технического решения является относительно низкая эффективность, обусловленная возникновением режимов нестационарного движения, приводящих к перекосу метаемого снаряда в стволе, а также повышенной чувствительностью реализующих способ конструкций к внешним вибрациям. Кроме того, этот способ обладает относительно узкой областью применения, поскольку при его реализации метаемый снаряд не приобретает вращения, что снижает кучность (точность) стрельбы.
Кроме того, известен способ повышения скорости метаемого снаряда при стрельбе [RU 2448320 C2, F41A 1/00, 20.04.2012], основанный на снижении сил трения при его движении в стволе, согласно которому при выстреле на ствол подают импульс акустических колебаний высокой мощности в направлении вектора максимальной составляющей скорости движения метаемого снаряда, длительностью T, определяемой из соотношения T>L/V+dT, где L - длина ствола; V - усредненная дульная скорость метаемого тела; dT - время упреждения подачи импульса, действие которого прекращается после вылета тела из ствола.
Недостатком этого технического решения является его относительно высокая сложность, вызванная необходимостью подачи при выстреле на ствол импульса акустических колебаний высокой мощности в направлении вектора максимальной составляющей скорости движения метаемого снаряда, и относительно низкая эффективность, обусловленная возникновением режимов нестационарного движения, приводящих к перекосу метаемого снаряда в стволе, а также повышенной чувствительностью реализующей способ конструкции к внешним вибрациям. Кроме того, этот способ также обладает относительно узкой областью применения, поскольку при его реализации метаемый снаряд не приобретает вращения, что снижает кучность (точность) стрельбы.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу является техническое решение [RU 2285226 C2, F42B 14/04, 25.04.2005], в соответствии с которым предварительно между дном ствола и метаемым снарядом цилиндрической формы создают избыточное давление пороховых газов и формируют несущий газовый слой для обеспечения направленного движения метаемого снаряда к выходному отверстию ствола, и формируют газовый подвес для создания дополнительного давления в несущем газовом слое путем подачи газа, находящегося под давлением в питающей полости в теле снаряда, через питающие устройства в область между наружной цилиндрической поверхностью метаемого снаряда и внутренними стенками ствола, причем подачу газа, находящегося под давлением в питающей полости в теле снаряда, осуществляют путем сжигания вещества, имеющего высокую скорость горения, с помощью термитного фитиля в тыльной части метаемого снаряда, соединенного с питающей полостью через отверстие.
Недостатком наиболее близкого технического решения является его сложность, обусловленная необходимостью создания газового подвеса и создания для этого дополнительных условий для сжигания вещества с высокой скоростью горения, а также относительно узкой областью применения, поскольку при его реализации метаемый снаряд не приобретает вращения, что снижает кучность (точность) стрельбы.
Задача, решаемая с помощью предложенного изобретения, заключается в упрощении способа при одновременном расширении области использования за счет обеспечения возможности вращения метаемого снаряда при его разгоне в гладкоствольном оружии для повышения кучности (точность) стрельбы.
Требуемый технический результат заключается в упрощении способа при одновременном расширении области использования за счет обеспечения возможности вращения метаемого снаряда при его разгоне в гладкоствольном оружии для повышения кучности (точность) стрельбы.
Поставленная задача относительно способа решается, а требуемый технический результат относительно способа достигается тем, что в способе, в соответствии с которым предварительно между дном ствола и метаемым снарядом с корпусом цилиндрической формы создают избыточное давление пороховых газов и формируют несущий газовый поток в направлении тыльной части метаемого снаряда для обеспечения его направленного движения к выходному отверстию ствола, согласно изобретению относительно способа, в области, прилегающей к внешней поверхности корпуса цилиндрической формы метаемого снаряда, формируют зону с увеличенной площадью давления несущего газового слоя на метаемый снаряд для придания ему дополнительного ускорения в направлении выходного отверстия ствола и вращательного движения в канале ствола путем формирования вектор приложения силы давления несущего газового слоя с радиальной составляющей.
Известны также снаряды, которые используются для метания из стволов стрелкового оружия и орудий.
В частности, известна пуля для охотничьего патрона [RU 2056620 C1, F42B 30/02, 20.03.1996], содержащая металлическую оболочку и свинцовый сердечник, выполненная со свободным объемом в головной части у вершины, причем свободный объем выполнен на длину 0,7 длины головной части, на расстоянии 0,2-0,5 длины головной части от вершины на поверхности одной из сторон оболочки (внешней или внутренней) выполнена кольцевая канавка, при этом дно канавки сопряжено с поверхностью оболочки и имеет постоянное либо увеличивающееся расстояние от оси пули при удалении от вершины, а минимальная толщина оболочки в зоне канавки равна 0,1-0,5 средней толщины оболочки на ведущей части.
Недостатком этих пуль является относительно низкая скорость вылета из ствола и связанные с этим относительно малая дальность стрельбы и относительно низкая убойная сила.
Известна также пуля [RU 37822 U1, F42B 12/34, 10.05.2004], содержащая несколько радиальных сегментов, выполненных из твердого тяжелого материала, а также носовую часть, состоящую из указанных радиальных сегментов и имеющую кольцевую проточку на заднем участке для соединения с хвостовой частью, выполненной из более легкого материала с возможностью фиксации концевых участков радиальных сегментов.
Недостатком этого технического решения является относительно низкая надежность, вызванная ненадежным креплением сегментов корпуса пули полиэтиленовой вставкой, расположенной в кольцевой проточке в передней части, т.к. сама вставка расположена в проточке без натяга и в процессе ее разгона в стволе оружия выходит из него и при вылете пули из ствола сегменты просто разваливаются и летят в произвольном направлении.
Кроме того, известна нарезная пуля-снаряд [RU 121052 U1, F42B 12/04, 10.10.2012], имеющая головную часть, ведущую часть и хвостовую часть, выполненную в виде усеченного конуса, сужающегося к заднему торцу, при этом на боковой поверхности хвостовой части выполнены одинаковые винтообразные нарезки переменной глубины между ребром нарезки и дном нарезки, причем нарезки равномерно распределены по боковой поверхности хвостовой части относительно горизонтальной оси пули, а линия ребра нарезки образует с горизонтальной осью пули угол α≤45°, причем ребра нарезок могут быть выполнены прямолинейной или криволинейной формы, длина хвостовой части может составлять 0,2÷0,5 длины пули, максимальная глубина нарезки может составлять 0,05÷0,2 радиуса заднего торца пули, количество нарезок может составлять не менее трех, ребро нарезки, определяющее глубину нарезки, образует с касательной ко дну нарезки угол β=90°, а начало ребра нарезки выполнено на одной линии, параллельной горизонтальной оси пули, с концом следующего ребра нарезки.
Недостатком этого технического решения также является относительно низкая скорость вылета из ствола и связанные с этим относительно малая дальность стрельбы и относительно низкая убойная сила.
Наиболее близким по технической сущности к предложенной является пуля (снаряд для метания из ствола) [RU 77413 U1, F42B 30/02, F42B 12/34, 20.10.2008], содержащая металлический корпус цилиндрической формы, носовая часть которого выполнена конусной и заодно с корпусом, кольцевую проточку на боковой поверхности корпуса в месте перехода цилиндра корпуса в конус носовой частью и вставку, установленную в этой проточке, при этом на цилиндрической части корпуса выполнено несколько кольцевых проточек, расположенных по его длине, причем ширина проточек выполнена различной по ее глубине и увеличивающейся по направлению к центру от наружной поверхности корпуса, а вставки в расточках установлены с выступом над боковой поверхностью корпуса, причем в частном случае проточки в сечении выполнены или в форме усеченного конуса, или Т-образной формы, а выступ вставок над боковой поверхностью корпуса выполнен в пределах 0,1-0,5 мм.
Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая скорость вылета из ствола и связанные с этим относительно малая дальность стрельбы и относительно низкая убойная сила, а также относительно узкие функциональные возможности, обусловленные тем, что пуля (снаряд) не получает вращения вокруг продольной оси, что снижает кучность (точность) стрельбы.
Задача, на решение которой направлено предложение относительно конструкции метаемого снаряда, заключается в повышении скорости его разгона и расширении функциональных возможностей путем обеспечения стабилизации и самоцентровки метаемого снаряда с целью повышения дальности и кучности (точности) стрельбы и убойной силы метаемого снаряда.
Требуемый технический результат заключается в повышении скорости его разгона и расширении функциональных возможностей путем обеспечения стабилизации и самоцентровки метаемого снаряда с целью повышения дальности и кучности (точности) стрельбы и убойной силы метаемого снаряда.
Поставленная задача относительно устройства решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в метаемом снаряде, содержащем металлический корпус цилиндрической формы, носовая часть которого выполнена заодно с ним и вдоль его продольной оси, при этом на поверхности металлического корпуса цилиндрической формы в направлении, перпендикулярном его продольной оси, выполнена, по крайней мере, одна проточка с образованием соответствующего ей выступа, согласно изобретению относительно устройства, по крайней мере, одна проточка выполнена винтообразной от хвостовой части металлического корпуса цилиндрической формы до его носовой части для прохода между метаемым снарядом и стволом несущего газового слоя, формируемого между дном ствола и хвостовой частью снаряда при его метании, а в выступах выполнены или отверстия, или вырезы для прохода несущего газового слоя между участками, по крайней мере, одной винтообразной проточки в направлении от хвостовой к носовой части метаемого снаряда.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что длина, по крайней мере, одной проточки соответствует целому числу ее оборотов вокруг продольной оси металлического корпуса цилиндрической формы.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что глубина, по крайней мере, одной винтообразной проточки выполнена постоянной.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что глубина, по крайней мере, одной винтообразной проточки выполнена увеличивающейся от хвостовой к носовой части метаемого снаряда.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что шаг, по крайней мере, одной винтообразной проточки выполнен увеличивающимся от хвостовой к носовой части метаемого снаряда.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что число винтообразных проточек равно или двум, или трем.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что отверстия или вырезы в выступах выполнены одинаковыми.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что отверстия или вырезы в выступах в направлении от хвостовой части в строну носовой части метаемого снаряда выполнены увеличивающимися по размерам.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что отверстия в выступах выполнены или круглыми, или квадратными.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что вырезы в выступах выполнены в плане прямоугольными.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что отверстия или вырезы, выполненные в выступах, размещены на равных расстояниях от продольной оси метаемого снаряда.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что отверстия или вырезы размещены вдоль выступов равномерно без возможности совпадения на расстояниях в один оборот винтообразной проточки.
На чертеже представлены:
на фиг.1 - метаемый снаряд (пуля);
на фиг.2 - результаты эксперимента (результаты воздействия на пластину из алюминия стандартной свинцовой пули весом 0,51 грамма);
на фиг.3 - результаты эксперимента (результаты воздействия на пластину из алюминия свинцовой пули предложенной конструкции весом 0,51 грамма).
Метаемый снаряд (пуля) содержит металлический корпус 1 цилиндрической формы, носовая часть 2 которого выполнена заодно с ним и вдоль его продольной оси.
На поверхности металлического корпуса 1 цилиндрической формы в направлении, перпендикулярном его продольной оси, выполнена, по крайней мере, одна винтообразная проточка 3 с образованием соответствующего ей выступа 4 от хвостовой части металлического корпуса цилиндрической формы до его носовой части 2 для прохода между метаемым снарядом и стволом несущего газового слоя, формируемого между дном ствола и хвостовой частью снаряда при его метании.
Преимущественным выполнением снаряда является такое, когда длина, по крайней мере, одной винтообразной проточки 3 соответствует целому числу ее оборотов вокруг продольной оси металлического корпуса цилиндрической формы, а глубина, по крайней мере, одной винтообразной проточки 3 выполнена постоянной.
Для обеспечения более стабильного положения метаемого снаряда в стволе глубина, по крайней мере, одной винтообразной проточки 3 может быть выполнена увеличивающейся от хвостовой к носовой части 2 метаемого снаряда, а шаг, по крайней мере, одной винтообразной проточки 3 также может быть выполнен увеличивающимся от хвостовой к носовой части 2 метаемого снаряда.
В выступах 4 могут быть выполнены или отверстия 5, или вырезы для прохода несущего газового слоя между участками, по крайней мере, одной винтообразной проточки 3 в направлении от хвостовой к носовой части 2 метаемого снаряда.
Число винтообразных проточек 3 целесообразно выполнять равным или двум, или трем, а отверстия 5 или вырезы в выступах 4 одинаковыми. Отверстия 5 или вырезы в выступах 4 в направлении от хвостовой части в строну носовой части метаемого снаряда могут быть выполнены увеличивающимися по размерам с целью стабилизации положения метаемого снаряда в стволе. Сами отверстия 5 в выступах 4 могут быть выполнены или круглыми, или квадратными, а вырезы - в плане прямоугольными.
Для обеспечения стабильного по направлению движения метаемого снаряда в стволе отверстия 5 или вырезы, выполненные в выступах 4, размещены на равных расстояниях от продольной оси метаемого снаряда и размещены вдоль выступов 4 равномерно без возможности совпадения на расстояниях в один оборот винтообразной проточки. Последнее исключает возможность прямолинейного истечения несущего газового слоя вдоль корпуса снаряда, что снижает эффект его вращения в стволе и снижает эффект ускорения движения вдоль ствола.
Реализуется предложенный способ с помощью предложенной конструкции метаемого снаряда (пули) следующим образом.
Метаемый снаряд (пуля) вставляется в ствол. Пуля может являться элементом патрона, и при создании избыточного давления пороховых газов между дном ствола и пулей путем поджига порохового заряда (на чертеже не показан) формируется несущий газовый слой в направлении хвостовой части метаемого снаряда (пули) для обеспечения его направленного движения к выходному отверстию ствола (на чертеже не показан).
В результате несущий газовый слой вначале давит на тыльную поверхность хвостовой части корпуса 1 метаемого снаряда и при этом часть газов несущего газового потока проникает в винтообразные проточки 3. За счет кинетической (парусной) передачи энергии несущего газового потока стенкам винтообразные проточек 3 происходит ускорение снаряда вдоль оси ствола и формируется дополнительно радиальное ускорение, поскольку стенки винтообразных проточек 3 выполнены под углом к вектору движения несущего газового потока.
Отверстия 5 или вырезы позволяют обеспечить проникновение большего объема несущего газового потока и усиливает эффект продольного и радиального ускорения за счет передачи кинетической энергии от большего объема несущего газового потока.
Положительный эффект от использования изобретения, который связан с увеличением скорости разгона метаемого снаряда и придания ему вращательного движения в канале ствола, проявляется следующим образом.
В метаемом снаряде без винтообразных проточек 3 и отверстий 5 или вырезов сила F газового потока, действующая на тыльную поверхность хвостовой части метаемого снаряда, равна
s
F=S*P,
где S - площадь тыльной поверхности хвостовой части метаемого снаряда;
P - давление газов в стволе.
В предложенном способе и реализующем его устройстве добавляется еще одна движущая сила - сила аэродинамического торможения газового потока, проходящего через винтообразные проточки 3. Она рассчитывается по формуле парусной передачи кинетической энергии для поверхностей, расположенных под углом к несущему газовому потоку:
тяга - сила, направленная вдоль канала ствола
Fx=Cx ½ ρ V<sup>2</sup> S,
закручивающая (подъемная) сила
Fy=Cу ½ ρ V<sup>2</sup> S,
где Cx, Cy - коэффициент преобразования энергии газовой струи в кинетическую энергию движения пули по оси X (ось, направленная вдоль канала ствола) и оси У (ось, направленная перпендикулярно каналу ствола), соответственно;
р - удельная плотность несущего газового протока;
V - скорость несущего газового протока, проходящего через кольцеобразные проточки;
t
S - общая площадь выступов, образованных кольцеобразными проточками, тормозящих газовый поток.
Общая движущая сила в направлении оси канала ствола будет равна сумме силы давления на тыльную поверхность хвостовой часть метаемого снаряда и силы аэродинамической тяги
s
F=F+Fx
А закручивающая сила (подъемная аэродинамическая сила) будет равна
2
Fy=Cу ½ ρ V S
На фиг.2 представлены результаты испытаний использования пули-аналога при стрельбе по тонкому алюминиевому листу, когда энергии пули не хватило для его пробивания. На фиг.3 - лист пробит пулей с предложенной конструкцией, которая реализует предложенный способ. Аналогично при стрельбе на дальность наблюдался безусловный эффект увеличения дальности стрельбы на 15-20% при использовании пули предложенной конструкции с аналогичным увеличением кучности стрельбы до 10%.
Таким образом, благодаря предложенным усовершенствованиям способа метания и предложенной конструкции метаемого снаряда, реализующего способ, достигается требуемый технический результат, заключающийся в расширении области применения способа и расширении функциональных возможностей устройства путем введения дополнительного арсенала технических средств, обеспечивающих вращательное движение метаемого снаряда вокруг своей продольной оси с целью повышения дальности и кучности (точности) стрельбы и убойной силы метаемого снаряда.