Патрон стрелкового оружия

 

Изобретение относится к боеприпасам стрелкового оружия, а именно к патронам. Сущность изобретения: патрон содержит гильзу со средством инициирования и прессованный слоистый пороховой заряд, причем верхний слой состоит из пороха или смеси порохов с насыпной плотностью меньше, чем насыпная плотность у пороха или смеси порохов хотя бы одного из нижних слоев, а прочность верхнего слоя или взаимное сцепление его зерен выше прочности или взаимного сцепления зерен хотя бы одного из нижних слоев. 5 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области боеприпасов стрелкового оружия, преимущественно к патронам, сгорание заряда в которых происходит при относительно низком давлении, в частности холостым, газовым, с пластиковыми метаемыми элементами и т.п.

Известны патроны стрелкового оружия, включающие гильзу со средством инициирования, размещенный в ней насыпной пороховой заряд [1] Основным недостатком такой конструкции является большой объем порохового заряда в общем объеме гильзы, в связи с чем для увеличения эффективности (энергетических параметров) патрона необходимо увеличивать его размеры. Другим недостатком, существенно проявляющим себя в патронах с небольшой массой метаемого снаряжения, а следовательно, с невысоким давлением пороховых газов низкая температурная стабильность баллистических параметров.

Известен также патрон стрелкового оружия (выбранный в качестве прототипа), включающий гильзу со средством инициирования, размещенный в ней прессованный пороховой заряд [2] Процесс горения порохового заряда в таком патроне происходит следующим образом. При срабатывании средства инициирования, например капсюля-воспламенителя, форс пламени воспламеняет нижнюю часть порохового заряда. Вследствие большой плотности заряда распространение пламени вглубь затруднено, из-за чего процесс воспламенения и горения локализуется. Локальное повышение давления приводит к движению заряда и существенному увеличению объема, в котором происходит горение, а значит, к падению скорости горения пороховых зерен. Зона горения в начальной его фазе еще более локализуется при снижении температуры заряда, усугубляя отрицательные явления. Таким образом, прессованный пороховой заряд при существенной своей энергоемкости имеет низкую температурную стабильность. Следствием этого недостатка при отрицательных температурах воздуха являются: потеря эффективности оружия (резкое снижение скорости вылета метаемого снаряжения); снижение надежности оружия (уменьшение скорости отката подвижных частей); увеличение травмоопасности оружия самообороны, в частности газового, при отрицательных температурах окружающей среды (вылет несгоревших травмоопасных частиц пороха из канала ствола оружия).

Целью предлагаемого изобретения является повышение температурной стабильности патронов с легким метаемым снаряжением или холостых.

Указанная цель достигается оптимизацией процесса горения порохового заряда.

Заявленное техническое решение содержит гильзу со средством инициирования и прессованный пороховой заряд. Заряд, в отличие от прототипа, выполнен слоистым, причем верхний слой состоит из пороха (смеси порохов), имеющего(ей) насыпную плотность меньше, чем насыпная плотность у пороха (смеси порохов) хотя бы одного из нижних слоев. При этом прочность верхнего слоя или взаимное сцепление его зерен выше прочности или взаимного сцепления зерен хотя бы одного из нижних слоев.

В частных случаях исполнения: пороховой заряд, состоит из двух слоев, а отношение насыпной плотности пороха (смеси порохов) верхнего слоя к насыпной плотности пороха (смеси порохов) нижнего слоя составляет не более 0,9; нижний слой порохового заряда выполнен из сферического пороха; верхний слой порохового заряда содержит пористый порох.

верхний слой порохового заряда содержит порох, зерна которого имеют каналы; пороховые зерна в верхнем слое порохового заряда в исходном (до деформации) состоянии имеют цилиндрическую форму и один канал.

Причинно-следственная связь между заявленными признаками и достигаемым результатом объясняется следующим образом.

Как известно из уровня техники, прессуемость пороха (смеси порохов) зависит от его насыпной плотности. Чем меньше плотность, тем больше порох (смесь порохов) можно сжимать при прессовании, уменьшая сечения каналов между зернами и, тем самым, блокируя процесс его (ее) воспламенения при выстреле. И наоборот, порох (смесь порохов) с высокой плотностью, а следовательно, и твердостью пропрессовывается незначительно, сохраняя каналы между зернами и высокую способность к воспламенению. Кроме того, прочность слоя прессованного заряда в первом случае будет существенно выше, чем во втором, за счет большей поверхности контакта и сцепления зерен между собой.

Эксперименты показывают, что при составлении прессованного заряда из двух слоев, когда отношение насыпной плотности пороха (смеси порохов) из верхнего слоя к насыпной плотности пороха (смеси порохов) из нижнего слоя составляет не более 0,9, условия горения заряда качественно изменяются. При этом совокупность разных (по распространению процесса горения) элементов заряда создает условия, при которых:
зажжение, воспламенение и значительная часть горения нижнего слоя, выполненного из пороха с более высокой плотностью, а следовательно, с низкой прессуемостью, происходит в замкнутом (прочным верхним слоем) объеме, в связи с чем этот процесс интенсифицируется;
менее восприимчивый к горению (за счет отсутствия каналов между зернами) верхний слой, выполненный из пороха с меньшей плотностью, получает от нижней части заряда мощные тепловой импульс и импульс давления, фрагментируется и вступает в процесс горения в благоприятных для этого условиях;
процесс горения заряда форсируется во всех его фазах, в результате чего вскрытие патрона (выход метаемого снаряжения из гильзы) происходит при более высоких (в сравнении с прототипом) температуре и давлении в зоне горения. Это способствует полной реализации порохового заряда в широком диапазоне его исходной температуры.

Снижение исходной температуры заряда приводит к тому, что верхняя часть заряда (верхний слой) вступает в процесс горения позднее и медленнее, удерживая при этом пороховые газы, образующиеся в результате горения нижней части (нижних слоев), и, тем самым, интенсифицируя это горение, т.е. выполняя роль температурного стабилизатора.

В том случае, если порох (смесь порохов) с высокой насыпной плотностью находится в среднем слое, относительная высота более пропрессованных нижних слоев (должна быть) невелика и прорыв пороховых газов в этот средний слой (в случае естественного прогорания или фрагментации нижних слоев) происходит до вскрытия патрона (выхода из гильзы метаемого снаряжения). После воспламенения среднего слоя, выполненного из пороха (смеси порохов) с высокой насыпной плотностью, весь процесс реализации заряда приобретает характер, описанный выше для двухслойного заряда.

Из производственной практики известно, что самую низкую прессуемость имеет порох сферического зернения (как наиболее плотный). Кроме того, сферическая форма предполагает самое большое сечение каналов между зернами, в связи с чем даже после прессования они достаточны для бурного распространения процесса горения вглубь тела заряда, что делает сферический порох наиболее подходящим для формирования нижней части заряда (нижнего слоя).

Полости в виде каналов, если таковые имеются в пороховых зернах, способствуют их деформированию, а следовательно, значительному увеличению поверхности контакта между зернами, что упрочняет заряд и одновременно препятствует распространению раскаленных частиц продуктов горения. В свою очередь, из всех известных форм пороховых зерен наиболее подверженной деформации, а следовательно, уплотнению является цилиндрическая форма зерна с одним каналом. Пористость зерен также благоприятно влияет на их деформируемость. Кроме того, пористая поверхность способствует сцеплению и более плотному прилеганию зерен между собой. Дымный ружейный порох, имея свойство хорошо прессоваться, может в определенной степени выполнять те же функции, что и пироксилиновый порох с каналами и/или высокой пористостью, поэтому может использоваться для формирования верхней части заряда.

На чертеже изображен патрон стрелкового оружия, где: 1 гильза, 2 средство инициирования (капсюль), 3 нижняя часть порохового заряда, 4 - верхняя часть порохового заряда, 5 метаемое снаряжение.

Патрон состоит из гильзы 1 со средством инициирования 2, в гильзе 1 размещен прессованный пороховой заряд, нижний слой 3 которого выполнен из пороха (смеси порохов) с более высокой (в сравнении с нижним слоем) насыпной плотностью, например, из пороха сферического зернения, а верхний 4 из пороха (смеси порохов) с низкой насыпной плотностью, например с зернами, имеющими каналы, или дымного ружейного пороха. Над пороховым зарядом может быть размещено метаемое снаряжение 5.

При срабатывании капсюля 2 форс пламени зажигает зерна нижнего слоя 3 заряда, расположенные близ капсюля 2. Процесс воспламенения по каналам между зернами (раскаленными продуктами горения) распространяется к верхней части (верхнему слою 4) заряда. Верхний слой 4, имеющий более узкие каналы между зернами, препятствует распространению этого процесса далее. Горение пороха в закрытом (верхним слоем 4) объеме форсируется. В зоне горения существенно повышается давление и температура. Если исходная температура порохового заряда низкая, прогорание и фрагментация верхнего слоя 4 наступает позже, при этом горение нижнего слоя 3 заряда более долгое время происходит в закрытом объеме, что доводит параметры процесса (давление, температура, производные этих параметров по времени) до кондиции и стабилизирует выходные параметры выстрела (в частности, скорость вылета метаемого снаряжения 5 и скорость отката подвижных частей автоматики оружия).

Аналогичным образом действует патрон с пороховым зарядом, составленным из нескольких слоев.

Подбирая различные соотношения высот нижнего 3 и верхнего 4 слоев заряда, усилия их прессования, можно добиться практически любого влияния изменения температуры внешней среды на параметры выстрела. Последнее обстоятельство в некоторых случаях имеет существенное значение. В частности, при использовании патронов с пластиковыми пулями, предназначенными для иммобилизации правонарушителей, в зимних условиях необходимо иметь более высокую кинетическую энергию поражающего элемента (учитывать наличие зимней одежды).

В таблице приведены результаты испытаний патронов калибра 7,62 мм, предназначенных для метания порошкообразных веществ, стрельбой из пистолета (индекс 6П37). Пороховые заряды прессовались в гильзы давлением 180-220 мПа. В качестве оценочного параметра использовалась скорость отката подвижных частей пистолета.

Формула изобретения

1. Патрон стрелкового оружия, содержащий гильзу со средством инициирования и прессованный слоистый пороховой заряд, отличающийся тем, что верхний слой состоит из пороха или смеси порохов с насыпной плотностью меньшей, чем насыпная плотность у пороха или смеси порохов хотя бы одного из нижних слоев, причем прочность верхнего слоя или взаимное сцепление его зерен выше прочности или взаимного сцепления зерен хотя бы одного из нижних слоев.

2. Патрон по п.1, отличающийся тем, что для порохового заряда, состоящего из двух слоев, отношение насыпной плотности пороха (смеси порохов) верхнего слоя к насыпной плотности пороха (смеси порохов) нижнего слоя составляет не более 0,9.

3. Патрон по п.1, отличающийся тем, что нижний слой порохового заряда выполнен из сферического пороха.

4. Патрон по п.1, отличающийся тем, что верхний слой порохового заряда содержит пористый порох.

5. Патрон по п.1, отличающийся тем, что верхний слой порохового заряда содержит порох, зерна которого имеют каналы.

6. Патрон по п.5, отличающийся тем, что пороховые зерна в верхнем слое порохового заряда в исходном (до деформации) состоянии имеют цилиндрическую форму и один канал.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2