Пороховой заряд артиллерийской системы с повышенной дальностью стрельбы

 

Использование: пороховые заряды боеприпасов для безоткатных орудий. Сущность изобретения: пороховой заряд выполнен в виде набора пороховых шашек, забронированных по наружной поверхности, с цилиндрическими каналами, при этом в нем толщина свода пороховых шашек, забронированных по наружной поверхности, с цилиндрическими каналами, при этом в нем толщина свода пороховых шашек принята пропорциональной времени действия максимального давления газов, а суммарная длина цилиндрических каналов шашек взята равной D_o = g·β/2πq(ρ·R·T-p)·(S/U₁)², где g - ускорение силы тяжести; β - коэффициент, учитывающий изменение газопритока при отклонении закона горения от геометрического закона, теплообмен и пр., а также изменение газопритока при горении шашек по торцам; q - вес снаряда; r - плотность пороха; R - газовая постоянная; Т - абсолютная температура газов в заснарядном пространстве; S - площадь поперечного сечения канала ствола, включая нарезы; U₁ - скорость горения пороха при давлении, равном 1; Р - давление. Кроме того, дано соотношение для условия безоткатности ствола. 1 з.п. ф-лы. 2 ил.

Изобретение относится к военной технике и может быть применено в артиллерийских системах для увеличения дульной скорости снаряда и дальности стрельбы.

Известны артиллерийские системы с повышенной дальностью стрельбы, например, проект немецкой системы "Хохдрюкпумпе" (проект N 51), предназначенный для обстрела Лондона во время второй мировой войны (Технические характеристики системы приведены в журнале "Вокруг света" N 11, 1973 г.). Система состояла из ствола с размещенными по его длине частями заряда, которые задействовались поочередно снарядом при его движении по стволу, чем поддерживалось необходимое давление в заснарядном пространстве, для получения нужной дульной скорости снаряда. Для каждой части заряда создавалась своя камера сгорания, что усложняло конструкцию, а поочередность их задействования вызывала ненадежность в срабатывании, что сказалось бы на внутренней и внешней баллистике и повлияло бы на дальность и точность стребы.

Известны также артиллерийские системы, описанные в книге М.Е. Серебрякова "Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ракет" издания Оборонгиз, 1962 г. пороховой заряд одной из которых безоткатное орудие с осевым отводом газов (глава ХII), взят за прототип.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема этого орудия, а на фиг. 2 - кривые давления пороховых газов и кривые скорости снаряда в канале ствола для прототипа и предлагаемого изобретения.

В ствол 1 орудия (фиг. 1) вставлена гильза 2, с размещенным в ней пороховым зарядом 3 и воспламеняющим устройством 4. С одной стороны в гильзу вставлен снаряд 5, с другой имеется дно с отверстием. Дно ствола заканчивается расширяющимся прямоточным соплом 6, сообщающимся с отверстием в гильзе и с атмосферой. Отверстие в гильзе закрыто поддоном 7. В качестве заряда применен мелкозернистый порох (стр. 675; Здесь и далее в скобках будет проставлена страница из указанной книги М.Е. Серебрякова).

При задействовании воспламеняющего устройства 4, загорается пороховой заряд 3, от действия давления образовавшихся газов вышибается поддон 7 и происходит движение снаряда 5 по стволу 1.

Часть газов производит работу по перемещению снаряда в стволе (работа газов в заснарядном пространстве), обеспечивая получение заданной внутренней баллистики, а другая часть газов движется в обратную сторону через сопло 6, создавая реактивную силу, уравновешивающую силу отдачи ствола (пассивная часть заряда).

На фиг. 2 приведен характер кривых давления 1 и скорости 2 для обычных артиллерийских систем классической схемы. Давление Р пороховых газов в заснарядном пространстве и скорость V снаряда изменяются в функции пути l снаряда в стволе и по времени t по вполне определенным законам в зависимости от характеристик порохового заряда, снаряда и орудия.

Заштрихованная площадь диаграммы кривой 1 давления по пути определяет работу газов активной части заряда, перешедшую в кинетическую энергию снаряда, и чем больше эта площадь, тем больше дульная скорость V_д cнаряда, тем большую дальность можно получить.

Кривая 1 у безоткатных орудий "острая" (стр. 682), так как порох сгорает быстро, давление достигает наибольшего значения Р_max, и дальнейшее движение снаряда в стволе происходит под действием давления от расширяющихся газов, а поскольку часть газов стравливается из заснарядного пространства через сопло, то кривая давления резко падает, отчего уменьшается площадь диаграммы и соответственно уменьшается дульная скорость снаряда.

Изобретение предназначено устранить этот недостаток, путем обеспечения необходимого газопритока от горения заряда для поддержания максимального давления в заснарядном пространстве на заданном пути движения снаряда в стволе, что увеличит площадь диаграммы и соответственно увеличится дульная скорость снаряда.

В предлагаемом изобретении в качестве заряда 3 (фиг. 1) применен набор пороховых шашек, имеющих цилиндрические каналы, что обеспечивает непрерывно возрастающую интенсивность газообразования при горении заряда.

Использование заряда и описание процесса выстрела аналогичны приведенным в прототипе.

Произведенным расчетом установлена суммарная длина цилиндрических каналов шашек, при которой в каждый данный момент времени обеспечивается необходимый газоприток от горения заряда для поддержания максимального давления в заснарядном пространстве на заданном пути l_k (фиг. 2) движения снаряда в стволе. Длина этого пути задается и определяется временем горения заряда, т. е. толщиной свода горения пороховых шашек, по цилиндрическим каналам.

Диаграмма давления по пути получается более полной (кривая 3), увеличивается дульная скорость до V_{д max} (кривая 4) и соответственно увеличивается дальность стрельбы.

Таким образом, задаваясь величиной максимального давления в канале ствола и толщиной свода горения пороховых шашек, теоретически можно получит любую дульную скорость снаряда. Практически это ограничивается толщиной и длиной ствола.

Часть газов при горении заряда стравливается в атмосферу (пассивная часть заряда) через сопло 6 (фиг. 1), создавая реактивную силу. Для обеспечения безоткатности ствола реактивная сила должна быть равна и противоположно направлена силе отдачи ствола. Величина реактивной силы определяется расходом газов через сопло, который зависит от начального диаметра d_o канала шашек. Из этого условия определен диаметр канала шашек, обеспечивающий безоткатность ствола.

Формула изобретения

1. Пороховой заряд артиллерийской системы с повышенной дальностью стрельбы, размещенный в заснарядном пространстве, сообщающемся с атмосферой отверстием, например расширяющимся соплом, выполненный в виде набора пороховых шашек, забронированных по наружной поверхности, с цилиндрическими каналами, отличающийся тем, что, с целью повышения дульной скорости снаряда за счет поддержания максимального давления газов в заснарядном пространстве на заданном пути снаряда в стволе, в нем толщина свода пороховых шашек непрерывно горящего заряда принята пропорциональной времени действия этого давления, а суммарная длина D₀ цилиндрических каналов шашек взята равной где g ускорение силы тяжести; β коэффициент, учитывающий изменение газопритока при отклонении закона горения от геометрического закона, теплообмен и пр. а также изменение газопритока при горении пороховых шашек по торцам и определяемый из опытов путем корректировки суммарной длины цилиндрических каналов шашек; q вес снаряда; r плотность пороха; R газовая постоянная; T абсолютная температура газов в заснарядном пространстве; S площадь поперечного сечения канала ствола, включая нарезы;
U₁ скорость горения пороха при давлении, равном 1;
P давление.

2. Заряд по п.1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения безоткатности ствола за счет стравливания в атмосферу через сопло газов пассивной части заряда, в нем диаметр d_oцилиндрических каналов шашек равен

где K показатель адиабаты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2