унитарный малокалиберный патрон

Формула изобретения

Унитарный малокалиберный патрон для автоматических пушек, содержащий бронебойный подкалиберный снаряд, гильзу с центральной воспламенительной трубкой, имеющей ступенчатую форму, и насыпным комбинированным зарядом из смеси пироксилиновых флегматизированных порохов, зерненого семиканального и сферического, отличающийся тем, что в пороховую смесь введен алюминий в количестве 2 8% от массы заряда в виде пластин, выполненных со стороной, равной 0,4 0,8 длины зерна пороха крупной фракции, и толщиной, соответствующей условию 2h 2e₁, где h толщина пластины алюминия, 2е₁ толщина горящего свода семиканального пороха, при этом снаряд содержит тяжелосплавный бронебойный сердечник.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к артиллерийским патронам малого калибра унитарного заряжания с бронебойным подкалиберным снарядом и насыпным комбинированным метательным зарядом.

Наиболее близким из известных аналогов по технической сущности и числу совпадающих признаков является 30 мм патрон "Кернер", содержащий бронебойный подкалиберный снаряд, гильзу с центральной воспламенительной трубкой, имеющей ступенчатую форму, и насыпной комбинированный заряд из смеси пироксилиновых флегматизированных порохов, зерненного семиканального и сферического (см. Технические условия ИУБЖ.773421.002, 1994, с.32). В патроне "Кернер" для сохранения импульса давления в газоотводах или импульса откидных частей штатных пушек, не имеющих внешнего автономного привода на автоматику, увеличена масса метательного заряда. Метательный пороховый заряд с плотностью заряжания 1,06 1,20 г/см³ воспламеняется практически во всем объеме из центра посредством огнепередаточной ступенчатой втулки, большим диаметром запрессованной в очке гильзы. Этим повышена начальная скорость бронебойного снаряда. Длина воспламенительной трубки оптимизирована в диапазоне 0,3 0,5 высоты метательного заряда в гильзе.

Недостатком известного патрона является ненадежное функционирование из-за неполного пороха в канале ствола пушки, так как часть семиканальных зерен заряда, распадающихся на дегрессивные элементы, так называемые "лучинки", не сгорают за время выстрела, составляющее примерно 6 мс.

Недостаточно высокие скорость и температура горения метательного заряда из пироксилиновых порохов не позволяют обеспечить необходимую начальную скорость бронебойного снаряда и, следовательно, эффективность его основного действия.

Для повышения боевого могущества известного подкалиберного снаряда необходимо снизить массу его снаряда и повысить энергетические характеристики метательного заряда, сгорающего при заданном уровне максимального давления.

Задачей, на решение которой направлено изобретения, является повышение функциональной надежности действия артиллерийского патрона с бронебойным подкалиберным снарядом, имеющим улучшенные показатели назначения.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном унитарном малокалиберном патроне для автоматических пушек, содержащем бронебойный подкалиберный снаряд, гильзу с центральной воспламенительной трубкой, имеющей ступенчатую форму, с насыпным комбинированным зарядом из смеси пироксилиновых флегматизированных порохов, зерненого семиканального и сферического, согласно изобретению, в пороховую смесь введен алюминий в количестве 2-8 процентов от массы заряда в виде пластин, выполненных со стороной, равной 0,4 0,8 длины зерна пороха крупной фракции, и толщиной, соответствующей условию 2h= 2e₁, где h толщина пластины алюминия, 2e₁ толщина горящего свода семиканального пороха, при этом снаряд содержит тяжелосплавный бронебойный сердечник.

Изобретение направлено на увеличение скорости газообразования за счет повышения температуры горения пороховой смеси для целенаправленного пространственно-временного регулирования внутрикамерного процесса горения метательного заряда путем дополнительного введения в состав высокоэнергетической добавки в виде алюминиевых пластин с определенными геометрическими параметрами.

Предложенное конструктивное решение регулирования процесса горения осуществляется за счет подбора оптимальной толщины алюминиевых пластин, определяющей необходимый момент задержки их воспламенения, который выбран из условия заданного превышения времени достижения максимального давления. В результате воспламенение алюминиевых пластин выбранной толщины происходит по времени уже после момента достижения максимумов давления и температуры, при этом дополнительное энерговыделение от горения алюминия способствует более интенсивному догоранию пороха метательного заряда. В этом случае удается обеспечить увеличение начальной скорости снаряда без существенного роста максимального давления и максимальной температуры горения.

Применение сердечника из тяжелого сплава типа ВНЖ, смонтированного в металлопластмассовом корпусе секторного типа обеспечивает уменьшение массы окончательно собранного снаряда и, следовательно, увеличивает его начальную скорость и показатели бронепробития.

Оптимальное массовое содержание алюминиевого горючего в пороховом заряде определено в 2 8

Содержание алюминия выше 8 от массы пороха приводит к повышению плотности заряда и проблемам размещения метательного заряда в свободном объеме гильзы. При этом может затрудниться воспламенение метательного заряда, так как с увеличением плотности уменьшается возможность проникновения горячих газов внутрь состава. Кроме того, температура горения заряда с повышенным содержанием алюминия приближается к максимальной, что снижает живучесть ствола и деталей автоматики пушек.

Содержание алюминия в составе метательного заряда меньше 2 мас. как показали опытные работы, не оказывает заметного влияния на прирост начальной скорости.

Экспериментальные данные по определению оптимальной толщины пластин и массы алюминиевой фольги, размещаемой в метательном заряде, представлены в табл. 1.

Из результатов, представленных в табл. 1, видно, что при введении пластин алюминия в метательный заряд наблюдается прирост максимального давления и начальной скорости снаряда. При использовании пластин алюминия в метательный заряд наблюдается прирост максимального давления и начальной скорости снаряда. При использовании тонкой фольги (0,04 0,15 мм) прирост максимального давления значителен, а коэффициент K = V/P_m который можно рассматривать как коэффициент эффективности артиллерийского выстрела, с точки зрения увеличения степени заполнения индикаторной диаграммы, имеет значения 0,16 0,35, характерные для случаев увеличения начальной скорости снаряда только за счет повышения максимального давления. Тонкая фольга рано воспламеняется, поэтому дополнительное энерговыделение при горении алюминия способствует росту максимальных давлений и температуры пороховых газов.

При использовании алюминиевых пластин толщиной 0,2, 0,3 и 0,4 мм значения коэффициента K существенно возрастает до величин, близких к 1 и более, что является уникальным фактом, несвойственным обычным пороховым метательным зарядам классической артиллерии, свидетельствуя о том, что увеличение начальной скорости снаряда осуществляется за счет интенсификации процессов горения пороха после достижения максимального давления.

Количественное выражение толщины h алюминиевых пластин из фольги по заявленному соотношению, в зависимости от толщины горящего свода "2e₁" зерен пороха марки 6/7П 5БП_фл, используемом в патроне "Кернер", ограничено диапазоном:

h 0,25 0,35 мм e¹.

При толщине алюминиевых пластин меньше 0,25 мм наблюдается рост максимального давления из-за их раннего воспламенения, дополнительное количество тепла от сгорания пластин выделяется до достижения максимума давления (1,1-1,2 мс), что недопустимо, так как небезопасно.

При толщине алюминиевых пластин больше 0,35 мм воспламенение из-за медленного прогрева массы смещено по длительности к концу времени выстрела и не в полной мере способствует росту давления и более интенсивному догоранию пороха, в результате чего увеличение начальной скорости снаряда оказывается неоптимальным.

Толщина пластин для пиротехнических составов с различными марками порохов представлена в информационной табл. 2.

Оптимальная толщина алюминиевой фольги для патронов различных калибров.

Для обеспечения лучших условий распределения в объеме пиротехнической смеси, изготовления метательного заряда по существующей технологии и обеспечения насыпной плотности при наилучшей вместимости заряда в гильзе размер пластин выбран равным 0,4 0,8 длины зерна крупной фракции пороха (5 мм семиканального зерна диаметром 3,5 мм)

При габаритных размерах алюминиевых пластин меньше 2 мм ( 0,4 длины зерна пороха) увеличивается суммарное количество пластин при заданной массе добавки, что затрудняет вместимость насыпного порохового заряда в гильзу.

При размерах пластин алюминия больше 4 мм (0,8 длины зерна пороха) снижается насыпная плотность метательного порохового заряда с пиротехническим составом, поскольку указанный размер превышает диаметр порохового зерна, и не представляется практически возможным разместить без подпрессовки заряд расчетной массы в свободном объеме гильзы.

Совокупность существенных признаков обеспечила нормальное функционирование автоматики пушек при стрельбе облегченными бронебойными подкалиберными снарядами с высокоэффективным метательным зарядом путем организации процесса горения с интенсивным дожиганием пороха в результате воспламенения и горения пиротехнического состава по времени после максимума давления через промежуток, равный 1,10 1,20 мс, что исключает существенный рост максимального допустимого давления. Это достигается, в конечном счете, перераспределением давления и температуры в канале ствола в результате повышения энергетических характеристик метательного заряда при горении алюминиевых пластин, способствующему полноте сгорания пороха в канале ствола.

На чертеже изображен предлагаемый патрон.

Бронебойный подкалиберный снаряд, содержащий сердечник 1 из сплава ВНЖ с удельным весом 16,6 г/см³, через алюминиевый поддон 2 установлен в гильзе 3, которая включает в себя капсюль-воспламенитель 4, ступенчатую воспламенительную трубку 5 и комбинированный метательный заряд.

Головная часть сердечника 1 имеет профиль с передним конусом 118 - 120^o, который переходит в ступенчатый конус с углом 10 20^o, содержащий две кольцевых проточки, выполняющие роль локализаторов и одновременно служащие для закатки баллистического наконечника 6.

На торце сердечника 1 выполнены трапецеидальные выступы под углубления в поддоне 2, которыми они сопряжены в сборе, неподвижно в радиальном направлении. В поддоне 2 выполнено осевое газодинамическое отверстие 7 под трассером 8.

На поддоне 2 укреплены ведущий поясок 9 и на резьбе пластмассовый корпус 10, несущий центрирующую металлическую втулку 11 сложной формы (связанные перемычкой ослабленного сечения опорные сектора, цилиндрические снаружи и конические внутри), базирующуюся на конусе головной части сердечника 1. При свинчивании корпуса 10 с поддоном 2 сердечник 1 фиксируется, центрируясь в снаряде.

Метательный заряд в гильзе 3 представляет собой комбинированную смесь пироксилиновых флегматизированных порохов 12 и 13, семиканального зерненного марки 6/7 П-5 БП_фл и сферического мелкого марки АЕФ 35/3,35, в объеме которой равнораспределены пластины 14 высококалорийного горючего алюминия.

Приготовленные массы крупной и мелкой фракций пороха 12, 13 соответственно и алюминиевых пластин 14 в необходимом количественном соотношении комбинированного метательного заряда осыпаются в общую навеску и перемешиваются. Затем через воронку в течение 30 с приготовленная навеска засыпается в гильзу 3. При этом без подпрессовки в зарядном объеме гильзы 3 размещается на 2 3% больше элементов крупной фракции, потому что мелкая фракция сферического пороха 13, имеющая эллипсовидную форму, выступает в качестве смазки, квазижидкости, и способствует лучшей, компактной укладке зерен пороха 12 и пластин 14 алюминия.

Практически получена плотность метательного заряда в диапазоне 1,06 - 1,20 г/см³. Дальнейшая сборка патрона проводится по обычной технологии.

Выход воспламенительной трубки 6 закрыт свинцовой заглушкой 15, а на выходе выполнен ресивер 16 (уширение), диаметр которого равен 1,2 1,5 диаметра трубки 5 (запального ее отверстия). Длина трубки 5 выбрана в диапазоне 0,3 0,5 высоты метательного заряда в гильзе 3.

Конструктивное выполнение патрона иллюстрируется примером 30 мм патрона с бронебойным подкалиберным снарядом "Кернер".

Длина трубки 5 составляет 42 мм, диаметр ресивера 15 6,55 мм. Соотношение компонентов метательного заряда выбрано из следующего содержания каждого, мас. (г):

Порох 12 зерненый семиканальный 82 97 (127 130)

Порох 13 сферический 3 18 (4 13)

Пластины 14 алюминия 2 8 (3 7)

Нижний предел содержания сферического пороха 13 определен из условия обеспечения требуемой величины начальной скорости снаряда при минимальной общей массе метательного заряда (для патрона "Кернер" 136), необходимой для обеспечения нормальной работоспособности автоматики пушки.

Верхний предел содержания сферического пороха 13 ограничен максимально возможной массой насыпного метательного заряда, размещаемого в свободном объеме гильзы 3, и обеспечением максимального давления, не превышающего норм, установленных действующей конструкторской документацией.

Высокая степень заполнения свободного объема гильзы 3 препятствует перераспределению мелкой фракции пороха 13 и пластин 14 по высоте заряда в условиях эксплуатации. Экспериментальная проверка подтверждает сохранность баллистических характеристик выстрела после полного цикла эксплуатационных испытаний и хранения.

Размер стороны алюминиевых пластин 14 в среднем выбран равным (3 х 3)1 мм и представляет собой квадрат, ромб, прямоугольник и т.п. со сторонами в диапазоне 2 4 мм. Пластины 14 выполнены из алюминиевой фольги толщиной 0,30,05 мм.

При выстреле инициированный капсюлем воспламенителем 4 форс пламени и газоконденсированных продуктов детонации поступает в трубку 5, где аккумулируется в ресивере 16, при этом сглаживаются пульсации давленния, происходит перемешивание газоконденсированной фазы и формирование струи форса пламени, которая расплавляет заглушку 15 и факелом прорывается внутрь гильзы 3, где воспламеняется порох 12, 13 и с задержкой по времени 1,10 1,20 мс пластины 14. При этом не происходит увеличения максимальных значений давлений пороховых газов и температуры горения пиротехнического состава. Диспергированный в пороховых газах материал заглушки 15 размеднителя распределяется по стенкам канала ствола пушки.

Вращение снаряд получает через поясок 9, поддон 2 и посредством сочленения выступы-углубления на сердечнике 1.

За дульным срезом ствола пушки корпус 10 по продольным пазам и втулка 11 по перемычкам разрушаются и тормозятся набегающим потоком атмосферного воздуха, а сердечник 1 ориентированно с заданной скоростью движется к цели по внешней траектории.

Таким образом обеспечивается повышение служебных характеристик назначения бронебойных подкалиберных снарядов с тяжелосплавным сердечником за счет более интенсивного сжигания комбинированного метательного заряда из пироксилиновых порохов с повышенной насыпной плотностью и дополнительным высокоэнергетическим горючим во всем температурном диапазоне эксплуатации патронов.

Экспериментально систематизировано оптимальное количественное содержание компонентов метательного заряда, обеспечивающее требуемые показатели назначения: начальную скорость снаряда и бронепробиваемость для практически всей номенклатуры подкалиберных патронов с облегченным снарядом малого калибра при стрельбе из пушек без внешнего привода на автоматику с заданным темпом и нормальным функционированием.

Организованный режим воспламенения алюминиевых пластин заданной толщины после максимума давления пороховых газов продуктов горения метательного заряда обеспечивает увеличение среднебаллистического давления газов за время выстрела, что повышает полноту сгорания метательного заряда и, как результат, дает прибавку 2 5% скорости снаряда.

Таким образом, изобретение обеспечивает повышение боевого могущества действующих артиллерийских систем и универсальность автоматических пушек при стрельбе модернизированными патронами малого калибра предложенной конструкции.