Гильза для метательного заряда

 

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к конструкции гильз для метательных зарядов, и может найти широкое применение при производстве артиллерийских выстрелов как раздельно-гильзового, так и унитарного заряжания различного типа. Гильза для метательного заряда содержит корпус, дно, сопряженное с корпусом по радиусу, сосок, гнездо под средство воспламенения и фланец. Диаметр основания соска выполнен равным 0,18-0,63 максимального наружного диаметра корпуса гильзы, а радиус сопряжения дна с корпусом выполнен равным 0,03-0,25 максимального наружного диаметра корпуса. Изобретение позволяет создать гильзу, работающую при давлении более 300 МПа, имеющую герметичное соединения гнездо - средство воспламенения при максимальном давлении пороховых газов в каморе орудия, с обеспечением необходимой прочности дна при выстреле, надежной экстракцией гильзы полуавтоматикой орудия и возможностью многократного использования после обновления. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к конструкции артиллерийских гильз, и может найти широкое применение при производстве артиллерийских выстрелов как раздельно-гильзового, так и унитарного заряжания.

В настоящее время ведутся работы по совершенствованию артиллерийских выстрелов, направленные на увеличение дальности, улучшение кучности стрельбы и повышение эксплуатационных характеристик.

В связи с этим к артиллерийским гильзам предъявляются повышенные требования по обеспечению герметичности метательного заряда, прочности дна и корпуса, надежной экстракцией и возможности многократного использования.

Особенность этих гильз состоит в том, что они применяются для комплектации выстрелов к мощным орудиям крупных калибров, работающих при значительных давлениях.

Известна гильза (см. П.П.Пущин "Орудийные гильзы". - М.: ГИОП, 1941, с.10), состоящая из дульца, ската, корпуса, фланца, гнезда под средство воспламенения и плоского дна.

Такие гильзы нашли широкое применение для артиллерийских систем унитарного заряжания малых калибров, главным образом к автоматическим пушкам.

Недостатком этого технического решения является сложность изготовления гильз такого типа для выстрелов к мощным артиллерийским орудиям, имеющим зарядную камору большого объема и работающим при высоких рабочих давлениях.

Для установки средства воспламенения, соответствующего метательному заряду, требуется гнездо значительного размера, вследствие чего плоское дно гильзы будет иметь толщину, превышающую расчетную по прочностным свойствам в 2,0-2,5 раза, что влечет за собой увеличение массы гильзы и значительный расход материала, идущего на ее изготовление.

Задачей данного технического решения являлось создание гильзы для выстрелов к артиллерийским системам калибра не более 30 мм и рабочим давлением до 300 МПа (3000 кг/см²) без предъявления требования по функционированию в орудиях более крупных калибров и давлениях свыше 300 МПа.

Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией артиллерийской гильзы является наличие корпуса, фланца, гнезда под средство воспламенения и дна.

Наиболее близкой по технической сути и достигаемому техническому результату является гильза для метательного заряда, содержащая корпус, дно, сопряженное с корпусом по радиусу, сосок, гнездо под средство воспламенения и фланец (см. А.Г.Горст "Пороха и взрывчатые вещества". - М., 1971, издание 3-е, с.167), принятая авторами за прототип.

Как видно из этого технического решения, применение соска, сформированного в дне гильзы, позволяет установить соответствующее средство воспламенения метательного заряда, развивающего давление более 300 МПа, без увеличения требуемой толщины дна сверх расчетной.

К причинам, препятствующим достижению указанного технического результата при использовании известной гильзы для метательного заряда, принятой авторами за прототип, относится то, что требуемая толщина дна обеспечивается за счет применения соска, но при этом в гильзах к артиллерийским системам больших калибров и максимальным рабочим давлением свыше 300 МПа не обеспечиваются:

- необходимая прочность дна гильзы при выстреле, надежная экстракция гильзы полуавтоматикой орудия и герметичность соединения гнездо - средство воспламенения при максимальном давлении пороховых газов в каморе орудия, а также возможность многократного использования стреляных гильз вследствие нарушения целостности гнезда для средства воспламенения.

Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией гильзы для метательного заряда является наличие корпуса, дна, сопряженного с корпусом по радиусу, соска, гнезда под средство воспламенения и фланца.

В отличие от прототипа в предлагаемой авторами гильзе для метательного заряда диаметр основания соска выполнен равным 0,18-0,63 максимального наружного диаметра корпуса гильзы, а радиус сопряжения дна с корпусом выполнен равным 0,03-0,25 максимального наружного диаметра корпуса.

В частных случаях, то есть в конкретных формах выполнения, изобретение характеризуется следующими признаками:

- гнездо под средство воспламенения выполнено резьбовым со средним диаметром резьбы 0,11-0,34 максимального наружного диаметра корпуса;

- высота соска выполнена равной 1,5-4,0 толщины дна;

- на корпусе под фланцем выполнена кольцевая канавка шириной 0,2-0,6 толщины дна;

- диаметр фланца выполнен не более максимального наружного диаметра корпуса;

- на корпусе выполнена кольцевая проточка диаметром 0,75-0,95 диаметра фланца;

- гильза выполнена из латуни;

- гильза выполнена из стали;

- гильза имеет защитное цинкфосфатное или хроматное покрытие толщиной не менее 6 мкм.

Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.

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

Задачей предлагаемого изобретения является создание гильзы для метательного заряда, работающей при давлении более 300 МПа и герметичным соединением гнездо - средство воспламенения при максимальном давлении пороховых газов в каморе орудия, с обеспечением необходимой прочности дна при выстреле, надежной экстракцией гильзы полуавтоматикой орудия и возможностью многократного использования.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известной гильзе для метательного заряда, содержащей корпус, дно, сопряженное с корпусом по радиусу, сосок, гнездо под средства воспламенения и фланец, особенность заключается в том, что диаметр основания соска выполнен равным 0,18-0,63 максимального наружного диаметра корпуса гильзы, а радиус сопряжения дна с корпусом выполнен равным 0,03-0,25 максимального наружного диаметра корпуса.

Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между ними позволяют, в частности, за счет:

- выполнения диаметра основания соска равным 0,18-0,63 максимального наружного диаметра корпуса гильзы - обеспечить его необходимую прочность при выстреле и, как следствие, сохранность гнезда под средство воспламенения, необходимую для многократного повторного использования стреляных гильз. При выполнении диаметра основания соска менее 0,18 максимального наружного диаметра корпуса гильзы значительно уменьшается жесткость соска, что в процессе выстрела приводит к смятию стенок соска под действием давления пороховых газов и образованию на боковой поверхности гнезда трещин, складок, прорыву пороховых газов за казенный срез орудия по соединению гнездо - средство воспламенения, а также выдавливанию средства воспламенения из гнезда, что может привести к заклиниванию затвора орудия и невозможности экстракции стреляной гильзы полуавтоматикой орудия. Кроме того, складки и трещины в гнезде исключают возможность многократного использования стреляных гильз. При выполнении диаметра основания соска более 0,63 максимального наружного диаметра корпуса гильзы ухудшаются условия размещения и функционирования метательного заряда по причине уменьшения внутреннего объема и образования застойных зон между стенками корпуса и соска.

Наличие застойных зон приводит в процессе выстрела к неполному сгоранию в них части метательного заряда и соответственно к падению рабочего давления. Падение рабочего давления приводит к уменьшению начальных скоростей полета снаряда и заданной дальности стрельбы. Кроме того, увеличивается разброс начальных скоростей полета снаряда и соответственно уменьшается кучность стрельбы;

- выполнения радиуса сопряжения внутренней поверхности дна с боковой поверхностью корпуса равным 0,03-0,25 максимального наружного диаметра корпуса - обеспечить в процессе выстрела прочность стенки корпуса в поперечном направлении и надежную экстракцию стреляной гильзы полуавтоматикой орудия за счет увеличения длины участка неприлегания с каморой орудия. При радиусе сопряжения внутренней поверхности дна с боковой поверхностью корпуса менее 0,03 максимального наружного диаметра корпуса резко уменьшается максимальная толщина донной части гильзы в зоне сопряжения, что приводит к нарушению поперечной прочности стенки и, как следствие, к отрыву донной части гильзы при выстреле с прорывом пороховых газов за казенный срез орудия. При радиусе сопряжения внутренней поверхности дна с корпусом более 0,25 максимального наружного диаметра корпуса под действием давления пороховых газов происходит смещение пика деформаций в область пластических деформаций в придонных частях гильзы, перекосу гильзы, ее защемлению в каморе орудия и отсутствию экстракции стреляной гильзы.

Признаки, характеризующие изобретение в конкретных формах выполнения, позволяют, в частности, за счет:

- выполнения среднего диаметра резьбы в гнезде равным 0,11-0,34 максимального наружного диаметра корпуса - обеспечить прочность дна при выстреле и надежную экстракцию стреляной гильзы из каморы орудия, исключить нарушение целостности резьбы в гнезде (срезание и смятие витков) и тем самым обеспечить возможность многократного использования гильзы.

Известно, что в процессе выстрела дно гильзы испытывает не только значительные радиальные и осевые упругопластические деформации, но и деформации изгиба вследствие осевой упругой деформации узла запирания артиллерийского орудия. При этом максимальную деформацию (прогиба) испытывают донные участки, находящиеся в непосредственной близости от центра дна, максимально удаленные от стенок корпуса гильзы, следовательно, имеющие наименьшую жесткость.

Выполнение среднего диаметра резьбы в гнезде дна менее 0,11 максимального наружного диаметра корпуса приводит к расположению резьбового соединения на участках с максимальными величинами деформаций прогиба, что при стрельбе из мощных артиллерийских систем с высокими рабочими давлениями пороховых газов приводит к нарушению целостности резьбы, ухудшению плотности прилегания витков резьбового гнезда - средства воспламенения и прорыву пороховых газов за казенный срез орудия (что опасно для жизнедеятельности боевых расчетов, особенно самоходных артустановок и танков), а нарушение целостности резьбы, смятие и срезание части витков резьбы в гнезде исключают возможность обновления стреляных гильз для их повторного использования. Кроме того, выдавливание пороховыми газами средства воспламенения может зажать клиновой затвор, что приведет к невозможности экстракции стреляной гильзы полуавтоматикой орудия.

Известно, что величина результирующих напряжений в дне артиллерийских гильз при выстреле резко возрастает в радиальном направлении от центра к периферии. Следовательно, при среднем диаметре резьбы в гнезде более 0,34 максимального наружного диаметра корпуса соединение резьбовое гнездо - средство воспламенения располагается на участке действия результирующих напряжений, вызывающих значительные пластические деформации металла дна. Это приводит к деформации витков резьбы, ухудшению плотности прилегания витков и, как следствие, к прорыву пороховых газов за казенный срез орудия. Кроме того, резко возрастает усилие защемления гильзы в каморе орудия и поэтому экстракция стреляной гильзы полуавтоматикой орудия после выстрела становится невозможной;

- выполнения высоты соска равной 1,5-4,0 толщины дна - обеспечить необходимую прочность дна гильзы при выстреле и ее надежную экстракцию полуавтоматикой орудия. При высоте соска менее 1,5 толщины дна в процессе выстрела происходит перераспределение суммарных радиальных деформаций донной части артиллерийской гильзы из зоны упругих деформаций в зону пластических, что приводит к значительному росту усилий защемления гильзы в каморе орудия и, как следствие, резкому ухудшению ее экстракции полуавтоматикой орудия. При высоте соска более 4,0 толщины дна в месте перехода образующей боковой поверхности соска в дно при достижении максимального давления пороховых газов в корпусе гильзы возникают изгибающие напряжения, значительно превышающие прочностные характеристики этого участка, что ведет к образованию кольцевых надрывов, трещин и соответственно к прорыву пороховых газов за казенный срез орудия и выходу полуавтоматики орудия из строя;

- выполнения на корпусе кольцевой канавки шириной, равной 0,2-0,6 толщины дна, - обеспечить многократность ее использования. При выполнении ширины канавки менее 0,2 толщины дна уменьшается кратность повторного использования за счет уменьшения зоны компенсации радиальных пластических деформаций донных участков гильзы. Наличие зоны компенсации необходимо для обеспечения многократного использования за счет обновления путем обжима корпуса. При ширине канавки более 0,6 толщины дна уменьшается толщина стенок нижней части корпуса и соответственно происходят поперечные обрывы корпуса;

- выполнения диаметра фланца не более максимального наружного диаметра корпуса - обеспечить автоматическую подачу выстрела из звеньевой ленты. При диаметре фланца более наружного диаметра корпуса усложняется подача зарядов в камору автоматических орудий вследствие затрудненного перемещения гильзы с выступающим фланцем в механизмах подачи и заряжания;

- выполнения кольцевой проточки диаметром 0,75-0,95 диаметра фланца - обеспечить надежную экстракцию стреляной гильзы из каморы орудия. При диаметре кольцевой проточки менее 0,75 диаметра фланца происходит срез фланца гильзы лапками экстракторов в процессе экстракции гильзы. При диаметре кольцевой проточки более 0,95 диаметра фланца происходит соскакивание лапок экстракторов с фланца вследствие уменьшения площади контакта, а стреляная гильза остается в каморе орудия;

- выполнения артиллерийской гильзы из латуни или стали - позволяет расширить сырьевую базу и изготавливать изделия, наиболее полно удовлетворяющие требованиям, предъявляемым заказчиком;

- нанесения на гильзу защитного цинкфосфатного или хроматного покрытия - позволяет обеспечить защиту от воздействия коррелирующих агентов в процессе хранения и служебного обращения.

Вышеуказанные признаки, отличающие предлагаемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и не известны из уровня техники в процессе проведения патентных исследований, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизны".

Исследуя уровень техники в ходе проведения патентного поиска по всем видам сведений, доступных в странах бывшего СССР и зарубежных странах, обнаружено, что предлагаемое техническое решение явным образом не следует из известного на сегодня уровня техники, следовательно, можно сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения заключается в том, что гильза для метательного заряда, содержащая корпус, дно, сопряженное с корпусом по радиусу, сосок, гнездо под средство воспламенения и фланец, в отличие от прототипа согласно изобретению имеет диаметр основания соска, равный 0,18-0,63 максимального наружного диаметра корпуса гильзы, а радиус сопряжения дна с корпусом выполнен равным 0,03-0,25 максимального наружного диаметра корпуса.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена гильза для метательного заряда, на фиг.2 показан вариант исполнения гильзы для метательного заряда.

Предлагаемая гильза для метательного заряда состоит из корпуса 1, максимальный наружный диаметр корпуса - Dк max, дна 2, сопряженного с корпусом по радиусу R, толщина дна - Тд, фланца 3, диаметр фланца - Dф и гнезда под средство воспламенения 4, соска 5, высота соска - Нс, диаметр основания соска - doc, длина участка неприлегания - lнп, камора - К.

В частных случаях, то есть в конкретных формах исполнения в гильзе, гнезда под средство воспламенения 4 выполнено резьбовым, со средним диаметром резьбы - dcp равным 0,11-0,34 максимального наружного диаметра корпуса Dк max, имеет канавку 6, ширина канавки - Шк, кольцевую проточку - 7, диаметр проточки - Dп.

Вышеописанное устройство работает следующим образом.

Гильзу с метательным зарядом (на чертеже не показан) размещают в каморе орудия К. После срабатывания средства воспламенениям (на чертеже не показано), размещенного в гнезде 4, происходит воспламенение и сгорание метательного заряда. При этом давление пороховых газов воздействует на стенки корпуса 1, сосок 5 и на внутреннюю поверхность гнезда под средство воспламенения 4, расположенное в дне 2. Придонный участок корпуса упругопластично деформируется с образованием участка неприлегания Lн/п. Это обеспечивает необходимые жесткостные и прочностные характеристики гильзы и ее нормальное функционирование.

Выполнение гильзы для метательного заряда в соответствии с изобретением позволяет создать гильзу, работающую при давлении более 300 МПа, имеющую герметичное соединение "гнездо - средство воспламенения" при максимальном давлении пороховых газов в каморе орудия, с необходимой прочностью дна при выстреле, надежной экстракцией гильзы полуавтоматикой орудия и возможностью многократного использования.

Изобретение может быть использовано при разработке боеприпасов различного назначения и калибров.

Указанный положительный эффект подтвержден испытаниями опытных образцов гильз для метательного заряда, выполненных в соответствии с изобретением.

В настоящее время разработана конструкторская документация, проведены испытания, намечено серийное производство.

Формула изобретения

1. Гильза для метательного заряда, содержащая корпус, дно, сопряженное с корпусом по радиусу, сосок, гнездо под средство воспламенения и фланец, отличающаяся тем, что диаметр основания соска выполнен равным 0,18-0,63 максимального наружного диаметра корпуса гильзы, а радиус сопряжения дна с корпусом выполнен равным 0,03-0,25 максимального наружного диаметра корпуса.

2. Гильза по п.1, отличающаяся тем, что гнездо под средство воспламенения выполнено резьбовым со средним диаметром резьбы 0,11-0,34 максимального наружного диаметра корпуса.

3. Гильза по п.1, отличающаяся тем, что высота соска выполнена равной 1,5-4,0 толщины дна.

4. Гильза по п.1, отличающаяся тем, что на корпусе под фланцем выполнена кольцевая канавка шириной 0,2-0,6 толщины дна.

5. Гильза по п.1, отличающаяся тем, что диаметр фланца выполнен не более максимального наружного диаметра корпуса.

6. Гильза по п.1, отличающаяся тем, что на корпусе выполнена кольцевая проточка диаметром 0,75-0,95 диаметра фланца.

7. Гильза по п.1, отличающаяся тем, что гильза выполнена из латуни.

8. Гильза по п.1, отличающаяся тем, что гильза выполнена из стали.

9. Гильза по п.1, отличающаяся тем, что гильза снабжена защитным цинкфосфатным или хроматным покрытием толщиной не менее 6 мкм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2