ГИБРИДНЫЙ ПАТРОН
HYBRID CARTRIDGE

Изобретение относится к боеприпасам для нарезного оружия. В нем применена как гильза обычного патрона, так и специализированная уменьшенная гильза, а также реактивный двигатель (РД) и пуля изменяемой длины. Метательным зарядом (МЗ) РД служит смесевое или баллиститное твердое ракетное топливо (ТРТ), скорость истечения газов которых при горении превышает скорость истечения пороховых газов. В момент выстрела РД и пуля, как единое целое, вылетают из канала ствола. К моменту полного выгорания МЗ, РД дополнительно разгоняет пулю до расчетной скорости и отделяется от нее.
После отделения от РД увеличиваются скорость и длина пули, дальность и точность боя благодаря сохранению оптимальных значений баллистического коэффициента и фактора гироскопической стабильности пули, обеспечивается кинетическое поражение цели за счет высокой скорости пули.
Применение уменьшенной гильзы уменьшает отдачу, демаскирование стрелка - размер пылевого облака в момент выстрела, уровень яркости вспышки и громкость выстрела, вес и габариты перспективного стрелково-пушечного вооружения. Кроме того, увеличивается срок службы ствола.
Данное изобретение занимает промежуточную ступень между обычным патроном и реактивным/активно-реактивным снарядом. Поэтому оно и получило название гибридный патрон (ГП).
Близким к заявляемому изобретению является изобретение RU 2372581 C1. Патрон с реактивной пулей содержит гильзу с капсюлем и расположенную с зазором к внутренней поверхности ее дна пулю с внутренней полостью, в которой размещен МЗ, и с отверстием в виде сопла. Пуля выполнена длиной 0,6…0,8 длины патрона, а МЗ состоит по крайней мере из двух частей, выполненных из компонентов с различной скоростью горения и полностью размещенных в полости пули с возможностью их последовательного воспламенения и горения от медленно горящих компонентов до быстро горящих компонентов, при этом пуля смонтирована в гильзе с натягом 0,003…0,01 калибра пули.
Части МЗ при горизонтальном расположении патрона между собой разделены по вертикальной плоскости легкосгораемыми перегородками.
Данное и предлагаемое изобретения объединяет использование одного физического принципа - реактивного движения тела, с той лишь разницей, что в предлагаемом изобретении РД играет не основную, а вспомогательную функцию в разгоне пули до заданной скорости.
Основными недостатками данного изобретения являются:
Во-первых, реактивной пуле требуется значительно больший пороховой заряд для обеспечения скорости, равной скорости пули обычного патрона, что приводит к значительному удлинению пули при равном калибре и массе.
Во-вторых, использование удлиненной реактивной пули в нарезном оружии ухудшает фактор гироскопической стабильности, что приводит к ухудшению кучности боя.
В-третьих, использование удлиненной реактивной пули в гладкоствольном оружии, в качестве оперения которой служит только хвостовая часть ее корпуса, недостаточно и создаст проблему стабилизации пули, особенно большого калибра и на дальних дистанциях.
В-четвертых, части МЗ из разных компонентов с различной фракционностью и скоростью горения, разделенные предохранительными легкосгораемыми перегородками, проще заменить одним ТРТ с добавлением регулятора скорости горения и стабилизатора горения.
В-пятых, при равной массе реактивной пули и пули обычного патрона, первая уступает по бронебойности современных бронежилетов, в которых применяют кевларовую ткань и керамические плитки, из-за полости в корпусе пули.
В-шестых, реактивная пуля такой конструкции усложняет технологию ее изготовления и контроля, повышает стоимость по сравнению с обычной пулей.
На Фиг.1 изображен ГП с гильзой 1 калибра 12.7×108, РД 2 и пулей 3 полуоболочечного типа (капсюль-воспламенитель и метательный заряд гильзы 1 не показаны ввиду очевидности их применения).
4
РД (Фиг.2) содержит втулку 4 H-образного продольного сечения из ударопрочной керамики с низкой теплопроводностью, например, алюмооксидной керамики, и смесевое или баллиститное ТРТ 5 (например, RU 2430902 C1, RU 2473528 C2, RU 2367812 C1, RU 2007110414 A). Кроме того, в топливо 5 добавлены регулятор скорости горения и стабилизатор горения (RU 2003106066 A). РД приклеен внутри гильзы клеем с высокой адгезией и прочностью после затвердевания (RU 2004105789 A). Клей нанесен на внешнюю поверхность хвостовой части втулки 4 на длину, равную длине от дульца до шеи гильзы 1. Топливо 5, выдерживающее перегрузки до 2×10g, приклеено внутри втулки 4. Клей и втулка 4 служат также бронечехлом топлива 5. Воспламенение топлива 5 производится горячими газами МЗ гильзы 1.
Пуля 3, имеющая, например, конический носик, содержит оболочку 6 с тупым концом, диаметром 0,12…0,2 калибра, рубашку 7, втулку 8, стаканчик 9 и сердечник 10 стреловидной формы, запрессованный в стаканчик 9. Конические носики втулки 8 и сердечника 10 совпадают с конусом оболочки 6. Рубашка 7 надета на втулку 8 до упора в вертикальную поверхность за конусом втулки 8. Бортик донца оболочки 6 фиксирует рубашку 7 на втулке 8.
На цилиндрической хвостовой части оболочки 6 выполнено центрующее утолщение 11 трапециевидного сечения длиной не более половины длины цилиндрической части оболочки 6 и диаметром, равным реальному калибру пули 3 (Вид A). Угол наклона передней стороны трапеции равен 45 или 60 градусам. Задняя сторона трапеции перпендикулярна или наклонена под углом 45 или 60 градусов.
Стаканчик 9 вставлен во втулку 8 до упора конуса сердечника 10 в оболочку 6, чтобы донце стаканчика 9 стало заподлицо с донцем втулки 8. Благодаря отверстию в донце втулки 8, стаканчик 9 имеет возможность смещаться внутри втулки 8 до упора фланцем стаканчика 9 в бортик втулки 8 с фиксацией в этом положении, обеспечиваемой натягом между внутренним диаметром втулки 8 и диаметром фланца стаканчика 9.
В перегородке керамической втулки 4, которая отделяет пулю 3 от топлива 5 и имеет толщину 2,0…3,0 толщины стенки втулки 4, выполнены не менее пяти цилиндрических отверстий 12 - одно в центре и четыре на главных осях, которые примыкают к внутренней поверхности втулки 4 (Сечение Б-Б). Диаметр отверстий равен 0,16…0,2 внутреннего диаметра втулки 4.
Чтобы исключить выкручивание пули 3 из керамической втулки 4 в канале ствола, внутри носовой части втулки 4 и на внешней поверхности втулки 8 пули 3 выполнены не менее двух плоских поверхностей, шириной не более радиуса втулки 8 (Сечение В-В).
Пуля 3 вставлена выступающей из оболочки 6 хвостовой частью втулки 8 в носовую часть керамической втулки 4 и приклеена клеем, нанесенным на торцевую и внутренние поверхности втулки 4.
В результате сублимации клея под действием высокой температуры и давления газов в момент выгорания топлива 5, керамическая втулка 4 отделяется от пули 3. После отделения от втулки 4 на пулю 3 будет оказано значительное кратковременное ускорение. Оно приведет к смещению стаканчика 9 внутри втулки 8 (Фиг.3). Изменение длины пули 3 сохранит оптимальные значения баллистического коэффициента и фактора гироскопической стабильности пули 3.
В момент удара пули 3 по цели, стаканчик 9 с сердечником 10 по инерции сместятся вперед и пробьют деформированную оболочку 6. Кроме того, деформирование оболочки 6 и смещение вперед стаканчика 9 с сердечником 10 уменьшают вероятность рикошета пули 3 при попадании в цель. Такое явление используют, например, в конструкции молотка, в полости которого засыпана дробь, препятствующая отскоку молотка при ударе по металлу.
Допустив, что на пулю 3 и втулку 4 действуют одинаковые внешние уравновешивающие друг друга силы до и после их отделения, скорость пули 3 после отделения увеличится. Ее можно вычислить согласно закону сохранения импульса из векторного уравнения:
или
где
п
m - масса пули (г);
в
m - масса втулки (г);
o
V - скорость в момент отделения (м/с);
- скорость пули после отделения (м/с);
- скорость втулки после отделения (м/с).
2
3
3
3
ПРИМЕР 1. Техническим заданием определены следующие параметры ГП: гильза калибра 12.7×108, длина связки РД и пули 69 мм, вес связки РД и пули 48 г, начальная скорость связки РД и пули 800 м/с, калибр пули 13,01 мм, РД разгоняет коническую пулю полуоболочечного типа без конического донца в диапазоне от 900 до 1000 м/с, удельный вес керамики из оксид алюминия α-AlO чистотой 98…99 процентов, включая связующий и армирующий компоненты, 3…3,85 г/см, удельный вес ТРТ, включая регулятор скорости горения, стабилизатор горения и клей, 4…4,5 г/см.
Определить: размеры и вес керамической втулки РД; размеры и вес топлива; материалы и размеры оболочки, рубашки, втулки, стаканчика, сердечника и общий вес пули; оптимальный шаг нарезки (ОШН) канала ствола для связки РД и пули, значения баллистического коэффициента (БК) и фактора гироскопической стабильности (ФГС) для связки РД и пули, значения БК и ФГС пули после отделения от втулки РД.
Решение: В результате оптимизации были определены:
3
- керамическая втулка - наружный диаметр 12,7 мм, длина 36 мм, толщина перегородки 6 мм, удельный вес 3,85 г/см, вес 13,31 г;
3
- топливо - наружный диаметр 6,3 мм, длина 24 мм, удельный вес 4,19 г/см, вес 3,27 г;
- пуля - наружный диаметр 12,7 мм, диаметр и длина центрующего утолщения 13,01 мм и 6 мм, длина в сложенном состоянии 39 мм, длина в вытянутом состоянии 62,5 мм, длина конуса 21 мм, диаметр тупого кончика 2 мм, длина выступающей из оболочки хвостовой части втулки 6 мм, наружный диаметр хвостовой части втулки 8,7 мм, наружный диаметр стаканчка 4,7 мм, длина стаканчика 25,85 мм, диаметр фланца стаканчика 6,75 мм, наружный диаметр рубашки 10,7 мм, длина рубашки 10,65 мм, толщина рубашки 1 мм. Материал рубашки и сердечника - свинец, остальное - медь. Общий вес пули 31,42 г;
- ширина плоских поверхностей обеих втулок 8,7 мм;
- длина ГП 162 мм (108-15+69=162, где 15 - глубина, на которую вставлен РД в гильзу).
Из векторного уравнения определяем скорость пули после отделения от втулки РД:
m<sub>п</sub>
m<sub>в</sub>
V<sub>o</sub>
<img file="00000005.tif" he="6" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" />
31,42
13,31
900
1561,
1000
1735.
Итерация 1: Определяем прогнозные значения БК, ФГС и ОШН для скоростей пули, как если бы она вылетала из канала ствола без РД, чтобы ФГС = 1,50.
Итерация 2: Поскольку значения ОШН имеют линейную зависимость, берем среднее значение ОШН и повторяем с этим значением первую итерацию.
Итерация 3: Определяем прогнозные значения БК и ФГС со средним значением ОШН для связки РД и пули и начальной скоростью 800 м/с.
Итерация 4: Определяем прогнозные значения БК и ФГС со средним значением ОШН до отделения пули от втулки РД в момент полного выгорания топлива.
Вывод: БК и ФГС со средним значением ОШН сохраняют оптимальные значения до и после отделения пули от втулки РД.
ПРИМЕР 2. Техническим заданием определены следующие параметры ГП: гильза калибра 12.7×55, длина связки РД и пули 57 мм, вес связки РД и пули 41,95 г, начальная скорость связки РД и пули 360 м/с, калибр пули 13,01 мм, РД разгоняет коническую пулю полуоболочечного типа без конического донца в диапазоне от 375 до 390 м/с (Фиг.4). Длина топлива и хвостовой части керамической втулки уменьшены с 24 мм до 12 мм. Вес керамической втулки 8,89 г. Вес топлива 1,64 г. Остальные исходные и определенные данные взяты из первого примера.
Длина ГП 97 мм (55-15+57=97).
Из векторного уравнения определяем скорость пули после отделения от втулки РД:
m<sub>п</sub>
m<sub>в</sub>
V<sub>o</sub>
<img file="00000005.tif" he="6" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" />
31,42
8,89
375
523,
390
544.
Итерация 1: Определяем прогнозные значения БК, ФГС и ОШН для скоростей пули, как если бы она вылетала из канала ствола без РД, чтобы ФГС = 1,50.
Итерация 2: Определяем среднее значение ОШН и повторяем с этим значением первую итерацию.
Итерация 3: Определяем прогнозные значения БК и ФГС со средним значением ОШН для связки РД и пули и начальной скоростью 360 м/с.
Таблица 7
Vсв, м/с
Lсв, мм
Dсв, мм
Lk, мм
Dk, мм
Gсв, г
БК
ФГС
ОШН, мм
360
57
12,7
21
2
41,95
0,566
1,33
240
Итерация 4: Определяем прогнозные значения БК и ФГС со средним значением ОШН до отделения пули от втулки РД в момент полного выгорания топлива.
Вывод: Лишь при разгоне пули до 375 м/с и ОШН = 238 мм, БК и ФГС до (0,566 и 1,36) и после (0,580 и 1,51) отделения пули от втулки РД сохраняют оптимальные значения. Дальнейшее увеличение скорости разгона приводит к перестабилизации связки РД и пули, а также пули после отделения от втулки РД.
В заключение следует назвать ряд российских разработчиков и производителей ТРТ и изделий различного назначения, опыт которых может быть применен в реализации данного изобретения:
ОАО «ФНГЩ «Алтай», frpc.secna.ru
Цитата: «Разработано и внедрено более 150 малогабаритных изделий из смесевых и баллиститных составов и 92 воспламенительных устройства к двигателям, газогенераторам и аккумуляторам давления для спецтехники и промышленности с основными характеристиками в следующих диапазонах:
- по массе изделия
от 0,004 кг до 1080 кг
- по калибру
от 20 мм до 600 мм
- по времени работы
от 0,01 с до 340 с»
ФЦДТ «Союз», RU 2003106066 A, RU 2004105789 A, RU 2007110414 A, www.fcdt.ru
Цитата: «Разработаны и внедрены смесевые составы:
- с экологически чистыми продуктами сгорания;
- с оптически прозрачными продуктами сгорания;
- с широким температурным диапазоном эксплуатации;
- с высоким содержанием взрывчатых веществ.
Баллиститные составы, содержащие ВВ и металлическое горючее:
4
- высокопрочные высокомодульные, выдерживающие перегрузки до 2×10g;
- высокоэнергетические, в том числе с повышенной прозрачностью продуктов сгорания;
- высокоскоростные,
- низкотемпературные с минимальным содержанием конденсированной фазы в продуктах сгорания;
- беспламенные, исключающие пламя за соплом ракетного двигателя».
ФГУП «НИИПМ», RU 2430902 C1, RU 2367812 C1, niipm.perm.ru
ФГУП «ЦНИИХМ», RU 2473528 C2, www.cniihm.ru
ЗАО «НЭВЗ-КЕРАМИКС», www.nevz-ceramics.com/ru
Цитата: «Освоено серийное производство алюмооксидной керамики различной геометрии. В стадии освоения находятся монопанели двойной кривизны. В настоящее время основной серийной номенклатурой являются прямоугольная плоская и радиусная бронеплитка размерами 50×50 мм и 80×80 мм в диапазоне толщин 4…12 мм, бронеролики в диапазоне диаметров 13,4…29 мм и диапазоне высот 8…24 мм, шестигранники в диапазоне размеров «под ключ» 20…40 мм и диапазоне высот 4…20 мм».