Артиллерийский патрон
ARTILLERY CARTRIDGE

Изобретение относится к области вооружения и может использоваться в артиллерийских патронах и выстрелах унитарного заряжания.
Известен выстрел унитарного заряжания (Патент РФ №2276768), являющийся аналогом представленного решения. Выстрел содержит снаряд, дно которого выполнено в виде усеченного конуса, гильзу с капсюльной втулкой, размеднитель и метательный заряд с размещенным в его канале воспламенителем. Метательный заряд выполнен в виде картуза тороидально-секционной формы, тороидальная часть которого размешена у дна гильзы, а секционная скреплена выполненным в виде спирали размеднителем с образованием зазора между внутренней поверхностью гильзы и наружной поверхностью заряда. Диаметр канала метательного заряда выполнен больше диаметра меньшего основания усеченного конуса, при этом воспламенитель размещен в зоне сопряжения тороидальной и секционной частей картуза.
Использование изобретения, изложенного в данном патенте, позволяет повысить точность и кучность стрельбы за счет повышения стабильности внутрибаллистических характеристик, которая достигается равномерным распространением газов воспламенителя по объему гильзы и более равномерным воспламенением заряда. Однако, при этом уменьшается плотность заряжания метательного заряда в гильзе, что снижает энергетику, передаваемую снаряду от метательного заряда. Кроме того, частичное заглубление снаряда в гильзу (не на всю глубину) и последовательное расположение метательного заряда приводит к увеличению длины гильзы и всего унитарного выстрела, что не всегда бывает приемлемо для размещения выстрелов в бое-укладках и автоматах заряжания боевых машин.
Известен артиллерийский патрон (Патент РФ №2206053), выбранный нами в качестве прототипа. Он содержит гильзу, установленный в гильзе снаряд с донной выемкой, метательный заряд, размещенный в донной выемке, внешнюю полость, заключенную между внутренней поверхностью гильзы и наружной поверхностью части снаряда, размещенной в гильзе, которая соединена с донной выемкой поперечными отверстиями.
Техническое решение, заложенное в конструкцию данного артиллерийского патрона, позволяет уменьшить длину гильзы и всего унитарного патрона за счет заглубления снаряда до дна гильзы, выполнения в снаряде донной выемки и размещения в ней метательного заряда. При этом обеспечивается сохранение импульса отдачи, а, следовательно, и импульса, передаваемого снаряду. Кроме того, в описании патента №2206053 сказано, что при дозвуковой скорости снаряда дальность его полета увеличивается, чему способствует сохранение без деформаций в процессе выстрела первоначальной формы тонкостенной части снаряда в зоне донной выемки. Для этого донная выемка соединена с внешней полостью поперечными отверстиями, в результате чего уменьшается перепад давления между соединяемыми полостями, а следовательно уменьшаются и нагрузки на тонкостенную часть снаряда в зоне донной выемки.
Недостатками данного решения является ограничение применения в метательном заряде данного патрона высокоэнергетических, высокоскоростных порохов с высокими плотностями заряжания, т.е. отсутствует возможность повышения за счет этого могущества, массы и скорости снаряда, а, следовательно, максимальной дальности полета.
В случае использования в метательном заряде патрона, выполненного в соответствии с этим патентом, высокоэнергетических, высокоскоростных порохов с высокими плотностями заряжания в начальный момент выстрела при срабатывании капсюля-воспламенителя происходит воспламенение прилегающих к нему слоев пороха и интенсивный рост давления в донной выемке. Под действием быстронарастающего давления пороховые зерна последующих слоев продолжая воспламеняться уплотняются и препятствуют перетеканию продуктов сгорания во внешнюю полость через поперечные отверстия, суммарная площадь которых недостаточна и составляет 0,04…0,06 от площади отверстия донной выемки. При этом торец снаряда, упираясь в дно гильзы, также не позволяет перетекать пороховым газам вдоль дна гильзы во внешнюю полость до момента развальцовки снаряда в гильзе и продвижения его в направлении нарезов ствола. Учитывая, что процесс интенсивного нарастания давления в донной выемке от сгорания высокоэнергетического, высокоскоростного пороха менее инерционен, чем процесс развальцовки снаряда в гильзе, то за счет существенной разницы давлений в донной выемке и во внешней полости происходит деформация (раздутие) цилиндроконической части снаряда, взаимодействие ее с нарезами ствола и даже частичное разрушение. За счет деформации хвостовой части снаряда продвижение его по стволу орудия происходит с увеличенным трением, что приводит к увеличенному износу нарезов ствола, потере скорости и геометрии обтекаемой формы хвостовой части снаряда. Таким образом, снижается аэродинамическое качество снаряда (увеличивается коэффициент аэродинамического сопротивления) и тем самым уменьшается дальность его полета. Т.е. использование высокоэнергетических, высокоскоростных порохов в метательном заряде патрона, выполненного по данному патент, требует упрочнения цилиндроконической кормовой части снаряда за счет увеличения толщины ее стенок. Это увеличивает пассивный вес снаряда и снижает его начальную скорость, что неэффективно. Увеличение толщины стенок кормовой части снаряда приводит к уменьшению объема донной выемки и массы метательного заряда, размещаемого в ней, что также приведет к снижению скорости и дальности полета снаряда, а следовательно снизит эффективность патрона.
Задачей, на решение которой направлено предполагаемое изобретение, является повышение эффективности патрона за счет увеличения максимальной дальности полета снаряда.
Поставленная задача решается артиллерийским патроном, содержащим гильзу, установленный в гильзе снаряд с донной выемкой, метательный заряд, размещенный в донной выемке, внешнюю полость, заключенную между внутренней поверхностью гильзы и наружной поверхностью части снаряда, размещенной в гильзе, которая соединена с донной выемкой поперечными отверстиями, новым является то, что метательный заряд выполнен из двух тандемно установленных картузных секций с выпуклыми торцами, образующими в зоне их сопряжения кольцевую полость, расположенную в зоне поперечных отверстий, соединяющих донную выемку с внешней полостью, при этом снаряд установлен без упора в дно гильзы с образованием кольцевого зазора, через который донная выемка дополнительно соединена с внешней полостью. При этом, две тандемно установленные картузные секции метательного заряда образованы перетяжкой картуза с пороховой навеской гибкой поперечной связью с образованием зоны сопряжения двух тандемных секций в виде кругового утонения. В качестве гибкой связи, перетягивающей картуз с пороховой навеской, использована проволока размеднителя. Донная выемка снаряда может быть выполнена расширяющейся в глубину, а дальняя по отношению к дну гильзы картузная секция метательного заряда артиллерийского патрона может быть выполнена большего поперечного размера, чем другая картузная секция. При этом суммарная площадь отверстий, соединяющих внешнюю полость с донной выемкой, составляет 0,3…0,4 от площади выходного отверстия донной выемки.
Выполнение метательного заряда из двух тандемно установленных картузных секций с выпуклыми торцами позволяет в зоне их сопряжения совместно с внутренней поверхностью донной выемки получить кольцевую полость. Расположив данную кольцевую полость в зоне поперечных отверстий, мы тем самым улучшаем условия для прохождения продуктов сгорания метательного заряда через поперечные отверстия во внешнюю полость за счет исключения уплотнения пороховых зерен в зоне поперечных отверстий и полного перекрытия последних. Размещение снаряда в гильзе без упора в ее дно обеспечивает образование кольцевого зазора между кормовой частью снаряда и дном гильзы, через который донная выемка дополнительно соединена с внешней полостью и через который в момент срабатывания капсюля-воспламенителя часть продуктов сгорания поступает во внешнюю полость. При этом продукты сгорания, поступившие во внешнюю полость через кольцевой зазор в момент срабатывания капсюля-воспламенителя и воспламенения прилегающих к нему слоев пороха, через поперечные отверстия дополнительно воспламеняют секции метательного заряда в зоне их сопряжения и тем самым за счет равномерности воспламенения метательного заряда по объему повышается стабильность внутрибаллистических характеристик. Суммарная площадь поперечных отверстий, соединяющих донную выемку с внешней полостью, подобрана экспериментально и составляет 0,3…0,4 от площади выходного отверстия донной выемки.
Изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 схематично изображен артиллерийский патрон, выполненный согласно п. 1 формулы, на фиг. 2 схематично изображен фрагмент патрона, выполненного согласно п. 2 формулы. На фиг. 3 схематично изображен фрагмент патрона, выполненного согласно п. 2, п. 4 и п. 5 формулы.
Артиллерийский патрон содержит гильзу 1 с капсюлем-воспламенителем 2, установленный и завальцованный в гильзе снаряд 3, выполненный с цилиндроконической запоясковой частью 4 и донной выемкой 5. Между внутренней поверхностью гильзы и наружной поверхностью части снаряда, размещенной в гильзе, имеется внешняя полость 6, которая соединена с донной выемкой 5 поперечными отверстиями 7, выполненными равномерно по окружности конической кормовой части снаряда. Отверстия 7 при необходимости могут располагаться по окружностям в несколько рядов, например в два ряда. При этом один ряд отверстий относительно другого ряда смещается в угловом направлении таким образом, чтобы отверстия соседних рядов располагались в шахматном порядке. Метательный заряд из высокоскоростного и высокоэнергетического пороха, выполненный в виде двух тандемно установленных картузных секций 8 с выпуклыми торцами 9, которые в зоне их сопряжения образуют кольцевую полость 11, расположенную в зоне поперечных отверстий 7. Снаряд 3 установлен в гильзу 1 без упора в ее дно с образованием кольцевого зазора 12, через который донная выемка дополнительно соединена с внешней полостью 6. Обтюрирующий поясок снаряда обозначен позицией 13. На фиг. 2 показан патрон, в котором метательный заряд выполнен гантелеобразной формы, полученной перетяжкой картуза с пороховой навеской гибкой поперечной связью 14, например нитью, при этом зона сопряжения 10 образованных двух тандемных картузных секций 8 будет выполнена в виде кругового утонения картуза по месту перетяжки. В качестве поперечной связи 14 может быть использована проволока размеднителя.
Работа патрона осуществляется следующим образом. От срабатывания капсюля-воспламенителя 2 воспламеняются прилегающие слои пороха ближней к нему секции 8 метательного заряда. При этом продукты сгорания, поступившие через кольцевой зазор 12 во внешнюю полость 6 в момент срабатывания капсюля-воспламенителя 2 и воспламенения прилегающих к нему слоев пороха, через поперечные отверстия 7 дополнительно воспламеняют секции 8 метательного заряда в зоне их сопряжения и тем самым за счет равномерности воспламенения метательного заряда по объему повышают стабильность внутрибаллистических характеристик. В процессе интенсивного нарастания давления от сгорания все вновь вовлекаемых в процессе горения зерен высокоэнергетического пороха через кольцевой зазор 12 а также кольцевую полость 11 и поперечные отверстия 7 происходит перетекание газов из полости донной выемки 5 в полость 6 и наоборот, за счет чего происходит уменьшение перепада (разности) давлений в данных полостях и уменьшение поперечных усилий, воздействующих на кормовую часть снаряда. При этом за счет наличия кольцевой полости 11 не происходит уплотнения пороховых зерен в зоне расположения поперечных отверстий 7, а следовательно отсутствует возможность для перекрытия данных отверстий в момент срабатывания капсюля-воспламенителя 2 и последующего воспламенения прилегающих к нему слоев пороха. Наличие кольцевой полости 11 исключает перекрытие поперечных отверстий пороховыми зернами из-за отсутствия их уплотнения (подпрессовки) и позволяет продуктам сгорания метательного заряда обгонять неуплотненные уже воспламенившиеся и еще не воспламенившиеся пороховые зерна и через отверстия 7 попадать во внешнюю полость 6. Так как через кольцевой зазор 12 и поперечные отверстия 7 происходит выравнивание давлений в донной выемке и внешней полости, то не происходит деформаций кормовой части снаряда и искажения ее формы. При достижении в гильзе давления, превышающего давление, при котором происходит развальцовка гильзы и снаряда, после чего последний продвигается в заходную коническую часть ствола. В этой части ствола обтюрирующий поясок 13 обжимается и снаряд ускоряясь по стволу покидает последний. По мере всего движения снаряда по стволу через поперечные отверстия 7 происходит выравнивание давлений на коническую кормовую часть снаряда снаружи и со стороны донной выемки.
Таким образом, предлагаемое техническое решение, реализованное в артиллерийском патроне, позволяет повысить эффективность патрона за счет возможности применения в метательном заряде высокоэнергетических, высокоскоростных порохов, обеспечивая при этом сохранение в процессе выстрела первоначальной формы кормовой части снаряда и увеличение максимальной дальности полета.