ОДНОКАМЕРНЫЙ ГЛУШИТЕЛЬ РЕАКТИВНО-ПОГЛОЩАЮЩЕГО ТИПА С ВОРОНКООБРАЗНОЙ ДИАФРАГМОЙ

Полезная модель относится к многокамерным глушителям расширительного типа предназначенным для механического подавлении звука при выстреле из стрелкового оружия.
В настоящее время наибольшее распространение получили многокамерные глушители расширительного типа, интегральные. Эффективность глушителя повышается при последовательном расположении нескольких камер, разделенных перегородками, тоже с отверстиями, соосными стволу, при этом рассчитывается его внутренняя газодинамика, когда за счет использования фигурных перегородок сложного профиля в его корпусе создаются поворот потока газа, противопотоки и турбулентные завихрения. Частицы газа, соударяясь, быстро теряют при этом свою энергию.
Из новейших отечественных разработок в этой области следует отметить винтовку снайперскую специальную (ВСС) «Винторез». В этом оружии глушитель интегрирован (но не составляет одно целое) со стволом, обычного типа, с завихрителями потока газов. Пороховые газы попадают в полость глушителя через ряд веерообразных отверстий в стенке ствола. В расширительной камере происходит сброс давления, затем газы разделяются на противопотоки и окончательно охлаждаются.
Цель изобретения - изменение внутренней конструкции глушителя в местах расположения наклонных диафрагм и звукообразования в свободном пространстве на воронкообразные диафрагмы, которые находятся при прежних геометрических размерах корпуса глушителя, с целью уменьшения среднего по времени значения плотности потока энергии, которую несет с собой звуковая волна при выстреле и снижение тактического параметра ОМД-громкости выстрела.
Известны глушитель для стрелкового оружия [2] и глушитель к оружию с малым демаскирующим действием [3] предназначенные для уменьшения плотности потока энергии, которую несет с собой звуковая волна при выстреле и снижение тактического параметра ОМД- громкости выстрела.
В продолжение работ по расчету и моделировании предложенных глушителей разработан программно-моделирующий комплекс математического расчета звукообразования от глушителей реактивного типа и от глушителей со звукопоглощающими включениями для стрелкового оружия. С помощью пакета прикладных программ, разработанного на основе проекционного метода Галеркина, проведен вычислительный эксперимент для широкого класса неоднородностей в полости многокамерных глушителей реактивного и поглощающего типов для стрелкового оружия.
Ранее авторами на основе декомпозиционного подхода [1] разработана матричная математическая модель процессов звукообразования в системе ствол - глушитель - неограниченная среда:
где А, В - векторы, компонентами которых являются коэффициенты рядов разложения акустического поля по собственным функциям шарового акустического волновода; Т - матрица передачи; L, М, N - матрицы с элементами
2
1
1
1
2
здесь Р - избыточное давление, r, θ, α - сферические координаты. S - входное сечение глушителя, S - входное сечение полусферы,  - вектор скорости частиц газа; a, b -векторы, компонентами которых являются коэффициенты рядов Фурье разложения акустического поля на входном сечении S по
собственным функциям круглого акустического волновода (ствола глушителя):
n=0,±1,±2,...; k=1,2,...,
1
0m
0m
0m
здесь k={0,m}; J(χR) - функция Бесселя 1-го порядка; χ=a/R,
0m
0m
a - корни уравнения (х)=0; Γ - постоянные распространения собственных волн в круглом акустическом волноводе; R - радиус акустического волновода (ствола);
1
1
α
β
1
α
β
Входными параметрами для математической модели являются: давление P и скорость частиц газа  в стволе (на бесконечно малом расстоянии от сечения S); длительности τ, τ импульсов P и . Параметры α и β на уровне 0,25 длительность импульсов τ и τ определяем следующим образом:
На рис.1 показана конструкция интегрированного глушителя бесшумной снайперской винтовки «Винторез». Ствол в передней части имеет несколько рядов отверстий, выводящих из глушителя часть пороховых газов со дна нарезов. В передней части, перед дульным срезом ствола, глушитель имеет ряд стальных диафрагм с отверстием для пули, тормозящих пороховые газы внутри глушителя.
На рис.2 показаны результаты математического расчета зависимости интенсивности звука от угла наклона стальных диафрагм в глушителе.
Результаты математического моделирования получены с учетом числа временных гармоник, равным 150 и числа пространственных гармоник, равным 100. Геометрия поверхности стальных диафрагм глушителя аппроксимировалась ступенчатой моделью, число ступенек - 45. Дальнейшее расширение
базиса временных и пространственных гармоник и увеличение числа ступеней практически не изменяло результатов математического моделирования.
Рис.2. Результаты математического расчета зависимости интенсивности звука от угла φ наклона стальных диафрагм в глушителе «Винтореза»:
1
α
β
6
2
=280 м/с; Р=13,7·10 Н/м; τ=τ=50 мкс;
0
0
0
0
0
0
-12
2
Τ=900 мкс; r=1,2 м; α=0; u,=15°; r=0; θ=20°; I=10 Bт/м
Из графика (рис.2) следует, что оптимальные значения угла φ наклона диафрагмы составляют 54÷65°. При этих углах интенсивность звука в точке наблюдения М наименьшая. Заметим, что в штатном глушителе снайперской винтовки «Винторез» угол наклона стальных диафрагм составляет 61,4°.
1
2
На рис.3 проведено сравнение результатов математического моделирования с натурным экспериментом. Как видно из графика (рис.3), совпадение результатов математического моделирования с экспериментом вполне удовлетворительное. Результаты математического моделирования глушителя показали, что его конструкция оптимальна с точки зрения звукообразования по углу наклона стальных диафрагм. Совпадение результатов математического моделирования с экспериментом, а также оптимизация конструкции глушителя по звукообразованию свидетельствует о достоверности результатов, полученных с помощью разработанной математической модели. Рис.3. Диаграмма направленности интенсивности звука от штатного глушителя к снайперской винтовке «Винторез»: =280 м/с; Р=13,7 Н/м;
α
β
0
0
0
τ=τ=50 мкс; Т=900 мкс; r=1,2 м; θ=15°; α=0;
о - эксперимент; • - математический расчет
Программно моделирующий комплекс, позволяет проводить вычислительный эксперимент для широкого класса структур неоднородностей в полости глушителя. Авторами была проведена большая работа по поиску новых конструкций неоднородностей для глушителя к снайперской винтовке «Винторез» и их оптимизации, для снижения уровня звукообразования. На рис.4 показана конструкция однокамерный глушителя реактивно-поглощающего типа с воронкообразной диафрагмой со звукопоглощающим включением в виде области с металлическими окатышами диаметром два
миллиметра, находящимися в корпусе из стальной сетки с размером окна 1×1 мм. Эта конструкция разработана авторами на основе вычислительных экспериментов. На рис.5 показана зависимость интенсивности звука от длины L звукопоглощающего включения. Наименьшая интенсивность звука наблюдалась при длине звукопоглощающего включения равной 60-80 мм.
1
β
γ
6
2
Рис.5. Зависимость интенсивности звука от длины звукопоглощающего включения: =280 м/с, Р=13,7·10 Н/м, τ=τ=50 мкс,
0
0
0
Т=900 мкс, r=1,2 м, α=0, θ=15°,
0
0
0
Результаты численных исследований на разработанной математической модели показали, что интенсивность звука от глушителя со звукопоглощающим включением (рис.4.) на 20-24 дБ ниже штатного глушителя снайперской винтовки «Винторез» (рис.1). Результаты экспериментальных измерений интенсивности звука от изготовленного образца глушителя со звукопоглощающим включением показали, что интенсивность звука на расстоянии r=1,2 м, α=0, θ=15° составляла 103 дБ, от штатного глушителя - 124 дБ.
Разработанный программно-моделирующий комплекс математического расчета звукообразования от глушителей с различной внутренней структурой позволяет дать рекомендации по внесению изменений в конструкции существующих глушителей с целью снижения уровня звукообразования от них в свободном пространстве и формировать облик принципиально новых конструкций глушителей реактивного и поглощающего типа для стрелкового оружия.