способ выпуска порохового газа из канала ствола огнестрельного оружия "тмт-технология" и надульное устройство "тмт"

Формула изобретения

1. Способ выпуска порохового газа из канала ствола огнестрельного оружия, заключающийся в том, что истекающий из канала ствола поток порохового газа по мере его продвижения в направлении от дульного среза подвергают закручиванию вокруг оси канала ствола, обеспечивая монотонное возрастание тангенциальной скорости газового потока путем пропускания этого потока через направляющие каналы надульного устройства, после чего пороховой газ выпускают в атмосферу через выпускные каналы надульного устройства.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что закручивание расширяющегося потока порохового газа осуществляют таким образом, чтобы траектории возможно большей части составляющих этот поток газовых частиц в их направленном движении имели вид винтовой линии с убывающим шагом, а проекции этих траекторий на плоскость, перпендикулярную оси канала ствола, имели вид спиралей.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что газовый поток в процессе закручивания разделяют на несколько стесненных симметричных относительно оси канала ствола струй путем пропускания этого потока через многозаходную симметричную систему направляющих каналов.

4. Надульное устройство, включающее корпус, снабженный устройством крепления на ствол оружия, выполненный в виде тела вращения с расположенными внутри него и сопрягающимися с его внутренней поверхностью своими внешними кромками элементами, имеющими винтовые поверхности, радиус внутренней кромки которых достаточен для прохождения снаряда, а также включающее переднюю крышку с отверстием для прохождения снаряда и выпускной канал, сообщающийся с атмосферой, отличающееся тем, что элементы, имеющие винтовые поверхности, выполнены с убывающим по направлению движения снаряда шагом, образуя в совокупности с внутренней поверхностью корпуса винтовые каналы, причем входы в эти каналы сообщены с выходом из канала ствола, а их выходы сообщены с входом в выпускной канал.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что выходы из винтовых каналов сообщены с выпускным каналом через щель между корпусом и передней крышкой.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что на внутренней поверхности передней крышки выполнены спиральные ребра.

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что параметры каждого элемента, имеющего винтовые поверхности, а именно параметры образующей линии винтовой поверхности, радиус внешней кромки указанного элемента, его шаг по оси ствола и координата по оси ствола, связаны между собой расчетной функциональной зависимостью.

8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что элементы, имеющие винтовые поверхности, расположены симметрично относительно оси ствола.

9. Устройство по п.4, отличающееся тем, что его внутренние каналы покрыты термостойким гладким покрытием или отполированы.

10. Устройство по п.5, отличающееся тем, что выпускной канал образован полостью между корпусом и дополнительно введенным в конструкцию наружным кожухом, который сопрягается с передней крышкой, причем указанная полость сообщена с атмосферой.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что полость между корпусом и наружным кожухом имеет симметричный профиль относительно оси корпуса.

12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что полость между корпусом и наружным кожухом имеет несимметричный профиль относительно оси корпуса.

13. Устройство по п.10, отличающееся тем, что в пространстве между внешней поверхностью корпуса и внутренней поверхностью наружного кожуха установлена система перегородок с проходами между перегородками.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что перегородки выполнены в виде лопаток осевой турбины.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено отклоняющим газовый поток элементом, расположенным вне выпускного канала в области нестесненного течения газового потока.

16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что отклоняющий газовый поток элемент выполнен в виде конической юбки, укрепленной на корпусе, с вершиной конуса, направленной по ходу движения снаряда.

Описание изобретения к патенту

Изобретение “ТМТ-технология” относится к способам выпуска порохового газа из канала ствола огнестрельного оружия, позволяющим уменьшить нежелательные эффекты, связанные с истечением порохового газа из канала ствола при выстреле. Изобретение может найти применение при конструировании надульных устройств огнестрельного оружия.

Известен способ выпуска порохового газа из канала ствола огнестрельного оружия, заключающийся в том, что после вылета снаряда из канала ствола осуществляется беспрепятственное истечение порохового газа в атмосферу (Проектирование ракетных и ствольных систем. Под ред. Орлова Б.В. - М.: Машиностроение, 1974, с.159). При таком способе выпуска истечение порохового газа происходит со сверхзвуковой скоростью, в результате чего имеет место образование ударной волны. При этом фронт избыточного давления приобретает сферическую форму и скорость газовых частиц расширяющегося газового потока перпендикулярна (нормальна) к указанному фронту в любой его точке. Расширяющийся газовый поток опережает снаряд, взаимодействует с ним, ухудшая кучность стрельбы и увеличивая скорость снаряда.

Известен способ выпуска порохового газа из канала ствола огнестрельного оружия, применяемый в надульных глушителях, в частности, для винтовки М/62, заключающийся в том, что после вылета снаряда из канала ствола, осуществляется истечение порохового газа в расширительную камеру надульного устройства, центральный канал которого снабжен диффузорами, образующими лабиринтные уплотнения, и сообщается с атмосферой (http://guns.connect.fi/rs/m62graaf.html). Центральный канал надульного устройства заперт снарядом на время заполнения расширительной камеры пороховым газом. После вылета снаряда из надульного устройства, расширительная камера сообщается с атмосферой и пороховой газ дросселирует через лабиринтные уплотнения в атмосферу. Такой способ снижает избыточное давление во фронте образующейся ударной волны и увеличивает время истечения порохового газа в атмосферу. Однако при этом способе возможен прорыв порохового газа в зазоры между диффузорами и снарядом и его взаимодействие со снарядом, что снижает кучность стрельбы.

Известен способ выпуска порохового газа из канала ствола огнестрельного оружия, заключающийся в том, что после вылета снаряда из канала ствола, осуществляется истечение порохового газа в атмосферу, причем на пути расширяющегося газового потока располагают элементы надульного устройства, с которыми газовый поток динамически взаимодействует, в результате чего изменяется скорость частиц, составляющих газовый поток, образуются локальные завихрения, а указанные элементы надульных устройств испытывают действие реактивных сил, которые передаются на ствол оружия (Проектирование ракетных и ствольных систем. Под ред. Орлова Б.В. - М.: Машиностроение, 1974, стр. 189.). При этом способе фронт образующейся ударной волны может быть разорванным и иметь весьма сложную пространственную форму. Для этого способа характерно то, что взаимодействуют с элементами надульного устройства не все частицы газового потока, а только их часть. Кроме того, время взаимодействия газового потока с элементами надульного устройства соразмерно времени истечения порохового газа из канала ствола и чрезвычайно мало, так что реактивное усилие, передаваемое с надульного устройства на ствол, носит ударный характер.

Изобретение “ТМТ-технология” имеет своей целью расширение арсенала способов выпуска порохового газа из канала ствола огнестрельного оружия, реализуемых в надульных устройствах.

При использовании изобретения “ТМТ-технология” достигаются следующие технические результаты: 1) уменьшается степень взаимодействия порохового газа со снарядом при его выпуске из канала ствола; 2) уменьшается пламенность выстрела; 3) обеспечивается реактивное взаимодействие газового потока с элементами надульного устройства; 4) изменяется диаграмма направленности звука выстрела и его частотный спектр

Указанные технические результаты достигается тем, что истекающий из канала ствола поток порохового газа по мере его продвижения в направлении от дульного среза подвергают закручиванию вокруг оси канала ствола, обеспечивая монотонное возрастание тангенциальной скорости газового потока путем пропускания этого потока через направляющие каналы надульного устройства, после чего пороховой газ выпускают в атмосферу через выпускные каналы надульного устройства.

Обозначенная сущность изобретения “ТМТ-технология” связана с заявленными техническими результатами следующим образом.

1. Газовый поток в направляющих каналах приобретает вращательное движение вокруг оси канала ствола, в результате чего за счет центробежных сил происходит уменьшение давления в области пространства, прилежащей к указанной оси, а вызываемое этим давлением ускорение перемещения газовых частиц в осевом направлении в этой области пространства снижается по сравнению с незакрученным потоком и их скорость оказывается недостаточной для опережения снаряда. Периферийные области газового потока вследствие своей удаленности от оси канала ствола на движение снаряда влияния не оказывают.

2. При прохождении газовым потоком через направляющие каналы надульного устройства происходит догорание пороха, в результате чего пламенность выстрела уменьшается.

3. При закручивании газового потока вокруг оси канала ствола стенки направляющих каналов испытывают реактивные усилия в связи с тем, что скорость газового потока меняет свое направление.

4. Закрученный газовый поток при его выпуске в атмосферу и последующем расширении имеет иную пространственную конфигурацию и иное распределение скоростей газовых частиц по величине и направлениям, а значит иную конфигурацию фронта избыточного давления, что обуславливает изменение диаграммы направленности звука выстрела и его частотного спектра по сравнению с непосредственным выпуском порохового газа в атмосферу.

Способ выпуска порохового газа из канала ствола огнестрельного оружия “ТМТ-технология” реализуется следующим образом. После вылета снаряда из канала ствола газовый поток, имеющий избыточное давление, направляют в расширяющиеся направляющие каналы, например в расширяющиеся винтовые каналы надульного устройства с уменьшающимся по оси ствола шагом, где происходит плавное закручивание этого потока, т.е. уменьшение осевой составляющей скорости газового потока и сопутствующее этому процессу одновременное увеличение тангенциальной составляющей этой скорости. Профиль канала выполнен таким образом, что он не способствует отрыву потока от стенок и образованию локальных завихрений. С этой целью, в частности, используется плавное уменьшение шага винтового канала в соответствии с расчетной функциональной зависимостью, обеспечивающей движение газового потока, при котором траектории возможно большей части газовых частиц в их направленном движении имеют вид винтовой линии с убывающим шагом, а проекции этих траекторий на плоскость, перпендикулярную оси канала ствола, имеют вид спиралей. Вращательное движение газового потока приводит к разрежению по оси канала ствола, т.е. к уменьшению давления в области пространства, прилежащей к оси канала ствола, чем и обеспечивается замедление скорости расширения газов в осевом направлении в этой области. Скорость газового потока в его направленном по оси канала ствола движении при этом оказывается недостаточной для опережения снаряда. Периферийные области газового потока вследствие своей удаленности от оси канала ствола на движение снаряда влияния не оказывают. С целью приведения реактивных усилий газового потока, действующих на элементы надульного устройства при его закручивании в винтовом канале, к равнодействующей, которая совпадает по направлению с осью канала ствола, поток порохового газа в процессе закручивания разделяют на несколько стесненных, симметричных относительно оси канала ствола струй путем пропускания указанного потока через многозаходную симметричную систему направляющих винтовых каналов с убывающим по оси канала ствола шагом. При прохождении этих каналов газовый поток меняет направление скорости, в результате чего на стенках каналов появляются реактивные усилия. Периферийную часть газового потока, имеющую на выходе из винтовых каналов вращательное движение, подают в выпускные каналы надульного устройства, где также может осуществляться расчетное реактивное взаимодействие газового потока с элементами этих каналов, после чего пороховой газ выпускают в атмосферу. При прохождении газовым потоком направляющих каналов надульного устройства происходит догорание пороха, что снижает пламенность выстрела. Закрученный газовый поток при его выпуске в атмосферу и последующем расширении имеет иную пространственную конфигурацию и соответственно иную конфигурацию фронта избыточного давления, что обуславливает изменение диаграммы направленности звука выстрела и его частотного спектра по сравнению с непосредственным выпуском порохового газа в атмосферу.

Изобретение “Надульное устройство “ТМТ” относится к надульным устройствам огнестрельного оружия и может найти применение в системах ствольного вооружения.

Известно надульное устройство - глушитель конструкции Пэтчетта для пистолета-пулемета “Стерлинг-Пэтчетт” МК 5 (Журнал "Ружье". №11, 1996, а также http://www.professional.spb.ru/SEMINAR/USTROY/pp/Pl 196_36.htm). В этом устройстве используется спиральный диффузор, состоящий из 16 спиралей толщиной примерно 1,4 мм и диаметром 42,3 мм, которые соединены индукционной пайкой в единый узел длиной 88 мм с центральным отверстием для пули диаметром 10 мм. Диффузор удерживается между ствольной втулкой и передним вкладышем ствольной коробки тремя тягами с гайками на концах. Спиральный диффузор надевается на ствол и прилегает своей внешней кромкой к внутренней поверхности ствольной коробки. Участки ствола и ствольной коробки, между которыми располагается спиральный диффузор, снабжены радиальными отверстиями, а у ствольной коробки этот участок охвачен внешним кожухом. В данной конструкции реализуется радиальное истечение порохового газа через радиальные отверстия в канале ствола и их последующее радиальное расширение в камеру, образованную ствольной коробкой и наружным кожухом через радиальные отверстия в ствольной коробке. Характер истечения газов через отверстия носит турбулентный характер, а спиральный диффузор служит для создания дополнительного сопротивления истечению порохового газа. Газовый поток в этом устройстве истекает в виде радиальных струй и не закручивается относительно оси ствола, т.к. спиральные поверхности не образуют закрытого винтового канала, а отверстия имеются как в стволе, так и в ствольной коробке. Кроме того, спиральные каналы на каждом витке трижды перекрываются проходящими через них тягами. В связи с указанными особенностями, данное устройство обеспечивает снижение давления в области, прилежащей к оси канала ствола, по сравнению с обычным (без надульного устройства) выпуском газа в атмосферу исключительно за счет истечения порохового газа через радиальные отверстия в стволе.

Изобретение “Надульное устройство “ТМТ” направлено на совершенствование эксплуатационных свойств огнестрельного оружия. При использовании изобретения “Надульное устройство “ТМТ” достигаются следующие технические результаты: 1) фронт ударной волны не обгоняет снаряд внутри надульного устройства; 2) обеспечивается безударное с высоким коэффициентом полезного действия изменение направления скорости газового потока и связанное с этим эффективное реактивное взаимодействие газового потока с элементами надульного устройства; 3) обеспечивается возможность безударного управления направлением движения газового потока; 4) обеспечивается эффективное пламегашение; 5) обеспечивается изменение диаграммы направленности звука выстрела и его частотного спектра; 6) обеспечивается снижение среднего уровня звукового давления.

Указанные технические результаты достигаются тем, что в надульном устройстве, включающем корпус, снабженный устройством крепления на ствол оружия, выполненный в виде тела вращения с расположенными внутри него и сопрягающимися с его внутренней поверхностью своими внешними кромками элементами, имеющими винтовые поверхности, радиус внутренней кромки которых достаточен для прохождения снаряда, а также включающем переднюю крышку с отверстием для прохождения снаряда и выпускной канал, сообщающийся с атмосферой, элементы, имеющие винтовые поверхности, выполнены с убывающим по направлению движения снаряда шагом, образуя в совокупности с внутренней поверхностью корпуса винтовые каналы, причем входы в эти каналы сообщены с выходом из канала ствола, а их выходы сообщены с входом в выпускной канал.

Обозначенная сущность изобретения “Надульное устройство “ТМТ” связана с заявленными техническими результатами соответственно следующим образом.

1. Расширение газового потока в винтовых каналах, образованных внутренней стенкой корпуса и элементами, имеющими винтовые поверхности, создает вращательное движение газа вокруг оси ствола, в результате чего за счет центробежных сил происходит уменьшение давления в области пространства, прилежащей к указанной оси, а вызываемое этим давлением ускорение перемещения газового потока в осевом направлении в этой области пространства снижается по сравнению с незакрученным потоком и его скорость оказывается недостаточной для опережения снаряда.

2. На выходе из винтовых каналов газовый поток, за исключением центральной разреженной струи, приобретает вращательное движение вокруг оси канала ствола, а значит его импульс и момент импульса изменяются. В соответствии с законом сохранения импульса надульное устройство получает реактивный импульс и реактивный момент импульса. Поскольку центральная струя за счет упомянутого выше разрежения энергетически ослаблена и может вообще отсутствовать, то с элементами надульного устройства взаимодействует практически весь газовый поток, причем взаимодействие происходит в каналах с плавно изменяющемся профилем без образования локальных завихрений, чем и обеспечивается эффективное (с высоким коэффициентом полезного действия) безударное изменение направления скорости газового потока и связанное с этим эффективное реактивное взаимодействие газового потока с элементами надульного устройства.

3. Предварительно закрученный вокруг оси канала ствола газовый поток через выпускные каналы безударно и с минимальными завихрениями может быть выпущен в атмосферу в любом направлении.

4. Пламегашение обуславливается догоранием пороха внутри надульного устройства и снижением температуры газового потока за счет его расширения и увеличения скорости его движения.

5. При выходе из надульного устройства и при последующем расширении, поток порохового газа имеет иную пространственную конфигурацию и иное распределение скоростей газовых частиц по величине и направлениям, а значит иную конфигурацию фронта избыточного давления, что обуславливает изменение диаграммы направленности звука выстрела и его частотного спектра по сравнению с непосредственным выпуском порохового газа в атмосферу.

6. Поскольку в надульном устройстве пороховой газ расширяется, то на выходе из этого устройства его температура и давление понижены, а значит понижается и средний уровень звукового давления.

На чертеже изображена конструктивная схема надульного устройства “ТМТ”.

Надульное устройство “ТМТ” состоит из корпуса 1, снабженного устройством 2 крепления на ствол оружия, внутри корпуса 1 расположены симметрично относительно оси ствола два идентичных направляющих элемента 3, имеющих эквидистантные винтовые поверхности, которые сопрягаются с внутренней поверхностью корпуса 1, образуя в совокупности с ней расширяющиеся винтовые каналы 4. Профили винтовых поверхностей и каналов выполнены из соображений наиболее плавного закручивания газового потока без его торможения и без образования локальных завихрений на внутренних элементах надульного устройства. С этой целью, в частности, поверхности внутренних каналов устройства полируются или покрываются термостойким гладким покрытием, а у каждого элемента, имеющего винтовые поверхности, параметры образующих линий этих поверхностей, радиус внешней кромки указанного элемента, его шаг по оси ствола и координата по оси ствола связаны расчетной функциональной зависимостью, характерными свойствами которой являются убывающий шаг и увеличивающийся радиус внешней кромки винтовых поверхностей по направлению движения снаряда. Передняя крышка 5 имеет выходное отверстие 6 и укреплена на поверхности выходных витков элементов 3, имеющих винтовые поверхности, что вообще не является существенным признаком, т.к. крышка может быть укреплена и другим способом. На внутренней поверхности крышки 5 выполнены спиральные ребра 7, проекции которых на плоскость, перпендикулярную оси ствола, имеют вид спиралей. Радиус внутренней кромки элементов 3 и диаметр отверстия 6 в передней крышке 5 достаточны для прохождения снаряда. Между передней крышкой 5 и корпусом 1 имеется кольцевая щель 8, сообщающаяся с входом в выпускной канал 9, образованный кольцевой полостью между корпусом 1 и введенным в конструкцию наружным кожухом 10, который сопрягается с передней крышкой 5. Внутри выпускного канала 9 установлены перегородки 11, выполненные в виде лопаток осевой турбины и неподвижно связанные с корпусом 1. На наружной поверхности корпуса 1 укреплен отклоняющий газовый поток элемент 12, выполненный в виде конической юбки.

Надульное устройство “ТМТ” работает следующим образом. После вылета снаряда из канала ствола газовый поток, имеющий избыточное давление, поступает в расширяющиеся винтовые каналы 4, с уменьшающимся по направлению движения снаряда шагом, где происходит плавное закручивание этого потока, т.е. уменьшение осевой составляющей скорости газового потока и сопутствующее этому процессу одновременное увеличение тангенциальной составляющей этой скорости. Вращательное движение газового потока и его одновременное расширение приводят к разрежению по его оси, т.е. к уменьшению давления в области пространства, прилежащей к оси ствола, чем обеспечивается замедление скорости расширения газов в осевом направлении в этой области. Скорость газового потока при этом оказывается недостаточной для опережения снаряда. Периферийные области газового потока вследствие своей удаленности от оси канала ствола на движение снаряда влияния не оказывают. По мере продвижения газового потока в направлении от дульного среза этот поток взаимодействует со стенками винтовых каналов 4, в результате чего изменяется направление его скорости (а значит и импульса), а на надульном устройстве появляется реактивное усилие, а именно осевая сила, направленная на уменьшение силы отдачи оружия, и вращающий момент. Так как центральная струя оказывается разреженной в результате закручивания потока, то со стенками винтовых каналов 4 взаимодействует часть потока, относительно большая по сравнению с частью газового потока, взаимодействующего с элементами в надульных устройствах других конструкций. Кроме того, взаимодействие происходит в каналах с плавно изменяющимся профилем без образования локальных завихрений, чем обеспечивается эффективное (с высоким коэффициентом полезного действия) безударное реактивное взаимодействие газового потока с элементами надульного устройства. На выходе из винтовых каналов 4 газовый поток имеет минимальную осевую скорость, направленную в направлении движения снаряда, и максимальную тангенциальную скорость. В пространстве между корпусом 1 и передней крышкой 5 газовый поток теряет оставшуюся у него осевую скорость, отражаясь от внутренней поверхности передней крышки 5, а на крышке 5 появляется реактивное усилие, направленное на уменьшение силы отдачи. При этом газовый поток радиально расширяется и через щель 8 между корпусом 1 и передней крышкой 5 поступает в выпускной канал, образованный полостью между корпусом 1 и введенным в конструкцию наружным кожухом 10. Спиральные ребра 7 на внутренней поверхности передней крышки улучшают условия радиального расширения вращающегося газового потока. Поскольку передняя часть этого канала перекрыта передней крышкой 5, то газовый поток, продолжая вращение, начинает вытесняться в направлении, противоположном направлению движения снаряда. В результате этого на крышке появляется дополнительное реактивное усилие, направленное на уменьшение силы отдачи. Вытесняемый назад, вращающийся газовый поток попадает в проходы между перегородками 11. Перегородки 11 выполнены в виде лопаток осевой турбины и выполняют сходную функцию. На этих перегородках тангенциальная (вращательная) скорость движения газового потока преобразуется в осевую, направленную противоположно направлению движения снаряда. Осевая скорость потока при этом возрастает, в результате чего на перегородках появляется реактивное усилие, направленное опять на уменьшение силы отдачи. Кроме того, появляется момент, компенсирующий вращающий момент, возникший на стенках винтовых каналов 4 (см. выше). После прохождения перегородок 11 газовый поток выпускается в атмосферу. Расположенный на внешней поверхности корпуса 1 отклоняющий газовый поток элемент 12 обеспечивает акустическую тень в области, прилежащей к казенной части ствола, т.е. там, где находится стрелок или орудийный расчет. Следует отметить, что конкретная конструкция выходного канала в рамках заявленной сущности изобретения позволяет безударно управлять газовым потоком и получать нужные усилия на надульном устройстве. Например, симметричное выполнение выпускного канала 9, в частности, путем выполнения полости между корпусом 1 и наружным кожухом 10 симметричной формы, позволяет получить максимальное усилие, снижающее отдачу. Несимметричное выполнение этого канала позволяет получить усилия, направленные нормально к оси канала ствола. Возможно также получение усилий, увеличивающих силу отдачи, для чего выпускной канал 9 должен быть открыт вперед по направлению движения снаряда. Поскольку в выпускном канале взаимодействие газового потока с элементами надульного устройства происходит за счет преобразования тангенциальной (вращательной) скорости в поступательную, то указанная возможность безударного управления направлением движения газового потока обеспечивается предварительным закручиванием газового потока, т.е. связана с сущностью изобретения. Пламегашение обуславливается догоранием пороха внутри надульного устройства и снижением температуры газового потока за счет его расширения и увеличения скорости его движения. При выходе из надульного устройства и при последующем расширении, поток порохового газа имеет иную пространственную конфигурацию и иное распределение скоростей газовых частиц по величине и направлениям, а значит иную конфигурацию фронта избыточного давления, что обуславливает изменение диаграммы направленности звука выстрела и его частотного спектра по сравнению с непосредственным выпуском порохового газа в атмосферу. Поскольку в надульном устройстве пороховой газ расширяется, то на выходе из этого устройства его температура и давление понижены, а значит понижается и средний уровень звукового давления.