БОЕПРИПАС "СМЕРЧ" ДЛЯ ОГНЕСТРЕЛЬНОГО ОРУЖИЯ

Полезная модель относится к боеприпасам для стрелковых и артиллерийских видов оружия, в которых для придания эффективности поражения противника в бронированных средствах передвижения и бронежилетах, а также для поражения противника на большом расстоянии, пуле или снаряду (далее пуле) придается начальная скорость 1300 м/сек. и выше, для чего, как правило, используется особая конструкция пули или в целом патрона с сохранением стандартных размеров и геометрических внешних параметров боеприпаса.
Предшествующий уровень технике в области боеприпасов с высокой начальной скоростью метаемой пули, показывает, что вопрос увеличения скорости пули возник практически со времени появления нарезного оружия, но основоположниками реальных решений в этой области являются Карл Пуфф (патент России №14214 от 27.08.1908 г.) и Герман Герлих (патент США №1944834 от 30.01.1934 г.). В патенте Г. Герлиха видно, что он развивая идеи К. Пуффа предложил сделать ствол винтовки коническим, при этом с нарезами в нем регрессивной глубины и прогрессивной крутизны (шаг - нарезов уменьшался по мере приближения к дульному срезу), притом «Пуля Герлиха» имела два ведущих пояска взаимодействующих с нарезами. Все эти меры дали более полную обтюрацию пули (исключение прорыва пороховых газов) при движении по стволу и неослабевающее сопротивление нарастанию давления пороховых газов, что позволило добиться максимально возможной для ручного огнестрельного оружия скорости пули, а значит и ее энергии. Притом в некоторых опытных образцах оружия была достигнута начальная скорость 1600-1700 м/сек. при весе пули 6,5 гр.
Но на вооружение, винтовки Герлиха так и не поступили, за редким исключением, из-за технологических проблем в изготовлении конусных стволов и специальных нарезов в них.
Известно, что увеличение скорости пуль повышает меткость стрельбы и увеличивает бронебойную способность этих пуль. Чем больше начальная скорость, тем более кучно «ложатся» пули, тем меньше то упреждение, которое необходимо при стрельбе по движущимся целям, а значит, тем меньше ошибка от неточности в определении скорости и направления движения поражаемого объекта.
Известно, что если пуля, не содержащая заряда взрывчатого вещества, движется со скоростью, около 1300 м/сек. и более, то при ее ударе о преграду выделяется большое количество тепловой энергии и пуля с осколками преграды приобретает зажигательно-динамические свойства сопоставимые с кинетическим взрывом, чем создается дополнительная поражающая характеристика.
Известно, что в современных видах ствольного огнестрельного оружия, а также во вновь разрабатываемых - предпочитают использовать стандартные (отработанные) боеприпасы по внешним геометрическим параметрам, что создает условия предсказуемости внутренней баллистики ствола оружия и делает очевидным избыточный запас прочности стволов, а это основной резерв для разработки новых видов боеприпасов. Так, в стандартном боеприпасе, 7,62×54R, (фиг. 2), после срабатывания капсюля, основное давление пороховых газов метательного заряда достигается в предварительном и начальном пути движения пули, где после воспламенения метательного заряда и врезания оболочки пули в нарезы ствола, происходит разгон пули с быстрым падением давления газов в стволе из-за отставания скорости расширения газов от скорости пули в увеличивающемся запульном пространстве, потому что движение газов в стволе активно дросселируется каналом ствола, а внешняя область потока газа еще активно замедляется его ламинарным слоем взаимодействующим с внутренней поверхностью и нарезами ствола, а пределы упругого сопротивления ствола допускают более высокое давление газов - но это не предполагает значительное увеличение объема метательного заряда, потому что, пришлось бы менять конструкцию оружия увеличивая толщину стенок ствола в его казенной части и упрочнять затворную часть.
Известен «Патрон с активно-реактивной пулей» (патент RU №2107886, F42B 5/10, 16.02.1996 г.), который содержит гильзу, метательный заряд, капсюль-воспламенитель и активно-реактивную пулю, состоящую из головной части в виде оболочки с сердечником и реактивного двигателя, включающего корпус с щелевыми соплами, пороховой заряд двигателя, при этом сопла реактивного двигателя расположены радиально в передней части его корпуса, а на наружной поверхности задней части корпуса реактивного двигателя имеется турбина для придания вращения и стабилизации пули на активном участке траектории полета. При этом головная часть пули снабжена рубашкой, оболочка пули выполнена с обтюратором.
Данное техническое решение предполагает относительно высокую начальную скорость пули, при срабатывании метательного заряда и реактивного двигателя, а также возможность дальнейшего повышения скорости полета пули после вылета из канала ствола за счет работы реактивного двигателя.
Однако предполагаемая конструкция патрона имеет очень громоздкую пулю, потому что, после полного срабатывания реактивного двигателя она продолжает полет с его пустым корпусом, что значительно увеличивает аэродинамическое сопротивление пули.
При этом, работающий реактивный двигатель пули, когда он находится еще в стволе, работает и как метательный заряд, только с замедлением из-за постепенного истечения газов через щелевые сопла, что значительно снизит начальную скорость пули. А работа реактивного двигателя пули на ее траектории полета и взаимодействие, с воздушно-газовой средой ее турбины на конце реактивного двигателя, создает предпосылки для неустойчивого полета по курсу из-за неоднородности турбулентной воздушно-газовой среды взаимодействующей с пулей, корпусом двигателя и с турбиной, а также, на задней донной части реактивного двигателя пули, создается разряжение при ее движении, что также активно тормозит поступательное движение пули. Эти основные недостатки описываемой конструкции создают условия для уменьшения дальности прицельного выстрела и ухудшают кучность т.е. сложное аэродинамическое обтекание длиной пули с реактивными соплами в передней части и выступами турбины на конце пули не позволяют получить увеличение скорости полета пули и улучшение точности стрельбы, к тому же это приведут к «рысканью» пули по курсу.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является «Патрон с реактивной пулей» (RU №2372581, F42B 5/10, 26.11.2008 г.) - прототип, который представляет собой гильзу с капсюлем и расположенную с зазором к внутренней поверхности ее дна пулю с внутренней полостью, в которой размещен метательный заряд и отверстие в виде сопла, при этом метательный заряд состоит из нескольких 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 полость в пуле выполнена параболической или в виде усеченного конуса, а сопло выполнено в виде калиброванного отверстия. А также метательный заряд разделен на части легкосгораемыми перегородками.
Данное техническое решение предполагает повысить меткость и кучность боя оружия с одновременным увеличением начальной скорости пули.
Выполнение метательного заряда из нескольких частей с различной скоростью горения обеспечивает более плавное нарастание давления пороховых газов при увеличении объема запульного пространства.
2
Однако, когда весь метательный заряд находится в полости пули, а эта полость имеет реактивное сопло и к тому же метательный заряд разделен сгораемыми перегородками то действительно пуля будет иметь более медленный разгон в канале ствола, чем в штатном патроне этого типа, то есть исключается импульс первичного высокого давления метательного заряда, а имеет место быстрое последовательное горение, что приведет к более продолжительному времени сдвига пули из состояния покоя и времени покидания патронника. А когда первоначального импульса высокого давления (~3000 кг/см) нет, то будет метание пули из ствола неким средним давлением из-за временных потерь в реактивном сопле пули и затрате времени на сжигание сгораемых перегородок между частями метательного заряда.
После покидания дульного среза ствола, реактивная пуля патрона с догорающим метательным зарядом, сразу получает фактор нестабильности по курсу полета из-за возникновения зоны пониженного давления, после полного срабатывания метательного заряда, в пустом объемном корпусе пули, когда ее реактивное сопло является дном пули и создается на задней части пули кроме турбулентности глубокое разряжение воздуха, а при относительно большем объеме полости пули, разряжение будет склонно к автоколебательным изменениям, что приведет к активному торможению полета пули и к ее неустойчивости по курсу, а это скажется на снижении точности и дальности стрельбы, а увеличенный вес пули, за счет материала полости под метательный заряд - не позволит пуле достигнуть скорости полета, как у подобной пули стандартного патрона.
Задачей заявленной полезной модели является повышение эффективности боеприпаса за счет расширения средств позволяющих получить высокую начальную скорость пули.
Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, заключается в повышении поражающих свойств боеприпаса за счет увеличения начальной скорости метаемой пули до 1300 м/сек. и выше, что позволит повысить бронебойность, дальность и кучность стрельбы.
3
Поставленная задача решается благодаря тому, что в заявленной полезной моделе имеется гильза, как правило, бутылочной формы, капсюль, метательный заряд, а метательный заряд состоит из нескольких или, по крайней мере, из двух частей, выполненных из компонентов с различной скоростью горения и с возможностью их последовательного воспламенения, при этом пуля смонтирована в гильзе с натягом, а части метательного заряда находятся в гильзе и в последовательно расположенных ступенях разгонного блока. Предложенное техническое решение представляет собой стандартный унитарный патрон (для примера взят патрон 7,62×54R с пулей весом ~10 гр., ствол длиной 620 мм. винтовки СВД), где метательный заряд разделен на несколько частей. Притом, основная часть порохового метательного заряда (например: порох бездымный пироксилиновый, марки ВТ с плотностью заряжания 0,87 гр/см) находится в гильзе, а другая часть заряда находится в нескольких ступенях разгонного блока установленного, от дна гильзы до нижней части дна пули по оси боеприпаса. Ступени разгонного блока представляют собой тонкостенные стаканы с конусным дном внутри, в которых имеются запальные отверстия. Притом, ближняя, к дну гильзы, первая-нижняя (далее рассматривается вертикальное положение боеприпаса - пуля вверху) ступень разгонного блока, имеет наружную конусную поверхность дна, а конусным выступом своего дна она центрируется относительно оси гильзы упираясь в центральную часть капсюльной зоны гильзы. А само дно ступени выполнено утолщенным и конусным внутри, где имеются радиальные запальные отверстия, заполненные уплотненным порохом, притом эти запальные отверстия сообщаются с центральным запальным отверстием, выходящим в полость ступени. Сама полость ступени заполнена пороховым компонентом с большей скоростью горения, чем у основной части метательного заряда в гильзе.
Следующая, вторая ступень разгонного блока выполнена в виде тонкостенного стакана на конусном дне которого выполнено конусное запальное отверстие закрытое пробкой из уплотненного пороха, притом ступень своей наружной проточкой со стороны донной части, установлена с натягом в открытую часть первой ступени разгонного блока, а ее наружная часть дна выполнена коаксиально вогнутой с запальным отверстием в центре. Полость второй ступени разгонного блока заполняется пороховым компонентом с более высокой скоростью горения, чем в первой ступени.
При необходимости дальнейшего увеличения скорости пули, устанавливается следующая ступень разгонного блока, аналогичная предыдущей, второй ступени, которая также представляет собой тонкостенный стакан с конусным запальным отверстием, на конусном дне стакана закрытым пробкой из уплотненного пороха и с наружной проточкой в этой зоне, которой эта ступень установлена с натягом в открытую верхнею часть предыдущей ступени разгонного блока, притом наружная часть дна ступени выполнена коаксиально вогнутой с запальным отверстием в центре.
Полость ступени заполняется пороховым компонентом с более высокой скоростью горения, чем в предыдущей второй ступени разгонного блока. Заряд в полости ступени закрыт тонкой быстро сгораемой перегородкой-пыжом, а в открытую часть этой ступени разгонного блока установлен с натягом своей наружной проточкой адаптер с центральным отверстием в виде сопла Лаваля, а в верхнею часть адаптера, адаптированную под дно пули (данного вида патрона и пули), установлено дно пули.
Первая ступень разгонного блока и вся сборка ступеней разгонного блока, а также адаптер с пулей, упираются, с натягом в центральную часть капсюльной зоны гильзы (выемка «наковальни» капсюля) боеприпаса. Каждая ступень разгонного блока и вся сборка ступеней разгонного блока с адаптером имеет наружный диаметр равный калибру оружию (ствола), а материал, из которого изготовлены ступени разгонного блока и адаптер, аналогичен материалу, из которого изготавливаются гильзы патронов для оружия, где используется заявленное техническое решение и с биметаллической наружной поверхностью, включая оболочку пули, а именно, с плакированием томпаком, но при установки более двух ступеней разгонного блока - плакирование, преимущественно, производить серебром или золотом, для уменьшения трения в канале ствола.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является улучшенное использование давления пороховых газов метательного заряда боеприпаса по мере увеличения запульного пространства при движении пули по стволу, что позволяет поддерживать высокое давление пороховых газов непосредственно за пулей на всем протяжении ствола. При этом высокое давление в стволе не превышает предельного упругого сопротивления ствола на всей его длине. Что позволяет получить высокую начальную скорость пули без увеличения метательного заряда и изменения аэродинамических форм самой пули и как следствие повышается эффективность в целом боеприпаса.
Боеприпас по заявленной полезной модели поясняется фиг. 1, на которой изображен боеприпас в разрезе, где показаны его основные элементы: гильза с капсюлем и пулей, а также метательный заряд, расположенный в гильзе и в ступенях разгонного блока; на фиг. 2 изображен график распределения давления в запульном пространстве при использовании стандартного боеприпаса, в зависимости от скорости пули. На фиг. 3 изображен график давления в стволе при использовании предложенной полезной модели, а также пределы упругого сопротивления ствола и начальная скорость пули получаемая при этом, а в точках А, Б, В на графике давления в стволе, обозначены зоны (в стволе) срабатывания ступеней разгонного блока. На фиг. 4 изображена фотография пораженной броневой плиты и патроны Боеприпаса «Смерч».
Боеприпас «Смерч» для огнестрельного оружия, фиг.1, включает пулю 1 соединенную с гильзой 2 в которой имеется капсюль и основная часть метательного заряда 4, а другая часть метательного заряда находится в ступенях разгонного блока 30; первая - нижняя ступень 5 с утолщенным конусным дном 6 и таким же конусным дном-выступом 7 с наружной стороны; в утолщенном дне 6 ступени 5 выполнены радиальные запальные отверстия 8 выходящие в центральное запальное отверстие 9 на дне 6 ступени 5, а радиальные запальные отверстия 8 заполнены уплотненным порохом 10, а внутренняя полость ступени 5 заполнена частью порохового метательного заряда 11, а в открытую часть первой ступени 5 разгонного блока 30 установлена вторая ступень 12 разгонного блока 30 своей проточкой 13 в донной части с конусной поверхностью 14, а в центральной части дна 14 имеется запальное отверстие 15 закрытое пробкой 16 из уплотненного пороха, а внутренняя полость второй ступени 12 заполнена частью метательного заряда 17, а в открытую часть ступени 12 разгонного блока 30 установлена ступень 18 разгонного блока 30 своей проточкой 19 на конусной донной части 20, а в центральной части дна 20 выполнено запальное отверстие 21 закрытое пробкой 22 из уплотненного пороха; внутренняя полость ступени 18 заполнена частью метательного заряда 23 закрытого с открытой части ступени 18 тонким легко сгораемым пыжом 24, в эту же открытую часть ступени 18 установлен адаптер 25 своей наружной проточкой 26, а верхняя часть адаптера имеет адаптированную поверхность 27 под дно пули 1, а в центральной части адаптера 25, по его оси, выполнены элементы 28 и 29 соплового отверстия. На фиг. 3, графика давления в стволе, показана точка «А» - место срабатывания части метательного заряда 11 в ступени 5 разгонного блока 30, в точке «Б» - показано место срабатывания части метательного заряда 17 ступени 12 разгонного блока 30, а в точке «В» - показано место срабатывания части метательного заряда 23 в ступени 18 разгонного блока 30.
Устройство работает следующим образом. Учитывая, что заявленная полезная модель решает вопрос наиболее рационального использования энергии метательного заряда во время выстрела с тем, чтобы пуле заданного веса и калибра сообщить определенную начальную высокую скорость при соблюдении прочностных характеристик ствола - основная часть метательного заряда 4 (фиг. 1), срабатывает в гильзе 2 после приведения в действие капсюля 3, а в стволе оружия (фиг. 3, 1), срабатывают части метательного заряда (фиг. 1) 11, 17, 23 которые находятся в ступенях 5, 12, 18, разгонного блока 30 и последовательно воспламеняясь создают, высокое запульное давление, на графике давления (фиг. 3) зоны А, Б, В. При этом процесс выстрела (разгон пули в стволе) длится 0,001-0,005 сек. и происходит в последовательном алгоритме. От удара бойка по капсюлю 3 (фиг. 1), гильзы 2 боеприпаса, взрывается ударный состав капсюля и образуется пламя, которое проникает к основной части метательного заряда 4 и воспламеняет ее, при этом воспламеняется и горит с задержкой уплотненный порох 10 в радиальных отверстиях 8 ступени 5 разгонного блока 30. При сгорании основной части метательного заряда 4 в гильзе 2 образуется большое количества нагретых газов, создающих высокое давление (фиг. 3) на дно 7 первой ступени 5 разгонного блока 30 и часть дна пули 1, а также на дно и стенки гильзы 2. В результате давления газа на дно 7 ступени 5 и часть дна пули 1, вся сборка ступеней (фиг. 1) 5, 12, 18, адаптер 25, пуля 1 - сдвигаются с места и пуля 1 врезается в нарезы ствола, вращаясь и продвигаясь по каналу ствола, а ступени 5, 12, 18, адаптер 25 двигаются с пулей 1 так как их наружный диаметр равен калибру ствола. На расстоянии 60-100 мм, от начала нарезов ствола, срабатывает с кумулятивным эффектом, за счет конуса дна 6, метательный заряд 11 (фиг. 3, зона А) в ступени 5 разгонного блока 30 из-за его воспламенения после выхода пламени в центральное запальное отверстие 9, горящего с задержкой уплотненного пороха 10 в радиальных отверстиях 8 ступени 5. Корпус ступени 5 при срабатывании ее части метательного заряда 11, из-за давления образовавшихся газов, перед ней, начинает отставать от пули 1 с адаптером 25 и ступенями 12, 18 создавая импульс давления в сторону наименьшего сопротивления в направлении движения пули 1, при этом корпус ступени 5 начинает сдерживать расширение пороховых газов от срабатывания основной части метательного заряда 4 сохраняя их упругость и давление, а также создавая условия для более полного сгорания этой основной части метательного заряда 4. После полного срабатывания метательного заряда 11, нагретые газы сжигают пробку из уплотненного пороха 16 в запальном отверстии 15 ступени 12 разгонного блока 30 и на расстоянии 150-250 мм., от начала нарезов ствола, срабатывает с кумулятивным эффектом за счет конусного дна 14, часть метательного заряда 17 (фиг. 3, зона Б), при этом создавая основной импульс давления газов в сторону движения пули 1 образует двигающуюся упругую среду между корпусами ступеней 12 и 5, и дном гильзы 2. После полного срабатывания метательного заряда 17 в ступени 12 (фиг. 1), сжигается пробка из уплотненного пороха 22 в запальном отверстии 21 ступени 18 разгонного блока 30 и на расстоянии ~400 мм., от начала нарезов ствола, срабатывает метательный заряд 23 ступени 18 (фиг. 3, зона В), при этом срабатывание заряда 23 происходит с кумулятивным эффектом за счет конусного дна 20.
При срабатывании метательного заряда 23 в ступени 18 кумулятивная струя газа прорывает тонкий быстро сгораемый пыж 24 и, ускоряясь в сопле 28, 29 адаптера 25 создает основной газо-динамический импульс давления на дно пули 1 придавая ей максимальную скорость (фиг. 3). После вылета пули 1 из ствола оружия и окончания после действия газов, корпуса ступеней 5, 12, 18 и адаптера 25 вылетают из ствола и, не имея аэродинамических обтекаемых форм вскоре падают на расстоянии безопасном для стрелка. В предложенной полезной модели ступени 5, 12, 18, разгонного блока 30 (фиг. 1), со своими частями метательного заряда, не увеличивают общий объем метательного заряда, а создают условия для образования динамических импульсов высокого давления в ограниченном объеме, непосредственно ствола, в сторону пули 1 при их последовательном (фиг. 3, зона А, Б, В) срабатывании. При этом при срабатывании любого ступени разгонного блока 30 - предыдущая (отработанная) ступень не может остановиться из-за момента инерции и невозможности в «нано» время, изменить направление вращения так - как отработанные корпуса ступеней активно взаимодействуют с нарезами ствола из-за прижима их стенок к нарезам ствола общим запульным давлением и импульсным давлением перед ними, притом давление непосредственно за корпусами ступеней продолжает разгонять их в сторону движения пули. А так как динамические импульсы, в основном, направлены в сторону пули, как направление наименьшего сопротивления, а любой предыдущий корпус ступеней двигается в эту же сторону, то срабатывание каждой следующей ступени разгонного блока дает увеличение скорости движения пули в стволе без затрат энергии на врезание оболочки пули в нарезы ствола и разгон ее из состояния покоя, то есть практически вся энергия метательного заряда в каждой ступени разгонного блока затрачивается на увеличении скорости пули, это показывает, что применение Боеприпаса позволяет использовать 60-80% энергии метательного заряда, в ступенях разгонного блока, на сообщение пуле поступательного движения (основной работе) в тоже время считается нормой, когда на разгон пули в стволе затрачивается 25-35% выделяемой энергии метательного заряда, а 15-25% энергии - на совершение второстепенных работ (врезание оболочки пули в нарезы ствола и преодоление трения пули при движении по каналу ствола, нагревание, перемещение подвижных частей оружия) и около 40% энергии не используется и теряется после вылета пули из ствола.
В предложенной полезной модели допустимо, из-за высокой скорости в стволе последней (перед пулей) ступени 18 разгонного блока 30 заряжать ее не только порохом с высокой скоростью горения 23, но и взрывчатым веществом со скоростью горения до 6000-8000 м/сек., что безопасно для ствола, так как в момент срабатывания заряда, пуля 1 и ступень 18 уже двигаются в стволе со скоростью более 1000 м/сек. (фиг. 3), а это превышает скорость прохождения упругой деформации на всю толщину ствола ввиду перемещения зоны деформации по стволу со скоростью не позволяющей завершить эту деформацию и разрушить ствол, а вся энергия, практически ударная волна, будет направлена на разгон пули, при этом сопло 28, 29 (сопло Лаваля) в адаптере 25 позволяет сконцентрировать плотность газовой ударной волны на дно пули, дополнительно создавая условия для получения высокой начальной скорости, что увеличивает КПД выстрела и гарантирует поражение цепи.
В период отработки Боеприпаса «Смерч» на базе стандартного патрона 7,62×54R с пулей, весом - 10 гр., со стальным сердечником и с сердечником из металлокерамики на основе карбида вольфрама, проведены стрельбы, которые показали (усредненные) положительные результаты:
- начальная скорость пули
1500-1700 м/сек
- прицельная дальность стрельбы
3000-3500 м
- поражение «живой силы»
5000-6000 м
- поражение легкобронированной техники
1000-1500 м
- поражение «живой силы» оснащенной средствами индивидуальной защиты
1000-1500 м
- поражение стального листа (Ст.45) толщиной 50 мм.
300 м
Притом попадание пули Боеприпаса «Смерч» для огнестрельного оружия, в «живую силу», как правило, вызывает ампутационные травмы (манекен из полиуретана марки ТПУ-2Т).