Артиллерийская гильза

 

Использование: при производстве цельнотянутых артиллерийских гильз. Сущность: гильза содержит дульце, корпус, внутренняя поверхность которого выполнена цилиндрической, сопряженной с дном по радиусу, и фланец. Радиус внутренней поверхности корпуса выбирают равным 18,3 - 30,1 радиуса сопряжения дна с внутренней поверхностью корпуса. На наружной поверхности корпуса со стороны фланца выполнены конические участки разной конусности, первый из которых от фланца имеет большую конусность по отношению к последующим, расстояние от фланца до конца последнего участка равно 3,6 - 7,6 радиуса сопряжения дна с корпусом. При другом варианте выполнения перед первым коническим участком со стороны фланца выполнен цилиндрический участок, расстояние от фланца до места сопряжения конического участка с цилиндрическим равно 1,7 - 3,1 радиуса сопряжения дна с корпусом. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области боеприпасов, в частности к конструкции артиллерийских гильз, и может найти широкое применение при производстве цельнотянутых артиллерийских гильз.

Известна артиллерийская гильза [1] имеющая дульце, корпус, фланец и дно, выбранная авторами за прототип.

Однако известная гильза имеет следующие недостатки. Так при стрельбе на давлениях 5000 кгс/см² и выше гильза не извлекается из каморы орудия после выстрела и нарушается прочность корпуса (появляются трещины).

Проведенное исследование показало следующее.

Толщина стенки корпуса гильзы выполнена переменной (с большей величиной в нижней части). При этом внутренний профиль корпуса очерчивается прямолинейной (в верхней части и в середине) и радиусной (в нижней части у дна) образующими.

Оптимальный радиус (r) сопряжения стенки корпуса с дном принимается равным 8-10 мм, так как при r больше 10 мм технологически очень трудно обеспечить необходимую высокую прочность металла в углу (непропрессовка), а при r меньше 8 мм увеличивается интенсивность изгиба стенки в углу гильзы при выстреле и величина натягов, что приводит к неизвлечению гильзы из каморы орудия.

Но сопряжение небольших радиусов (r равным 8-10 мм) с прямолинейной стенкой корпуса гильзы, значительно увеличивает в этом месте интенсивность осевых растягивающих напряжений при выстреле с потерей поперечной прочности корпуса гильзы (появление трещин).

Кроме того, с повышением давления пороховых газов максимальное защемление в каморе ствола после выстрела испытывают участки близкие к дну, что объясняется влиянием жесткой связи стенок корпуса гильзы с дном. С повышением давления пороховых газов возрастает пластическая деформация дна, увеличивается и конечный натяг придонных участков гильзы в каморе орудия. Незначительная конусность наружной поверхности корпуса (порядка 0,01-0,02) не решает задачи значительного уменьшения усилия защемления гильзы и извлечения ее из каморы орудия после выстрела.

Решение вопроса увеличения поперечной прочности гильзы обычным увеличением толщины стенки корпуса и уменьшения усилия страгивания гильзы из каморы орудия после выстрела увеличением общей конусности наружной поверхности корпуса ограничено жесткими требованиями накладываемыми на уменьшающие объема гильзы и вместимость заряда в гильзе, а также требованиями внутренней баллистики. Кроме того, с увеличением толщины стенки увеличивается металлоемкость гильзы.

В отличие от прототипа в предлагаемой артиллерийской гильзе: внутренний профиль корпуса выполнен радиусом равным 18,3-30,1 радиуса сопряжения дна с корпусом; на наружной поверхности корпуса со стороны фланца выполнены один или несколько конических участков увеличенной конусности, следующих один за другим, причем первый от фланца конический участок имеет большую конусность по отношению к последующим участкам и расстояние от фланца до конца последнего конического участка увеличенной конусности равно 3,6-7,6 радиуса сопряжения дна с корпусом; перед первым коническим участком со стороны фланца выполнен цилиндрический участок, причем расстояние от фланца до места сопряжения конического участка с цилиндрическим равно 1,7-3,1 радиуса сопряжения дна с корпусом.

Общими признаками известной гильзы с предлагаемой авторами является наличие дульца, корпуса, сопряженного с дном по радиусу и фланца.

Указанные признаки отличительные от прототипа и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны во всех случаях достаточны.

Предлагаемая конструкция имеет преимущества перед прототипом. Так, внутренний профиль корпуса, выполненный радиусом равным 18,3-30,1 радиуса сопряжения дна с корпусом, исключает образование трещин на корпусе; выполнение на наружной поверхности корпуса со стороны фланца одного или нескольких конических участков увеличенной конусности, следующих один за другим, причем первый от фланца конический участок имеет большую конусность по отношению к последующим, а расстояние от фланца до конца последнего конического участка увеличенной конусности равно 3,6-7,6 радиуса сопряжения дна с корпусом или выполнение перед первым коническим участком со стороны фланца цилиндрического участка, причем расстояние от фланца до места сопряжения конического участка с цилиндрическим равно 1,7-3,1 радиуса сопряжения дна с корпусом, значительно уменьшают усилие страгивания гильзы из каморы орудия после выстрела при высоких (выше 5000 кгс/см²) давлениях пороховых газов при выстреле.

Это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков предлагаемого технического решения и достигаемыми техническими результатами.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение поперечной прочности корпуса гильзы и уменьшение усилия страгивания гильзы из каморы орудия после выстрела при давлениях 5000 кгс/см² и выше.

Сущность изобретения заключается в том, что: 1. Артиллерийская гильза, содержащая дульце, корпус, сопряженный с дном по радиусу и фланец, в отличие от прототипа, имеет внутренний профиль корпуса со стороны дна, выполненный радиусом равным 18,3-30,1 радиуса сопряжения дна с корпусом; 2. Артиллерийская гильза по п. 1, в отличие от прототипа, имеет на наружной поверхности корпуса со стороны фланца выполненные один или несколько конических участков увеличенной конусности, следующих один за другим, причем первый от фланца конический участок имеет большую конусность по отношению к последующим участкам, а расстояние от фланца до конца последнего конического участка увеличенной конусности равно 3,6-7,6, радиуса сопряжения дна с корпусом; 3. Артиллерийская гильза по п. 1, в отличие от прототипа, имеет выполненный перед первым коническим участком со стороны фланца цилиндрический участок, причем расстояние от фланца до места сопряжения конического участка с цилиндрическим равно 1,7-3,1 радиуса сопряжения дна с корпусом.

Изобретение поясняется фиг. 1 и 2.

Артиллерийская гильза (фиг. 1) имеет камору ствола К, дульце 1, корпус 2, фланец 3, дно 4, радиус r сопряжения дна 4 с корпусом 2 и радиус R (радиус внутреннего профиля корпуса).

Большое влияние на поперечный разрыв гильзы при выстреле имеет неравномерность осевой остаточной деформации и связанная с ней величина возможного осевого удлинения стенок гильзы, определяемые интенсивностью изменения осевых растягивающих напряжений.

Профиль стенок в нижней части определяет характер кривой осевых растягивающих напряжений и изменяет положение их максимального значения по длине гильзы.

В результате применения наиболее рационального профиля можно получить большее уменьшение интенсивности осевых растягивающих напряжений по длине гильзы по сравнению с тем, что дает увеличение толщины стенки корпуса при постоянном профиле.

Чем больше величина радиуса R, которым очерчен профиль стенок, тем меньше интенсивность изменения осевых растягивающих напряжений и тем большую осевую деформацию может выдержать гильза без нарушения прочности стенок, что и подтверждает практика.

Однако при слишком большом радиусе (R больше 30,1 r) максимум осевых растягивающих напряжений располагается близко к дну. Это вызывает опасность поперечного разрыва гильзы при выстреле непосредственно у дна, что может привести к прорыву пороховых газов в затвор. Кроме того, значительное увеличение этого радиуса может привести не к увеличению, а наоборот, к уменьшению возможной осевой деформации стенок гильзы. Таким образом, повышение допустимой деформации гильзы при выстреле за счет конструкции профиля стенок гильзы в нижней части корпуса возможно до определенного предела и зависит от многих факторов. И практикой определен R равный 18,3-30,1 r.

Если R меньше 18,3 r, не изменяется положение максимального значения осевых растягивающих напряжений по длине гильзы.

Кроме того, в гильзе на фиг. 1, также изображены конические участки увеличенной конусности 5, корпус гильзы с общей конусностью 6 и расстояние а от фланца 3 до конца последнего конического участка увеличенной конусности 5.

Огромное значение имеет снижение усилия страгивания гильзы после выстрела. Сила сопротивления движению гильзы при ее извлечении из каморы ствола определяется величиной радиальных натягов, распределением их по длине гильзы, конструкцией гильзы и каморы и величиной коэффициента трения.

Перемещение гильзы до полного освобождения от радиальных натягов прямая зависимость от конусности гильзы, т.е. чем больше конусности корпуса гильзы, тем меньше усилие защемления гильзы в каморе ствола после выстрела. Учитывая, что радиальные натяги образуются большей частью в сечениях, близко расположенных к дну, целесообразно увеличить конусность не по всей длине, а только в зоне наибольших натягов, т.е. в донной части корпуса гильзы, так как увеличивать конусность по всей длине гильзы практически невозможно из-за резкого уменьшения внутреннего объема гильзы.

А так как величина конечных натягов находится в прямой зависимости от толщины стенки корпуса, которая наибольшую величину имеет у дна, определяется радиусом r и уменьшается к дульцу, то целесообразно выполнять на корпусах гильз, имеющих значительное изменение толщины стенки по длине гильзы, несколько конических участков увеличенной (порядка 0,03-0,05) конусности по сравнению с общей (0,01-0,02) конусностью и причем конусность участков понижается от фланца к дульцу. Увеличение конусности в донной части корпуса гильзы приводит к резкому снижению усилия защемления, работы сил трения при извлечении гильзы после выстрела и не влечет за собой заметного изменения внутреннего объема гильзы, но с другой стороны приводит к повышению давления гильзы на клин и затрудняет его открывание.

Следовательно, конусность каморы и гильзы должны определяться с учетом функционирования гильзы и конструкции затвора. При а меньше 3,6 r не происходит необходимого уменьшения усилия защемления, при а больше 7,6 r уменьшается необходимый внутренний объем гильзы.

Артиллерийская гильза (фиг. 2) (продольный разрез) содержит камору ствола К, дульце 1, корпус 2, фланец 3, дно 4, радиус r сопряжения дна 4 с корпусом 2, цилиндрический участок 5, конический участок 6, расстояние b от фланца 3 до места сопряжения конического участка 6 с цилиндрическим участком 5 и β угол конусности каморы ствола.

Описанное выше техническое решение достигает цели уменьшение усилия страгивания в том случае, если подобные конические участки имеются на каморе орудия, так как корпус гильзы в процессе выстрела под действием давления пороховых газов, прижимаясь к стенке каморы, принимает форму каморы, т.е. все конические участки исчезают, если каморы имеет постоянную конусность по всей ее длине. И такую гильзу невозможно использовать при отработке новых выстрелов к существующим орудиям, каморы которых не имеют конических участков.

Известно, что на усилие извлечения влияют механические свойства корпуса гильзы и дна, а именно предел прочности (s_в кгс/мм²). Чем выше предел прочности гильзы, тем выше упругие деформации его, тем меньше конечный натяг гильзы в каморе и тем меньше усилие извлечения.

Для снижения конечных натягов необходимо увеличить предел прочности материала гильзы. Практика создания артиллерийских гильз показывает, что чем больше начальный зазор между каморой орудия и гильзой, тем меньше конечной натяг в этом сечении.

Это объясняется тем, что в процессе выстрела стенки гильзы в нижней части корпуса, испытывая радиально-осевые деформации, получают упрочнение, т.е. повышается σ_в металла корпуса гильзы, а следовательно увеличиваются его упругие деформации и снижается конечный натяг.

Необходимо отметить, что упрочнение происходит тем интенсивнее, чем предел прочности металла ближе к исходному. Чем больше корпус гильзы предварительно упрочнен, тем меньше величина приращения предела прочности, а при σ_в=80-90 кгс/мм² упрочнения гильзы в процессе выстрела не происходит.

Упрочнение гильзы в процессе выстрела в тех сечениях, где наибольшее защемление положено в основу настоящего технического решения, позволяет использовать энергию выстрела для упрочнения гильзы и, таким образом, снизить конечный натяг для орудий, имеющих каморы с небольшой (0,01-0,02) постоянной конусностью и работающих при высоких давлениях.

За счет цилиндрического участка в нижней части корпуса достигается увеличение начальных зазоров между гильзой и каморой внизу гильзы, так как камора орудия имеет конусность (угол β ). Увеличение начального зазора внизу цилиндрического участка по сравнению с сечением сопряжения цилиндрического участка с коническим, где зазор выбирается из условия входимости гильзы в камору, составляет величину b·tgβ, где b расстояние от места сопряжения конического участка корпуса гильзы с цилиндрическим до фланца гильзы, b - угол конусности каморы орудия. Следовательно, в сечениях, где зазор больше, гильза упрочняется сильнее, так как деформация корпуса в этих сечениях увеличивается. Как уже отмечалось, гильза наиболее защемлена в сечениях близких к дну (которые определяются радиусом r) и, следовательно, максимальный зазор необходимо задавать именно в этих сечениях. Из этих условий задается расстояние b.

Если b больше 3,1 r, создается увеличенный зазор внизу корпуса, а как известно, чрезмерное увеличение начального зазора не приводит к снижению конечного натяга, так как в этом сечении напряжение из-за высоких радиально-осевых деформаций превышает предел текучести металла корпуса гильзы и пластические деформации корпуса осуществляются без его упрочнения. При b меньше 1,7 r не создается достаточного зазора между гильзой и каморой, чтобы в полной мере использовать упрочнение гильзы в процессе выстрела для снижения конечных натягов.

Функционирование гильзы осуществляется следующим образом.

После досыла в канал ствола снаряда, в камору орудия досылается гильза с зарядом, затвор закрывают. После нажатия на спусковой механизм происходит срабатывание капсюльной втулки, пороховой заряд в гильзе воспламеняется, происходит выстрел. Под действием давления (5000 кгс/см² и выше) пороховых газов стенки корпуса 2 (фиг. 1) гильзы испытывают как радиальную, так и осевую деформации, имеющие максимальное значение в зоне близкой к дну 4, а выполнение радиуса R в интервале от 18,3 до 30,1 r уменьшает интенсивность осевых растягивающих напряжение и смещает положение их максимального значения из опасной зоны.

Так же под действием давления пороховых газов стенки корпуса 2 (фиг. 1) гильзы выбирая зазоры между каморой К и корпусом 2, получают остаточные пластические деформации. Но имея один или несколько конических участков 5 увеличенной конусности на расстоянии от фланца 3 равном от 3,6 до 7,6 r, корпус 2 гильзы обеспечивает необходимое усилие экстракции.

При экстракции защемленной после выстрела гильзы из орудий с постоянной конусностью каморы ствола цилиндрический участок 5 (фиг. 2), выполненный на расстояние от фланца 3 до места сопряжения конического участка 6 с цилиндрическим участком 5 равном от 1,7 до 3,1 r, также обеспечивает экстракцию гильзы после выстрела.

Приведенная конструкция цельнотянутой артиллерийской гильзы позволяет избежать нарушения прочности корпуса и обеспечить экстракцию гильзы после выстрела как из орудий с увеличенной в нижней части конусностью каморы, так и с постоянной. Таким образом, совокупное использование новых технических решений и их размерных параметров в предлагаемой гильзе позволило получить приращение, по сравнению с прототипом, положительного эффекта при ее эксплуатации.

Была изготовлена опытная партия предлагаемой артиллерийской гильзы и испытана с положительными результатами, на основании которых принято решение об использовании ее в массовом производстве.

Формула изобретения

1. Артиллерийская гильза, содержащая дульце, корпус, внутренняя поверхность которого сопряжена с его дном по радиусу, и фланец, отличающаяся тем, что внутренний профиль корпуса со стороны дна выполнен по окружности радиусом, равным 18,3 30,1 радиуса сопряжения дна с внутренней поверхностью корпуса.

2. Гильза по п.1, отличающаяся тем, что на наружной поверхности корпуса выполнены последовательно расположенные конические участки различной конусности, причем первый от фланца конический участок выполнен с большей конусностью по отношению к последующим, расстояние от фланца до конца последнего конического участка выбирают равным 3,6 7,6 радиуса сопряжения дна с внутренней поверхностью корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2