СНАРЯД С ГАЗОВЫМ ПОДВЕСОМ
SHELL WITH GAS HANGER

Изобретение относится к области огнестрельного гладкоствольного оружия и может быть использовано для создания высокоточных оружейных систем, к которым предъявляются жесткие требования по износостойкости внутренней поверхности ствола, высокой точности и мощности выстрела.
Известен снаряд с газовым подвесом, содержащий гладкую цилиндрическую поверхность, выполненную в виде газового подвеса с устройством для создания давления в несущем газовом слое, выполненным в виде питающей полости в теле снаряда, соединенной с наружной цилиндрической поверхностью через питающие устройства (см. статью: Болштянский А.П. «О возможности применения бесконтактного центрирования снаряда в гладкоствольном орудии» в сборнике материалов Межрегиональной науч.-технич. конференции «Многоцелевые гусеничные и колесные машины: разработка, производство, боевая эффективность, наука и образование. Омск, 2002. Часть 1. - С.43-45).
Известен также снаряд с газовым подвесом, содержащий гладкую цилиндрическую часть, в которой выполнена полость питания для создания давления в несущем газовом слое, соединенная с наружной цилиндрической поверхностью через питающие устройства, причем эта полость питания заполнена веществом, имеющим высокую скорость горения, и соединена с тыльной частью снаряда через отверстие, в котором размещен термитный фитиль (Патент РФ №2 285 226 «Снаряд с газовым подвесом», F42В 14/04, опубл. 10.10.2006).
Недостатком известных конструкций является сравнительно невысокая точность стрельбы в связи с тем, что выстрел производится из гладкоствольного орудия, и малейшая неточность формы снаряда или неравномерность распределения массы по объему его тела приводит к его отклонению от заданной при прицеливании траектории.
Задачей изобретения является повышение точности стрельбы снарядом с газовым подвесом.
Указанная задача достигается тем, что питающие устройства выполнены в виде отверстий малого диаметра, оси которых направлены под углом к радиусу гладкой цилиндрической части, и эти отверстия могут быть заполнены пластичной легкоплавкой твердой смазкой.
Устройство снаряда с газовым подвесом поясняется чертежами.
0
На фиг.1 изображено продольное сечение снаряда в стволе орудия в состоянии перед выстрелом, скорость движения снаряда V в нулевой момент времени равна нулю (V=0).
На фиг.2 показано поперечное сечение снаряда в стволе орудия перед выстрелом.
На фиг.3 показано продольное сечение снаряда в стволе в момент, соответствующий сгоранию порохового заряда в стволе и началу горения термитного фитиля.
На фиг.4 показано продольное сечение снаряда в стволе в момент, соответствующий окончанию горения термитного фитиля и поджиганию порохового заряда в полости питания газового подвеса.
На фиг.5 показано продольное сечение снаряда в стволе в момент, соответствующий развитию горения порохового заряда в полости питания газового подвеса.
На фиг.6 показано продольное сечение снаряда в стволе в момент, соответствующий полному сгоранию порохового заряда в полости питания газового подвеса.
На фиг.7 показано поперечное сечение снаряда в момент его полета сразу после выхода из ствола, когда остатки пороховых газов вырываются из полости питания газового подвеса в окружающую среду.
C
П
d
0
k
R
На фиг.8 показаны графики изменения давления в стволе Р, в полости питания газового подвеса Р и в зазоре газового подвеса Р в зависимости от времени t; точка t соответствует началу горения боевого порохового заряда, точка t соответствует времени прохождения снаряда через дульный срез, точка t соответствует окончанию течения пороховых газов из полости питания газового подвеса.
Снаряд состоит (фиг. 1 и 2) из ударной части 1 и гладкой цилиндрической направляющей части 2, в которой расположена полость питания 3 газового подвеса, образованного направляющей частью 2 и зазором 4 между этой частью и стволом 5. Полость питания 3 заполнена быстросгорающим веществом, например порохом, и соединена с зазором 4 газового подвеса через питающие устройства, выполненные в виде отверстий 6 малого диаметра, расположенных в два ряда и равномерно размещенных по окружности цилиндрической направляющей части 2. Оси отверстий 6 направлены под углом С к радиусу гладкой цилиндрической части 2. Полость питания 3 соединена с тыльной частью снаряда через отверстие 7, в котором расположен термитный фитиль 8, изготовленный, например, из спрессованного пороха. С тыльной стороны снаряда в стволе 5 имеется боевой пороховой заряд 9. После выхода снаряда из ствола 5 из отверстий 6 вырываются остатки пороховых газов 10.
0
0
0
1
C
1
C
0
1
Использование снаряда (выстрел) производится следующим образом (фиг.1-7). В исходном состоянии (фиг.1 и 2) снаряд размещен в стволе 5 с некоторым оптимальным зазором 4, с его тыльной стороны находится боевой заряд пороха 9, снаряд неподвижен (его скорость вдоль ствола V=0, угловая скорость вращения вокруг своей оси W=0, время t=t=0, см. также график на фиг.8). При сгорании пороха боевого заряда 9 за промежуток времени (t-t) образуется высокое давление пороховых газов с высокой температурой (линия Р на фиг.8), под действием которых снаряд начинает движение по стволу 5, его скорость вдоль ствола еще относительно невелика (V>0, фиг.3), а угловая скорость W=0. Пороховые газы с давлением Р прорываются также между снарядом и стволом 5 по зазору 4. В конце промежутка времени (t-t) начинается горение термитного фитиля 8, подожженного горячими пороховыми газами боевого заряда 9.
1
2
2
1
За промежуток времени (t-t) происходит сгорание фитиля 8, его пламя поджигает порох, находящийся в полости питания 3 (фиг.4), снаряд разгоняется до скорости V>V и находится еще в начальном участке ствола 5, его угловая скорость W=0.
П
d
П
С
В связи с началом горения пороха в полости питания 3 (фиг.5) происходит рост давления пороховых газов в этой полости (линия Р на фиг.8). Одновременно, в связи с истечением газов из полости 3 в зазор 4 через имеющие определенное гидравлическое сопротивление отверстия 6, в зазоре 4 появляется давление газового несущего слоя Р<Р. Сначала величина этого давления невелика, существенно меньше давления Р прорывающихся в зазор 4 газов, образовавшихся при сгорании боевого порохового заряда 9, в связи с чем несущий газовый слой в зазоре 4 не может оказать заметное влияние на положение снаряда в стволе 5.
2
3
П
3
d
C
C
d
В промежуток времени (t-t) происходит горение пороха в полости 3, сопровождающийся ростом в ней давления Р (фиг.6 и 8). В момент времени t давление Р в зазоре 4 становится выше снижающегося по мере продвижения по стволу 5 снаряда давления Р, в связи с чем распределение давления в зазоре 4 становится зависимым в основном от потока газа из полости 3, т.е. создаются условия для возникновения полноценного эффекта газового подвеса. При этом образуются такие свойства газового подвеса как несущая способность и жесткость, в связи с чем снаряд принимает в стволе 5 положение, близкое к концентричному, трение между стволом и снарядом практически полностью исчезает, а более высокое по сравнению с давлением Р давление Р запирает зазор 4, предотвращая прорыв через него газов, образовавшихся от сгорания боевого порохового заряда 9. В связи с тем, что истечение пороховых газов происходит под углом к радиусу цилиндрической части 2, направление течения этих газов в зазоре 4 имеет окружную составляющую и соответствующую ей реакцию, воздействующую на снаряд против направления истечения газов. В связи с этим появляются силы, поворачивающие снаряд вокруг своей оси в направлении против вектора скорости течения этих газов, и снаряд начинает вращение вокруг своей оси с угловой скоростью W>0.
Одновременно пороховые газы истекают из полости 3 через отверстие 7 в направлении тыльной стороны снаряда, что приводит к некоторому снижению давления в полости 3. Чтобы это снижение не оказывало существенного влияния на величину давления в полости 3, сопротивление этого отверстия 7 должно быть достаточно большим (относительно малый диаметр, относительно большая протяженность), либо в нем может быть установлен обратный клапан.
4
П
d
k
d
П
Горение пороха в полости 3 продолжается до момента времени t (рис.6 и 8), после чего давление Р и, соответственно, давление Р начинают падать. Но при этом на протяжении всего дальнейшего времени прохождения снаряда по стволу (до времени t прохождения дульного среза) сохраняется условие Р>Р, что обеспечивает нормальную работу газового подвеса в зазоре 4 и отсутствие активного трения снаряда о внутренние стенки ствола 5, а также постепенное раскручивание снаряда вокруг своей оси.
k
T
R
R
П
k
R
После прохождения дульного среза (точка t на фиг.8) снаряд оказывается в окружении атмосферного воздуха, и остатки пороховых газов свободно вырываются через отверстия 6 в атмосферу. При этом (см. фиг.7) возникают реакции струй газов F, составляющие F которых уравновешиваются между собой, а составляющие F дают крутящий момент, далее раскручивающий снаряд, который получает некоторую угловую скорость W. Этот процесс происходит до момента времени t, в котором давление Р становится равным атмосферному (см. фиг.7). Период времени (t-t), в течение которого происходит активное раскручивание снаряда вокруг свой оси, зависит от соотношения объема полости 3 и количества находящегося в ней пороха, а также от количества, диаметра и протяженности отверстий 6.
Вращение снаряда вокруг своей оси приносит широко известный эффект существенного повышения точности стрельбы, который характерен для нарезного оружия. В данном случае этот эффект получается в гладкоствольном оружии.
П
C
П
C
В том случае, когда отверстия 6 заполнены пластичной легкоплавкой твердой смазкой, снижение трения снаряда о стенки ствола начинается сразу, как только давление Р превысит давление Р (фиг.8), так как еще до начала полноценной работы газового подвеса смазка вытесняется под действием перепада давления (Р-Р) в зазор 4 и снижает коэффициент трения между поверхностями снаряда и ствола.
Таким образом, помимо известного снижения трения снаряда о поверхность ствола при использовании в нем газового подвеса, предложенная конструкция за счет организации вращения снаряда вокруг своей оси позволяет существенно повысить точность стрельбы, приблизив ее к точности, получаемой в нарезном оружии.